بخشی از مقاله
بهبود خواص سیمان با استفاده ازمواد افزودنی رزین اکریلیک
چکیده
یکی از مهمترین مسائل در دنیا آلودگی محیطزیست و ضررهای ناشی از آلودگی بر طبیعت و انسان میباشد. همواره تولید سیمان در جهان همراه با آلودگی بودهاست که در بعضی موارد این آلودگیها خطرات جبرانناپذیری را بر انسان وارد کردهاست. تولید سیمان باعث انتشار گازهای گلخانهای در محیطزیست میشود، بر همین اساس استفاده از مواد افزودنی مانند رزینهای اکریلیک که باعث بهبود خواص در سیمان میشود و هیچ ضرری برای محیط زیست ندارد میتواند علاوه بر بهبود خواص سیمان، باعث کاهش تولید گازهای گلخانهای در طبیعت شود. ماده استفاده شده بر پایه رزینهای اکریلیک و بر پایه تکنولوژی نانو ساخته شده است که بر محیطزیست هیچ ضرری ندارد. این ماده علاوه بر این خواص قابلیت ترکیب در هر نوع ملاتی را بهراحتی دارا بودهاست و با انواع رنگ های اکریلیک نیز سازگار میباشد. همچنین دارای نفوذ بسیار بالا در انواع سازهها حتی آهن و چوب میباشد. این ماده غیر قابل اشتعال و سازگار با محیطزیست میباشد. این ماده در مقابل مواد شوینده، اشعه UV و نیز گاز CO2 به شدت مقاوم است. رزین اکریلیک وقتی با سیمان ترکیب شود سطح بتن را ضد خزه، جلبک و باکتری میکند و اجازه رشد و تجمع این مواد را در سطح نمیدهد و اجازه تنفس سازهای را فراهم میسازد. در این تحقیق به بررسی استفاده از رزین اکریلیک به عنوان مادهی افزودنی سیمان در بتن خودمتراکم استفاده شدهاست. بر همین اساس نمونههای مکعبی 10* 10*10 با افزودنی رزین اکریلیک ساخته شدهاست که در سنین 7و 28 روزه مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج آزمایشها نشان دهندهی بهبود خواص سیمان در بتن خودمتراکم از جمله کاهش نفوذپذیری بتن و افزایش خواص مکانیکی بتن خودمتراکم و حالت روانی آن شده است.
واژههای کلیدی: : آلودگی- سیمان- رزین اکریلیک- بتن خودمتراکم- نفوذپذیری
-1 مقدمه
بهطور کلی به هر مادهای که خاصیت چسبانندگی داشته باشد و بتواند مواد را به یکدیگر بچسباند، سیمان گفته میشود. کلمه سیمان از یک لغت لاتین به نام سیمنت (cement)گرفته شدهاست و مادهای است که با خاصیت چسبانندگی خود مواد را به یکدیگر دارد و در حقیقت واسطه چسباندن است. در صنایع ساختمانی سیمان به مادهای گفته میشود که برای چسباندن مصالح مختلف به یکدیگر از قبیل سنگ و شن، ماسه، آجر و غیره به کار میرود و ترکیبات اصلی این سیمان از مواد آهکی است. سیمانهای آهکی معمولاً از ترکیبات سیلیکاتها و آلومیناتهای آهک تشکیل شدهاند که هم به صورت طبیعی یافت میشوند و هم قابل تولید در کارخانجات سیمانسازی هستند. اگرچه از زمانهای بسیار گذشته اقوام و ملل مختلف به نحوی با استفاده از سیمان در ساخت بنا سود میجستند، ولی اولین بار در سال 1824 سیمان پرتلند به نام ژوزف آسپدین که یک معمار انگلیسی بود، ثبت شد. به لحاظ شباهت ظاهری و کیفیت بتنهای تولید شده از سیمانهای اولیه به سنگهای ناحیه پرتلند در دورست انگلیس، سیمان به نام سیمان پرتلند معروف شد و تا به امروز برای سیمانهایی که از مخلوط نمودن و حرارت دادن مواد آهکی و رسی و مواد حاوی سیلیس، آلومینا و اکسید آهن و تولید کلینکر و نهایتا آسیاب نمودن کلینکر به دست میآید، استفاده میشود. اساسا سیمان با آسیاب نمودن مواد خام از قبیل: سنگ و آهک و آلومینا و سیلیسی که به صورت خاک رس و یا سنگهای رسی وجود دارد و مخلوط نمودن آنها با نسبتهای معین و با حرارت دادن در کورههای دوار تا حدود 1400درجه سانتیگراد بدست میآید. از آسیاب کردن آن به همراه مقدار مناسبی سنگ گچ سیمان تیپهای مختلفی بدست میآید. امروزه عمدهترین سیمانی که مورد استفاده قرار میگیرد سیمان پرتلند میباشد.
تولید و مصرف بیرویه سیمان پرتلند در سراسر جهان یکی از چالش برانگیزترین مسائل زیستمحیطی بهحساب میآید. بهطور معمول برای تولید یک تن سیمان به بیش از 1,5 تن مواد اولیه نیاز است که بهازای آن یک تن گاز گلخانهای از جمله کربن دیاکسید در محیط طبیعی منتشر میشود 7 .[1] درصد کل حجم CO2 که الان تولید میشود و موجب سوراخ شدن لایه ازن و آثار زیستمحیطی مخرب میشود از ناحیه فرآیند تولید سیمان است. صنعت سیمان دارای دو عیب عمده مصرف انرژی بسیار بالا و ایجاد آلودگی محیطزیست میباشد. در سالهای اخیر تحقیقات زیادی در خصوص افزودن موادی به سیمان در جهت بهبود خواص آن و همچنین کاهش اثرات مخرب تولید انجام شدهاست. استفاده از مواد جدید به عنوان جایگزین سنگدانه و یا به عنوان جایگزین سیمان در بتن انجام میگیرد این جایگزینی به جهت کمک به محیطزیست، صرفه جویی در هزینه و یا بهبود خواص بتن انجام میگیرد .[2] استفاده از موادی مانند ضایعات کاشی و سرامیک [3]، ضایعات بتن [4]، ضایعات شیشه [5] و ضایعات پلاستیک [6] و ... به عنوان پرکننده و یا بهعنوان پوزولان در سیمان و در نتیجه در بتن استفاده شدهاست. همچنین استفاده از مواد پوزولانی (سیلیس آمورف) مانند نانوسیلیس و میکروسیلیس باعث تاثیرات چشمگیری در افزایش و یا کاهش مقاومتهای فشاری و خمشی در کارهای انجام شده است .[7] تاکنون استفاده از متاکائولین نیز باعث بهبود خواص سیمان و در نتیجه بتن شدهاست. این ماده باعث بهبود در پایایی بتن شدهاست، بهطوری که میتواند جایگزین مناسبی برای پوزولانها مورد استفاده در محیطهای خوردنده خلیج فارس در نظر گرفت .[8]
استفاده از افزودنی های شیمیایی برای بتنهای با مقاومت طراحی بیش از 50 مگاپاسکال و یا مواردی که شرایط بهرهبرداری، شرایط جوی و یا ملاحظات هزینه های طول عمر سازه استفاده از بتنهای توانمند را طلب می کند، متداول میباشد. استفاده از مواد افزودنی به سیمان میتواند باعث بهبود خواص آن شود که کاهش تخلخل و پوکی در بتن، آب انداختگی کمتر، افزایش دوام و پایداری بتن نمونههایی از بهبود خواص آن میباشد. از آنجا که بتن از جمله پرمصرفترین مصالح ساختمانی در دنیا شناخته میشود، با گسترش استفاده از بتن ویژگی هایی همچون دوام، کیفیت، تراکم و بهینهسازی آن از اهمیت ویژهای برخوردار میشوند. بتن خودمتراکم بتنی بسیار سیال و روان و مخلوط همگن است که بسیاری از مشکلات بتن معمولی نظیر جداشدگی، آبانداختن، جذب آب، نفوذپذیری و ... را مرتفع نمودهاست . این بتن تحت اثر وزن خودمتراکم شده و نیاز به هیچ لرزانندهای برای ایجاد تراکم ندارد. این بتن در مقابل خوردگی تهاجم سولفاتها و کلریدها نیز مقاوم است. بتن خودمتراکم بهخصوص در مواردی که شبکهبندی آرماتورها فشرده است، گزینهای مطلوب میباشد. همچنین عدم نیاز به لرزاننده، آلودگی صوتی محیط را بهنحو قابل ملاحظهای کاهش میدهد. به همین دلایل در این کار تحقیقاتی از بتن خودمتراکم با افزودنی رزین اکریلیک استفاده شده است. این ماده پیوندساز به منظور پیوند بهتر بتن که بیشتر از مواد پلیمری هستند، می باشد.
-2 رزین اکریلیک
تصور جهان پیشرفته کنونی بدون مواد پلیمری مشکل می باشد. امروزه این مواد جزئی از زندگی ما شده اند. کلمه پلیمر از کلمه یونانی (Poly) به معنی چند و (Meros) به معنای واحد با قسمت بهوجود آمده است. بتن پلیمری یا بتن رزینی شامل یک چسبانندهی پلیمری که ممکن است ترموپلاستیکها باشند. اما غالبا بیشتر یک پلیمر ترموست می باشد و یک پرکنندهی معدنی مانند شن و ماسه، شن و یا سنگ گسسته است. بتنهای پلیمری مقاومت بالاتر، مقاومت بیشتر در برابر مواد شیمیایی
و خورندهها، جذب آب کمتر و پایداری بالاتر در مقابل پدیده یخزدگی- ذوب نسبت به سیمان پرتلند رایج دارند. حال با توجه به این نکات در این تحقیق از افزودنی رزین اکریلیک برای بهبود خواص سیمان در بتن استفاده شدهاست.
ماده استفاده شده دارای خاصیت واترپروفی %100 با ظاهر شیری رنگ بوده که پس از استفاده روی سطح یا ترکیب در ملات کاملا بیرنگ میشود. ماده استفاده شده بر پایه رزینهای اکریلیک و با بهرهگیری از تکنولوژی نانو ساخته شدهاست. قابلیت ترکیب در هر نوع ملاتی را دارا بوده و با انواع رنگهای اکریلیک نیز سازگار میباشد. همچنین دارای نفوذ بسیار بالا در انواع سازهها حتی آهن و چوب میباشد. این ماده دمای بین +350 الی -75 را بهراحتی تحمل نموده و غیرقابل اشتعال و نیز سازگار با محیطزیست میباشد. این ماده در مقابل مواد شوینده و اشعه UV و گاز CO2 به شدت مقاوم است. ضد خزه، جلبک
و باکتری بوده و اجازه رشد و تجمع این مواد را در سطح نمی دهد. این ماده اجازه تنفس سازهای را فراهم و فشارهای منفی و مثبت آب را بهراحتی تحمل مینماید و بهعنوان مادهای همه کاره در صنعت ایزولاسیون شناخته میشود. این ماده به دو روش استفاده بدون ترکیب با سیمان و مصالح دیگر و استفاده در ملاتها و دوغابهای سیمانی استفاده میشود. از این ماده اغلب به عنوان لایه نهایی استفاده میشود. اما در این تحقیق بهعنوان افزودنی بههمراه سیمان به بتن اضافه شدهاست که باعث بهبود خواص سیمان از جمله چسبندگی سیمان، جلوگیری از آب افتادگی، افزایش دوام و پایداری بتن و کاهش نفوذپذیری بتن شده است.
-3 کارهای آزمایشگاهی
در این تحقیق از رزین اکریلیک، شن، ماسه، آب، رزین روانکننده و سیمان جهت ساخت بتن خودمتراکم استفاده شدهاست. سیمان استفاده شده در این تحقیق، سیمان تیپ 2 کارخانه سیمان شهرکرد میباشد. عیار سیمان استفاده شده در
این آزمایش 320 کیلوگرم بر متر مکعب میباشد. مهمترین آزمایشی که باید بر روی سنگدانهها انجام بگیرد آزمایش دانهبندی است. این آزمایش جهت تعیین نحوهی توزیع اندازهی دانههای سنگی بکار گرفته میشود. این آزمایش از طریق جدایش به کمک الک، بر اساس استاندارد صورت گرفته است. بنابراین با توجه به این آزمایش مصالح سنگی از نظر دانهبندی جهت استفاده در بتن بسیار مناسب تشخیص داده شدهاند. نمودار دانهبندی ماسه و شن مصرفی در شکلهای 1 و 2 آورده شدهاست.
در این طرح آزمایشگاهی بعد از بدست آوردن طرح اختلاط مناسب، مصالح به مقدار تعیین شده اندازهگیری شدهاست. ابتدا شن و ماسه را با مقداری آب در میکسر ریخته، سپس سیمان را به مخلوط اضافه و باقیمانده آب را توسط رزین اکریلیک به میکسر با ظرفیت 120 لیتر اضافه کرده و به اندازه 15 دقیقه مصالح در میکسر با هم ترکیب شده و بعد از اینکه مصالح خوب با هم ترکیب شدهاند بر روی آنها آزمایش های جریان اسلامپ، حلقهی j و جعبه L انجام شده است که نتایج آنها در جداول 2 و 3 آورده شدهاند. برای هر طرح اختلاط 15 نمونه مکعبی و یک نمونه استوانهای ساخته شدهاست.
بعد از اتمام آزمایشها، بتن را در قالبهای روغنزده ریخته و بعد از 24 ساعت آنها را از قالب در آورده و در محیط آبی قرار داده تا عملآوری در آب انجام گیرد. طرح اختلاط بتن در جدول 1 آورده شدهاست. از نمونههای با عملآوری در آب، آزمایش درصد جذب آب نیز گرفته شده است . برای انجام این آزمایش ابتدا نمونه ها را در آون به مدت 24 ساعت با دمای 110 درجه سانتیگراد قرار داده و بعد از بیرون آوردن از آون، آنها را وزن کرده و در آب قرار داده و بعد از 48 ساعت آنها را از آب درآورده و بعد از چند دقیقه که سطح آنها خشک شدهاست، دوباره نمونهها را وزن مینماییم و بعد از آن درصد جذب آب را بدست میآوریم.
