به سایت پارسمان شیمی خوش آمدید

زیر مجموعه گروه پارسمان

parsmanchemical

۰۲۱-75918

parsmanchemical

بررسی بهینه‌سازی برخی از ویژگی‌های بایندرهای اختلاط بر پایه سیمان

بررسی بهینه‌سازی برخی از ویژگی‌های بایندرهای اختلاط بر پایه سیمان

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:

  • مقاومت بایندر به‌دست آمده دارای مقادیر کم است.
  • ویژگی‌های سازه‌ای و پایداری مطابق با کامپوزیت‌های سیمان معمولی هستند.

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.

برنامه پژوهشی

در این تحقیق با توجه به اینکه راه‌حل‌های مختلفی در خصوص بهبود بایندرها مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد، موارد زیر نیز پیشنهاد می‌شود:

  • ماتریسی که در آن بایندر وارد می‌شود تقریباً مشابه ماسه کوارتزی چند دانه‌ای از ملات‌های خمیری است، بنابراین از سنگدانه‌ای با حداکثر ابعاد 4 میلی‌متر (نه 2 در مورد ملات خمیری) استفاده می‌شود.

مقادیر تئوری‌ها عبارتند از:

  • 0/00 – 0/50 میلی‌متر -150 گرم
  • 1/00 – 0/50 میلی‌متر -300 گرم
  • 00/ 1 – 2/00 میلی‌متر -450 گرم
  • 4/00 – 2/00 میلی‌متر -450 گرم
  • دوز سیمان – 450 گرم
  • نسبت سیمان به آب 0/50

سیمان – فلای‌اش نوع بایندر مخلوط با نسبت‌های زیر استفاده می‌شود:

  • سیمان واحد از نوع CEM I / 42/5 – 15%  یا 20%
  • خاکستر نیروگاه حرارتی جمع‌آوری شده با فرآیند مرطوب – 80٪ یا 85٪

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.

نتایج و تفسیر

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

نتیجه‌گیری

با تحلیل نتایج تجربی ارائه شده در این مقاله می‌توان نتیجه گرفت که:

  • نمونه‌های ترکیبی با 15% سیمان عموماً مقاومت فشاری بیشتری نسبت به نمونه با سیمان 20% دارد، به این معنی که سطح ویژه بزرگ‌تر بایندر مخلوط مربوط به دستورالعمل‌های R1-R5 است که باعث افزایش حجم محصولات واکنش و مقاومت بیشتر می‌شود.
  • حداکثر مقاومت فشاری بر روی نمونه‌های دارای افزودنی فوق‌روان‌کننده 1% (دستورالعمل R3) به‌دست می‌آید که با کاهش آب اختلاط باعث افزایش تراکم و فشردگی مخلوط و استحکام مکانیکی می‌شود.
  • مقاومت فشاری در نمونه‌های دارای 1% فوق‌روان‌کننده (دستورالعمل R3) بیشتر از نمونه‌هایی است که حاوی 10% سیلیس بسیار ریز (سیلیس فرانرم) است که جایگزین سیمان و همان نسبت افزودنی (دستورالعملR10) می‌شود، زیرا دوز سیمان مصرفی کاهش می‌یابد در نتیجه امکان فعال‌سازی خاکستر و در نتیجه حجم محصولات واکنش، کاهش می‌یابد.
  • تاثیر سیلیس فوق‌ریز برای نمونه مخلوط با 10% سیمان، 10% سیلیس فوق‌ریز و 1% افزودنی، ناچیز است (دستورالعمل R6 به جای دستورالعمل R10)، زیرا افزایش مقاومت با حضور مخلوط سیلیس فوق‌ریز تعیین می‌شود و افزودنی فوق‌روان‌کننده با سطح فعال‌سازی کمتر ماده افزودنی فعال (خاکستر نیروگاه حرارتی) توسط برخی اجزای سیمان با کاهش مقدار آن به نصف، جبران و تقویت می‌شود.
  • نمونه‌هایی با ترکیبات 15% سیمان، استحکام کششی خمشی بیشتری نسبت به نمونه‌های سیمانی 20% دارند، که فرض بر این است که سطح ویژه بزرگ‌تر بایندر مخلوط مربوط به دستورالعمل‌های R1-R5 است که محصولات واکنش بیشتر و مقاومت بیشتر را دارا هستند.
  • تاثیر سیلیس فوق‌ریز برای نمونه مخلوط با 5% سیمان، 10% سیلیس فوق‌ریز و 1% افزودنی از نقطه نظر مقاومت کششی خمشی (دستورالعمل R5) و به‌دلیل فعال‌سازی ناکافی ماده افزودنی فعال، که بر اثر کاهش مقدار سیمان ایجاد می‌شود، نامطلوب است.
  • حداکثر مقاومت کششی خمشی بر روی نمونه‌هایی که دارای مقدار 1% فوق‌روان‌کننده هستند (دستورالعمل R3) که مزایای فشردگی بیشتر با کاهش دوز آب و سطح ساختاری بهتر با استفاده از افزودنی فوق‌روان‌کننده معین، به‌دست می‌آید.
  • با توجه به جرم حجم ظاهری می‌توان دریافت که مقادیر برای نمونه‌های مخلوط با 15% و 20% سیمان به حد معقول نزدیک است. با مقدار حداکثری برای دستورالعمل R1 و مقدار حداقلی برای دستورالعمل R6.

[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.

     

کنفرانس بین المللی انجمن مهندسی ساخت 2017، MESIC 2017، 28-30 ژوئن 2017، ویگو (پونتودرا) نویسندگان مقاله: میرچا روجانوa، لیویا اینگرید دیاکونوa، دانوت بابورa، دیانا پلیانa، آدریان کنستانتین دیاکونوb ‌‌‌ aدانشگاه فنی ” Gheorghe Asachi” از Iassy دانشکده عمران و خدمات ساختمان bانجمن مهندسی زلزله رومانی بررسی دقیق با مسئولیت کمیته علمی یازدهمین کنفرانس بین المللی بین رشته ای در مهندسی (2018)