بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر اثرات افزودن نانو کربنات کلسیم خالص و با پوشش کربن و پلیمر بر روي اسلامپ و مقاومت فشاري 3 و 7 روزه بتن بررسی شده است. درصد جایگزینی نانو کربنات کلسیم به منظور دستیابی به محدوده مصرف این مواد ، 1، 3، 10 و 15 درصد وزن سیمان می باشد. نسبت آب به سیمان 0.4 و عیار سیمان 400 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد. نتایج نشان می دهد که جایگزینی نانو کربنات کلسیم با پوشش کربن خصوصیات مکانیکی بتن را بهبود بخشیده است . به طور کلی استفاده از این مواد تا 10 درصد وزن سیمان پیشنهاد می گردد .
واژههاي کلیدي: نانو کربنات کلسیم ، مقاومت فشاري اولیه بتن ، اسلامپ ، درصد جایگزینی سیمان
-1 مقدمه
استفاده از بتن در ساخت و سازها رو به افزایش است به طوریکه در سال 2013 نزدیک به 30.6 بیلیون تن، بتن در سراسر جهان تولید شده است و از نظر مقدار، هم رده آب مصرفی در سراسر جهان می باشد. با توجه به تولید بسیار زیاد کربن دي اکسید در روند تولید سیمان مصرفی در بتن ، که حدود 4.5 تا 8 درصد کل دي اکسید کربن تولیدي می باشد ، دقت به جنبه هاي زیست محیطی تولید و ساخت بتن حائز اهمیت می باشد.[1] بدین منظور می بایست از مصالح جدید همراه با تکنولوژي هاي نوین بهره جست. نانو تکنولوژي یکی از فناوري هاي جدیدي است که با دارا بودن ویژگی هاي خاص نظیر کوچک بودن سطح مخصوص، این انتظار را به وجود می آورد که موجب بهبود خواص بتن گردد. از طرفی حدود 10 درصد سطح کشور ایران را سنگ هاي آهکی پوشش می دهند که این سطح ، از پراکندگی نسبتا خوبی در کشور برخوردار است و تقریبا می توان گفت در تمامی استانها سنگ هاي آهکی موجود است که می تواند منبع غنی و ماده اولیه کربنات کلسیم باشد. علاوه بر آن می توان کربنات کلسیم را از ضایعات صنایع و یا به صورت مصنوعی تولید نمود.
کربنات کلسیم اصلی ترین ماده تشکیل دهنده سنگ آهک می باشد و به صورت آراگونیت، واتریت و کلسیت یافت می شود. از نظر پایداري بهترین شکل کربنات کلسیم ، کلسیت می باشد. تفاوت این 3 نوع کربنات کلسیم در آرایش و شکل قرار گیري عناصر تشکیل دهنده کربنات کلسیم می باشد و همین تغییر آرایش موجب تغییر در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کربنات کلسیم می گردد.[2] همچنین کربنات کلسیم داراي مقداري ناخالصی نیز هست که مقدار این ناخالصی ها در معادن مختلف متفاوت است که موجب تغییر در اندازه،یکنواختی و ... می گردد . به همین خاطر در صنایع مختلف از کربنات کلسیم رسوبی استفاده می گردد.[3] سوپیت و همکاران 1 درصد نانو کربنات کلسیم را به صورت جایگزین سیمان در بتن استفاده کردند و کاهش اسلامپ و بهبود نسبی مقاومت فشاري 3 و 7 روزه را نسبت به نمونه شاهد گزارش نمودند [4]. یو و همکاران 1.5 درصد نانو کربنات کلسیم را به بتن پر مقاومت در شرایط عمل آوري سرد اضافه نمودند و مشاهده گردید که مقاومت فشاري اولیه بهبود می یابد.[5]
لی یو و همکاران به منظور مشاهده اثرات نانو کربنات کلسیم ، 1 ، 2 و 3 درصد از این مواد را به خمیر سیمان اضافه نمودند . افزودن 1.5 درصد از این نانو ذرات بیشترین مقاومت فشاري 7 روزه را بدست می دهد [6]. تحقیق هوآنگ و همکاران نشان داد که افزودن 1 و 2 درصد نانو کربنات کلسیم به بتن با رده ي مقاومتی C30 ، افزایش 20-5 درصدي مقاومت فشاري اولیه را در پی دارد اما در بتن C50 بی تاثیر می باشد. همچنین کاهش کارایی در هر دو رده مقاومتی بدست آمده است.[7] کامیلتی و همکاران نیز اثر افزودن نانو کربنات کلسیم را در ترکیب با میکرو ذرات این مواد بر مقاومت فشاري اولیه بتن در دو شرایط دمایی 10و 20 درجه سانتیگراد بررسی نمودند و بهبود مقاومت فشاري بتن در سنین اولیه را گزارش نمودند. [8] در این تحقیق از نانو کربنات کلسیم جدیدي که توسط پلیمر گیاهی و کربن پوشش داده شده است استفاده می گردد.
این پوشش ها به منظور چسبندگی بهتر با ماتریس سیمانی توسط عامل هاي شیمیایی به صورت قطبی در آمده اند. هدف از این تحقیق، پاسخ به این پرسش می باشد که آیا پوشش دار نمودن نانو کربنات کلسیم می تواند موجب بهبود مقاومت فشاري اولیه گردد . و در این صورت تا چه مقدار می توان از این مواد استفاده نمود. بدین منظور از 2 محدوده ي مصرف کم - 1 و 3 درصد - و زیاد - 10 و 15 درصد - استفاده شده است. علاوه بر مقاومت فشاري، اثرات این مواد بر روي کارایی نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است .
-2 برنامه آزمایشگاهی
1-2 مصالح مصرفی
سنگدانه مصرفی در این تحقیق از شرکت متوساك تهیه شده است. حداکثر اندازه شن با توجه به ابعاد قالب نمونه گیري 12 میلیمتر انتخاب شده است .درصد جذب آب شن و ماسه به ترتیب 2 و 1.5 درصد و درصد رطوبت آنها 2 و 2.37 درصد می باشد. همچنین شن و ماسه به ترتیب وزن مخصوصی معادل 2.57 و 2.51 گرم بر سانتی متر مکعب دارند. منحنی دانه بندي شن و ماسه مصرفی در جدول 1 آمده است .در تمامی طرح هاي مورد استفاده در این تحقیق از سیمان پرتلند تیپ 2 شرکت آبیک استفاده گردیده است .وزن مخصوص سیمان براي طرح اختلاط 3.15 در نظر گرفته شده است.مشخصات سیمان مصرفی در جدول 1 آمده است .
آب مصرفی، آب آشامیدنی می باشد. براي بدست آوردن کارایی بهتر از فوق روان بر پایه پلی کربوکسیلات شرکت رزین بتن برتر با نام تجاريRB-PC250 استفاده شده است . این فوق روان کننده فاقد کلر بوده و داراي وزن مخصوص 1.1 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و رنگی عسلی رنگ دارد . نانو کربنات کلسیم مورد استفاده در این تحقیق از شرکت کوثر شیمی سپاهان تهیه شده است.آنالیز شیمیایی آن در جداول ٢ آمده است براي پوشش پلیمري از یک ماده گیاهی به نام باگاس استفاده شده است. باگاس یکی از بقایاي تولید شکر از نیشکر می باشد. این مواد به وفور در خوزستان تولید می گردد به طوري که از هر 100 تن نیشکر حدود 32 تن باگاس باقی می ماند. باگاس داراي رنگ زرد کاهی می باشد و بسته به برداشت محصول خصوصیات متفاوتی دارد اما به طور کلی داراي 45 تا 55 درصد وزنی رطوبت و21 تا 23 درصد الیاف خام یا باگاس و 14 درصد مغز یا پیت می باشد. براي پوشش کربن نیز از دوده حاصل از سوختن مواد استفاده گردیده است. لذا نانو کربنات کلسیم با پوشش کربن رنگ تیره اي دارد.
2-2 طرح اختلاط
روش نام گذاري نمونه ها بدین صورت می باشد که اولین حرف بعد از حروف NC نشان دهنده نوع پوشش نانو کربنات کلسیم می باشد . اگر NC بصورت تنها بیاید معرف طرح شاهد است و اگر بعد از آن ، حرف C، P یا N بیاید نشانه استفاده
