بایندرها یا مواد چسباننده مخلوط بر پایه سیمان ساخت و ساز، تأثیر کمتری بر محیط زیست دارند و امکان بازیافت برخی از محصولات جانبی مصنوعی حاصل از سوزاندن در صنایع انرژیزا، سوزاندن زغالسنگ یا طبیعی مانند توفهای آتشفشانی با منابع بزرگ را فراهم میکنند. این مقاله نتایج تحقیق از رشته مصالح ساختمانی از دانشکده مهندسی عمران و خدمات ساختمان از Iassy، رومانی را در مورد استفاده از محصولات جانبی صنعتی در زمینه ساخت و ساز همچنین ویژگیهای مخلوط خاکستر سیمان – نیروگاه حرارتی در حالت تازه و همچنین برای حالت نهایی سخت شده، جایی که تجزیه و تحلیل می شود، ارائه میکند.
معرفی
هنجارهای واقعی در رابطه با مصرف زیاد انرژی و انتشار گازهای زیاد در فرآیند تولید اتمسفر، پدیدههایی که مختص صنعت سیمان هستند، بهطور قابل توجهی ضروری است که روشهای مصرف مبتنی بر کاهش چشمگیر مقدار کلینکر معرفی شوند [1،2]. راهحل کاهش مقدار کلینکر و جایگزینی آن با انواع مختلف افزودنی مانند سرباره و خاکستر نیروگاه حرارتی، امّا به نسبت 80 تا 85 درصد، یا حتی کمتر مورد استفاده قرار میگیرد و اشاره به بایندرهای مخلوط بر پایه سیمان دارد. مزیت بایندرهای مخلوط مبتنی بر استفاده از سیمان، پاسخگویی به ضرورتهای مربوط بهمصرف انرژی و آزاد شدن مواد مضر از گازهای خروجی نیتریدی در فرآیند تولید و در عینحال، معرفی برخی محصولات باقیمانده در ترکیب بایندر است [2،3]. معرفی برخی از مواد باقیمانده (مانند مواردی که در بالا اشاره شد) نشاندهنده خواسته یک جامعه است، زیرا حلمسئله رسوب محصولات سمی باقیمانده است، که پیچیدگی زیادی دارد و حل آن مستلزم تلاشهای مالی مهم و زیادی است [4]. تئوری مقاله در مورد استفاده از چسباندههای مخلوط و نسبتهای زیاد مواد افزودنی سرباره یا خاکستر بادی را ارائه داده شده است که استفاده از این بایندرها محدود به تحقق برخی عناصر کم مقاومت ساده یا بتن مسلح، عملکرد کم و بیش ماده افزودنی و نوع ماده افزودنی است.
امّا ارائه ویژگیهای پایداری سازه مربوط به برخی از بتنهای معمولی میباشد [5]. پس لازم به ذکر است که:
از نقطه نظر فعالیت عملی، در شرایطی که بهکارگیری در تولید باشد، قطعاً باید سطح مقاومت مکانیکی افزایش یابد (بهجز مقاومت فشاری) و در عینحال، بهبود فشردگی با استفاده از مواد افزودنی و تکمیل منحنی دانهبندی با قطعات ریز ضروری است.
در این تحقیق با توجه به اینکه راهحلهای مختلفی در خصوص بهبود بایندرها مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد، موارد زیر نیز پیشنهاد میشود:
مقادیر تئوریها عبارتند از:
سیمان – فلایاش نوع بایندر مخلوط با نسبتهای زیر استفاده میشود:
خاکستر نیروگاه حرارتی یک افزودنی هیدرولیکی را نشان میدهد، بنابراین فقط در حضور فعالکننده ویژگی هیدرولیکی نشان میدهد. که در این مورد با یون کلسیم از سیمان نشان داده و در واکنش با آن محصولات واکنشی با ویژگی هیدرولیکی تشکیل میشود.
کاهش استحکام مکانیکی و تخلخل زیاد نشان دهنده دلایلی است که در این مطالعه، در نسبتهای معین، سیلیس فوقریز (سیلیس فرانرم – UFS) در مخلوط وارد شده است که بهعنوان پودر واکنشزا مطالعه و شناخته شده است[5،6]، که میتواند به افزایش مقاومت مکانیکی کمک کند و در عینحال تأثیر مطلوبی در بهبود فشردگی مخلوط داشته باشد.
روش دوم برای افزایش مقاومت مکانیکی بایندر با بهرهوری و استفاده از یک افزودنی فوقروانکننده پیشنهاد شده است که با کاهش آب اختلاط و با اصلاح مطلوب مورفولوژی محصولات واکنش، میتواند منجر به افزایش قابلتوجه مقاومت مکانیکی شود. [7،8].
با توجه به حداکثر بُعد گرانول سنگدانه، این امر کل سطح مخصوص سنگدانه و بایندر مخلوط را با سطح مخصوص سنگدانه کوارتزی چند دانهای و سیمان حاصل از ملاتهای خمیری متعادل میکند. خاکستر نیروگاه حرارتی سطح مخصوص بزرگتری نسبت به سیمان دارد و برای جبران این مشکل، سنگدانه مورد استفاده برای مخلوط با بایندر مخلوط باید سطح ویژه کمتری داشته باشد. بنابراین، این مشکل با افزایش حداکثر بُعد سنگدانه از کامپوزیت بر اساس بایندر مخلوط، حل میشود.
مقدار آب استفاده شده برای مخلوطهای بدون افزودنی، 225 میلیلیتر بود. برای مخلوطهای با افزودنی 0/5% و 1% مقدار آب اختلاط به میزان 20% کاهش یافت (بنابراین 180 میلیلیتر باقی میماند). لازم بهذکر است که ماده افزودنی مورد استفاده افزودنی کاهنده قوی آب – فوقروانکننده میباشد[7].
مقدار مولفههای مواد | دستورالعمل | ||||||||||
UFS | سنگدانه | W/C | آب | افزودنی | اش | سیمان | |||||
% | g | 2-4 | 1-2 | 05-0/1 | 0/05-0 | l | g | g | g | ||
– | – | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 225 | – | 382/5 | 67/5 | R1 |
– | – | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 225 | 2/25 | 382/5 | 67/5 | R2 |
– | – | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 202/5 | 4/5 | 382/5 | 67/5 | R3 |
5 | 22/5 | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 225 | – | 382/5 | 45/0 | R4 |
10 | 45/0 | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 202/5 | 4/5 | 382/5 | 22/5 | R5 |
– | – | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 225 | – | 360/0 | 90/0 | R6 |
– | – | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 225 | 2/25 | 360/0 | 90/0 | R7 |
– | – | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 202/5 | 4/5 | 360/0 | 90/0 | R8 |
5 | 22/5 | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 202/5 | – | 360/0 | 67/5 | R9 |
10 | 45/0 | 450 | 450 | 300 | 150 | 0/50 | 202/5 | 4/5 | 360/0 | 45/0 | R10 |
میزان افزودنی مورد استفاده متفاوت بود، با این ایده که بُعد حداکثری سنگدانه، کوچکتر از ابعاد معمول بتن است، منجر بهسطح مخصوص بزرگتر میشود که با سطح مخصوص خاکستر تکمیل میشود. بنابراین نسبت متوسطی از افزودنی استفاده شد.
برای تأیید تمام روشهایی که میتوانند راهحلهای بهینهسازی کیفیت را برای این نوع استفاده از بایندر ایجاد کنند، دستورالعملها مطابق جدول 1 پیشنهاد شده است.
جدول 1: دستورالعمل ملات با سیمان – بهعنوان بایندر (چسباننده)
برای هر نمونه، ابعاد اندازهگیری شد و جرم هرکدام، برای محاسبه جرم حجمی ظاهری تعیین شد. نمونههای منشوری به ابعاد 160×40×40 میلیمتر در قالبهای سه محفظهای تهیه شد. پس از سختشدن، برای هر مخلوط سه مقاومت کششی خمشی و شش مقاومت فشاری در انتهای منشور بهدست آمد. تست مقاومت کششی خمشی با دستگاه Frulling – Michaellis و تست فشار توسط دستگاه تست یونیورسال انجام شد.
تجزیه و تحلیل، تغییرات رفتاری ایجاد شده توسط اصلاحات ترکیبی در نمودارهای زیر ارائه شده است (شکل 1، شکل 2، شکل 3). همچنین نتایج آزمایش برای جرم حجمی و مقاومت مکانیکی [9،10] در جدول 2 ارائه شده است. مقادیری که نتایج قطعی برای آنها مشخص نشد، از جدول حذف شدند [11].
شکل 1: تغییر توابع مقاومت فشاری دستورالعملها
شکل 2: تغییر توابع مقاومت کششی خمشی دستورالعملها
شکل 3: تغییر توابع جرم حجمی دستورالعملها
Rc90/28=P/A (N/mm2) | Rti90/28=50G3l/2bh2 (N/mm2) | جرم حجمی g/cm3 | نمونه حجم cm3 | نمونه جرم g | شماره نمونه | دستور العمل | |||||||
Rcm | Rci | A mm2 | P M | Rtim | Rtii | b/hm m | 1 mm | G g | |||||
8/229 8/025 | 8/125 | 1600 | 13000 | 1/936 | 1/969 | 40 | 120 | 1/490 | 2/285 | 256 | 585 | 1 | R1 |
9/250 | 1600 | 14800 | |||||||||||
8/250 | 1600 | 13200 | 1/948 | 40 | 120 | 1/385 | 2/273 | 256 | 582 | 2 | |||
7/500 | 1600 | 12000 | |||||||||||
8/438 | 1600 | 13500 | 1/891 | 40 | 120 | 1/345 | 2/285 | 256 | 585 | 3 | |||
7/813 | 1600 | 12500 | |||||||||||
8/006 7/845 | 8/688 | 1600 | 13900 | 1/765 | 1/920 | 40 | 120 | 1/365 | 2/234 | 256 | 572 | 1 | R2 |
8/813 | 1600 | 14100 | |||||||||||
7/500 | 1600 | 12000 | 1/578 | 40 | 120 | 1/250 | 2/227 | 256 | 570 | 2 | |||
7/500 | 1600 | 12000 | |||||||||||
7/719 | 1600 | 12350 | 1/617 | 40 | 120 | 1/150 | 2/227 | 256 | 570 | 3 | |||
7/813 | 1600 | 12500 | |||||||||||
8/953 8/737 | 8/188 | 1600 | 13100 | 2/355 2/162 | 2/215 | 40 | 120 | 1/575 | 2/227 | 256 | 570 | 1 | R3 |
9/313 | 1600 | 14900 | |||||||||||
10/031 | 1600 | 16050 | 2/109 | 40 | 120 | 1/500 | 2/246 | 256 | 575 | 2 | |||
9/063 | 1600 | 14500 | |||||||||||
8/625 | 1600 | 13800 | 2/742 | 40 | 120 | 1/950 | 2/254 | 256 | 577 | 3 | |||
8/500 | 1600 | 13600 | |||||||||||
4/959 5/063 | 5/063 | 1600 | 8100 | 1/498 1/392 | 1/709 | 40 | 120 | 1/215 | 2/227 | 256 | 570 | 1 | R4 |
5/313 | 1600 | 8500 | |||||||||||
4/438 | 1600 | 7100 | 1/427 | 40 | 120 | 1/015 | 2/207 | 256 | 565 | 2 | |||
4/938 | 1600 | 7900 | |||||||||||
4/906 | 1600 | 7850 | 1/357 | 40 | 120 | 0/965 | 2/227 | 256 | 570 | 3 | |||
5/094 | 1600 | 8150 | |||||||||||
6/354 | 6/750 | 1600 | 10800 | 1/774 | 1/898 | 40 | 120 | 1/350 | 2/266 | 256 | 580 | 1 | R5 |
5/938 | 1600 | 9500 | |||||||||||
6/125 | 1600 | 9800 | 1/737 | 40 | 120 | 1/235 | 2/246 | 256 | 575 | 2 | |||
6/875 | 1600 | 11000 | |||||||||||
6/188 | 1600 | 9900 | 1/688 | 40 | 120 | 1/200 | 2/246 | 256 | 575 | 3 | |||
6/250 | 1600 | 10000 |
5/052 5/109 | 5/625 | 1600 | 9000 | 1/484 | 1/470 | 40 | 120 | 1/045 | 2/180 | 256 | 558 | 1 | R6 |
5/875 | 1600 | 9400 | |||||||||||
5/313 | 1600 | 8500 | 1/603 | 40 | 120 | 1/140 | 2/203 | 256 | 564 | 2 | |||
4/688 | 1600 | 7500 | |||||||||||
4/000 | 1600 | 6400 | 1/378 | 40 | 120 | 0/980 | 2/172 | 256 | 556 | 3 | |||
4/813 | 1600 | 7700 | |||||||||||
5/261 | 5/000 | 1600 | 8000 | 1/479 | 1/505 | 40 | 120 | 1/070 | 2/234 | 256 | 572 | 1 | R7 |
5/500 | 1600 | 8800 | |||||||||||
5/313 | 1600 | 8500 | 1/429 | 40 | 120 | 1/016 | 2/242 | 256 | 574 | 2 | |||
5/063 | 1600 | 8100 | |||||||||||
5/000 | 1600 | 8000 | 1/502 | 40 | 120 | 1/068 | 2/211 | 256 | 566 | 3 | |||
5/688 | 1600 | 9100 | |||||||||||
6/146 | 5/938 | 1600 | 9500 | 1/470 | 1/344 | 40 | 120 | 0/956 | 2/234 | 256 | 572 | 1 | R8 |
6/250 | 1600 | 10000 | |||||||||||
5/938 | 1600 | 9500 | 1/575 | 40 | 120 | 1/120 | 2/234 | 256 | 572 | 2 | |||
6/250 | 1600 | 10000 | |||||||||||
6/250 | 1600 | 10000 | 1/491 | 40 | 120 | 1/060 | 2/219 | 256 | 568 | 3 | |||
6/250 | 1600 | 10000 | |||||||||||
5/084 5/095 | 5/563 | 1600 | 8900 | 1/079 | 0/970 | 40 | 120 | 0/690 | 2/227 | 256 | 570 | 1 | R9 |
5/125 | 1600 | 8200 | |||||||||||
5/625 | 1600 | 9000 | 1/080 | 40 | 120 | 0/768 | 2/227 | 256 | 570 | 2 | |||
4/688 | 1600 | 7500 | |||||||||||
5/000 | 1600 | 8000 | 1/187 | 40 | 120 | 0/844 | 2/219 | 256 | 568 | 3 | |||
4/500 | 1600 | 7200 | |||||||||||
6/282 6/454 | 6/188 | 1600 | 9900 | 1/458 | 1/336 | 40 | 120 | 0/975 | 2/234 | 256 | 572 | 1 | R10 |
4/688 | 1600 | 7500 | |||||||||||
7/188 | 1600 | 11500 | 1/406 | 40 | 120 | 1/000 | 2/215 | 256 | 567 | 2 | |||
6/250 | 1600 | 10000 | |||||||||||
6/813 | 1600 | 10900 | 1/603 | 40 | 120 | 1/140 | 2/258 | 256 | 578 | 3 | |||
6/563 | 1600 | 10500 |
جدول 2: نتایج تجربی برای ملات/ میکرو[1] بتن با بایندر مخلوط سیمان – خاکستر
با تحلیل نتایج تجربی ارائه شده در این مقاله میتوان نتیجه گرفت که:
[1] میکرو بتن یک پوشش مبتنی بر سیمان است که میتواند بهصورت نازک (تقریباً 3-2 میلیمتر) روی طیف وسیعی از سطوح مختلف از جمله کاشی و چوب اعمال شود.
M.gh.
[1] M. Barbuta, M. Rujanu, A. Nicuta, Characterization of Polymer Concrete with Different Wastes Additions, 9th International Conference Interdisciplinarity in Engineering, INTER-ENG 2015, Procedia -Technology22, 2016, pp. 407–412.
[2] M. Bărbuta, R.-M. Diaconescu, M. Harja – Using Neural Networks for Prediction of Properties of Polymer Concrete with Fly Ash, Journal
of Materials in Civil Engineering, 24, nr 5, 523 -528, 2012 M. Bărbuta, R.M. Diaconescu, M. Harja – Using Neural Networks for Prediction of Properties of Polymer Concrete with Fly Ash, Journal of Materials in Civil Engineering, 24, nr 5, 2012, pp. 523 -528.
[3] M. Bărbuta, Roxana Bucur, Adrian Alexandru Serbanoiu, Andrei Burlacu, Combined effect of fly ash and fibers on properties of cement concrete, Procedia Technology 181, 9th International Conference Interdisciplinarity in engineering, INTER-ENG 2015, Târgu Mureș,
Romania, 2016, pp. 280 – 284.
[4] L.I. Groll, Lucrare disertație, Studiu privind domeniile de utilizare a cenușilor de termocentrale termoelectrice (CTE) în Contrucții, Iași,1995.
[5] Marinela Barbuta, Dan Diaconu, Adrian Alexandru Serbanoiu, Andrei Burlacu, Alexandru Timu, Catalina Mihaela Gradinaru, Effects of Tire Wastes on the Mechanical Properties of Concrete, Procedia Technology 181, 9th International Conference Interdisciplinarity in engineering, INTER-ENG 2015, Târgu Mureș, Romania, 2016, pp. 346 – 350.
[6] A.M. Neville, Proprietăţile betonului, Bucureşti, Editura Tehnică, Vol. IV, 2003.
[7] ***SR EN 934-2 – 2010 Aditivi pentru beton, mortar și pastă. Partea 2: Definiții, condiții, conformitate, marcare și etichetare.
[8] D. Zamfirescu. T. Postelnicu, Durabilitatea betonului armat, Matrix Rom, Bucureşti, 2003.
[9] ***SR EN 12390-3: 2009 Încercare pe beton întărit. Partea 3: Rezistența la compresiune a epruvetelor.
[10] ***SR EN 12390-2:2009 Încercare pe beton întărit. Partea 2: Pregătirea și păstrarea epruvetelor pentru încercări de rezistență.
[11] M. Rujanu, Lucrări de laborator, Editura Terra Nostra, ISBN 978-9731888-21-7, Iași, 2009.