پایان نامه با واژه های کلیدی هیدرولیک، پرتوی ایکس، معیارهای ارزیابی

دانلود پایان نامه ارشد

فعالسازهای اصلی عبارتند از: کلینکر سیمان، هیدروکسید کلسیم یا سولفاتها که در این میان سایر مواد قلیایی، از قبیل هیدروکسید قلیایی و یا کربنات قلیایی نیز میتوانند تأثیرگذار باشند. مهمترین نقش ماده فعالساز شتاب بخشیدن به واکنش است و مقدار CaO موجود در آن اصولاً جهت تولید هیدرات سیلیکات کلسیم مورد نیاز نیست، بدین لحاظ سرباره گرانوله شده کوره بلند به عنوان یک ماده با خواص هیدرولیکی پنهان شناخته میشود.
بخش هیدراته شده سرباره در سیمان به روش آنالیز گرماسنجی افتراقی105 و همچنین پراش پرتوی ایکس قابل تعیین است هرگاه سرباره به صورت خالص در ترکیب سیمان وجود داشته باشد. در غیر اینصورت، روش‌های حل کردن گزینشی میبایست مورد استفاده قرار گیرند که در آنها محصولات هیدراته شده و بخش هیدراته نشده کلینکر به کمک حلکنندههای مشخصی نظیر، محلول مایع اسید تترا استیک اتیلن دیامین106(EDTA)، تریاتانولامین و NOOH همراه با افزودن دیمتیل فرمامید107 (جهت جلوگیری از رسوب سیلیکا) از خمیر سیمان سخت شده حل و جدا شده و بدین ترتیب بخش هیدراته نشده سرباره جدا میگردد ]18[.
در سیمانهای سربارهای که حاوی بیش از 50% وزنی سرباره کوره بلند هستند مناسب است که صرفاً از انیدریت- β جهت کنترل گیرش سیمان استفاده شود. مرحله اول هیدراسیون آلومینات کلسیم است، مرحله بعدی هیدراسیون در حضور محلولی رخ میدهد که عمدتاً حاوی هیدروکسید قلیایی بوده و مقدار کمی هیدروکسید کلسیم در بر دارد. در این حالت غلظت یون هیدروکسید و بنابراین درجه قلیایی بودن و pH محلول منفذی با افزایش مقدار سرباره در سیمان کاهش مییابد. در نتیجه ادامه فرآیند هیدراسیون این نوع سیمان نیز همان محصولات تولید شده در زمان هیدراسیون سیمان پرتلند یعنی فازهای C-S-H، و همچنین فازهای اترینژایت شامل AFt108 و 109AFm تشکیل میشود. فاز C-S-H سیمان سربارهای سخت شده شامل CaO کمتر و Al2O3 و MgO بیشتری نسبت به فاز C-S-H تولید شده در هیدراسیون سیمان پرتلند است. به هنگام هیدراسیون، سرباره کوره بلند موجود در سیمان سربارهای نسبتهای مختلفی از هیدروکسید کلسیم تولید شده در طول هیدراسیون کلینکر سیمان را به مصرف میرساند. میزان مصرف Ca(OH)2 معمولاً در مقایسه با ترازهای Ca(OH)2 در سیمان سربارهای هیدراته شده و سیمان پرتلند صورت میپذیرد. همچنین تعیین مقدار Ca(OH)2 توسط آنالیز شیمیایی پس از استخراج به کمک مخلوطی از استواستیک استر و الکل ایزوبوتیل110، پراش پرتوی ایکس و یا آنالیز حرارتی امکانپذیر است. با این حال، باید در نظر داشت که بخش کلینکر موجود در سیمان سربارهای با سرعت بیشتری نسبت به کلینکر سیمان پرتلند هیدراته میشود چرا که در نتیجه هیدراسیون کند بخش سرباره، حداقل در ابتدای فرآیند هیدراسیون، آب بیشتری برای بخش کلینکر سیمان سربارهای نسبت به کلینکر سیمان پرتلند وجود دارد، بنابراین جهت مقایسه بهتر است مقادیری مواد خنثی نظیر BaSO4 یا α-Al2O3 به سیمان پرتلند افزوده شود. محصولات اصلی هیدراسیون که موجب شکلگیری ساختار مقاومتی این سیمان میگردند اترینژایت و هیدرات سیلیکات کلسیم میباشند، همچنین در ابتدای شروع هیدراسیون مقادیر کمی گچ نیز از انیدریت–β تولید میشوند. تشکیل اترینژایت از روندی کند برخوردار خواهد شد هرگاه غلظت Ca(OH)2 بسیار پایین باشد، که این حالت به طور مثال میتواند در اثر پیش هیدراسیون111 و یا کربناسیون کلینکر سیمان در حین ذخیره سازی سیمان رخ دهد و شرایط برای تشکیل مونوسولفات مطلوب خواهد بود هرگاه در نتیجه افزودن بیش از اندازه کلینکر، غلظت Ca(OH)2 خیلی بالا باشد. تشکیل اترینژایت عملاً پس از سه روز کامل میشود اما روند افزایشی کسب مقاومت کماکان ادامه مییابد. به منظور توضیح مکانیزم فعالسازی توسط سولفات، فرض میشود که تبلور اترینژایت مانع از تشکیل لایه ای متراکم و جلوگیری کننده از انجام واکنش متشکل از محصولات هیدراسیون که حاوی CaO بسیار کمی بر روی سطوح ذرات سرباره کوره بلند است، میگردد. از طرف دیگر، مشاهده اینکه افزودن مقادیر کمی کلینکر سیمان موجب تسریع روند سخت شوندگی میگردد، دلالت بر تأثیر ظهور هستههای جدید کریستالی بر تشکیل و رشد فازهای C-S-H دارد ]24، 16[.

2-2-10 فعالسازی شیمیایی
بر اساس تحقیقات صورت گرفته، تصور میشود که بدون استفاده از یک ماده فعالساز، سرباره در ابتدا و در واکنش با آب محصولات هیدراتهای تشکیل میدهد که درست بر سطح ذرات رسوب کرده و مانع از رسیدن آب به ذرات سیمانی و انجام واکنشهای هیدراسیون در مراحل بعدی میگردند. در حالیکه در حضور یک ماده فعالساز، محصولات هیدراتهای تولید شده که دارای بافت میکروسکوپی اسفنجی بوده و نفوذپذیری آنها در برابر آب بالاست و بدین ترتیب از به تأخیر افتادن واکنشهای بعدی هیدراسیونجلوگیری میکند. با این حال، این نظریه هم وجود دارد که عمل فعالسازها مبتنی بر فرآیندهای تبلور هستهای112 و رشد برخی فازهای غیر فعال سربارهای باشد. از اینرو میتوان تصور کرد که آن دسته از فازهای C-S-H که با سرعت مناسبی در جهت پیشرفت سریع هیدراسیون سرباره مییابند، صرفاً در حضور هستههای کلینکر سیمان تشکیل میشوند ]42[.
کلینکر سیمان، سایر مواد قلیایی یا سولفاتها، خصوصاً سولفات کلسیم به شکل انیدریت-β طبیعی، بعنوان فعالساز در افزایش سرعت سختشدن سرباره مورد استفاده قرار میگیرند. به کمک این مواد فعالساز، هیدرات سیلیکات کلسیم در نتیجه عمل هیدراسیون تولید میشود که نقش اصلی در سخت شدن سرباره را ایفا میکند. بسته به نوع ماده فعالساز مورد استفاده، ترکیبات آبدار گوناگونی که هم بر روند هیدراسیون و هم ساختار میکروسکوپی خمیر سیمان سخت شده و در نتیجه بر شکلگیری مقاومت آن تأثیر میگذارند، نیز تشکیل میشوند. فعالساز کلینکر در تولید سیمانهای پرتلند سربارهای و فعالساز سولفاتی در ساخت سیمان سوپر سولفات مورد استفاده قرار میگیرد. فعالسازهای قلیایی همراه با هیدروکسید کلسیم نیز در تولید آهک هیدرولیکی نقش ایفا میکنند. سایر ترکیبات قلیایی نظیر هیدروکسید سدیم، کربنات سدیم، سیلیکات سدیم و همچنین کلراید کلسیم، منفرداً یا حتی در ترکیب با یک ماده روانکننده113 نیز میتواند به عنوان فعالساز مورد استفاده واقع شوند. محصول تولیدی در نتیجه واکنش هیدراسیون که در شکلگیری مقاومت نقش اساسی دارد، هیدرات سیلیکات کلسیم است که احتمالاً دارای مقادیری پایین CaO در نتیجه افزایش pH محلول منفذی114 است.
هنگامیکه سرباره به عنوان یکی از اجزای سیمان مورد استفاده قرار میگیرد انتظار میرود که توسط کلینکر فعال گردیده و نیز به سریعترین وجه ممکن با آب اختلاط واکنش شیمیایی انجام دهد و محصولاتی تولید نماید که ساختار میکروسکوپی قوی و متراکم در فضای خالی بین سنگدانههای بتن یا ملات که در ابتدا با آب پر شدهاند، تشکیل دهد. لذا واکنشپذیری شیمیایی از خواص بسیار مهم سرباره در تولید سیمان است. معیارهای ارزیابی زیر جهت آزمایش واکنشپذیری شیمیایی توصیه گردیدهاند:
کاهش مقدار Ca(OH)2 در زمان هیدراسیون مخلوط سرباره و هیدروکسید کلسیم
افزایش مقدار آب در ترکیب با سرباره در مخلوط شامل 5% محلول هیدروکسید سدیم
سرباره قبل از استفاده در فرآیند تولید سیمان در انبارهایی نگهداری شده تا به اصطلاح هوازده شوند. در این مدت این ماده بخشی از آب ذخیره شده در فرآیند سرد شدن را از دست میدهد، اما از طرف دیگر سرباره میتواند با رطوبت و CO2 موجود در هوا بطور شیمیایی ترکیب شود. در طول زمان ذخیرهسازی سرباره، قابلیت آسیاب شدن آن تا حدودی بهبود مییابد و همچنین برخی خواص مثل گیرش هم دچار تغییر شود. اگر چه قابلیت سخت شوندگی هیدرولیکی آن حتی پس از ذخیرهسازی به مدتی طولانی نیز اساساً کاهش نمییابد. ضمن اینکه اگر توسط بارهای نسبتاً سنگین تحت تراکم قرار گیرد میتوان انتظار داشت که شدیداً متراکم و فشرده شود.
غیر از سرباره گرانوله شده کوره بلند سایر سربارههای تولیدی در فرآوری متالورژیکی آهن و دیگر فرآیندهای ذوب و استخراج فلزات به لحاظ اقتصادی از اهمیت کمتری به لحاظ به کارگیری در تولید سیمان بر خوردارند. اغلب آزمایشات به عمل آمده جهت تعیین قابلیت مصرف سرباره بر روی شبکه کریستالی سرباره تولیدی در کارخانجات فولادسازی که معمولاً در حجمی زیاد تولید میشود، انجام گردیدهاند، سربارهای که به دلیل ترازهای بالای CaO، FeO، Fe2O3 در آن عمدتاً شامل دیکلسیم سیلیکات، دی کلسیم فریت و CaO آزاد همراه با Mg2+، Mn2+، Fe2+ به شکل محلولهای جامد (فاز RO) میباشد. بنابراین میتوان از این نوع سرباره به عنوان جزئی از ترکیبات مواد خام مورد مصرف در تولید کلینکر سیمان استفاده کرد. واکنشپذیری این نوع سرباره بطور قابل توجهی کمتر از سرباره گرانوله شده کوره بلند است و لذا در بهترین حالت صرفاً میتوان از نسبتهای کم این ماده به عنوان ترکیبات اضافه شده جزئی در تولید سیمان استفاده کرد ]18[.
براساس کارهای تجربی گلوخوفسکی و همکاران که بر روی سرباره گرانوله شده کوره بلند انجام دادند، این محقق فعالسازهای قلیایی به 6 گروه طبقه بندی میشوند (M در اینجا در نقش یک قلیا است)]69-67[:
ترکیبات هیدروکسید، MOH
نمکهای غیر سیلیکاته با اسیدهای ضعیف: M2CO3، M2SO3، M3PO4، MF و غیره
سیلیکاتها، M2O.nSiO2
آلومیناتها، M2O.nAl2O3
آلومینوسیلیکاتها، M2O.Al2O3.(2-6)SiO2
نمکهای غیر سیلیکاته با اسیدهای قوی، M2SO4
از بین همه فعالسازها، NaOH، CaCl2، Na2CO3، Na2O.nSiO2 و Na2SO4 رایجترین و اقتصادیترین مواد مورد استفاده در این زمینه هستند. برخی ترکیبات پتاسیمدار هم در آزمایشاتی مورد استفاده قرار گرفتهاند گرچه خواص ترکیبات سدیمدار و پتاسیمدار خواص و رفتاری خیلی مشابه در این زمینه دارند. محصولات هیدراسیون مسئول اصلی استحکام بخشی هستند، در حالیکه حفرات نقشی منفی در استحکام دارند. استحکام سیمان و بتن مهمترین خصلت برای ارزیابی کیفیت آن میباشد. اگرچه خواص دیگر هم ضروری و مهم میباشند. برای سیمان سرباره فعال شده با قلیا، این مواد فاکتورهای اصلی تعیین استحکام خمیر سیمان و ملات آن میباشند ]67، 69[:
طبیعت سرباره و فعالساز
دور فعالساز
دمای مراقبت
نسبت آب به سرباره
نرمی سرباره (ریز بودن)
افزودنیهای دیگر
فصل سوم

روش انجام کار

در این فصل به بررسی آزمایشهای صورت گرفته و همچنین نحوه انجام آنها بمنظور بررسی خواص و ویژگیهای نمونههای سیمانی حاوی مواد جایگزین و افزودنی پرداخت خواهد شد. در ابتدا خاطر نشان میشود بدلیل اینکه تاکنون بررسی و مطالعهای جامع و به شکل مورد نظر در این پایاننامه از تأثیر افزودن انواع سربارههای آهن و فولاد تولید شده در ایران صورت نگرفته است یا حتی اگر انجام شده در قالب پایاننامه و کتاب نبوده است، از اینرو در اینجا سعی شده است از سه سرباره مختلف در انجام آزمایشات استفاده شود و نتایج حاصل از هر کدام با یکدیگر مقایسه شوند. لذا از سه نوع سرباره گرانوله شده کوره بلند، فرآوری شده کوره قوس الکتریکی و همچنین کنورتور در ساخت نمونه استفاده شده تا ابتدا اثر استفاده از هرکدام بررسی شود سپس بتوان با مقایسه نتایج حاصل از آزمایشهای مختلف و آنالیزهای شیمیایی و مینرالی به یک نتیجهگیری کلی در مورد استفاده از سرباره در سیمان و بتن دست یافت.

3-1 نمونهبرداری از سرباره
با توجه به نحوه تولید سرباره، نمونهبرداری صحیح و دقیق اولین گام در شناختن درست خواص و ویژگیهای سرباره مورد نظر میباشد. با توجه به اینکه مواد شارژ کوره در هر ذوب ویژگی و مشخصههای متفاوت با ذوب قبل یا بعد از خود را دارد، لذا نمونه جمع آوری شده باید نماینده بیشتر پاتیلهای ذوب باشد. علاوه بر این، در نمونهبرداری از سربارهها طول عمر سرباره نیز اهمیت دارد و نمونه گرفته شده باید از سربارههای با طول عمرهای مختلف باشد بطوریکه هم از سرباره تازه تولید شده در آن دیده شود و هم از سربارهای
که چند روز از تولید

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با واژه های کلیدی ساختار فضایی Next Entries پایان نامه با واژه های کلیدی پرتوی ایکس، هیدرولیک