بخشی از مقاله
خلاصه
تولید جهانی بامبو باعث ایجاد حجم زیادی از ضایعات بصورت برگ میشود که این برگها عمدتا در طبیعت رها شده یا به طرز کنترل نشده سوزانده میشوند. تاکنون پژوهشهای محدودی در ارتباط با استفاده از خاکستر برگ بامبو به عنوان یک پوزولان انجام شده است. همچنین الیاف پلیپروپیلن از جمله موادی میباشند که در سالهای اخیر کاربرد فراوانی در محصولات عمرانی پیدا کردهاند. بنابراین در این پژوهش تاثیر الیاف پلیپروپیلن بر خواص ملاتهای حاوی خاکستر برگ بامبو بررسی شده است. خصوصیات مورد بررسی شامل مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و انقباض میباشد. نتایج آزمایشها بیانگر تاثیر مثبت الیاف در افزایش مقاومت خمشی و کاهش انقباض ملاتها میباشد.
1. مقدمه
امروزه گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی یکی از مهمترین مسائل دنیا میباشد. انتشار کربن دی اکسید ناشی از صنایع دلیل اصلی گرمایش جهانی است. صنعت سیمان از اصلیترین منتشر کنندههای کربن دی اکسید میباشد. بنابراین جهت کاهش مصرف سیمان پرتلند اقداماتی باید صورت گیرد. در سال-های اخیر، سیمانهای آمیخته با پوزولان یا مواد مکمل سیمانی به صورت گسترده در ساخت و سازهای بتنی جایگزین بخشی از سیمان شدهاند.
پوزولان ماده سیلیسی یا سیلیسی آلومین داری است که به خودی خود خاصیت چسبانندگی کمی داشته و یا ندارد. ولی بصورت گرد نرم در مجاورت رطوبت و در دمای معمولی با هیدروکسید کلسیم واکنش شیمیایی نشان داده و ترکیباتی با خواص سیمانی بوجود می آورد.
استفاده از مواد پوزولانی می تواند با بهبود ریزساختار خمیر سیمان از طریق پر کردن حفرات ریز موجود در آن باعث بهبود خصوصیات مقاومتی و افزایش پایایی محصولات سیمانی شود.[3] پوزولان ها به دو گروه اصلی طبیعی و مصنوعی تقسیم میشوند. از جمله پوزولان های طبیعی می توان خاکسترهای آتشفشانی ، توف های شیشه ای، دیاتومیت، رس و شیل کلسینه شده را نام برد. همچنین از جمله پوزولان های مصنوعی می توان به دوده سیلیس، روباره کوره های آهنگدازی، خاکستر بادی، خاکستر پسماند محصولات کشاورزی نظیر پوسته شلتوک برنج، ذرت، نیشکر و برگ بامبو اشاره کرد
بسیاری از محصولات کشاورزی تولید شده پس از برداشت محصول دارای ضایعات و دورریزهای زیادی هستند، اکثرا این حجم ضایعات یا در طبیعت به صورت آزاد رها شده و یا سوزانده میشوند. بررسیها نشان داده خاکستر این ضایعات، سرشار از سیلیس آمورفی و دارای خاصیت پوزولانی هستند. از جمله این محصولات که در دنیا به صورت صنعتی و طبیعی بسیار تولید میشود برنج، ذرت، نارگیل، نیشکر و بامبو میباشند.
در کشوری مانند برزیل مساحتی حدود180 هزار کیلومتر مربع زیر کشت بامبو میباشد و با توجه به تولید بالای کاغذ از آن در حدود500 هزار تن در سال، حدود 190 هزار تن ضایعات دورریز از درخت بامبو شامل برگ و شاخه های جوان را به همراه دارد. اکثرا این ضایعات سوزانده میشود و تاثیر منفی در طبیعت دارد.
پژوهشهای انجام شده در ارتباط با خاصیت پوزولانی خاکستر برگ بامبو محدود میباشد.
در پژوهشهایی که درباره خاکستر برگ بامبو به عنوان یک ماده پوزولانی جدید انجام دادند بیان کردند که سوزاندن برگ بامبو و حرارت دادن آن در دمای600 درجه سانتیگراد به مدت2 ساعت در کوره سبب ایجاد یک ماده حاوی سیلیس بیشکل میشود. آنها همچنین بیان کردند که واکنش خاکستر با هیدروکسید کلسیم نشان دهنده فعالیت پوزولانی خاکستر برگ بامبو میباشد که با افزایش درجه حرارت و زمان زیادتر میشود. همچنین سیمان آمیخته با خاکستر برگ بامبو به میزان20 درصد وزن سیمان پرتلند، در سن 28روز مقاومت فشاری قابل مقایسهای را با سیمان پرتلند خالص نشان داد.
ویلار و همکاران[7] در پژوهشی به بررسی رفتار پوزولانی خاکستر برگ بامبو و تعیین پارامترهای کینتیکی آن پرداختند. آنها با استفاده از آزمایشهای مختلف نشان دادند که کلسینه کردن خاکستر برگهای بامبو در دمای 600œC به مدت2ساعت سبب ایجاد یک ماده کاملا آمورف حاوی80 درصد اکسید سیلیس میشود. همچنین بررسی هدایت الکتریکی نشان دهنده فعالیت بالای پوزولانی در سنین اولیه بود.
فریاس و همکاران[10] نیز در نتایج خود بیان کردند که خاکستر برگ بامبوی برزیل، کلسینه شده در دمای 600œC به مدت 1/2 ساعت فعالیت بالای پوزولانی قابل مقایسه با دوده سیلیس را از خود نشان میدهد. همچنین نتایج نشان داد سیمان آمیخته حاوی10و20 درصد خاکستر برگ بامبو مطابق با مشخصات فیزیکی و مکانیکی مورد نیاز در استاندارد اروپا میباشد.
از جمله معایب بتن مقاومت کششی بسیار ناچیز آن میباشد که این رفتار ترد و شکننده، موجب شکست ناگهانی و فروریختن سازه های بتنی در هنگام زلزله میگردد. همچنین در فرآورده های سیمانی به دلیل ضعف در برابر کشش، ممکن است که ترک های ناشی از جمع شدگی خمیری اتفاق افتد. یکی از راه حل های مناسب برای مقابله با این مشکلات استفاده از مقادیر کم الیاف برای کنترل رشد ترک و افزایش مقاومت کششی و شکل پذیری فرآورده های سیمانی میباشد.
الیاف پلیمری برای بهبود خصوصیات بتن از دهه 1980 میلادی مورد استفاده قرار گرفتهاند. از میان الیاف پلیمری، الیاف پلی پروپیلن در حوزه بتن بیشتر مرسوم است12]و.[13 الیاف پلی پروپیلن از ارزان ترین فیبرهای مصنوعی میباشند که جهت مسلح سازی کامپوزیت های سیمانی به منظور بهبود خصوصیات مکانیکی و افزایش شکل پذیری مورد استفاده قرار میگیرند. کاربرد پلی پروپیلن و تاثیر آن بر کامپوزیت های سیمانی بستگی کامل به نوع، طول و درصد حجمی به کار رفته در ماتریس، طرح اختلاط و طبیعت مواد مصرفی دارد
با توجه به اهمیت الیاف پلیپروپیلن و کمبود پژوهش در زمینه تاثیر آن بر فرآوردههای سیمانی حاوی خاکستر برگ بامبو، در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر الیاف پلیپروپیلن بر خواص ملاتهای سیمانی حاوی خاکستر برگ بامبو پرداختهایم.
2. مصالح مصرفی و نسبت های اختلاط
در تحقیق حاضر از سیمان پرتلند تیپ 1-425 استفاده شده است. برگ بامبو به کار رفته در این تحقیق از مزارع بامبو روستای لیالستان شهرستان لاهیجان برداشت شده، سپس این برگها در فضای باز در زیر نورآفتاب خشک شدند. برگ خشک بامبو سوزانده شده و برای استفاده از خاکستر برگ بامبو به عنوان یک پوزولان در مخلوط ملات سیماتی، آن را در کوره الکتریکی پارک علم و فناوری گیلان به مدت120 دقیقه در دمای600 درجه سانتیگراد قرار داده تا این خاکستر فعال شده و خاصیت آمورفی پیدا کند و کربن موجود در آن از بین برود - به اصطلاح عمل کربن گیری - . در پایان جهت کاهش قطر ذرات و افزایش سطح مخصوص، خاکستر توسط آسیاب سرامیکی - - Ball mill به مدت120 دقیقه آسیاب شد. خصوصیات فیزیکی سیمان مصرفی در جدول 1 و مشخصات شیمیایی سیمان و خاکستر برگ بامبو در جدول 2 نشان داده شده است.
الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده در این تحقیق محصول شرکت وند شیمی ساختمان و از نوع مواد خام بازیافتی صنعتی میباشد که در کارخانه به طول 6 میلیمتر بریده شده است. مشخصات الیاف پلی پروپیلن مورد استفاده در جدول 3 ارایه شده است. همچنین از فوق روان کننده بر پایه پلی کربوکسیلات اتر با نام تجاری FARCO PLAST P10N جهت دستیابی به روانی مطلوب وکمک به توزیع بهتر ذرات در ملات استفاده شد. دانه بندی ماسه مورد استفاده در ساخت ملات مطابق با استاندارد ASTM C778 انجام شد.
نسبت آب به مواد چسباننده برای تمام اختلاطها 0/5 و نسبت ماسه به مواد چسباننده 2/75 در نظر گرفته شد. خاکستر برگ بامبو به عنوان جایگزین وزنی سیمان با چهار مقدار 5 ، 10 ، 15 و 20 درصد در ساخت ملات مورد استفاده قرار گرفت. همچنین جهت بررسی نقش الیاف، الیاف پلی پروپیلن به مقدار 0/1 درصد حجمی نسبت به حجم کل ملات استفاده شد. جزییات طرح های اختلاط به کار برده شده در ساخت ملات در جدول 4 نشان داده شده است.
جدول-1 خصوصیات فیزیکی سیمان
جدول-2 آنالیز شیمیایی سیمان و خاکستر برگ بامبو
جدول-3 مشخصات الیاف پلی پروپیلن
جدول-4 مشخصات طرحهای اختلاط
