بخشی از مقاله
چکیده
با گزارش رخدادهای متعدد ازکانی زایی کرومیت در زون افیولیتی منطقه شمال غرب استان آذربایجان غربی به عنوان یکی از زونهای ناشناخته حاوی پتانسیل فلز زایی درکشور و با توجه به ساختار کلی این ذخایر، عیار نسبی قابل ملاحظه، اختصاصات ویژه ی هاله های دونیتی، هارزبورژیتها و سرپانتینیت ها که به عنوان باطله های همراه این قبیل از ذخایر حضور دارند و سوابق استخراج چند محدوده معدنی از کانسنگهای فوق ایده استفاده از این ذخایر در تولید بتن سنگین شکل گرفت. کاربرد شناخته شده سرپانتینیت در بتن حفاظ که پیوسته به عنوان باطله همراه این ذخایر مطرح می باشد یکی از مولفه های مثبت در افزایش جنبه های فنی و اقتصادی پژوهش حاضر بشمار می رود. برای نیل به اهداف پژوهش، نمونه هایی از ذخایر کرومیتی معادن فعال زون افیولیتی شمال غرب استان آذربایجان غربی از جمله معدن کوچک و محدوده اکتشافی کانی زیارت خوی تهیه و قابلیت آنها در تهیه و تولید بتن سنگین مورد ارزیابی قرار گرفت.
بر اساس یافته های حاصل از پژوهش با استفاده از این ذخایر می توان بتن سنگین با میانگین جرم واحد حجم 3.32 گرم بر سانتی متر مکعب و مقاومت فشاری میانگین درسن 28 روزه به میزان 427 کیلو گرم بر سانتی متر مربع برای قالب مکعبی استاندارد به ابعاد 15 سانتی متر، با عیار سیمان 375 کیلو گرم در متر مکعب تولید نمود، که مناسب برای تامین جرم لازم برای وزنه های تعادلی انواع بالا برهای در فضاهای محدود عملیات معدنکاری زیر زمینی و پل های معلق و نظایر آن می باشد. علاوه برآن سرپانتینیت همراه این ذخایر با ازدست دادن میزان 12.1 در صد از وزن اولیه خود بین دمای 300 تا 900 درجه سانتی گراد دارای آب ثابت شیمایی مطلوب جهت جذب نوترون های حرارتی بوده و استفاده از آن با نسبت بهینه در بتن حفاظ، ضمن افزایش کارایی بتن موجب بهبود ویژگیهای هسته ای مورد انتظار از یک بتن حفاظ پرتوی خواهد شد.
- 1 مقدمه
برای تولید بتن سنگین از سنگدانه های با جرم واحد حجم بالا شامل ذخایر طبیعی کانسنگ های منیتیت، هماتیت، ایلیمنیت، باریت، گوتیت، لیمونیت و فولاد و آهن کارخانه های آهن گدازی و فروفسفات با ساختگاه مصنوعی استفاده می شود. سنگدانه های طبیعی با جرم واحد حجم کمتر شامل سرپانتینیت و سنگدانه های مصنوعی بورن فریت، بورن کربید، کلسیم کربید برای تامین الزامات حفاظ پرتوهای رادیو اکتیو مورد استفاده قرار می گیرند .[] مهمترین کانی های بوردار که در ترکیب سنگدانه های بتن حفاظ به کار می روند عبارت از بوراکس، گارنت، کلمانیت، اولکسیت، ساسولیت - اسید کربید - ، تنکالنیت، پریسیت، لیونیت، هیدرو بوراسیت و اسسازیبلیت می باشند که به شرط احراز ترکیب شیمایی مناسب و داشتن قابلیت حل در آب سرد در محدوده استاندارد و توصیه برای استفاده از محصولات تولید شده در کشورهای ایالات متحده آمریکا، آرژانتین، ترکیه، روسیه، آرژانتین، شیلی مورد تاکید قرارگرفته است.
[] کاهش سرعت پرتوهای گاما و نوترون های سریع ناشی از واپاشی ، در برخورد با جرم چگال ویژگی بارز یک حفاظ بتنی محسوب شده که با انحراف مسیر پرتوها نیز همراه می باشد، علاوه بر آن با استفاده از سنگدانه های سبک و حاوی آب ثابت شیمیایی مشروط بر احراز صلاحیت حضور در بافت سنگدانه ای بتن برای تامین الزامات مورد انتظار از رفتار سازه ای یک حفاظ، با توجه به عملکرد مناسب هیدروژن یا بور در کاهش سرعت نوترون های نیمه سریع، جذب و حذف نوترون های حرارتی و ممانعت از تولید وتشدید پرتو گامای ثانویه ناشی از عمل جذب ویژگی با اهمیت دیگر حفاظ به شمار می رود.[]
– 2 تعریف مسئله
با توجه به عدم گزارش کار پژوهشی منتشره شده در خصوص کاربرد کرومیت در بتن سنگین و لحاظ شرایط بومی و صرفه های اقتصادی و سهولت نسبی دسترسی به این ذخایر در زون افیولیتی شمال غرب استان آذربایجان غربی و مخلوط بودن سرپانتینیت با این ذخایر که به عنوان باطله همراه ماده معدنی محسوب می شود، در این مقاله نسبت به ارزیابی میزان انطباق این کانسنگ و باطله همراه آن با الزامات استاندارد برای تولید بتن سنگین و بتن حفاظ پرتوی آزمایشات لازم انجام گرفته است.
ذخایر کرومیتی در زون افیولیتی شمال غرب استان شامل معادن قشلاق، برژوک، کوچوک - کوچک - ، کانی زیارت، تودان واقع درشمال شهرستان خوی هستند []، که عملیات بهره برداری از این ذخایر عمدتا با اهداف صادرات فله ای به خارج از کشور انجام می گیرد علاوه بر آن بسیاری از رخدادهای کرومیتی گزارش شده برای انجام کار معدنکاری یا احداث کارخانه های فرآوری فاقد توجیه اقتصادی گزارش شده و مورد بهره برداری قرار نمی گیرند که می توانند در کنار معادن فعال برای تامین منابع قرضه عملیات بتن سنگین یا بتن حفاظ مورد بهره برداری قرار بگیرند . این موضوع ایده استفاده از ذخایر کرومیتی را تقویت می نماید.
- 3 روش تحقیق
روش تحقیق دراین مقاله عمدتا به دو بخش کلی عملیات صحرایی و انجام کارهای آزمایشگاهی قابل تفکیک می باشد. عملیات صحرای به منظور بازدید از معادن کرومیتی فعال و شناسایی رخنمونهای سرپانتینیت و همچنین لنزهای کرومیتی کوچک و بزرگ در زون افیولیتی تقسیم می شود. تصویر شماره 1 الف نمونه برداری از محل دپوی معدن کوچوک و تصویر شماره ا ب نمونه برداری از محل رخنمون کرومیت در محدوده کانی زیارت شهرستان خوی به نمایش درآمده است. بخش آزمایشگاهی دراین طرح پژوهشی با دقت و تاحد امکان نزدیک به استانداردهای معتبر جهانی انجام گرفته است، مضافا اینکه برای اجرای طرح اختلاط بتن، استفاده از تجارب قبلی و سوابق اجرای طرحهای اختلاط بتن در پروژه های عمرانی مطرح در سطح استان و با اشراف به نحوی عمل افزودنی های بتن تلاش شد تا موضوع تحقیق با تکرار حداقل اجرای طرح و آزمایشات به پیش رود. می توان مراحل عملیات اجرایی را در هشت مرحله به شرح ذیل خلاصه نمود.
- در مرحله اول لازم بود با جمع آوری اطلاعات اولیه از معادن فعال و محدوده های اکتشافی امید بخش نسبت به شناسایی معادن مورد هدف اقدام شود در حین انجام این مرحله از کار معادن قشلاق، برژوک، کوچوک - کوچک - و محدوده های اکتشافی کانی زیارت مورد شناسایی های اولیه قرارگرفت.
- درمرحله دوم از دپوی تولیدی معدن فعال کوچک و نمونه های کانسنگ کرومیتی و سرپانتینیت محدوده اکتشافی کانی زیارت تخوی به
صورت کلوخه نمونه برداری انجام شد. سایر معادن و محدوده ها به دلیل مشکلات دسترسی و عدم فعالیت کنار گذاشته شدند.
- درمرحله سوم آماده سازی برای انجام آزمایش های مقدماتی از جمله افت وزنی در برابر سایش لس آنجلس، تعیین جرم واحد حجم حقیقی خشک، واقعی، ظاهری و درصد جذب آب و آنالیز شیمیایی به روش تر انجام شد.
- در مرحله چهارم با استفاده از نتایج مرحله قبل با انتخاب نمونه های معرف از نمونه های سرمعدن عملیات خردایش کلوخه های معدنی انجام گرفت.
- درمرحله پنجم مصالح سنگی خردایش شده روی الک های استاندارد 11/2 اینچ تا الک نمره 100 مش با استفاده از شیکر برقی و الک کردن به روش دستی به تعداد 11 نمونه از مصالح مانده روی الک های استاندارد تفکیک شدند.
- درمرحله ششم با تخمین میزان مصالح سنگی مورد نیاز برای تولید بتن و انجام آزمایش های لازم و محاسبه درصد وزنی مورد نیاز هر یک از الک های جهت تولید مصالح سنگی منطبق با الزامات تولید بتن استاندارد و دانه بندی بهینه ماسه با مدول نرمی 2.83 براساس تجارب قبلی نسبت به نمونه برداری از مانده روی هر الک اقدام و در نهایت مصالح سنگی در دوکلاس دانه بندی استاندارد، شامل مصالح درشت دانه بین الک های نمره 4 تا الک 1 اینچ و مصالح ریز دانه بین الک های نمره 100مش تا الک نمره [] 4 تقسیم بندی شدند
- در مرحله هفتم سنگدانه های دانه بندی شده از نظر مرغوبیت مصالح مورد آزمایش قرارگرفتند. دراین مرحله از کار با انجام آزمایش ها در مرکز تحقیقات ژئوتکنیک وآزمایشگاه مصالح ساختمانی دانشگاه صنعتی ارومیه میزان مرغوبیت مصالح سنگی از نظر جرم واحد حجم و درصد جذب آب [][]، ارزش ماسه ای []، افت وزنی در برابر دستگاه سایش لس آنجلس []، تطویل[] و تورق[]، شاخص خمیری مصالح رد شده از الک نمره 40 مش[ ]و درصد شکستگی سنگدانه های روی الک نمره []4،مشخص شد.
- در مرحله هشتم طرح اختلاط بتن با استفاده از مصالح سنگی کرومیت و سرپانتینیت، سیمان تیپ یک ، فوق روان کننده تجربه شده در پروژه های قبلی و آب آشامیدنی ارومیه طبق استاندارد مرجع [] اجرا و با انجام آزمایشات بتن تازه شامل تعیین روانی بتن []و درصد هوای بتن تازه[] و آزمایشات کنترل کیفی بتن سخت شده در سن 7 و 28 روزه با انجام نمونه برداری در قالب های استاندارد مکعبی 15 سانتی متر و نسبت به اندازه گیری جرم واحد حجم بتن تازه[] ومقاومت فشاری یک محوری نمونه ها[] اقدام شد.
- 4 پیشینه تحقیق
یکی از گسترده ترین تحقیقات منتشر شده درداخل کشور که روی سنگدانه های سنگین و بوردار معادن ایران به منظوراستفاده دربتن حفاظ پرتوهای گاما ونوترون صورت گرفته و طی آن ذخایر آهن چادرملو، چغارت، رباط پشت بام، باریت اردکان، تنگ دوزان به عنوان سنگدانه های سنگین و معدن قره گل زنجان و سنگدانه های بوردار مصنوعی به عنوان سنگدانه ها ی با قابلیت جذب معرفی شده، مربوط به مقاله ارائه شده توسط دکتر رئیس علی وهمکاران درسال 1391 می باشد. [] تحقیقات نسبتا مناسبی بر روی برخی از سنگدانه های هماتیت ، گوتیت، ایلیمنیت، لیمونیت، منیتیت، کانی های باریم مثل ویتریت، باریت و سنگدانه های مصنوعی نظیر فولاد و فروفسفات صورت گرفته است.
[] در سال 1390 سه نوع بتن با سنگدانه های عادی، ایلیمنیت، و باریت در مجاورت با حرارت بالا قراداد شده و تغییرات دماهای متفاوت بر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن های سنگین مورد ارزیابی قرار گرفته و عملکرد بتن تهیه شده با سنگدانه های ایلیمنیتی مناسبتر ارزیابی شده است . تاثیر نوسان دانه بندی در وزن مخصوص و مقاومت فشاری و میزان کارایی بتن توسط علیرضا وحید نیا و همکارنش در دومین کنفرانس ملی یافته های نوین در مهندسی عمران در سال 1391مورد پژوهش قرارگرفت. [] تحقیقات گسترده ای پیرامون این موضوع درخارج از کشورصورت گرفته که به اختصار به گزیده ای از آنها اشاره می شود.
