پایان نامه با واژه های کلیدی پرتوی ایکس، زمان واکنش، رطوبت نسبی

دانلود پایان نامه ارشد

هیدروکسیدمنیزیم (Mg(OH)2)
هیدروکسیدکلسیم، که بصورت یک ماده معدنی طبیعی پرتلندیت61 نیز نامیده میشود بصورت صفحات شش ضلعی متبلور میگردد و میزان حلالیت آن در آب با افزایش دما کاهش مییابد. با کاهش نسبت آب به سیمان و افزایش دمای هیدراسیون، کریستالهای Ca(OH)2 تشکیل یافته در خمیر سیمان سخت شده کوچکتر خواهند بود. هیدروکسید منیزیم که به شکل یک ماده طبیعی بروشیت62 نامیده میشود، دارای ساختار کریستالی شبیه به هیدروکسید کلسیم است. هیدروکسید منیزیم در زمان هیدراسیون سیمانهای پرتلند غنی از MgO تشکیل میشود. همچنین این ترکیب در هنگام حمله شیمیایی محلولهای نمک منیزیم به بتن نیز قابل تولید است ]19[.

2-2-3-2 هیدراتهای سیلیکات کلسیم
هیدرات سیلیکات کلسیم به دو صورت زیر پدید میآیند (شکلهای 2-5 و 2-6):
C-S-H به صورت ورقهای63
C-S-H به شکل دستههای الیافی64
هر دو نوع فاز C-S-H در برابر پرتوهای اشعه ایکس کاملاً بیشکل و آمورف هستند، با این حال واحدهای ساختمانی آنها، یعنی یونها و مولکولها، بطور نامنظم آرایش یافتهاند ]43[.
نظم کم دامنه65 ترکیب (نوع اول) C-S-H شبیه به توبرموریت آبدار و (نوع دوم) C-S-H شبیه به ژنیت66 است. در تصاویر میکروسکوپی تهیه شده از این ترکیبات مشخص گردیده که توبرموریت دارای فرمی ورقهای یا نواری شکل و ژنیت نیز از بافتهای ورقهای یا ذرات الیافی تشکیل میشود ]42، 44[.

شکل 2-8. تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از
الف – (نوع اول)C-S-H ورقهای.
ب – (نوع دوم)C-S-H الیافی.

2-2-3-3 هیدراسیون C3S و β-C2S
در زمان هیدراسیون تریکلسیم سیلیکات و دیکلسیم سیلیکات در خمیری که قابلیت سخت شدگی را داراست، یعنی در مخلوطهای نسبتاً کم آب با نسبت آب به جامد بین 3/0 و 6/0 (هیدراسیون خمیر) هیدراتهای سیلیکات کلسیم، که مطابق با تحقیقات به عمل آمده توسط پراش پرتوی ایکس از نظم کریستالی بسیار پایینی برخوردارند، تشکیل میشوند. از آنجاییکه ترکیبات فوق العاده ریز دانه هستند، به عنوان ژل هیدرات سیلیکات کلسیم و یا ژل C-S-H در نظر گرفته میشوند. با این حال، به کمک یک میکروسکوپ الکترونی روبشی، خصوصاً از نوع فیلد امیشن67 که در فضای مرطوب و در فشار نرمال قابل بکارگیری است، امکان آشکارسازی خصوصیات ذاتی نظم کریستالی وجود دارد. این نوع هیدرات سیلیکات کلسیم بی نهایت ریزدانه است و لذا هر ذره منحصر به فرد آن صرفاً دارای تعداد کمی سلولهای بنیادی میباشد که نتیجه آن وقوع پیک پراکندگی به میزانی محدود به هنگام پراش پرتوی ایکس است. صرف نظر از این مسئله، میتوان فرض کرد که نظم کم دامنه (کوتاه برد) در سلولهای بنیادی شبیه به کریستالهای بزرگتر است ]18[.
ترکیب این دو نوع هیدرات سیلیکات کلسیم مستقیماً به روشهای نوری-الکترونی و یا به طور غیرمستقیم با محاسبه بخشی از سیلیکات کلسیم که واکنش کرده و مقدار هیدروکسید کلسیم تولید شده در زمان واکنش قابل تعیین است. در روش مستقیم نسبت Ca/Si مستقیماً و به کمک آنالیز اشعه ایکس در ناحیهای به قطر حدود mm 1 توسط یک میکروسکوپ الکترونی، میکروسکوپ الکترونی اسکن شده یا میکروپروب68 تعیین میشود. در روش غیر مستقیم مقدار سیلیکات کلسیم واکنش کرده از بخشی از آن که هنوز در واکنش شرکت نکرده و به کمک آنالیز کمیتی69 انکسار اشعه ایکس تعیین میگردد. هیدروکسید کلسیم تولید شده نیز پس از استخراج گزینشی70 با مخلوطی از اسید استیک و بوتیل الکل71، توسط آنالیز پراش پرتوی ایکس ،آنالیز حرارتی دیفرانسیلی و یا به کمک آنالیز شیمیایی ثقل سنجی حرارتی72، قابل تعیین است ]48[.
هیدراتهای سیلیکات کلسیم که از هیدراسیون خمیر C3S و β-C2S یا سیمان حاصل میشوند دارای نظم کریستالی به مراتب پایینتری حتی نسبت به هیدراتهای سیلیکات کلسیم تولید شده در مخلوطهای معلق پر آب میباشند. بدین ترتیب اطلاعاتی کلی به کمک پراش پرتوی ایکس در خصوص ساختار این ترکیبات حاصل میشود. معمولاً چنین فرض میشود که ساختار اتمی این ترکیبات، همانند بافت توبرموریت و ژنیت، از یک لایه دوگانه [CaO2]2- که به چهاروجهیهای [SiO4]4- متصل است، تشکیل میشود ]18[.

2-2-3-4 ترکیبات AFt
تری سولفات (اترینژایت) همانند همه فازهای AFt به شکل سوزنی یا نواری متبلور میشود (شکل 2-9). ساختار کریستالی آن از زنجیرههای هشت وجهیهای [Al(OH)6]3- به همراه یونهای Ca2+ و مولکولهای آب پیوند یافته با آنها تشکیل میشود. یونهای سولفات و مولکولهای آب بین زنجیرها قرار میگیرند، بنابراین فرمول ساختمانی اترینژایت بصورت {Ca6[Al(OH)6]2.24H2O}.{(SO4)3.2H2O} میباشد. انبساط سولفاتی پدید آمده در اثر شکلگیری اترینژایت در سیمان بکار رفته در مصالح ساختمانی، در نتیجه افزودن بیش از اندازه سولفات کلسیم جهت تنظیم زمان گیرش سیمان و یا نفوذ محلولهای حاوی سولفات از محیط خارج به داخل مصالح سیمانی سخت شده میباشد. علت این امر فشار ناشی از رشد شبکه کریستالی است، یعنی فشاری که رشد کریستالهای اترینژایت تحت شرایط مشخصی میتوانند بر محیط پیرامون خود اعمال نمایند. به تعبیری دیگر میتوان افزایش حجم را به جذب آب توسط اترینژایت نسبت داد که در ابتدا به شکل کلوئیدی73 تشکیل شده است ]49-45[.

شکل 2-9. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از اترینژایت (تری سولفات AFt) با فرمول شیمیایی 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O.

از طرف دیگر اترینژایت تولیدی در ابتدای هیدراسیون سیمان، خصوصاً در سیمانهای زودگیر، سیمان منبسطشونده و سیمان سوپر سولفات، میتواند در ساختار مقاومتی سیمان تأثیر گذار باشد. این امر به کمک اندازهگیریهای به عمل آمده بر روی کریستالهای منفرد که مقاومت کششی نسبتاً بالایی از خود نشان دادهاند، اثبات گردیده است. هرگاه ترکیب اترینژایت به جای یونهای Al3+ حاوی یونهای Fe3+ باشد در این حالت تشکیل کریستالهای منشوری کوتاهی میدهد که هر چه مقدار Fe3+ آنها بیشتر باشد، این کریستالها کوچکتر بوده و بسیار کندتر متبلور میشوند. افزایش مقاومت آن دسته از سیمانهای پرتلند در برابر سولفاتها که حاوی مقادیر کمتر C3A بوده و متناظراً غنیتر از C2(A,F) میباشند را میتوان به این رشد کند و تأخیری تریسولفات تحت تأثیر Fe3+ نسبت داد ]18[.
اترینژایت خالص آب خود را در دمای ºC20 و رطوبت نسبی زیر 12% و یا در دماهای بالای ºC 60 و رطوبت نرمال محیط از دست میدهد. اترینژایت با از دست دادن آب خود در مقابل اشعه ایکس، بیشکل(آمورف) میشود اما با جذب رطوبت دوباره به شکل اولیه خود باز میگردد، این عمل آرایش خارجی و ترکیب اترینژایت را تغییر نمیدهد. آسیاب کردن آن به صورت خشک و یا مخلوط معلق آن در حلالهای آلی گوناگون نظیر متانول یا اتانول دارای تأثیری مشابه است. با این حال، اگر اترینژایت پودر شده در مخلوطی معلق با استون آمیخته شده و سپس به کمک اتر دی اتیل خشک گردد، در این حالت نمودار پراش پرتوی ایکس بدون تغییر باقی میماند. این روش مقدماتی به هنگام تحقیق و بررسی بر روی اترینژایت در سیمانهای هیدراته مورد استفاده قرار میگیرد.
تومازیت74 نیز که به شکل سوزن یا نواری متبلور میشود دارای ساختار کریستالی شبیه اترینژایت (تریسولفات) است (شکل 2-10) و فرمول تجربی آن CaSiO3.CaCO3.CaSO4.16H2O میباشد، همانند تریسولفات، SO42- موجود در تومازیت نیز قابل جایگزینی توسط CrO42- است. بین تومازیت و تریسولفات سریهای کریستالی مخلوط پیوستهای وجود دارد. با کاهش دمای شرایط واکنش، ترکیب کریستالهای مخلوط تومازیت/ اترینژایت به ترکیب تومازیت نزدیکتر میشود. در مصالحی که در آنها از سیمان به عنوان عامل چسباننده استفاده شده و حاوی CaCO3 بوده و در آنها CO2 از طریق هوا و در دماهای زیر ºC15 خصوصاً دماهای بین ºC4-1 تأمین میشود، تومازیت حاوی مقادیر کوچکی Al3+ میتواند پدید آید. تشکیل تومازیت و کریستالهای مخلوط تومازیت/ اترینژایت میتواند موجب سست شدن بافت میکروسکوپی و متلاشی شدن مصالح ساختمانی حاوی سیمان به عنوان عامل چسباننده گردد، در این حالت نیز عامل اصلی، انبساط سیمان است. گرچه هرچه دما پایینتر و ترکیب از نظر تومازیت غنیتر باشد این انبساط کندتر رخ داده و کرنش ناشی از آن پایینتر است. در انجام تستهای آزمایشگاهی بر روی نمونههایی از خمیر سیمان سخت شده که از سیمان پرتلند حاوی سنگ آهک ساخته شده بودند انبساط صرفاً پس از گذشت زمانی نسبتاً طولانی و فقط در ارتباط با حمله سولفاتها مشاهده شد ]51-50[.

شکل 2-10. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی تومازیت در نمونه بتنی پس از نگهداری به مدت بیش از 90 روز.

2-2-3-5 ترکیبات AFm
ترکیبات AFm به صورت صفحات شش ضلعی متبلور میشوند(شکل 2-11)، ترکیبات مونوسولفات، مونوکربنات، مونوکلراید با فرمولهای تجربی زیر قابل انتظار خواهند بود:
3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O
3CaO.Al2O3.CaCO3.11H2O
3CaO.Al2O3.3CaCl2.10H2O

شکل 2-11. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مونوسولفات 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O.

2-2-4 آب مورد نیاز برای واکنشهای هیدراسیون
پیش شرط اصلی گیرش و سخت شدن سیمان، واکنش شیمیایی اجزای آن با آب است که به آن هیدراسیون گفته میشود. واکنشهای بین تریکلسیم آلومینات و سولفات کلسیم مهمترین نقش را در گیرش سیمان ایفا میکنند، در حالی که سخت شدن سیمان ناشی از هیدراسیون سیلیکاتهای کلسیم میباشد. همچنین آب اختلاط نقش ایجاد حالت خمیری لازم در خمیر سیمان، ملات و بتن را به هنگام استفاده از آنها در کارهای ساختمانی ایفا میکند. در کارهای ساختمانی نسبت آب به سیمان ملات و بتن معمولاً بین 35/0 و 80/0 متغیر است. حداقل مقدار آب لازم جهت تکمیل واکنشهای هیدراسیون متناظر با نسبت آب به سیمان بین 23/0 تا 40/0 است و مقادیر بیشتر آب معمولاً جهت دستیابی به کارآیی مناسب مورد نیاز میباشد. افزایش مقدار آب به بیش از حد مورد نیاز عامل اصلی ایجاد تخلخل و اصطلاحاً منافذ مویینه75 است که موجب کاهش مقاومت و افزایش نفوذ پذیری خمیر سیمان، ملات و یا بتن در برابر نفوذ عوامل خارجی نظیر مایعات و گازها میگردد. اصولاً مقدار آب مورد نیاز ملات و بتن بر اساس طبیعت و اندازه سنگدانههای آنها تعیین میشود. اما با این حال، سیمان تشکیل شده از کلینکر سیمان و نیز احتمالاً سایر اجزای اصلی و سولفات کلسیم نیز تأثیر مهمی بر میزان آب مورد نیاز جهت انجام واکنش هیدراسیون دارد. بنابراین میزان آب مورد نیاز سیمان جهت انجام هیدراسیون از جمله ویژگیهای بسیار مهم سیمان میباشد که به روشهای خاصی که در استانداردهای سیمان تعیین شده مورد بررسی و آزمایش قرار میگیرد. در واقع مقدار آب مورد نیاز سیمان عبارت است از مقدار آبی که جهت تولید خمیر سیمان نرمال و با قوام76 لازم و مشخص شده در استاندارد مورد نیاز میباشد. معمولاً این مقدار آب مورد نیاز متناظر با نسبت آب به سیمانی معادل 35/0-22/0 میباشد. قسمت اعظم آب اختلاط مصرفی صرف ایجاد پوششی از لایه نازک آب بر روی ذرات سیمان میگردد تا این ذرات امکان حرکت آزادانه پیدا کنند. با این حال، این لایه نازک آب صرفاً هنگامی تشکیل میگردد که تمامی خلل و فرج داخل ذرات و داخل بافت میکروسکوپی بین ذرات پر شود. خلل و فرج77 داخلی شامل ترکها و منافذ موجود قابل دسترسی از خارج میباشند و تخلخل موجود در بافت میکروسکوپی شامل فضاهای اجتناب ناپذیر موجود بین ذرات متراکم شده میباشد (شکل 2-12). با ضخیمتر شدن لایه آب پوششی، قابلیت حرکت ذرات سیمان نسبت به یکدیگر افزایش مییابد، به عبارت دیگر روانی خمیر سیمان افزایش یافته و از استحکام و قوام آن کاسته میشود. در خمیر سیمان با قوام ضخامت لایه آب پوششی در حدود چند دهم میلیمتر است. درصد آب افزوده شدهای که در دقایق اولیه اختلاط با سیمان واکنش شیمیایی انجام میدهد بسیار پایین است و اولین واکنشها عمدتاً بین یونهای سولفات موجود در کلینکر سیمان و سولفات کلسیم افزوده شده به سیمان و نیز تریکلسیم موجود در کلینکر سیمان رخ میدهند. محصولات حاصل از این واکنش بافت سستی بر

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با واژه های کلیدی هیدرولیک، توسعه اقتصادی، آرایش فضایی Next Entries پایان نامه با واژه های کلیدی مواد معدنی