بخشی از مقاله
چکیده
بتن ژئوپلیمری یک ماده جدید و نوین در صنعت ساخت و ساز دارای عملکرد و کارایی مطلوب بوده که با مصرف پوزولان های طبیعی و پسماند های صنعتی حاوی سیلیکات آلومینیوم، سازگار با محیط زیست بوده و می تواند به عنوان یک ماده جایگزن در مقابل انتشار آلودگی ناشی از تولید سیمان های پرتلند برای تولید بتن مورد استفاده قرار گیرد. از سوی دیگر خصوصیات مکانیکی و دوامی این بتن تحقیقات بیشتر در مورد عوامل موثر بر این دو مشخصه را حائز اهمیت گردانیده است.
در این مقاله سعی بر مطالعه ی ساخت بتن های پر مقاومت ژئوپلیمری بر پایه سرباره کوره آهنگدازی با استفاده از محلول قلیایی فعال کننده پایه سدیم گردیده است که در آن سه غلظت مختلف 18/75 ،15و 11/25 مولار محلول هیدروکسید سدیم و سه نسبت ترکیبی سیلیکات سدیم به هیدروکسید سدیم برابر با 2 ، 2/5 و3 مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین نسبت آب به مواد چسباننده در کلیه طرح ها ثابت در نظر گرفته شده است.در این تحقیق عمل آوری نمونه ها به صورت مستغرق در آب در دمای محیط بوده و آزمایش جذب آب حجمی در سن 28 روزگی بر روی نمونه های هر طرح مخلوط صورت گرفته است. آزمایش جذب آب نیم ساعته، جذب آب 24 ساعته و جذب آب نهایی بر روی نمونه ها نشان دهنده تاثیر کاهنده افزایش غلظت هیدروکسید سدیم بر جذب آب بتن های ژئوپلیمری دارد.
واژگان کلیدی: بتن ژئوپلیمری ، سرباره کوره اهنگدازی، غلظت مولاریته، هیدروکسید سدیم ، سیلیکات سدیم، جذب آب حجمی،
.1مقدمه
رشد روز افزون صنعت ساخت و ساز در حوزه ی سازه های بتنی که موجب شده است این ماده به عنوان یکی از پرمصرفترین مواد در قرن اخیر شناخته شود، افزایش میزان تقاضا برای تولید و مصرف سیمان های پرتلند را در پی داشته است[1]، این در حالی است که از یک سو تولید سیمان های پرتلند علاوه بر مصرف منابع طبیعی چون سنگ آهک ، مصرف سوخت های فسیلی و انرژی الکتریکی، سبب انتشار مقدار قابل توجهی از گازهای گلخانه ای و در نتیجه آلودگی زیست محیطی می شوند و از سوئی دیگر امروزه تفکر، توجه و تلاشی جدی در راستای حفظ محیط زیست امری اجتناب ناپذیر و غیر قابل انکار می باشد.
از این رو در دو دهه ی اخیر بتن ژئوپلیمر با عمکردی بالا وهزینه ی ساخت پایین به عنوان دوست دار محیط زیست با قابلیت جایگزینی برای بتن های ساخته شده با سیمان معمولی مطرح شده است.و پلیمرهای غیر آلی سیلیکات آلومینیوم یا به تعریف دیویدوویتس 1ژئوپلیمرها7]و[8 می توانند دریک فرآیند پلیمری شدن گستره ی وسیعی از پسماند های صنعتی مانند سرباره کوره آهنگدازی ، خاکستر بادی، خاکستر مواد سوختی، خاکستر پوسته ی برنج، متاکائولن، پوزولان های طبیعی و هر منبعی که دارای سیلیکات آلومینیوم غیر بلوری باشد را به تولیدات ساختمانی تبدیل کند و ژئوپلیمرها همچنین از خواص مکانیکی بسیار خوبی همچون مقاومت فشاری بالا، مقاومت سایشی بالا، مقاومت در برابرحمله های سولفاتی و اسیدی، گیرش سریع، مقاومت در برابر دمای بالا، عدم شرکت در واکنش با سنگدانه های مصرفی ونفوذ پذیری پایین ، محافظت بالا از فولاد در برابر خوردگی برخوردار می باشد.
ژئوپلیمر ترکیبی از مصالح ژئولوژی طبیعی سیلیکات و آلومین با یک حلال قلیایی_سیلیکاتی بوده که در یک واکنش شیمایی توسط پیوند های پلیمری تشکیل می شود، شکل گیری پیوند های پلیمری Si-O-Al و ساختار مولکولی آن، با معرفی سه زنجیره ی اصلی پلی سیالیت - Al–O–Si - 2، پلی سیالیت سیلکسو - Al–O–Si–Si - 3 و پلی سیالیت دی سیلکسو - Al–O–Si–Si–Si - 4تشریح شده است بدینگونه که حلال قلیایی سیلیکاتی سبب شکستن پیوند های اکسیدآلومنیوم و اکسید سیلیس موجود در سیلیکات آلومینیوم شده و پس از حل شدن و فعال شدن ذرات Si و Al ، در یک واکنش سریع پلیمریزاسیونی و با توجه به مقادیر اکسید سیلیس و اکسید آلومنیوم موجود در منبع - نسبت مولیSi/Al - زنجیره ی اصلی مذکور شکل می گیرد.
محلول فعال کننده ی قلیایی_سیلیکاتی شامل یک محلول هیدروکسید قلیایی همچون سدیم هیدروکسید - NaOH - ، پتاسیم هیدروکسید - KOH - و کلسیم هیدروکسید - - Ca - oH - 2 به تنهایی، یا یک محلول دوترکیبی شامل یک هیدروکسید قلیایی به همراه محلول سیلیکاتی مثل سدیم سیلیکات - - Na2SiO3 یا پتاسیم سیلیکات - K2SiO3 - با نسبت های مولی و وزنی مشخص می باشد . مطالعات نشان می دهد نوع هیدروکسید قلیایی MOH - ، که M نوع کاتیون قلیایی می باشد - ، غلظت آن - مولاریته - و همچنین نسبت های محلول دوترکیبی که شامل نسبت وزنی M2SiO3 / MOH یا نسبت مولی SiO2/M2Oمی باشد، نقش بسیار مهمی را بر خصوصیات شیمیایی و مکانیکی و دوامی ژئوپلیمر دارد.
تغییر در خواص ژئوپلیمر تنها به محلول فعال کننده ها محدود نمی شود، مقادیر واکنش پذیرSi و Alموجود در پودر، مقدارمولکول های آب و نسبت های مولی کل همچون درتشکیل پلیمری Mکاتیون قلیای، A اکسید آلومنیوم، S اکسید سیلیس، H آب - تاثیر نهایی را می گذارند .ژئوپلیمر به عنوان یک ماده ی جدید با مزیت های آنچه که ذکر شده برای شناخت بیشتر و توسعه ی بهتر همچنان نیاز به تحقیقات گسترده دارد چرا که نتایج به دست آمده هنوز قاطع و نهایی نیستند و از نگاهی دیگر ارائه، انتشار و گسترش آن با مواد و مصالح بومی و موجود در کشورمان در راستای توسعه ی این تکنولوژی نوین، تحقیق امری ضروری به نظر می رسد.
از این سبب در پژوهش انجام شده طرح ها با غلظت های مولاریته18/75 ،15 و 11/25که معادل محلول هیدروکسید سدیم با غلظت ماده جامد % 50 ،%40 و %30 می باشد و همچنین نسبت های 2 ،2/5 و 3 مقدار محلول سیلیکات سدیم به هیدروکسید سدیم مورد بررسی قرار گرفته اند.و بقیه پارامتر های موثر از قبیل آب به مواد چسباننده نسبت حجم محلول فعال کننده به چسباننده و ... ثابت حفظ شده تا تاثیر پارامترهای مذکور در ابتدا بررسی شود.
محلول قلیایی-سیلیکاتی
محلول قلیایی-سیلیکاتی این بتن متشکل از سیلیکات سدیم با غلظت 50 درصد ماده جامد و مدول آن برابر با 2/5 می باشد - نسبت اکسید سدیم به اکسید سلیس - . چگالی اندازه گیری شده سیلیسکات سدیم برابر1502کیلوگرم بر متر مکعب باشد. همچنین هیدروکسید مصرفی طرح ها تهیه شده از هیدروکسید مایع تولیدی صنایع پتروشیمی بندر امام با درصد ماده خشک %50 بوده است که معادل با غلظت مولاریته 18/75می باشد و خلوص کل محلول در حدود %98 تخمین زده شده است.
