بخشی از مقاله
خلاصه
ملات سیمان یکی از رایج ترین ملاتهای ساختمانی است، اما گاهی اوقات به منظور بهبود بعضی از ویژگیهای آن از جمله زمان گیرش، کارایی، جمع شدگی و مقاومت یا به منظور کاهش مصرف سیمان و در نتیجه کاهش هزینه و آلودگی-های زیست محیطی ناشی از تولید، مواد افزودنی به سیمان اضافه میشوند و یا جایگزین بخشی از آن میگردند.
در این مطالعه آزمایشگاهی به بررسی اثر ضایعات کاشی و سرامیک در ملات سیمان پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا ضایعات کاشی و سرامیک با درصدهای مختلف 5 تا 50 درصد یکبار به عنوان افزودنی و یک بار به عنوان جایگزین ماده چسباننده به ملات اضافه شده و سپس با انجام آزمایش بر روی همهی ترکیبات، مقاومت فشاری نمونهها اندازهگیری شده است.
نتایج نشان داد تاثیر این مواد زمانی که جایگزین سیمان شوند در ترکیب 5 درصد افزایش مقاومت و در سایر ترکیبات مقاومت کاهش یافته، به طوریکه این کاهش در ترکیبات 5 تا 35 درصد، کمتر از 20 درصد است و در حالتی که به عنوان افزودنی به ملات سیمان اضافه شوند در همهی ترکیبات مقاومت کاهش یافته اما تا ترکیب 15 درصد این کاهش کمتر از 20 درصد است.
.1 مقدمه
به هر ماده چسباننده که پس از مخلوط شدن با آب به صورت دوغاب یا خمیر درآمده و دانههای سنگی را به هم بچسباند سیمان گفته میشود. سیمان گردی است نرم، جاذب آب و دارای قابلیت به هم چسباندن ذرات که در نتیجه، جسم صلب و یکنواختی را پدید میآورد. مواد تشکیل دهنده سیمان عبارتند از: اکسید کلسیم - آهک - ، اکسید آلومینیوم، اکسید سیلیسم، اکسید آهن، اکسید منیزیم و اکسیدهای قلیائی که در صورت ترکیب با آب، در مجاورت با هوا و یا در زیر آب به تدریج سخت میگردد و دارای مقاومت بالائی میشود بهطوریکه در زمانی حدود 28 روز که در زیر آب باشد دارای مقاومتی حداقل برابر 250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع میگردد.
با توجه به مشخصه فوق سیمان میتواند دارای ترکیبات متفاوتی باشد و اصولا جزو ملاتهای آبی محسوب میگردد. سیمان پرتلند یکی از بهترین مواد چسبانندهای است که در تولید بتن به کار میرود و معمولا به دو روش تر و خشک ساخته میشود که در هر دو روش کلینکر حاصل را با 2 الی 3 درصد سنگ گچ آسیاب میکنند تا پودر سیمان پرتلند بدست آید .
صنعت سیمان دارای دو عیب عمده مصرف انرژی بسیار بالا و ایجاد آلودگی محیط زیست است و محققین همواره تلاش میکنند تا در حد امکان این معایب را کاهش دهند، این موضوع علاوه بر محدودیتهای مصرف انرژی، از نظر تولید گازهای آلاینده نیز اهمیت بهسزایی دارد. عمدهترین گاز آلاینده در صنعت سیمان دیاکسید کربن با تولید سالانه 30 میلیون تن میباشد که سبب پدیده گلخانهای و گرم شدن کره زمین میگردد همچنین 25 تا 30 درصد قیمت تمام شدهی سیمان را هزینه مصرف انرژی به خود اختصاص میدهد که در راستای رسیدن به این هدف میتوان به کاهش مصرف سیمان و جایگزین کردن آن با مواد مشابه دیگر اشاره کرد. در کشورهای صنعتی، قوانین زیست محیطی مشوق استفاده از این روشها میباشد
ضایعات کاشی و سرامیک از جمله موادی هستند که از آن میتوان به عنوان جایگزین سیمان استفاده کرد. تولید سالانه کاشی و سرامیک در ایران در حدود 350 میلیون مترمربع میباشد که این میزان تولید، ایران را در رتبه پنجم تولید کاشی در جهان قرار میدهد. معمولا ضایعات مربوط به کاشی، سرامیک و چینیهای بهداشتی به چندین صورت ایجاد میشوند، بخشی از ضایعات در کارخانهها و در حین و بعد از فرآیند تولید به علت خطای ساخت و یا اشتباهات انسانی و مواد اولیه نامناسب، بخشی دیگر درمسیرهای حمل و نقل و توزیع و بخش اعظم در اثر تخریب ساختمانها و ضایعات باقی مانده از آن ایجاد میشوند. پیشبینی میشود که حدود 7-3 درصد از تولید روزانه سرامیک در جهان به صورت ضایعات در میآید همچنین میزان ضایعات ناشی از تخریب ساختمانها نیز به این مورد اضافه میشود که این میزان ضایعات در سال به میلیونها تن میرسد .
ماهیت این مواد به گونهای است که نمیتوان از آنها مجددا در چرخه تولید استفاده کرد و عملا بدون استفاده می-مانند و همچنین به صورت یک زباله ساختمانی باعث آلودگی محیط زیست شده و خسارتهایی به آن وارد میکند بنابراین با توجه به این میزان تولید و روند رو به رشد این صنعت و همچنین استفاده روز افزون از این مواد و ضایعات قابل توجه آن، توجه به استفاده مجدد از ضایعات حاصل از مواد سرامیکی را بیش از پیش میطلبد.
تحقیقاتی بر روی ویژگیهای ملات سیمان با افزودنیهای مختلف انجام گرفته است که از آن جمله میتوان به بررسی خواص پوزولانی کاشی ضایعاتی در بتن اشاره کرد، در این برنامه آزمایشگاهی ابتدا خواص شیمیایی کاشی ضایعاتی بر اساس استاندارد بررسی و سپس نمونه هایی به همراه این پوزولان ساخته شده و آزمایش های مقاومت فشاری و خمشی بر روی نمونه ها انجام شده است. نتایج نشان داده است که کاشیهای ضایعاتی دارای خواص پوزولانی بوده و میتوان از آنها در بتن استفاده کرد .
در تحقیق دیگری با جایگزینی 20 درصد از چند نمونه مختلف از ضایعات سرامیکی به عنوان پوزولان، آزمایشات بر روی بتن انجام شد و نتایج نشان داد که با استفاده از این مواد میتوان به مقاومتی در حدود 91 درصد از مقاومت نمونه شاهد رسید، همچنین این ماده باعث کاهش نفوذپذیری بتن و افزایش کارایی آن شده است .[3] در تحقیق دیگر نشان داده شده که استفاده از ضایعات کاشی و چینی بهداشتی به میزان 20 درصد جایگزین سیمان، مقاومت 28 روزه بتن را تا 35 درصد کاهش میدهد .
در تحقیق دیگری با جایگزین کردن ضایعات کاشی و سرامیک به این نتیجه رسیدند که استفاده از 20 درصد این مواد، اثر منفی بر مقاومت فشاری بتن ندارد همچنین استفاده از نانو سیلیس به همراه این ضایعات موجب بهبود مقاومت و کاهش جذب آب در این نمونهها میشود .
در تحقیق دیگری اثر جایگزین کردن ضایعات آجر و سرامیک مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که استفاده از 5، 10 و 15 درصد این ضایعات اثر کاهشی بر مقاومت فشاری بتن ندارد و همهی نمونههای ساخته شده با این ضایعات در ردهی بتن با مقاومت بالا قرار دارند .
در تحقیق دیگری با جایگزین کردن ضایعات کاشی و سرامیک در ملات سیمان به این نتیجه رسیدند که با افزودن این مواد تا ترکیب 35 درصد، میزان غلظت نرمال افزایش یافته و بعد از آن تا ترکیب 50 درصد ثابت میماند. همچنین نتایج نشان میدهد که زمان گیرش اولیه و نهایی در همهی ترکیبات چه در حالت جایگزین و چه در حالت افزودنی به میزان قابل توجهی افزایش یافته است.
همچنین تحقیقاتی بر روی ویژگیهای ملات سیمان با افزودنیهای مختلف انجام گرفته است که از آن جمله میتوان به افزودن میکروسیلیس به ملات سیمان اشاره کرد و در آن محققین آزمایشهایی بر روی 5 گونه ملات مختلف با نسبتهای وزنی میکروسیلیس با روشهای استاندارد انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که با افزایش میکروسیلیس در صورت عدم استفاده از روان کننده، مقاومت فشاری و کارایی ملات کاهش یافته و زمان گیرش و غلظت نرمال ملات افزایش مییابد .در این تحقیق آزمایشگاهی به بررسی خواص کاشی و سرامیک ساختمانی بر مقاومت فشاری ملات سیمان پرداخته شده است.
.2 مواد مصرفی
.1-2 ضایعات کاشی و سرامیک
برای انجام آزمایشهای لازم نمونهای از ضایعات کارخانه کاشی ارژنگ شهرکرد تهیه و سپس این نمونه توسط دستگاه، آسیاب شده بهطوری که اندازه تمام دانهها کوچکتر از 45 میکرون شده و برای انجام آزمایشات آماده شوند. پس از آن نمونه کاشی مورد آزمایش اشعه پراش x قرار گرفت، نتایج آزمایش نشان داد که فاز اصلی تشکیل دهنده ماده مورد نظر آمورف میباشد.
جهت استفاده از یک ماده به عنوان پوزولان نیاز است که فاز اصلی تشکیل دهنده به صورت آمورف باشد تا بتواند با سیمان واکنش بدهد، که این ماده در اثر حرارات در فرآیند تولید از فاز کریستالی به فاز آمورف تغییر فاز داده است. همچنین از آزمایش مشخص شد با توجه به پیک اصلی ماده، عنصر اصلی تشکیل دهنده آن اکسید سیلیس میباشد. با توجه به نتایج گرفته شده مشخص شد که این ماده حداقلهای لازم را برای بروز خواص پوزولانی دارد .[10] همچنین ماده مورد نظر تحت آزمایش شیمی تر جهت بررسی دقیق اکسیدهای اصلی موجود در ماده قرار گرفت که نتایج آن در جدول - - 1 مشاهده میشود.
جدول -1 تجزیه شیمیایی کاشی ضایعاتی
.2-2 سیمان
نوع سیمان مصرفی در این آزمایش تیپ 1-425 کارخانه سیمان شهرکرد میباشد که مشخصات شیمیایی و فیزیکی آن در جدول2 و 3 آورده شده است.
جدول -2 مشخصات شیمیایی سیمان شهرکرد
