پایان نامه با واژه های کلیدی پرتوی ایکس، هیدرولیک

دانلود پایان نامه ارشد

وزنی)
سرباره کنورتور
نانو سیلیس
مرجع
100


BOF10
90
10

BOF20
80
20

BOF30
70
30

BOF40
60
40

BOF50
50
50

A1
5/59
40
5/0
A2
5/58
40
5/1
A3
5/57
40
5/2
A4
56
40
4
B1
5/49
50
5/0
B2
5/48
50
5/1
B3
5/47
50
5/2
B4
46
50
4

نمونههای BOF40 و BOF50 بمنظور مراجعی (نمونههای شاهد) برای قسمتهای بعدی انتخاب شدند تا اثر نبودن نانو سیلیس هم بر سیمانهای حاوی مقادیر بالای سرباره بررسی شود. در این قسمت بمنظور بررسی تأثیر نانو سیلیس بر روی زمانهای گیرش اولیه و نهایی نمونههای خمیری و همچنین خواص مکانیکی ملات مراحل ساخت نمونهها عیناً مانند بخشهای 3-4 و 3-5 صورت گرفت. همچنین بدلیل استفاده از مقادیر بالای سرباره کنورتور و با توجه به جذب آب بالای این ماده از نسبت آب به مواد سیمانی (W/CM) برابر با 6/0 استفاده شد. چرا که در غیر این صورت اختلاط مناسبی از مواد مختلف برای خمیر و بخصوص ملات بدست نمیآمد.

فصل چهارم

بحث و نتایج

4-1 شناسایی و آنالیز مواد اولیه
4-1-1 آنالیز شیمیایی
مواد اولیه پس از خردایش طبق آنچه در فصل سوم توضیح دارده شد جهت شناخت عناصر و اکسیدهای تشکیلدهنده به آزمایشگاه مرکزی دانشگاه اصفهان فرستاده شدند. آنالیز شیمیایی توسط دستگاه فلورسانت اشعه (XRF) مدل Bruker – S4Pioneer با دقت 01/0 انجام شد، که در جدول 4-1 نتایج حاصل از این آنالیز آورده شده است.

جدول 4-1. ترکیبهای تشکیل دهنده مواد اولیه مشخص شده در آزمایش آنالیز شیمیایی
ترکیب (%)
SiO2
CaO
Al2O3
Fe(total)*
MgO
K2O
MnO
V2O5
P2O5
TiO2
LOI
OPC
7/21
5/63
9/5
1/3
8/1
7/0



6/0
7/2
BOFS
2/10
1/56
1/2
5/20
5/1
4/0
6/2
2/2
2/1
1/2
1/1
EAFS
9/13
1/49
3/2
1/17
7/7

3/6
1/2
5/0

0/1
GBFS
4/36
0/38
3/8
9/1
5/9
3/0
0/1
1/0

3/4
2/0
* مجموع اکسیدهای آهن شامل Fe2O3 و FeO

با توجه به نتایج، بیشترین میزان اکسیدهای سنگین که شامل اکسیدهای آهنی میشوند در ترکیب سرباره کنورتور مشاهده میشود که تصدیق کننده نتایج بدست آمده در آزمایش چگالی مواد اولیه میباشد. از سویی دیگر، همانطور که گفته شد، ترکیب شیمیایی اثر زیادی بر خواص هیدرولیکی و سیمانی سربارههای فولادسازی دارد. بطور مثال در فرآیند تولید فولاد از روش کنورتور به ترکیب آهک هم افزوده میشود که این آهک اضافی در ترکیب نهایی سرباره هم حضور خواهد یافت. از سویی دیگر در کوره قوس الکتریکی در اثر افزودن موادی چون دولومیت (Ca.Mg(CO3)2) و آهک شکفته، ترکیب نهایی حاوی مقادیر بالای MgO میباشد. لذا با توجه به تعریف پارامتر قلیاییت توسط میسون120 که بمنظور تخمین واکنشپذیری هیدرولیکی سرباره بکار میرود و بوسیله فرمول (1) محاسبه میگردد، اگر 8/1A شود سرباره میتواند بعنوان یک ماده با خواص سیمانی در نظر گرفته شود]33[.
فرمول (4-1) A=CaO/((SiO2+P2O5))
نکته قابل توجه اینست که این پارامتر قلیاییت در مورد سربارههای فولادسازی تعریف شده است و در مورد سرباره گرانوله شده کوره بلند صدق نمیکند، گرچه در مورد این سرباره نیازی به این کار وجود ندارد چرا که خود سرباره گرانوله شده کوره بلند شیشهای بوده و دارای خواص پوزولانی میباشد و تحقیقات گذشته نشان دادهاند که این نوع سرباره براحتی میتواند در سیمان استفاده شود ]24، 73-71[. با توجه به آنالیز شیمیایی مواد اولیه، مقادیر A (عدد میسون) برای سربارههای مورد استفاده در این کار پژوهشی بصورت جدول 4-3 میباشند.

جدول 4-2. عدد میسون محاسبه شده برای سربارههای مختلف.
نام سرباره
عدد میسون (پارامتر قلیاییت)
سرباره کنورتور (BOFS)
921/4
سرباره قوس الکتریکی (EAFS)
410/3

4-1-2 آنالیز مینرالی
به منظور تشخیص نوع فازهای کریستالی و ترکیبی موجود در سربارهها و سیمان معمولی، پودر آنها توسط دستگاه پراش پرتوی ایکس مدل مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج حاصل بصورت مقایسهای با پیکهای مشخص شده در شکل 4-1 آورده شده است. بمنظور شناسایی پیکهای موجود در نمودارها از نرم افزار X-Pert استفاده شد.

شکل 4-1. نمودارهای پراش پرتوی ایکس گرفته شده از مواد اولیه بهمراه با پیکهای مشخص شده (بصورت مقایسهای).

ترکیبات مینرالی سرباره BOF شامل اولیوین ((Mg,Fe)2SiO4)، مروینیت (3CaO.MgO.2SiO2)، پرتلندیت (Ca(OH)2)، آهک آزاد (CaO)، دیکلسیم سیلیکات (C2S)، تریکلسیم سیلیکات (C3S)، تتراکلسیم آلومینوفریت (C4AF)، دی کلسیم فریت (C2F)، محلول جامد CaO-FeO-MnO-MgO (فاز RO) و آهک آزاد هستند. گرچه، حضور فازهای C2S، C3S، C4AF و C2F خواص سیمانی سرباره مذکور را تأیید میکنند اما واکنشپذیری C2S و C3S در سرباره فولاد کمتر از سیمان پرتلند میباشند. شاید یکی از دلایل سرعت سرد کردن مذاب باشد که در اینجا به آرامی سرد شده و باعث تشکیل فازهای کریستالی با واکنشپذیری کمتر شده است ]9 ،51[.
فازهای اولیه شناخته شده در ترکیب سرباره EAF هم عبارتند از: مروینیت (3CaO.MgO.2SiO2)، اکسیدهای آهن منیزیم (Mg1-xFexO)، مگنتیت (Fe.Fe2O4)، فازهای سیمانی و محلول جامد RO که با توجه به ترکیب شیمیایی این سرباره مقادیر این فازها با مقادیر موجود در سرباره BOF تفاوت دارند. البته بدلیل افزایش موادی چون دولومیت (Ca.Mg(CO3)2) و آهک شکفته در کورههای قوس الکتریکی، ترکیب نهایی سرباره حاوی مقادیر بیشتری MgO میباشد. ترکیب اولیه سرباره کوره قوس هم تا حدود زیادی متأثر از مواد اولیه شارژ کوره میباشد چرا که تا حدودی فازهای آلومیناتی هم در ترکیب آن مشاهده میشود که ناشی از قراضههای فلزی مختلفی است که در کوره ذوب شدهاند. نمودار پراش پرتوی ایکس سرباره گرانوله شده کوره بلند مطابق انتظار بدلیل شیشهای بودن فاقد پیک مشخصهای بود. لذا برای شناخت بهتر این ماده باید به مطالعات قبلی صورت گرفته بر روی این سرباره اکتفا کرد.
4-1-3 چگالی مواد اولیه
اندازهگیری چگالی مواد اولیه یک برآورد اولیه و نسبی از ترکیب مواد موجود در پودر و همچنین جرم حجمی آن به ما میدهد. حضور فازهای شیشهای و سبک، چگالی را کاسته، در عوض حضور فازهای آهنی و ترکیبات فریتی همانند FeO.Fe2O3، CaO.Fe2O3 و غیره باعث افزایش چگالی ماده میشوند. نتایج حاصل از اندازهگیری توسط فرمول 3-1 در جدول 4-3 آورده شده است. همانطور که در این جدول مشاهده میشود سربارههای فولادسازی دانسیته بیشتری نسبت به سرباره گرانوله شده کوره بلند دارند و مطابق نتایج سرباره کنورتور بیشترین چگالی را در بین مواد اولیه دارا میباشد.

جدول 4-3. نتایج حاصل از اندازهگیری چگالی پودر سیمان و انواع سرباره مورد استفاده.
نام ترکیب
دانسیته (gr/cm3)
سیمان پرتلند معمولی (OPC)
15/3
سرباره کنورتور (BOFS)
47/3
سرباره قوس الکتریکی (EAFS)
28/3
سرباره گرانوله شده ذوب آهن (GBFS)
74/2

با توجه به نتایج بدست آمده این موضوع قابل فهم است که نحوه سرد کردن (سرعت سرد کردن) سرباره از حالت مذاب تأثیر زیادی بر روی چگالی آن دارد. در اینجا همانطور که مشاهده میشود سرباره کنورتور بیشترین چگالی را دارا میباشد و این با توجه به نوع سرد کردنش در مقایسه با سرباره گرانوله شده موضوعی قابل پیش بینی بوده چرا که سرباره کنورتور به آرامی سرد شده و به نسبت سرباره گرانوله شده کوره بلند ساختاری کریستالیزه و متراکمتر دارد. بطور کلی در این بحث چگالی پودر مواد سربارهای علاوه بر نوع سرد کردن به محتوای ترکیبات داخل آن نیز بستگی دارد و این یکی دیگر از عوامل بالا بودن چگالی سربارههای فولاد میباشد چون همانطور که گفته شد دارای مقادیر بالایی ترکیبات آهنی هستند که با توجه به آنالیز شیمیایی (جدول 4-1) این موضوع مورد تأیید میباشد.

4-2 نتایج حاصل از بررسی خواص دوغاب
زمانیکه سیمان با آب مخلوط شود، بخشی از عناصر و فازها (Na, KSO4, CaSO4: xH2O) براحتی در فاز آبی حل میشوند. بلافاصله در اثر هیدرولیز سطوح فعال سیلیکاتها و آلومیناتها، یونهای Ca2+ و OH- آزاد شده و با گذشت زمان غلظت این یونهای آزاد شده در محیط بیشتر میشود. واکنشپذیری نسبی فازهای سیمانی مختلف با آب معمولاٌ به این صورت است:
C3A C3S C2S ≈C4AF
البته میزان این واکنشپذیریها به عواملی همچون درجه جانشینی یونهای فلزی در فازها و همچنین ساختار کریستالی آنها نیز بستگی دارد. بنابراین، فازهای آلومینات و محصولات هیدراسیون آنها نقش بسیار مهمی در هیدراسیون اولیه ایفا میکنند.
پنج مرحله برای واکنشها و اتفاقاتی که فاز های سیمانی و آب انجام می دهند پیش بینی شده است ]85[:
فرآیندهای هیدراسیون اولیه ( صفر تا 15 دقیقه)
دوره القایی یا فاز تاخیری ( 15 تا 40 دقیقه)
افزایش سرعت و گیرش ( 4 تا 8 ساعت)
کاهش سرعت و سخت شدن (تا 1 روز)
بهبود یا ترمیم121 ( 1 تا 90 روز)
در اینجا مراحل 1 و 2 را از طریق آزمایشهایی که بر روی دوغاب صورت میگیرد بررسی میشود، مرحله 3 با اندازهگیری زمانهای گیرش اولیه و نهایی نمونههای خمیری بررسی میشود و در نهایت هم دو مرحله آخر با آزمایشهای خواص مکانیکی که بر روی نمونههای ملات میباشد بررسی خواهد شد.

4-2-1 زمان ریزش دوغابها
بر اساس نتایج آزمایش زمان ریزش دوغابهای سیمانی حاوی سرباره، که در شکل 4-2 و جدول 4-4 آورده شده است، بدلیل وجود آهک آزاد در سرباره BOF، که در الگوی پراش پرتو ایکس هم مشخص شد آهک در آب هیدراته شده و تا حدودی باعث ویسکوز دوغاب میشود لذا با افزایش مقدار این نوع سرباره در ترکیب زمان ریزش دوغاب نیز افزایش و سیالیت کاهش مییابد. در صورتیکه در مقایسه با سرباره BOF، افزودن دو نوع سرباره دیگر به سیمان باعث کاهش زمان ریزش میشود. از آنجاییکه سرباره EAF فاقد آهک آزاد است و در کوتاه مدت نیز فعال نمیشود، افزایش مقدار آن در دوغاب میشود.

شکل 4-2. نمودار زمان ریزش دوغابهای ساخته شده با مقادیر مختلف سرباره.

4-2-2 اندازه گیری قلیاییت
همانطور که گفته شد وقتی سیمان یا مواد سیمانی در معرض آب قرار میگیرند شروع به انجام واکنشهای هیدراسیون میکنند که در نتیجه این واکنشها، یونهایی در محیط آبی اطراف محصولات هیدراسیون آزاد میشوند که باعث افزایش pH محلول میکند. حال این تغییرات pH با توجه به میزان واکنشپذیری مواد سیمانی و همچنین با گذشت زمان متغیر است. بطور مثال در مورد افزودن سرباره به سیمان با محاسبه و اندازهگیری pH میتوان به نوعی تأثیرات سرباره را بر سیمان و همچنین بر واکنشهای هیدراسیون در دوغاب بررسی کرد.

شکل 4-3. تصویر شماتیک اثرات فیزیکو- شیمیایی رخ داده در فصل مشترک ذرات سیمان و آب؛ شامل دفع ذره به ذره ناشی از نیروهای الکتروستاتیک (بین بارهای مشابه) و سازماندهی مولکولهای لایهای ناشی از جذب در سطوح جامد-محلول.

زمانیکه ذرات سیمان با آب مخلوط میشوند بدلیل انجام واکنشهایی که بین یونهای داخل سیمان و یونهای OH- اتفاق میافتد pH دوغاب افزایش پیدا میکند که اصولاً این افزایش به میزان اکتیویته و واکنشپذیری یونهای سیمانی بستگی دارد. آزاد شدن یونهای قلیایی و قلیایی خاکی در محیط اطراف ذرات سیمان و سرباره هم باعث افزایش در میزان قلیاییت (pH) محیط آبی اطراف ذرات میشود. بطور کلی پیش بینی شده است که با گذشت زمان و تکمیل شدن این واکنشهای فیزیکو-شیمیایی به میزان قلیاییت محلول اضافه شود. نتایج آزمایشهایی هم که در جدول 4-4 هم آورده شده است این مهوضوع را تأیید میکند. از سویی دیگر نتایج نشان میدهند که با افزایش درصد سربارهها در ترکیب دوغاب تقریباً مقدار این قلیاییت کاسته میشود. این امر احتمالاً بدلیل کاسته شدن از فازهای فعال سیمانی مانند C3A و C3S در ترکیب

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با واژه های کلیدی هیدرولیک Next Entries پایان نامه با واژه های کلیدی استحکام بخشی، زمان واکنش، هیدرولیک