بخشی از مقاله
چکیده
سیمان پرتلندی از پرمصرفترین مصالح در صنعت ساختمان میباشد و تولید آن مستلزم استفاده از مقدار قابل توجهی انرژی و همچنین باعث انتشار حجم زیادی گاز CO2 در اتمسفر میگردد. این حجم تا میزانی است که بین % 8-%5 گاز CO2 موجود در اتمسفر را ناشی از تولید سیمان پرتلندی میدانند. مشکلات محیط زیستی ناشی از تولید سیمان پرتلندی محققان را بر آن داشته که بر امکان جایگزینی این سیمان با مصالح جدید متمرکز گردند.
ژئوپلیمرها در اوایل دهه هفتاد میلادی توسط پروفسور دیویدوویس معرفی شدند که توصیفی برای مصالح معدنی دارای پیوندهای پلیمری Si-O-Al میباشند. گسترش مصرف این مصالح بررسی پارامترهای موثر بر خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی این بتن را حائز اهمیت گردانیده است.
در کنار متغیرهایی چون نسبت آب به مصالح چسباننده - سیمانی - ، عیار مواد چسباننده و ... نسبت وزنی محلول قلیایی-سیلیکاتی به سرباره از پارامترهای موثر بر خواص این بتن میباشد. در این تحقیق مقادیر مختلف نسبت محلول قلیایی-سیلیکاتی به سرباره با ثابت نگاهداشتن غلظت مولاریته محلول و نسبت مقدار سیلیکات سدیم به هیدروکسید سدیم مورد بررسی قرار گرفته اند.
غلظت هیدروکسید سدیم برابر با 18/75،نسبت سیلیکات سدیم به هیدروکسید سدیم برابر با 3 عیار سرباره طرح مخلوطها برابر با 400 کیلوگرم بر متر مکعب و نسبت آب به مواد چسبنده برابر با 0/35 میباشد و مقادیر 0/25 ، 0/30 ، 0/35 ،0/40 ، 0/45 ،0/50 ، 0/55 و 0/60 محلول قلیایی- سیلیکاتی به سرباره در نظر گرفته شده و مقاومت فشاری نمونههای ساخته شده به عنوان اصلیترین مشخصه بتن مورد سنجش قرار گرفته است. که مشاهده میگردد با افزایش نسبت تا 0/45 منجر به افزایش مقاومت گردیده اما در ادامه با افزایش نسبت محلول قلیایی- سیلیکاتی به سرباره مقاومت نمونهها کاهش مییابد.
-1 مقدمه
امروزه بتن سیمان پرتلندی به عنوان پرمصرفترین مصالح ساختمانی شناخته میشود.[1] مصرف زیاد این مصالح ناشی از مشخصات خوب این مصالح مانند هزینه کم ، امکان دسترسی و عملکرد آن دانست. اما از نقطه نظر مصرف انرژی و حفاظت از محیط زیست برخی ویژگیهای ذاتی تولید سیمان پرتلندی باعث ایجاد نگرانیهای جدی در جامعه مدرن امروزی شده است. تولید سیمان پرتلندی نیازمند دمای بسیار بالا - 1400تا1500 درجه سانتیگراد - همچنین استفاده از منابع طبیعی و استخراج مواد اولیه میباشد و از سوی دیگر باعث انتشار مقدار زیادی گازهای گلخانه ای میگردد.
تولید سیمان 5تا%8 گاز CO2 موجود در جو را به خود اختصاص میدهد2]و.[3 تا جایی که تولید 1 تن سیمان پرتلندی منجر به تولید 0/6 تا 1 تن گاز دی اکسید کربن میگردد4]و.[5 این موضوع محققان را به سوی بررسی مصالح سیمانی دوستدار محیط زیست که میزان مصرف انرژی کمتری دارند تشویق نموده است.
راهکار دیگر استفاده از مواد چسباننده فعال شده قلیایی میباشد که با نام ژئوپلیمرها شناخته شده است6]و.[7 یکی از مصالح اولیه برای ساخت این بتن سرباره کوره آهنگدازی میباشد که که به عنوان مواد پوزولانی یا شبه سیمانی برای بهبود خواص بتن سیمان پرتلندی مورد استفاده قرار میگیرد. برآورد میشود که با جایگزینی بتن ژئوپلیمری با بتن سیمان پرتلندی بین 26 تا CO2 % 45 منتشر شده کاهش مییابد. این میزان کاهش انتشار بدون تحمیل هیچگونه هزینه اضافی میسر میگردد8]و.[9 محققان به این نتیجه دست پیدا کرده اند که بتن ژئوپلیمری میتواند مقاومت نه تنها برابر بلکه بیشتر از بتن سیمان پرتلندی کسب کند
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 پلی سیالیت - Al–O–Si - 1، پلی سیالیت سیلکسو - Al–O–Si–Si - 2 و پلی سیالیت دی سیلکسو - Al–O–Si–Si–Si - 3تشریح 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 مولی - Si/Alزنجیره ی اصلی مذکور شکل می گیرد.
مقادیر واکنش پذیرSi و Alموجود در پودر، مقدارمولکول های آب و نسبت های مولی کل همچون SiO2/Al2O3و M2O/SiO2و H2O/M2Oدر تشکیل ژل پلیمری M - M-A-S-H کاتیون قلیای، A اکسید آلومنیوم، S اکسید سیلیس، H آب - تاثیر نهایی را می گذارند .در نتیجه به طور کلی می توان ترکیب ژئوپلیمری را با عبارت [n M2O.Al2O3.xSiO2.yH2o] بیان کرد
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
یکی از پارامترهای تاثیر گذار بر مقاومت فشاری این بتن نسبت ورنی محلول قلیایی-سیلیکاتی به سرباره میباشد که با 8 مقدار مختلف مورد بررسی قرار گرفته است تا میزان بهینه آن از نظر مقاومتی مشخص گردد.
-2 برنامه آزمایشگاهی
1-2 مواد و مصالح
1-1-2 چسباننده
از سرباره کوره آهنگدازی به عنوان منبع سیلیکاتآلومینیوم برای این بتن استفاده گردید. این سرباره پسماند تولید فولاد شرکت ذوب آهن اصفهان بوده که در کارخانه سیمان سپاهان آسیاب گردیده و به ریزی برابر با 4500 سانتی متر مربع بر گرم رسیده است. آنالیز شیمیایی این سرباره توسط دستگاه FRX انجام گردیده که در جدول شماره 1 قابل ملاحظه میباشد.
جدول1آنالیز شیمیایی سرباره کوره آهنگدازی - درصد وزنی -
2-1-2 محلول قلیایی-سیلیکاتی
محلول قلیایی-سیلیکاتی این بتن متشکل از سیلیکات سدیم با غلظت 50 درصد ماده جامد و مدول آن برابر با 2/3 میباشد. - نسبت اکسید سدیم به اکسید سیلیسوم - 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 که معادل با غلظت مولاریته 18/75 میباشد و خلوص کل محلول در حدود %98 تخمین زده شده است.
3-1-2 آب
آب مصرفی برای ساخت بتن ژئوپلیمری آب شرب تهران بوده است
4-1-2 سنگدانه
سنگدانه مصرفی برای ساخت بتن تهیه شده با 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 با 5/19 میباشد و حداکثر اندازه سنگدانه برابر با 19 میلیمتر می باشد.منحنی دانه بندی مصالح در ذیل قابل مشاهده میباشند که در بازه دو ضریب 0/45 و 0/67 د برای منحنی فولر-تامسون قرار دارد.
