مقاله رایگان درباره پرتوی ایکس، نمونه برداری، صنعت سیمان

دانلود پایان نامه ارشد

آقای دکتر ساسان اطرج سپاسگزارم که زحمت مشاوره این پایان نامه را بر عهده داشتند.
همچنین از کلیه دوستانم که مرا در این راه همراهی نمودند تشکر می کنم.

به پاس تعبیر عظیم و انسانی شان از کلمه ایثار و از خود گذشتگی به پاس عاطفه سرشار و گرمای امیدبخش وجودشان که در سردترین روزگاران بهترین پشتیبان است به پاس قلب های بزرگشان که فریاد رس است و سرگردانی و ترس در پناهشان به شجاعت می گراید و به پاس محبت های بی دریغشان که هرگز فروکش نمی کند

این مجموعه را به پدر و مادر عزیزم تقدیم می کنم…

چکیده
سرباره مادهای غیر فلزی و معدنی بوده که بعنوان محصول فرعی در هنگام تولید مواد فلزی بدست میآید. سرباره کنورتور ماده تولید شده در مرحله پالایش فولاد خام در کوره پایه اکسیژن (BOF) یا همان کوره کنورتور میباشد. مقدار این ماده در حدود 20-10 % از وزن کل فولاد تولیدی بوده که با توجه به عدم وجود کاربرد ثابت و مشخص و همچنین تولید مداوم این ماده، مشکلاتی از لحاظ انباشتگی در فضا و همچنین مشکلات زیست محیطی را برای کارخانههای تولید آهن و فولاد بوجود آورده است. تجربه استفاده از سایر محصولات سربارهای در صنعت سیمان ما را بر آن داشت تا با بررسی خواص و ویژگیهای این ماده اثر افزودن آن را بر خواص سیمان پرتلند معمولی بررسی کرده و نتایج را با دو نوع سرباره دیگر آهن و فولاد بررسی کنیم. از اینرو، ابتدا با نمونه برداری دقیق و اصولی یک ترکیب مشخص از مواد بدست آمده و مورد خردایش قرار گرفت. ابتدا مشخصات و فازهای تشکیل دهنده این ماده با استفاده از آنالیزهای مینرالی (XRD) و عنصری (XRF) شناسایی شد، سپس با ساخت ترکیبهایی حاوی مقادیر مختلف سرباره جایگزین سیمان، اثر این ماده بر خواص رئولوژیکی، الکتروشیمیایی و قلیاییت در حالت دوغاب، همچنین خواص گیرشی در حالت خمیر و در نهایت خواص مکانیکی نمونههای ملات 3، 7، 28 و 90 روزه بررسی شد. سپس بمنظور یافتن راه حلی برای افزایش فعالیت این ماده، اثر افزودن مواد کمکی (فعالساز قلیایی) مانند کلراید کلسیم (CaCl2) و همچنین نانو سیلیس1 بر خواص مخلوطهای سیمانی حاوی سرباره کنورتور بررسی شد که نتایج حاکی از مثبت بودن اثر این مواد بر خواص خمیر و ملات بودند. بخصوص در مورد نانو سیلیس این ماده فاز پرتلندیت موجود در سرباره واکنش داده و باعث تشکیل کریستالهای کلسیم سیلیکات هیدراته در ساختار شدند که تشکیل این کریستالها باعث افزایش استحکام بدنه میشود. بررسیهای ریزساختاری که توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام گرفت حاکی از متخلخلتر بودن ریزساختار نمونههای حاوی مقادیر بالای سرباره نسبت به نمونه فاقد سرباره بود که همین امر باعث کاهش استحکام مکانیکی این نمونهها شد. اما افزودن مواد کمکی به خصوص نانو سیلیس به ترکیب نمونههای حاوی سرباره اثر مثبتی بر یکنواخت شدن ریز ساختار و در نتیجه افزایش استحکام مکانیکی نمونههای ملات داشت.
واژگان کلیدی:

فهرست مطالب

2-1 سرباره 6
2-1-1 چگونگی تشکیل سربارههای آهن و فولاد 8
2-1-2 مزایای حضور سرباره در کوره 8
2-1-3 ترکیبات شیمیایی موجود در سرباره 9
2-1-4 انواع سربارههای آهن و فولاد 10
2-1-5 بررسی تحقیقات گذشته بر روی سرباره کنورتور 16
2-2 سیمان پرتلند 19
2-2-1 انواع سیمان پرتلند و کاربرد آنها 21
2-2-2 ترکیبات سیمان پرتلند 21
2-2-3 هیدراسیون سیمان پرتلند 24
2-2-4 آب مورد نیاز برای واکنشهای هیدراسیون 29
2-2-5 شروع دوره انگیزش 33
2-2-6 پایان دوره انگیزش 33
2-2-7 گیرش سیمان 34
2-2-8 سخت شدن 36
2-2-9 سیمانهای حاوی سرباره 39
2-2-10 فعالسازی شیمیایی 41
3-2 آنالیز مواد اولیه 44
3-3 اندازهگیری چگالی سربارهها و سیمان 44
3-4 بررسیهای ریزساختاری 45
3-5 ساخت مخلوطهای مختلف برای آزمایشها 45
3-6 بررسی خواص دوغاب 46
3-6-1 خواص رئولوژیکی 46
3-6-2 قلیاییت (pH) 47
3-6-3 خواص الکتریکی 48
3-7 بررسی خواص خمیر 49
3-7-1 تعیین مقدار آب لازم (غلظت نرمال) 49
3-7-2 اندازهگیری زمانهای گیرش اولیه و نهایی 49
3-8 بررسی خواص ملات 51
3-8-1 مراحل اختلاط و ساخت ملاتهای سیمانی 51
3-8-2 استحکام فشاری 52
3-8-3 استحکام خمشی 52
3-9 بررسی استفاده از فعالساز قلیایی کلراید کلسیم 52
3-9-1 ساخت نمونه جهت بررسی اثر فعالساز قلیایی 52
3-10 بررسی استفاده از نانو سیلیس بر ملاتهای حاوی سرباره کنورتور 53
3-10-1 ساخت نمونه جهت بررسی تأثیر نانو سیلیس 54
4-1 شناسایی و آنالیز مواد اولیه 55
4-1-1 آنالیز شیمیایی 55
4-1-2 آنالیز مینرالی 56
4-1-3 چگالی مواد اولیه 58
4-2 نتایج حاصل از بررسی خواص دوغاب 58
4-2-1 زمان ریزش دوغابها 59
4-2-2 اندازه گیری قلیاییت 59
4-2-3 هدایت الکتریکی دوغاب 61
4-3 نتایج زمانهای گیرش نمونههای خمیر 61
4-4 نتایج تست استحکام مکانیکی نمونههای ملات 65
4-5 بررسیهای ریز ساختاری 69
4-6 نتایج استفاده از فعالساز قلیایی 72
4-6-1 زمان ریزش دوغاب 72
4-6-2 زمان گیرش خمير 73
4-6-3 استحکام مکانیکی ملات 73
4-6-4 بررسیهای ریز ساختاری 75
4-7 نتایج استفاده از نانو سیلیس 77
4-7-1 زمان گیرش خمیر 77
4-7-2 استحکام مکانیکی ملات 79
4-7-3 بررسیهای ریز ساختاری 83
5-1 نتیجه گیری 86
5-2 پیشنهاد برای کارهای آینده 88

فهرست جداول

جدول 2-1. ترکیبات دوتایی موجود در سرباره 11
جدول 2-2. ترکیبات پیچیده موجود در سرباره 11
جدول 2-3. نام و ترکیب فازهای موجود در کلینکر سیمان پرتلند 24
جدول 2-4. ترکیب بالقوه فازهای تشکیل دهنده سیمان معمولی 25
جدول 2-5. معادلات شیمیایی جهت توصیف هیدراسیون سیمان پرتلند 36
جدول3-1. نسبت مواد برای مخلوطهای متشکل از سربارهها و سیمان معمولی 48
جدول3-2. نسبت مواد مخلوطهای ساخته شده بمنظور بررسی تأثیر فعالساز کلراید سدیم بر سیمانهای حاوی سربارههای فولاد 55
جدول 3-3. مخلوطهای سیمان حاوی سرباره کنورتور با / بدون نانو سیلیس 56
جدول 4-1. ترکیبهای تشکیل دهنده مواد اولیه مشخص شده در آزمایش آنالیز شیمیایی 57
جدول 4-2. عدد میسون محاسبه شده برای سربارههای مختلف 58
جدول 4-3. نتایج حاصل از اندازهگیری چگالی پودر سیمان و انواع سرباره مورد استفاده 60
جدول 4-4. جدول آزمایشهای صورت گرفته بر دوغاب؛ زمان ریزش، قلیاییت (pH) و هدایت الکتریکی 63
جدول 4-5. زمانهای گیرش اولیه و نهایی خمیرهای سیمانی حاوی مقادیر مختلف سرباره 64
جدول 4-5. استحکام فشاری و خمشی نمونههای ملات بعد از 3، 7، 28 و 90 روز 67
جدول 4-6. مشخصات استحکام خمشی و فشاری ملاتهای حاوی سرباره با طول عمر متفاوت 76
جدول 4-7. مشخصات استحکام خمشی و فشاری ملاتهای حاوی سرباره با طول عمر متفاوت 81

فهرست شکل‌ها

شکل 2-1. نمودار محصولات فرعی تولید شده بازای یک تن فولاد تولیدی به تفکیک روش تولید فولاد 11
شکل 2-3. تصویر فلوچارت انواع سربارههای آهن و فولاد 14
شکل 2-4. تصویر شماتیک از کوره بلند ذوب آهن و قسمتهای مختلف آن 15
شکل 2-5. نمایی از بخش گرانولهسازی کارخانه ذوب آهن اصفهان با سه جت آب سرد گرانولهساز 18
شکل 2-6. شکل شماتیک کوره قوس الکتریک فولاد بهمراه نامگذاری قسمتهای مختلف 19
شکل 2-7. تصویری شماتیک از کوره کنورتور 20
شکل 2-8. تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از 29
شکل 2-9. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از اترینژایت (تری سولفات AFt) با فرمول شیمیایی 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O 31
شکل 2-10. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی تومازیت در نمونه بتنی پس از نگهداری به مدت بیش از 90 روز 32
شکل 2-11. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مونوسولفات 3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O 33
شکل 2-12. شکل شماتیک ضخامت لایه نازک آب پوششی بر روی سطوح ذرات سیمان و نیز آب موجود در خلل و فرج بافت میکروسکوپی بین ذرات سیمان (آب بین ذرهای) 34
شکل 2-13. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از ساختار میکروسکوپی خمیری ساخته شده از کلینکر سیمان و گچ همراه با 5/3% وزنی SO3 که در حال هیدراسیون بوده و خود را گرفته است، 45/0 W/C= و زمان هیدراسیون 4 ساعت 39
شکل 2-14. نمودار تشکیل فازهای هیدراته و رشد بافت میکروسکوپی در طول زمان هیدراسیون سیمان 42
شکل 3-1. تصویری از یک دستگاه ویسکوزیمتر ریزشی 51
شکل 3-2. دستگاه اندازهگیری pH و هدایت الکتریکی محلول 52
شکل 3-3. تصویر شماتیک از دستگاه سوزن ویکات برای آزمایش گیرش 54
شکل 3-4. شماره الک و درصد مانده روی الک برای ماسه استاندارد 55
شکل 4-1. نمودارهای پراش پرتوی ایکس گرفته شده از مواد اولیه بهمراه با پیکهای مشخص شده (بصورت مقایسهای) 61
شکل 4-2. نمودار زمان ریزش دوغابهای ساخته شده با مقادیر مختلف سرباره 63
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 64
شکل 4-4. نمودار زمانهای گیرش اولیه و نهایی نمونههای حاوی مقادیر مختلف سرباره کنورتور 66
شکل 4-5. نمودار زمانهای گیرش اولیه و نهایی نمونههای حاوی مقادیر مختلف سرباره کوره قوس الکتریکی 67
شکل 4-6. نمودار زمانهای گیرش اولیه و نهایی نمونههای حاوی مقادیر مختلف سرباره گرانوله شده کوره بلند 67
شکل 4-7. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره کنورتور بر حسب عمر ملات 70
شکل 4-8. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره کوره قوس الکتریکی بر حسب عمر ملات 70
شکل 4-9. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره گرانوله شده کوره بلند بر حسب عمر ملات 71
شکل 4-10. نمودار استحکام خمشی نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره کنورتور بر حسب عمر ملات 71
شکل 4-11. نمودار استحکام خمشی نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره کوره قوس الکتریکی بر حسب عمر ملات 72
شکل 4-12. نمودار استحکام خمشی نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره گرانوله شده کوره بلند بر حسب عمر ملات 72
شکل 4-13. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه مرجع (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه) 73
شکل 4-14. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی 30% سرباره کنورتور (BOF30) (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه) 73
شکل 4-15. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی 30% سرباره کوره قوس الکتریکی (EAF30) (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه) 74
شکل 4-16. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی 30% سرباره گرانوله شده کوره بلند (GBF30) (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه) 74
شکل 4-17. نمودار پراش پرتوی ایکس از نمونههای مختلف خمیری سخت شده پس از 90 روز 75
شکل 4-18. مقایسه وضعیت سیالیت دوغابهای ساخته شده از مخلوطهای مختلف حاوی 30% سرباره با نمونه مرجع 76
شکل 4-19. نمودار زمانهای گیرش اولیه و ثانویه نمونههای مختلف جهت بررسی اثر فعالساز قلیایی بر گیرش 77
شکل 4-20. نمودار استحکام فشاری نمونههای ملات بر حسب عمر ملات 78
شکل 4-21. نمودار استحکام خمشی نمونههای ملات بر حسب عمر ملات 78
شکل 4-23. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی مخلوط دو سرباره فولادسازی بهمراه فعالساز (B-E-CaCl2) (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه) 80
شکل 4-24. نمودار زمانهای گیرش اولیه و ثانویه نمونههای حاوی مقادیر 50-0% سرباره کنورتور 81
شکل 4-25. نمودار زمانهای گیرش اولیه و ثانویه نمونههای حاوی 40% سرباره کنورتور بهمراه 4-5/0 % نانو سیلیس 81
شکل 4-26. نمودار زمانهای گیرش اولیه و ثانویه نمونههای حاوی 50% سرباره کنورتور بهمراه 4-5/0 % نانو سیلیس 82
شکل 4-27. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی نمونههای حاوی مقادیر 50-0% سرباره کنورتور بر حسب عمر ملات 84
شکل 4-28. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی نمونههای حاوی 40% سرباره کنورتور بهمراه 4-5/0 % نانو سیلیس 84
شکل 4-29. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی نمونههای حاوی 50% سرباره کنورتور بهمراه

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با موضوع مسئولیت کیفری، قانون مجازات، منابع حقوق Next Entries مقاله رایگان درباره زیست محیطی، انرژی مصرفی، صنعت سیمان