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 پوزولانهای طبیعی و پسماندهای صنعتی حاوی سیلیکات آلومینیوم، سازگار با محیط زیست بوده و میتواند به عنوان یک ماده جایگزن در مقابل انتشار آلودگی ناشی از تولید سیمانهای 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 بتنهای 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 طرحها ثابت در نظر گرفته شده است.
در این تحقیق عمل آوری نمونهها به صورت مستغرق در آب در دمای محیط بوده و آزمونههای هر طرح در سنین 1، 3 ، 7 ، 14 ، 21 ، 28 و 42 روزه شکسته شده اند. که نشان میدهد با کاهش غلظت محلول هیدروکسید سدیم به 11/25 مولار خواص مکانیکی و این بتن کاهش مییابد و این در حالی است که با کاهش غلظت مولاریته محلول هیدروکسید سدیم از 18/75 به 15 تغییرات چشمگیری مشاهده نمیگردد.
مقدمه
رشد روز افزون صنعت ساخت و ساز در حوزه ی سازههای 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 سیمانهای پرتلند را در پی داشته است[1]، این در حالی است که از یک سو تولید سیمانهای پرتلند علاوه بر مصرف منابع طبیعی چون سنگ آهک ، مصرف سوختهای فسیلی و انرژی الکتریکی، سبب انتشار مقدار قابل توجهی از گازهای گلخانه ای و در نتیجه آلودگی زیست محیطی میشوند و از سوئی دیگر امروزه تفکر، توجه و تلاشی جدی در راستای حفظ محیط زیست امری اجتناب ناپذیر و غیر قابل انکار میباشد2]و[3 از این رو در دو دهه ی اخیر بتن ژئوپلیمری با عمکردی بالا وهزینه ی ساخت پایین به عنوان دوست دار محیط زیست با قابلیت جایگزینی برای بتنهای ساخته شده با سیمان معمولی مطرح شده است.
پلیمرهای غیر آلی سیلیکات آلومینیوم [5]یا به تعریف دیویدوویتس1 ژئوپلیمرها6]،[7 میتوانند دریک فرآیند پلیمری شدن[4] گستره ی وسیعی از پسماندهای صنعتی مانند سرباره کوره آهنگدازی ، خاکستر بادی، خاکستر مواد سوختی، خاکستر پوسته ی برنج، متاکائولن، پوزولانهای طبیعی و هر منبعی که دارای سیلیکات آلومینیوم غیر بلوری[6 ]باشد را به تولیدات ساختمانی تبدیل کند8]،.[9ژئوپلیمرها همچنین از خواص مکانیکی بسیار خوبی همچون مقاومت فشاری بالا، مقاومت سایشی بالا، مقاومت در برابرحملههای سولفاتی و اسیدی، گیرش سریع، مقاومت در برابر دمای بالا، عدم شرکت در واکنش با سنگدانههای مصرفی ونفوذ پذیری پایین ، محافظت بالا از فولاد در برابر خوردگی برخوردار میباشد
ژئوپلیمر ترکیبی از مصالح ژئولوژی طبیعی سیلیکا و آلومین با یک حلال قلیایی_سیلیکاتی بوده که در یک واکنش شیمایی توسط پیوندهای پلیمری تشکیل میشود، شکل گیری پیوندهای پلیمری Si-O-Al - - و ساختار مولکولی آن، با معرفی سه زنجیره ی اصلی پلی سیالیت - Al–O–Si - 2، پلی سیالیت سیلیکسو - Al–O–Si–Si - 3 و پلی سیالیت دی سیلیکسو - Al–O–Si–Si–Si - 4 تشریح شده است بدینگونه که حلال قلیایی سیلیکاتی سبب شکستن پیوندهای اکسیدآلومنیوم و اکسید سیلیس موجود در پودر 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 میگیرد.
محلول فعال کننده ی قلیایی_سلیکاتی 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 نسبتهای مولی و وزنی مشخص میباشد . مطالعات نشان میدهد نوع هیدروکسید قلیای MOH - که M نوع کاتیون قلیایی میباشد - ، غلظت آن - مولاریته - و همچنین نسبت های محلول دوترکیبی که شامل نسبت وزنی M2SiO3 / MOH یا نسبت مولی SiO2/M2Oمیباشد، نقش بسیار مهمی را بر خصوصیات شیمیایی و مکانیکی ژئوپلیمر دارد.
تغییر در خواص ژئوپلیمر تنها به محلول فعال کنندهها محدود نمیشود، مقادیر واکنش پذیرSi و Alموجود درمصالح پودری، مقدارمولکولهای آب و نسبتهای مولی کل همچون SiO2/Al2O3و M2O/SiO2و H2O/M2O در تشکیل ژل پلیمری-M-A M - S-H کاتیون قلیای، A اکسید آلومنیوم، S اکسید سلیس، H آب - تاثیر نهایی را میگذارند .در نتیجه به طور کلی میتوان ترکیب ژئوپلیمری را با عبارت [n M2O.Al2O3.xSiO2.yH2o] بیان کرد.
ژئوپلیمر به عنوان یک ماده ی جدید با مزیتهای آنچه که ذکر شده برای شناخت بیشتر و توسعه ی بهتر همچنان نیاز بده 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 میرسد.از این سبب در پژوهش انجام شده طرحها با غلظتهای مولاریته 18/75 ، 15 و 11/25که معادل محلول هیدروکسید سدیم با غلظت ماده جامد 50 % ،40 %و% 30 میباشد و همچنین نسبتهای 2 ،2/5 و 3 مقدار محلول سیلیکات سدیم به هیدروکسید سدیم مورد بررسی قرار گرفته اند.و باقی پارامترهای موثر از قبیل آب به ذرات چسباننده نسبت حجم محلول فعال کننده به چسباننده ثابت حفظ شده تا تاثیر پارامترهای مذکور در بررس شود.
2برنامه آزمایشگاهی 1-2مواد و مصالح 1-1-2چسباننده
از سرباره کوره آهنگدازی به عنوان منبع سیلیکات آلومینیوم برای این بتن استفاده گردید. این سرباره پسماند تولید فولاد شرکت ذوب آهن اصفهان بوده که در کارخانه سیمان سپاهان آسیاب و گردیده و به ریزی برابر با 4500 سانتی متر مربع بر گرم رسیده است. آنالیز شیمیایی این سرباره توسط دستگاه - 5; انجام گردیده که در جدول شماره 1 قابل ملاحظه میباشد.
جدول 1 آنالیز شیمیایی سرباره کوره آهنگدازی - درصد وزنی -
2-1-2محلول قلیایی-سیلیکاتی
محلول قلیایی-سیلیکاتی این بتن متشکل از سیلیکات سدیم با غلظت 50 درصد ماده جامد و مدول آن برابر با 2/5 میباشد - نسبت اکسید سدیم به اکسید سلیس - . چگالی اندازه گیری شده سیلیسکات سدیم برابر1502کیلوگرم بر متر مکعب باشد. همچنین هیدروکسید مصرفی طرحها تهیه شده از هیدروکسید مایع تولیدی صنایع پتروشیمی بندر امام با درصد ماده خشک %50 بوده است که معادل با غلظت مولاریته18/75میباشد و خلوص کل محلول در حدود %98 تخمین زده شده است.
3-1-2آب
اب مصرفی برای ساخت بتن ژئوپلیمری آب شرب تهران بوده است
4-1-2سنگدانه
سنگدانه مصرفی نسبت ماسه به شن 1/5 میباشد. و نسبت شن درشت دانه به شن ریز دانه برابر با 1 میباشد. - %60 ماسه ،% 20 شن بادامی و % 20 شن نخودی - مدول نرمی برابر با5/19 میباشد و حداکثر سایز سنگدانه برابر با 19 میلیمتر میباشد.جدول و منحنی دانه بندی مصالح در ذیل قابل مشاهده میباشند.
