بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله نتایج مطالعات بر روی خواص ملات ماسه سیمانی حاوی پودر دیاتومیت خام که جایگزین سیمان شده است را ارائه می دهد. استفاده از حجم زیادی از پودر های پوزولانی، تقاضای سیمان در صنعت ساخت را کاهش داده و بدین گونه هزینه ی تولید بتن کاهش یافته و از آلودگی زیست محیطی ناشی از انتشار گاز CO2 کارخانه های سیمان کاسته می شود. هدف از این مطالعه بررسی ویژگی های کلیدی ملات سیمانی سازگار با محیط زیست است، که پودر دیاتومیت خام با درصدهای مختلف در آن جایگزین سیمان شده است. در پژوهش پیش رو به بررسی ملات سیمان حاوی 4 مقدار درصد مختلف از پودر دیاتومیت خام که جایگزین سیمان شده 0 - ، 15 ،30 ،40 درصد وزنی از کل مواد سیمانی - پرداخته شده است. با انجام آزمایش میز روان میزان کارایی ملات سیمانی مورد سنجش قرار گرفته و مقاومت فشاری و کششی در سنین 3، 7، 28 و 91 روز به عنوان خواص مقاومتی اندازه گیری شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که استفاده از حجم زیادی - تا 40 درصد وزنی - از پودر دیاتومیت خام در ساخت مواد پایه سیمانی سازگار با محیط زیست با توجه به فعالیت پوزولانی قابل توجه این پودر به عنوان جایگزین سیمان، بسیار کارآمد و موفقیت آمیز است.
کلمات کلیدی: دیاتومیت خام، ملات سیمان، مقاومت فشاری، مقاومت کششی.
1.مقدمه
بتن یکی از پرکاربردترین و قابل استفاده ترین مصالح ساختمانی است که عموما توسط مخلوط کردن سیمان پرتلند با سنگدانه ها و آب ساخته می شود .[1] بر اساس میزان بتن تولید شده در سال 2007، می توان تخمین زد که سالانه برای تولید بتن 205 میلیارد تن سیمان، یک میلیارد تن آب و 10 میلیارد تن سنگدانه مصرف می شود .[2] به عبارت دیگر هر تن از سیمان پرتلند که تولید می شود می تواند یک تن دی اکسید کربن را وارد اتمسفر کند .[1] مصرف زیاد مواد پوزولانی در بتن میزان تقاضای سیمان جهت استفاده در صنعت ساخت و ساز را کاهش داده و بنابراین علاوه بر کاهش هزینه تولید بتن میزان آلودگی محیط زیست در اثر انتشار گاز دی اکسید کربن ناشی از کارخانه های سیمان به اتمسفر کاهش قابل ملاحظه ای می یابد .[3]
دیاتومیت نوعی سنگ رسوبی متشکل از ذرات ریز و بی شکل سیلیسی است که در اثر مکانیسم تجمع پوسته یا اسکلت های فسیل شده جلبک ها و جانوران میکروسکپی و تک سلولی به نام دیاتومه ایجاد شده اند. دیاتومه ها موجودات تک سلولیبسیار ریزی هستند که متعلق به خانواده جلبک های دریایی می باشند .[4] رسوبات دیاتومیتی معمولا ریز دانه بوده و عمدتا از سیلیس بی شکل اوپالی - اوپال نوع - A تشکیل شده اند. همراه سیلیس معمولا مقدار کمی موادآلی، رس و ندرتاً رسوبات آتشفشانی هم وجود دارد .[5] دیاتومیت در حالت طبیعی استفاده میشود و دارای قابلیت های ضد حریق وپرکنندگی بوده و به عنوان ماده غیر حلال کاربرد دارد.
کاربرد اصلی دیاتومیت به عنوان ماده پرکننده و ماده جذب کننده می باشد. دیاتومیت دارای کاربرد های متنوعی به واسطه داشتن ساختار های منفذ دار است و در جهان به طور گسترده به عنوان پرکننده، ضد آتش و غیر حلال کاربرد دارد .[6] دیاتومیت همچنین به عنوان ماده پوزولانی در مواد پایه سیمانی بکار برده شده است . بر اساس مطالعه ی Kastis و همکاران در رابطه با ویژگی ها و هیدراسیون سیمان مخلوط شده با دیاتومیت های آهکی، استفاده از دیاتومیت به دلیل داشتن محتوای سیلیس فعال در صنعت سیمان پیشنهاد گردیده است. همچنین واکنش های پوزولانی دیاتومیت سبب تولید بیشتر مواد حاصل از هیدراسیون به ویژه در سنین بالاتر می شود Fragoulis .[5]
و همکاران ویژگی های فیزیکی و مکانیکی سیمان های مخلوط با دیاتومیت های حاوی رس و مواد اهکی را مطالعه کردند و نتایج مطالعه ی آنها نشان می دهد که وجود سیلیس فعال در پودر دیاتومیت با نرمی زیاد و ریز دانه سبب ببود ویژگی های مکانیکی ملات می شود Degirmenci .[7] و Yilmaz نقش دیاتومیت را به عنوان یک ماده ی جایگزین با سیمان پرتلند بررسی کردند و نتایج آنها نشان می دهد که آن دسته از سیمان هایی که با مقادیری از دیاتومیت جایگزین شده اند در برابر مواد سولفاته مقاومت بیشتری نسبت به نمونه های شاهد نشان می دهند. آنها همچنین بیان کردند که با افزایش میزان دیاتومیت در نمونه ها، درصد جذب آب نمونه ها کاهش پیدا می کند.[8]
Yilmiz و Ediz نقش دیاتومیت خام و کلسین شده را در تولید سیمان بررسی کردند و نتایج مطالعات آنها نشان می دهد که سیمان پرتلندی که تا نسبت 10 درصد با دیاتومیت خام جایگزین شده است مقدار مقاومت قابل توجهی را نشان می دهد. همچنین کلسین نمودن دیاتومیت سبب تغییر در ساختار منافذ دیاتومیت می شود و سبب افزایش قابلیت خرد و پودر شدن آن می شود Krajci .[9] و همکاران ویژگی های ترکیب سیمان حاوی دیاتومیت کلسین شده، رس و همچنین متاکائولن را بررسی کرده اند و نتایج مطالعه ی آنها نشان می دهد که واکنش های پوزولانی، ساختار منافذ و مقاومت فشاری در مقایسه با نمونه شاهد افزایش پیدا می کندErgum .[10] تاثیر استفاده از دیاتومیت و پودر مرمر را به عنوان جایگزین نسبی سیمان و ویژگی های مکانیکی بتن های حاصل را مطالعه کرده است.
نتایج این مطالعه نشان می دهد که جایگزینی سیمان پرتلند توسط دیاتومیت و استفاده از فوق روان کننده های شیمایی می تواند سبب افزایش ویژگی های مکانیکی مخلوط بتن گردد Letelier .[11] و همکاران ویژگی های بتن حاوی دیاتومیت و سنگدانه های قابل بازیافت را بررسی کرده اند. در این تحقیق، بهترین نتایج در نمونه های بتنی حاوی 25 درصد سنگ دانه بازیافتی و همچنین 5 درصد دیاتومیت مشاهده گردید.[12]هدف از این مطالعه بررسی نقش دیاتومیت خام استخراج شده از معدن دیاتومیت ممقان به عنوان یک ماده ی پوزولانی طبیعی قابل جایگزین با سیمان پرتلند در نمونه های ملات ماسه سیمان می باشد. همچنین تاثیر پودر دیاتومیت خام بر ویژگی های مقاومتی ملات با انجام آزمایش های مقاومت فشاری و مقاومت کششی مورد ارزیابی قرار گرفت.
2.زمین شناسی و ساختار معدنی سنگ های دیاتومیتی منطقه ممقان
با توجه به گزارش سازمان زمین شناسی و اکتشاف معدنی شمال غرب کشور، در ایران مهمترین نهفته های دیاتومیت دار در ناحیه آذربایجان مشاهده شده است که شامل حوضه های رسوبی در اطراف تبریز، شرق دریاچه ارومیه و بخشی از شهرستان میانه - شمال غرب ایران - می شود . کانسار دیاتومیت ممقان در 50 کیلومتری جنوب غرب شهر تبریز، در مسیر جاده ی تبریز به آذرشهر و در جنوب غرب قله ی آتشفشانی سهند واقع است. طول جغرافیایی منطقه مورد مطالعه 37 50 18/5 به 37 58 53 و عرض جغرافیایی آن 46œ 05 45/17 به 46œ 15' 55 می باشد. عملیات طرح اکتشاف تفضیلی کانساردیاتومیت ممقان از اواخر سال 1365 آغاز شده و 9 افق دیاتومیتی در منطقه تشخیص داده شده که عیار هر کدام به طور جانبی تغییر پیدا می کند .
این منطقه توسط رسوبات اواخر دوران سنوزوئیک پوشیده شده است. در اواخر دوران سنوزوئیک از نظر زم ین شناسی دریاچه کم عمقی کوه های سهند را احاطه کرده و آن را به صورت جزیره یا شبه جزیره در آورده است. پس از آغاز فعالیت آتشفشانی کوه های سهند رسوبات خاکستر آتشفشانی و سایر مواد آذرین خروجی با ورود به حوضه های دریاچه ای دامنه ی کوه های آتشفشانی سهند شرایط برای رشد و تکثیر دیاتومه ها فراهم شد. احتمالا در یکی از فازهای آتشفشانی مواد خروجی یا گازهای سمی وارد محیط زیست دیاتومه ها شده و سبب مرگ دسته جمعی آنها شده است.
پوسته سیلیسی این دیاتومه ها پس از مرگ ته نشست پیدا کرده و در اثر دیاژنز، ذخایر لایه ای شکل دیاتومیت را در منطقه ایجاد کرده است - شکل. - 1 وجود لایه های مختلف در منطقه، نشانگر تکرار این فرایند در زمان های مختلف است و ضخامت نسبتا کم آنها گسترش کم دیاتومه ها را نشان می دهد. متلاطم بودن محیط رسوبی سبب اختلاط و پرشدگی شدید حفره ها و حجرات دیاتومه ها با توف و ماسه های در برگیرنده آنها شده است و در نتیجه طول لایه ها کوتاه و اکثرا عدسی شکل و با ضخامت متغییر و مخلوط با ذرات گل و توف است. رنگ این رسوبات سفید تا سبز کم رنگ بوده و قدیمی ترین رسوبات مربوط به دوره ی میوسن است.
لایه های دیاتومیت دار اکثرا افقی هستند و از نظر تکتونیکی به دلیل جوان بودن رسوبات، پیچیدگی خاصی مشاهده نمی شود و گسل های بزرگ و فعالی در منطقه وجود ندارند .[13] نتایج مطالعات XRD صورت گرفته توسط سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی شمال غرب کشور نشان می دهد که کانسار دیاتومیت ممقان حاوی فازهای کوارتز کریستوبالیت، اوپال نوع A، هالیت و فلدسپات می باشد. شکل2 موقعیت منطقه مورد مطالعه را در نقشه 1:100000 آذر شهر نشان می دهد.
