بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق استفاده بتن های ژئوپلیمری با استفاده از خاکستر بادی کم کلسیم در المان های پیش ساخته جایگزین بتن با سیمان معمولی پورتلند مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. ارزیابی اخیر در خصوص مقاومت فشاری کوتاه مدت، مقاومت فشاری میان مدت و تخلخل بتن ژئوپلیمری ساخته شده از خاکستر بادی کم کلسیم در مقایسه با بتن ساخته شده با سیمان-های پرتلند می باشد. بسیاری از خواص مهندسی بتن ژئوپلیمر هنوز نامشخص است.
در این مقاله مقاومت فشاری کوتاه مدت، میان مدت و مقدار تخلخل در مجموع 169 سیلندر بتن ژئوپلیمر و 182 سیلندر بتن سیمان پرتلند در دماهای متفاوت 60 الی90 درجه سانتیگراد با زمانهای عملآوری 8 الی 24 ساعت مورد ارزیابی قرارگرفته است. نتایج ارزیابی که پایه آزمایشگاهی میباشد نشان داده که بتن های ژئوپلیمری عمل آوری حرارتی شده در کوتاه مدت 8 - ساعته - و میان مدت 28 - و 42 روزه - دارای مقاومت بالاتری نسبت به بتن معمولی در شرایط عمل آوری استاندارد میباشد که این افزایش مقاومت در کوتاه مدت تا 230 درصد و در میان مدت حدود 10 درصد میباشد. لازم به ذکر است که در مورد بتن های معمولی عمل آوری حرارتی سبب افزایش مقاومت کوتاه مدت تا 50% و کاهش مقاومت میان مدت تا 20% نسبت به عمل آوری استاندارد میگردد. دیگر نتیجه این تحقیق این بوده که بتنهای ژئوپلیمری عمل آوری حرارتی شده دارای %10 تخلخل کمتر نسبت به بتن های معمولی عمل آوری حرارتی شده میباشد.
-1 مقدمه
استفاده از المان های پیش ساخته بتنی به سبب افزایش کیفیت سازه های بتنی و کاهش زمان ساخت و تولید به شکل فزاینده ای در حال گسترش میباشد. حدود 30%-20 از کل بتن تولیدی در جهان در ساخت المان های بتنی پیش ساخته مصرف میگردد
به جهت تسریع قالب برداری در فرایند تولید المان های پیش ساخته بتنی, استفاده از عمل آوری حرارتی به جای عمل آوری استاندارد - مرطوب در دمای 23 درجه - اجتناب ناپذیر میباشد. تحقیقات نشان داده است که عمل آوری حرارتی به عنوان تسریع کننده واکنش های شیمیایی سبب افزایش مقاومت کوتاه مدت بتن های سیمانی میگردد. لیکن, عمل آوری در دمای زیاد سبب کاهش مقاومت بلندمدت و نیز دوام بتن های سیمانی میگردد
دلیل کاهش مقاومت بلندمدت فقدان زمان و فضای کافی در مجاورت دانه های سیمان جهت جداشدن ژل سیمان و محصولات هیدراتاسیون از دانه های سیمان و جاگیری مناسب در فضاهای خالی اطراف دانه های سیمان میباشد. تراکم نامتناسب و غیریکنواخت محصولات هیدراتاسیون سبب تخلخل زیاد در ساختار بتن میگردد
طی دهه های گذشته, بتن ژئوپلیمری به عنوان جاگزینی نوین به جای بتن های سیمانی معرفی گشته است. اصطلاح ژئوپلیمر نخستین بار در سال 1997 توسط پروفسور ژوزف داویدوویتس ارائه گشت که معرف نوع جدید از پلیمرهای معدنی میباشد که حاصل ترکیب مواد آلومینوسیلیکاتی با محلول های قلیایی میباشند. تولید بتن های ژئوپلیمری آلومینوسیلیکاتی مستلزم داشتن مواد اولیه غنی از آلومینیوم و سیلیس همانند خاکستر بادی, سرباره آهن گدازی و یا متاکاولین است. خاکستر بادی که از محصولات زاید نیروگاه های برق زغال سنگی میباشد به دلیل فراوانی تولید در بسیاری از نقاط جهان یک ترکیب آلومینوسیلیکاتی مطلوب جهت ساخت بتن های ژئوپلیمری میباشد.
فعال سازی قلیایی خاکستربادی طی یک واکنش گرمازای حاصل از انحلال دانه های خاکستر بادی در یک محیط قلیایی بسیار قوی صورت میپذیرد. طی این واکنش, پیوندهای کووالانسی Si-O-Si و Al-O-Al شکسته شده و یون های سیلیس و آلومینیوم وارد ترکیب میگردند. کنار هم قرارگرفتن مجدد یون های سیلیس و آلومینیوم در ترکیب با یون های سدیم - و یا پتاسیم - موجود در محلول های قلیایی استفاده شده همانند سیلیکات سدیم - و یا سیلیکات پتاسیم - سبب شکل گیری ساختار آلومینیوم-سیلیسی - Si-O-Al - ژئوپلیمر میگردد
هدف از این تحقیق, ارزیابی اثر دما و زمان عمل آوری حرارتی بر روی مقاومت کوتاه مدت, مقاومت بلندمدت و تخلخل بتن های ژئوپلیمری ساخته شده از خاکستر بادی کم کلسیم و مقایسه ی نتایج حاصله با بتن های سیمانی میباشد. بدین منظور 12 شیوه ی متفاوت عمل آوری حرارتی شامل 3 دمای متفاوت 75 ,60 و 90 درجه سانتی گراد و 4 زمان عمل آوری 18 ,12 ,8 و 24 ساعت بررسی گشته است. نمونه های بتنی ژئوپلیمری و سیمانی ساخته شده تحت هر یک از شیوه های عمل آوری حرارتی تهیه و آزمایش گشته اند. به جهت مقایسه, یک سری از نمونه های بتنی ژئوپلیمری و سیمانی در دمای 23 درجه سانتی گراد و در آب عمل آوری گشته اند تا به عنوان نمونه های کنترل مورد استفاده قرار گیرند.
-2 مصالح مصرفی
مصالح استفاده شده در این تحقیق جهت ساخت ژئوپلیمر، ترکیبی از دو نوع خاکستر بادی کم کلسیم و سرباره آهن گدازی می باشد. خاکستر بادی نوع اول که 70 درصد از کل را شامل می شود که این ماده از نیروگاه برق ارارینگ - - Eraring واقع در ایالت نیوساوث ویلز استرالیا تهیه شده است. خاکستر بادی نوع دوم که که 20 درصد از کل را شامل می شود و بسیار ریز می باشد از نیروگاه برق کالید - Callide - واقع در ایالت کوئیزلند استرالیا تهیه شده است. پودر سرباره ای دیگر از کارخانه ذوب آهن پرت کیمبلا - - Port kembla واقع در ایالت نیوساوث ویلز استرالیا تهیه شده که مقدار آن 10 درصد از کل می باشد. ترکیبات شیمیایی خاکسترهای بادی و سرباره در جدول شماره 1 ارائه شده شد.
جدول .1 ترکیبات شیمیایی خاکسترهای بادی و سرباره انتخابی
درصد ترکیبات غیر کریستالی مصالح توسط آزمایش XRD اندازه گیری شده که برای خاکستر بادی ارارینگ، کالید و سرباره بترتیب 85/2 درصد، 81/2 درصد و 95/8 درصد می باشند. ترکیبات کریستالی موجود در خاکسترهای بادی عبارتند از مولیت - Mullite - ، کوارتز - Quartz - ، مگنتیت - Magnetite - و هماتیت - Hematite - می باشند. در حالی که ترکیبات کریستالی موجود در سرباره عبارتند از گچ و هاتروریت - Hatrurite - می باشند که اندازه دانه های آنها در شکل - 1 - مشخص شده است.
شکل .1 نمودار توزیع اندازه ذرات خاکسترهای بادی و سرباره
محلول قلیایی استفاده شده ترکیبی از محلول آبی سیلسکات سدیم و هیدروکسید سدیم می باشد که با نسبت 1: 2.5 ترکیب شده اند.
محلول هیدروکسید سدیم از انحلال قرص های هیدروکسید سدیم با خلوص 98 درصد در آب تهیه شدهاند. غلظت محلول هیدروکسید سدیم استفاده شده 12 مولار بوده که از ترکیب 480 گرم پودر هیدروکسید سدیم در یک لیتر آب حاصل می-شود. محلول سیلیکات سدیم دارای ترکیب شیمیایی 14/7 درصد اکسید سدیم - Na2O - ، 29/4 درصد اکسید سیلیس - 2 - و 55/9 درصد آب می باشند. محلول های قلیایی 24 ساعت قبل از مصرف در بتن تهیه و با یکدیگر ترکیب شده است.
-3 طرح اختلاط پیشنهادی و روش عمل آوری
دو نوع بتن ساخته و مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. نمونه اول بتن از سیمان معمولی پرتلند - OPCC - به عنوان بتن کنترلی و نمونه دوم بتن ژئوپلیمری می باشد. قابل ذکر است دو نمونه دارای مصالح سنگی یکسان از لحاظ کمی و کیفی میباشند. طرح اختلاط دو نوع بتن در جدول شماره 2 ارائه شده است.
جدول . 2 طرح های اختلاط بتن ژئوپلیمری - GPC - و بتن با سیمان معمولی پرتلند - OPCC -
