بخشی از مقاله
چکیده
افزایش نرخ رشد تولید سیمان و بتن جهت ساخت سازه های قوی و مدرن در کشور در حال توسعه ایران، مصرف بالای انرژی و تولید احجام قابل ملاحظه ای آلاینده زیست محیطی را به دنبال داشته است. یکی از مناسبترین روش های مورد توجه پژوهشگران جهت رفع مشکلات آلاینده های زیست محیطی و همچنین بهبود خواص سازه ای بتن، استفاده از افزودنی های پوزولانی در بتن می باشد. در بین پوزولان های مصنوعی، از خاکستر پوسته شلتوک برنج می توان به عنوان پوزولانی کارآمد جهت مرتفع کردن این نیاز نام برد.
در کشور ایران تا کنون بررسی علمی مؤثری بر روی اثرات مختلف خاکستر پوسته برنج در بتن صورت نگرفته است و این پوزولان تنها در مقیاس آزمایشگاهی و بسیار محدود تولید گردیده است. به همین منظور در این پژوهش اقدام به بررسی خواص مهندسی بتن دارای خاکستر پوسته برنج شهر زرین شهر، نظیر مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مدول الاستیسیته، تعیین عمق نفوذ آب در آن و تعیین ضریب نفوذپذیری گردیده است. در این تحقیق ، مبادرت به ساخت 4 مخلوط بتنی شد که یک مورد آن، بتن کنترل معمولی و سه مورد دیگر بتن با درصد های متفاوت خاکستر پوسته برنج 10 - ،5 و 15درصد - میباشد. بر اساس نتایج بدست آمده، بکارگیری خاکستر پوسته شلتوک برنج به عنوان جایگزین بخشی از سیمان مصرفی، نتیجه رشد مطلوب در کیفیت بتن خواهد داشت و استفاده از آن در بتن امکان پذیر و توصیه می شود.
کلمات کلیدی: بتن، پوزولان مصنوعی، خاکستر پوسته برنج، خواص سازه ای
.1 مقدمه
پوسته برنج در گذشته دور به عنوان یک ماده زائد مطرح بوده که کاربرد به خصوصی نداشته و اثرات مخرب زیست محیطی زیادی را در بر داشته است. به جهت انرژی دهی و قابلیت اشتعال مناسب آن، به عنوان سوخت در فعالیت هایی مانند پروسهی خشک نمودن برنج، کارخانه های آجرپزی و گرمایش خانگی مورد استفاده قرار می گرفته که این کاربردها تا امروز به قوت خود باقی مانده اند .[1] با گذشت زمان و افزایش چالش های زیست محیطی، سازمان های مرتبط و محققین مختلف به فکر پیدا کردن راهی جهت جلوگیری از آلودگی محیط زیست توسط این ماده افتادند.
در سال 1972، مهتا پی به این نکته برد که احتراق پوستهی برنج در شرایط کنترل شده منجر به تولید خاکستر سیلیسی سفید رنگ با درصد خلوص زیاد و واکنش پذیری بسیار زیاد با آهک خواهد شد .[ 2] این خاکستر از خواص پوزولانی بسیار مناسبی برخوردار بوده و دارای قابلیت بکارگیری بعنوان جایگزینی برای سیمان می باشد.
تبدیل این پسماند کشاورزی به یک پوزولان مصنوعی از طریق احتراق آن در دماهای بالاتر از 500 درجه سانتی گراد میسر است. بنا بر تحقیقات قبلی، پارامتر های تاثیر گزار بر خواص پوزولانی این ماده شامل نرخ افزایش دما، دمای نهایی احتراق، جو احتراق از حیث میزان فراهم بودن اکسیژن، مدت زمان نگهداری در دمای نهایی، سرعت خنک کردن خاکستر و میزان آسیاب نمودن آن است .[ 6-3 ] در سالهای 1972 تا 1982 نیز سه گردهمایی درباره مصارف پوسته برنج و خاکستر آن در کشورهای پاکستان، مالزی و هند برپا شد.[7]
جهت تولید بتنهای دارای عمر و دوام مناسب از خاکستر پوسته برنج استفاده کردند .[8] بدین منظور، آنها ابتدا نسبت به تولید و آنالیز میکروسکوپ الکترونی خاکستر پوسته برنج اقدام کردند و سپس طرحهای متفاوتی با درصد های متفاوت خاکستر ساخته شد. با توجه به نتایج مقاومت فشاری بدست آمده تا سن 90 روز ، خواص مکانیکی بتن های حاوی خاکستر پوسته برنج با نمونه های شاهد - بدون خاکستر - مقایسه شده همچنین با استفاده از تکنیک سرعت امواج اولتراسونیک در نمونه های بتنی ،مدول الاستیسیته دینامیکی آنها تعیین و گزارش شده است.
به منظور تقویت ناحیه تماس که به اسامی مختلفی مانند لایه مرزی یا منطقه انتقالی در بتن نامیده میشود، از خاکستر پوسته برنج به عنوان پوزولان مصنوعی بسیار فعال استفاده نمودند.[9]در این تحقیق طرح های اختلاط با دو نسبت آب به ماده پودری 0/39 و 0/44 و با درصد های جایگزین پوزولان خاکستر پوسته برنج 5 ،10 و15 درصد جهت بررسی خواص بتن سخت شده ساخته شد و نتایج بتن سخت شده حاکی از آن بود که با افزایش درصد جایگزین خاکستر پوسته برنج خواص مکانیکی بتن خودمتراکم بهبود می یابد.
در سال 1388، رمضانپور و همکاران در دانشگاه صنعتی امیر کبیر اقدام به طراحی و ساخت کوره مخصوص تولید خاکستر پوسته برنج نمودند و سپس به تعیین خواص مکانیکی بتن از قبیل آزمایشات دوام و مقاومت بتن همت گماشتند.[10]
مسلحسازی سازههای بتنی با منسوج یکی از روشهای اصلاح عملکرد خمشی و کششی بوده که به واسطه آنها مخلوطهای شکننده به مخلوطی شکل پذیر تبدیل میشوند. از آنجا که پیوند میان الیاف و مخلوط به هنگام گسترش ترک نقش تعیین کنندهای را در مقاومت و جذب انرژی ایفا میکند، بکار گیری راه کارهایی جهت افزایش پیوند بین الیاف و مخلوط در راستای کسب حداکثر مقاومت و بهبود خواص سازه ضروری است. نانوسیلیس میتواند به عنوان پرکننده سبب پرشدن فضاهای بین ذرات ژل سیلیکات کلسیم هیدراته شود.
از طرفی به وسیله واکنش پوزولانی با هیدروکسید کلسیم مقدار ژل سیلیکات کلسیم هیدراته افزایش مییابد. در نتیجه سبب متراکم سازی بیشتر مخلوط و متعاقباً بهبود ساختار میکروسکوپیک سطح تماس، مقاومت و پایایی مواد میشود. ممتازی و همکاران در سال 1389 در پی مقالهای جهت مطالعه مقاومت خمشی و سختی ملات های حاوی خاکستر پوسته شلتوک برنج و نانوسیلیس از الیاف نایلون به عنوان تقویت کننده در فرم الیاف کوتاه و الیاف ممتد در نسبتهای تقویتی مختلف استفاده کردند.[11]
نتایج نشان داد که اثر بخشی و سهم الیاف کوتاه در افزایش مقاومت خمشی ملاتها کمتر از الیاف ممتد است. نانوسیلیس اثر قابل توجهای بر مقاومت بتن دارد.
در سال 1390 ممتازی و همکاران، به بهبود خواص مکانیکی بتن معمولی و خود تراکم توسط خاکستر پوسته برنج اهتمام نمودند.[12] دو نسبت مختلف جایگزینی سیمان با %10 RHA و%20 و دو نسبت مختلف آب به مصالح سیمانی 0/4 و 0/35 برای هر دو بتن معمولی و خودتراکم استفاده شده است نتایج به دست امده از مقاومت خمشی فشاری و مدول الاستیسیته با مقادیر نظیر بتن خودتراکم بدون RHA مقایسه شده است. نتایج حاصل حاکی از این است که RHA باعث بهبود خواص مکانیکی بتن SCC بعد از سن 60 روزگی می باشد.
در کشور ایران تا کنون تحقیقات محدودی در ارتباط با خصوصیات بتن های حاوی پوزولان خاکستر پوسته برنج انجام شده است. نظر به اهمیت شناخت مسایل مربوط به استفاده از این ماده افزودنی در بتن و آشنایی با روش های صحیح مصرف و ویژگیهای مثبت و منفی آن، ضروریست که تحقیقات اساسی در این زمینه انجام پذیرد. لذا در تحقیق حاضر، کوششی در راستای بررسی تاثیر ذرات خاکستر پوستهی برنج شهر زرین شهر، بر روی عملکرد آن در مخلوط های بتنی گردیده است.
.2 برنامه آزمایشگاهی و روش های انجام آزمایشات
.1 .2 مواد و مصالح
در این تحقیق سعی شده است منحنی دانه بندی درشت دانه و ریز دانه مورد استفاده، بین منحنی دانه بندی تعیین شده در روش استاندارد ملی طرح مخلوط بتن ایران - به شماره - 302 باشد. ماسه مصرفی - ریزدانه - از دو اندازه 0-5 میلیمتر - از نوع رودخانهای - و - 5 3 میلیمتر تشکیل شده است. بدلیل اینکه هیچ کدام از این دو نوع ماسه از دانه بندی استانداری برخوردار نبودند لذا با انجام سعی و خطا درصد بهینه اختلاط دو نوع ماسه برای بدست آوردن دانه بندی مناسب و استاندارد محاسبه گردید.
درصد اختلاط برای ماسه -0 5 میلیمتر، 45 درصد و برای ماسه 0 تا 3میلیمتر 20 درصد و برای شن 35 درصد تعیین گردید. این درصد اختلاط با توجه به کیفیت مصالح مصرفی، مطلوبترین درصد اختلاط برای بدست آوردن یک دانهبندی مناسب می باشد. در شکل 1، منحنی دانه بندی مخلوط سنگدانه نشان داده شده است - حداکثر قطر سنگدانه 19 میلی متر می باشد - .
شکل :1 منحنی دانه بندی مصالح مخلوط
برای ساخت آزمونه های بتنی از سیمان پرتلند تیپ 1 کارخانه سیمان شهرکرد و همچنین خاکستر شلتوک پوسته برنج شهر زرین شهر با درصد های متغیر 0-5-10-15 - درصد - استفاده شده است. قابل توجه است، خاکستر پوسته برنج باید به نحوی صحیح تولید گردد تا توان جایگزینی درصدی از سیمان و در نتیجه اصلاح الگوی مصرف و بهینه سازی تولید سیمان را در خود بپروراند. در این تحقیق خاکستر شلتوک پوسته برنج تحت دمای 500 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت در کوره تحت حرارت قرار گرفته است.
سیلیس خاکستر تهیه شده تحت شرایط بیانشده آمورف بوده و دارای ذرات کریستالی کمی می باشد . [7] در ساخت مخلوط های بتنی از آب شرب شهرستان شهرکرد استفاده گردیده است و همچنین به منظور ثابت نگه داشتن مقدار روانی مخلوط ها از فوق روان کننده نوترال 102N - که با نوع ASTM C494 و نوع ASTM C1017 مطابقت دارد - استفاده شده است.
