بخشی از مقاله
چکیده
تحقیقات نشان می دهد که در آینده میزان تقاضای بتن سیمانی افزایش خواهد یافت و از سوی دیگر تولید سیمان مستلزم مصرف منابع طبیعی و رهاسازی حجم کثیری از دی اکسید کربن به محیط است و فرآیند تولید آن بعد از فولاد و آلومینیوم بیشترین مصرف انرژی را دارد همچنین این بتن دارای دوام و نفوذپذیری نامطلوب است لذا به طور مداوم نیاز به تعمیر و یا بازسازی پیدا می کند به همین دلیل لزوم گسترش و انجام تحقیقات در تولید بتن های جدید و جایگزین حس می شود از جمله این نوع، بتن های ژئوپلیمری است که یکی از جدیدترین های بتن های تولید شده می باشد که برخی از معایب بتن های رایج را پوشش می دهد این نوع بتن ها در رده های بالای سازگاری با محیط زیستهستند و عموماً از مصالح محلی و محصولات جانبی صنعتی ساخته می شوند. سرباره محصولی جانبی در صنعت متالورژی میباشد که به هنگام تولید آهن در کورههای آهن گدازی به وجود میآید.
تفاوت عمده بین ژئوپلیمرها و بتن معمولی در اینست که مکانیسم آن از طریق هیدراتاسیون صورت نمی گیرد بلکه با واکنش پلیمریزاسیون در یک زمان کوتاه اتفاق می افتد. منبع تولید ژئولیمر می تواند هر نوع ترکیب پوزولانی یا منابع سیلیکاتی یا آلومیناتی یا هر دوی آن ها باهم مرکب در یک محلول قلیایی باشد. این مواد ثبات حجمی بالایی دارند و مقاومت معقولی در مدت زمان کم بدست می آورند همچنین مقاومت فشاری و خمشی، مقاومت در برابر آتش و انتقال حرارت و دوام دربرابر مواد شیمیایی و سیکل ذوب و یخ بتن های ژئوپلیمری بیشتر از بتن معمولی است.
کلمات کلیدی: سیمان ژئوپلیمری، سرباره، فعال کننده قلیایی-1 مقدمه:
بتن یکی از رایج ترین مصالحی است که در صنعت ساختمان به کار می رود و مواد اول یه آن در تمام جهان وجود دارد. بتن از سیمان پرتلند معمولی حاصل می شود و در ساخت و توسعه زیر ساخت ها به کار می رود. تحقیقات نشان می دهد که در آینده میزان تقاضای بتن سیمانی افزایش خواهد یافت و از سوی دیگر تولید سیمان مستلزم صرف منابع طبیعی و رهاسازی حجم کثیری از دی اکسید کربن به محیط است. به همین دلیل لزوم گسترش و انجام تحقیقات در تولید بتن های جدید و جایگزین حس می شود از جمله این نوع، بتن های ژئوپلیمری است که یکی از جدیدترین های بتن های تولید شده می باشد که برخی از معایب بتن های رایج را پوشش می دهد.
ژئوپلیمرها مواد آمورف آلومینا - سیلیکاتی سه بعدی هستند که برای اولین با در سال 1950 توسط پروفسور گلوخفسکی در اتحاد جماهیر شوروی سابق محقق فرانسوی نیز در این زمینه تحقیقات خود منتشر نمود. تفاوت عمده بین ژئوپلیمرها و سیمان پرتلند در اینست که مکانیسم آن از طریق هیدراتاسیون صورت نمی گیرد بلکه با واکنش پلیمریزاسیون در یک زمان کوتاه اتفاق می افتد، در حالیکه هیدراتاسیون سیماناصولاً تا یک ماه ادامه دارد و تا یک سال کامل می شود. پلیمریزاسیون واکنشی بین کاتیون های شیمیایی جهت تشکیل سیلیکات آلومینیوم است. اتم های سیلیسیوم و آلومینیوم با یکدیگر واکنش داده و مولکول هایی تشکیل می دهند که از لحاظ شیمیایی و ساختاری مشابه مواد چسبنده درسنگ می باشند. بنابراین تکنولوژی تولید سیمانی را در نظر می گیریم که در آن سنگ آهک بکار نرفته و در عوض سیلیکات آلومینیوم بکار می رود. ژئوپلیمرها نسبت به سیمان های معدنی استحکام فشاری و سرعت افزایش استحکام بالاتر و نیز مقاومت به خوردگی بیشتر دارند. [1]
-2 بتن ژئوپلیمری
در سالهای اخیر توجه به مسایل زیست محیطی و استفاده از مصالح ساختمانی سازگار با محیط زیست مورد توجه بسیاری از محققان و دولت ها قرار گرفته است. به گونه ای که بسیاری از دولت ها تشویقات ویژه ای برای تولیدکنندگان و مصرف کنندگان این مواد اختصاص داده اند. بتن معمولی یکی از پرکاربردترین مواد ساختمانی است که سیمان پرتلند معمولی نقش اساسی در تولید آن دارد .فرایند تولید سیمان پرتلند باعث تولید مقدار زیادی گازهای گلخانه ای می گردد؛ همچنین این بتن دارای دوام و نفوذپذیری نامطلوب است لذا به طور مداوم نیاز به تعمیر و یا بازسازی پیدا می کند، به همین دلیل محققان در پی یافتن راه هایی برای کاهش مصرف سیمان پرتلند معمولی میباشند. اخیراً محققان بتن هایی را معرفی نموده اند که بدون مصرف سیمان پرتلند ساخته می شوند و لذا در رده های بالای سازگاری با محیط زیست هستند.
یکی از انواع این بتن ها، بتن ژئوپلیمر است .در این مقاله، به بررسی تاریخچه، مواد تشکیل دهنده، خصوصیات و برخی مطالعات صورت گرفته بر روی بتن ژئوپلیمر یا بتن با سیمان قلیافعال پرداخته شده است .تحقیقات نشان داده است که بتن ژئوپلیمر علاوه بر دارا بودن کلیه ویژگی های مکانیکی بتن با سیمان پرتلند معمولی دارای ویژگی های مهم دیگری مانند: مقاومت مکانیکی بالا در سنین اولیه عمل آوری، دوام بالا در محیط های مهاجم، مقاومت عالی در برابر حرارت های بالا و استفاده از مواد باطله و سمی برای ساخت سیمان قلیافعال می باشد.
سهم سیمان پرتلند معمولی سالانه در حدود 1.35 میلیارد تن یا حدود % 7 از کل گازهای گلخانه ای تولید شده در جو کره ی زمین تخمین زده شده است. همچنین گزارش شده که بسیاری از ساختارهای بتنی،خصوصاً آنهایی که در محیط های دارای خاصیت خورندگی ساخته شده اند، بعد از گذشت 20 تا 30 سال آغاز به تخریب می کنند. >2@ مصرف روز افزون سیمان پرتلند معمولی موجب نگرانی های زیست محیطی شده است. در میان گازهای گلخانه ای، &R2 حدود % 65 در گرمای کره زمین نقش دارد. صنعت تولید سیمان پرتلند مسئول بخشی از &R2 منتشر شده می باشد، زیرا تولید یک تن سیمان پرتلند معمولی تقریبا یک تن &R2 در جو منتشر می کند.
از دیگر مشکلات مهم سیمان پرتلند معمولی آسیب پذیری ونهایتاً فروپاشی سازه های مربوطه در طول زمان بهره برداری است، به طوری که سازه های بتنی که در چند دهه اخیر با سیمان پرتلند معمولی ساخته شده اند هم اکنون دارای ظاهر فروپاشی شده هستند. همچنین این سیمان در موارد تعمیری نیز عملکرد و دوام نامناسبی از خود نشان داده است.گرچه در نظر اول مشکلات دوام بتن از متراکم کردن و عمل آوری ناقص سرچشمه می گیرد اما موضوع اصلی درباره دوام سیمان پرتلند، مربوط به خواص ذاتی مواد آن می باشد وجود یک نفوذ پذیری زیاد و میل به کربناسیون را می توان در این مورد ذکر کرد. همچنین سیمان پرتلند مقدار زیادی هیدروکسید کلسیم تولید می کند که با اسیدهای قابل حل واکنش می دهد. >3@ صنعت تولید بتن، این مشکلات را شناسایی کرده است؛ برای مثال، صنعت بتن ایالات متحده امریکا طرح هایی را برای رفع این مشکلات در برنامه ی مطالعاتی 2030 در نظر گرفته است که منظر صنعت بتن در آمریکا نامیده می شود. در این صنعت، استراتژی هایی به منظور بازسازی ساختار بتن و انتخاب موادی برای توسعه ی زیر ساخت ها ارائه شده است و همزمان با آن اقداماتی صورت گرفته که مواد مورد استفاده برای آینده، دوست دار محیط زیست باشند.
به منظور تولید بتن دوست دار محیط زیست پیشنهاد می کند که از منابع طبیعی کمتری استفاده شود، انرژی کمتر مصرف شود تا تصاعد دی اکسیدکربن به حداقل برسد. او این اقدامات کوتاه مدت را به عنوان اکولوژیک صنعتی تبیین می کند .هدف بلند مدت کاهش تأثیر ناخواسته محصولات صنعتی می تواند با پایین آوردن نرخ مصرف مواد حاصل گردد. >4@ یکی دیگر از تلاش ها در این راستا توسعه ی پلیمر معدنی آلومینیوسیلیکات است که به آن ژئوپلیمر گفته می شود و از موادی تهیه میشود که منشأ زمین شناسی دارند و نیز موادی مانند خاکستر بادی که از نظر آلومینیوم و سیلیکات غنی هستند .خمیر ژئوپلیمر میتواند به عنوان یک چسباننده در تولید بتن به جای خمیر سیمان مورد استفاده قرار گیرد. .>5@
-3 مواد و مصالح مصرفی در بتن ژئوپلیمری سرباره
سرباره محصولی غیرطبیعی و مصنوعی است و از صنعت متالورژی میباشد که به هنگام تولید آهن در کورههای آهن گدازی سرباره مذاب به وجود میآید که پس از سرد کردن آن در مصارف گوناگون کاربرد دارد که اعم از سیمانهای سربارهای و مواد نسوز و پشم سرباره و بالاست راه آهن و مصالح زیرسازی جاده و مصالح سنگی آسفالت و بتن میباشد. [6] روشهای سرد کردن سرباره ماده مذاب سرباره که به دلیل سبکتر بودن بالاتر از آهن مذاب قرار میگیرند باید از کوره خارج شوند تا به صورت مصالح دانهای در آید. برای سرد کردن سرباره از دو روش استفاده میشود.6] و [7 ➢ سرد کردن در هوا در این روش به دلیل ایجاد شرایط و داشتن زمان کافی برای سرد کردن. سرباره به آهستگی سرد می شود و به شکل بلوری بسته و سخت میشود. سرباره تولید شده در این روش را برای ساخت بلاست راه آهن، مصالح زیر سازی جادهها، مصالح آسفالت و بتن مورد استفاده قرار میدهند. در استاندارد BS-1047 مشخصات سرد کردن تفاله به سه شکل عنوان شده است. در ظروف کوچک ملاقه مانند که در این صورت به آن سرباره گلولهای یا Ball slag میگویند. در چالهها، کانال ها و قالبهای بزرگ که در این صورت به آن سرباره چالهای با Pit slag: Modified pit slag میگویند به صورت کپهای با انباشته روی زمین یا 6] .Bank slag و [7
