مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
 
سیمان های پرتلند حاوی خاکستر بادی و سیمان های ترکیبی
افزودنی هایی که ممکن است با کلینکر سیمان پرتلند ترکیب شوند، عبارتند از پزولان طبیعی با منشأ آتشفشانی، مواد پزولانی مصنوعی (صنعتی) (رس های عمل آوری شده با حرارت)، خاکسترهای بادی سیلیسی نوع v (یا نوع F با توجه به استاندارد ASTM) با میزان آهک آزاد 5 %، خاکسترهای بادی غنی از آهک نوع W با مقدار آهک آزاد بیشتر. میزان تری اکسید گوگرد این خاکسترها، باید در نظر گرفته شود و افزودن سولفات کلسیم به سیمان، باید با توجه به میزان افزایش این ماده، کاهش یابد. افزودنی های ممکنه، عبارتند از: شیل کلیسینه شده تولید شده در دمای 800 درجه ی سانتیگراد، سنگ آهک با میزان کلسیم کربنات حداقل 75 %، میکروسیلیس، پرکننده های غیر آلی با خواص هیدرولیک پنهان و یا خواص پزولانی و در نهایت، کلسیم سولفات طبیعی یا صنعتی.
خاکسترهای فرایند AFBC و PFBC دارای ترکیبی هستند که مشابه آمیزه ای از مواد بیان شده در بالاست. از آنجایی که امکان استفاده از آنها به عنوان اجزای یک سیمان مخلوط، وجود دارد، میزان خاکستری که ممکن است با کلینکر سیمان پرتلند مخلوط شود، بوسیله ی وجود تری اکسید گوگرد، محدود می شود. این احتمال وجود دارد که بتوان از خاکسترهای فرایند AFBC و PFBC برای تولید سیمان های پرتلند استفاده کرد. میزان خاکستر در این محصولات، بین 21 تا 35 % است. در همین زمان، این ضروری است که از جدایش مجزای کلسیم سولفات جلوگیری شود و بدین صورت، میزان کل مجاز تری اکسید گوگرد در سیمان تولید شده، از 4.5 % افزایش نیابد. در تولید سیمان های پرتلند حاوی خاکستر بادی، خاکستر با کلینکر سیمان پرتلند و ژیپس آسیاب می شود و مساحت سطح ویژه ی مطلوبی، حاصل می شود. اگر میزان نرمی خاکستر به اندازه ی کافی بالا باشد، یک آمیزه از خاکستر به همراه کلینکر پیش آسیاب شده، ممکن است استفاده شود.
بر اساس تجربیات بدست آمده در این زمینه، کلینکر مخلوط شد با یک خاکستر بستر، خاکستر موجود در سیکلون و همچنین خاکستر بادی مربوط به فیلترهای کیسه ای، می تواند عملکرد خوبی داشته باشد. نتایج بدست آمده از این آزمایش ها، در جدول 1 آورده شده است. این به نظر می رسد که حتی سیمان های حاوی مقادیر بالا از خاکستر نیز استحکام نسبتا بالایی دارند. نتایج بدست آمده در مورد خاکسترهای با اندازه ی ذرات ریزتر، بهتر بوده است. بدبختانه، میزان تولید خاکسترهای ریزتر، محدودتر است.
استفاده های ممکنه برای باقیمانده های جامد فرایند AFBC و PFBC به عنوان اجزای مورد استفاده در مخلوط های بتنی
برای چندین دهه است که خاکسترهای بادی دما بالا به صورت اجزای بتنی مورد استفاده قرار گرفته اند. در این کاربردها، خاکستر به عنوان پرکننده و اجزای پزولانی عمل می کنند. بنابراین، موجب بهبود کیفیت محصول نهایی و سیمان پرتلند می شوند.
خاکسترهای بستر سیال دارای پتانسیل استفاده در شیوه های مشابه می باشند. مزیت آنها، فعالیت بالا در مقایسه با سایر خاکسترهای بادی متداول می باشد. بدبختانه، این مواد تمام الزامات مربوط به استانداردهای ASTM و EN را ارضا نمی کنند.
میزان مواد اتلاف یافته در حین سوختن خاکسترهای بادی که در بتن مورد استفاده قرار می گیرند، بر اساس استاندارد EN 450 برابر 5 % است. این مقدار بر اساس میزان کربن باقیمانده ی مجاز در این مواد، تعیین شده است. خاکسترهای PFBC ممکن است حاوی 20 % کلسیم کربنات باشند. کلسیم کربنات موجود در این خاکسترها، اثر بدی بر روی خواص مخلوط بتنی ندارند. به هر حال، اتلاف ناشی از سوختن در این محصولات، بیشتر است. بنابراین، آن بخش از اتلاف ناشی از سوختن که مربوط به حضور کلسیم کربنات در خاکستر است، باید از میزان LOI کل کم شود. با این کار اطلاعات مناسبی در مورد میزان کربن باقیمانده ی موجود در ماده و بنابراین، میزان مناسب بودن خاکستر برای تولید بتن، معلوم می شود. این مسئله همچنین باید اشاره شود که تا 35 % کلسیم کربنات ممکن است بر اساس استاندارد ENV 197-1 در این سیمان ها، موجود باشد.
میزان تری اکسید گوگرد موجود در خاکستری که برای مخلوط های بتنی OPC استفاده می شوند، محدود به 3 % است (بر طبق استاندارد EN 450). یک میزان 5 % نیز بر طبق استاندارد ASTM C 618 برای این ماده در نظر گرفته شده است. هر دو مقدار تعیین شده، کمتر از میزان تری اکسید گوگرد موجود در بیشتر خاکسترهایی است که از بستر سیال بدست می آیند. این مسئله می تواند بوسیله ی استفاده از آمیزه هایی حاوی خاکستر بستر سیال و خاکسترهای بادی با درصد تری اکسید پایین، برطرف شود.
میزان آهک آزاد در خاکسترهای مورد استفاده در بتن، بر طبق استاندارد EN 450، 1 یا 2.5 % می باشد. یک چنین محدودیتی برای خاکسترهای تولید شده بوسیله ی روش های احتراق سنتی، تعیین شده است و در حقیقت این خاکسترها، با دماهای بالا در تماس می باشد. این مسئله می تواند موجب انبساط بتن سخت شده، شود. علت این مسئله، هیدراسیون اکسید کلسیم است. برخی از خاکسترهای بادی تولید شده از زغال سنگ های غیر قیری و یا لیگنیتی، حاوی آهک های آزادی هستند که از این حد بیشتر می باشد. از این رو، از آنها نمی توان در تولید اجزای بتن، استفاده کرد. برخلاف آن، آهک آزاد موجود در خاکستر بستر سیال فرایند AFBC، می تواند بی ضرر تلقی شود. علت این مسئله، تاریخچه ی حرارتی این مواد می باشد. آهک آزاد تشکیل شده در دماهایی در حدود 850 درجه ی سانتیگراد، فعالیت بالایی دارد و در مخلوط بتن تازه، هیدراته شده و موجب تشکیل هیدروکسید کلسیم می شود. در همین زمان، میزان کلسیم سولفات باید در نظر گرفته شود.
این احتمال وجود دارد که خاکسترهای بستر سیال فرایند AFBC را بوسیله ی پیش عملیات، اصلاح کنیم. این کار با مقادیر اندکی آب انجام می شود. این روش، موجب می شود تا آهک آزاد موجود در این خاکسترها، هیدراته شود و به کلسیم هیدروکسید تبدیل شود. در این حالت، انیدریت نیز به ژیپس تبدیل می شود و با واکنش هر دوی این مواد، اتریانجیت، تشکیل می شود. برای خاکسترهای فرایند AFBC که دارای مقادیر آهک بالایی است، پیش عمل آوری بوسیله ی کوئنچ پیشنهاد می شود. برای اهداف ذخیره سازی و انتقال، فرایند قرص سازی بر روی خاکسترها، مفید می باشد.
برای مطالعه ی پایداری خاکسترهای بستر سیال به عنوان افزودنی بتن، آزمایش هایی انجام شده است. کامپوزیت های ملاتی با استفاده از سیمان پرتلند ایجاد می شوند. در مورد خاکسترهای AFBC میزان این سیمان بین 100 تا 300 کیلوگرم بر متر مکعب و برای خاکسترهای فرایند PFBC، میزان سیمان اضافه شده، بین 1400 تا 1600 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. همانگونه که انتظار می رفت، ملات های تولیدی با این شیوه، دارای انبساط متوسطی هستند که علت این مسئله، مقادیر بالاتر تری اکسید گوگرد می باشد. با وجود این، استحکام این ماده، به در طی دوره ی آزمایش، تحت تأثیر قرار نگرفت.
برخی از ملات ها، با استفاده از مقادیر اندکی سیمان پرتلند و مقادیر قابل توجهی خاکسترهای PFBC تولید می شوند. بنابراین، تمام ملات ها، نتوانستند الزامات لازم برای استفاده را اخذ کنند. نتایج بدست آمده در جدول 2 آورده شده است. در حال حاضر، دوام طولانی مدت کامپوزیت ها، مورد مطالعه قرار گرفته است.
این امکان پذیر است که از خاکسترهای بستر سیال به همراه بایندرهای غیر آلی استفاده شود. این بایندرها، عبارتند از آهک، سرباره و یا گچ.
استفاده از خاکسترهای بستر سیال در سیمان های پرتلند چند جزئی عاری بدون کلینکر
سیمان پرتلند متداول ترین بایندر مورد استفاده در دنیاست. به هر حال، سایر سیستم های بایندر نیز با خواص سیمانی توسعه یافته اند. این بایندرها، عبارتند از خاکسترهای بادی، سرباره ی تولید شده از فرایندهای متالوژیکی، مواد پزولانی طبیعی و مصنوعی و سایر محصولات صنعتی ضایعاتی.
این بایندرها، عاری از آهک هستند و یا ترکیبی از کلسیم، سدیم و یا پتاسیم می باشند. محصولات فرعی تولید شده در احتراق بستر سیال زغال سنگ و فرایندهای گوگرد گیری، همچنین جزء این بایندرها و محصولات فرعی به حساب می آیند.
در بین موادی که دارای خاصیت سیمانی هستند، سرباره ی کوره ی بلند، متداول ترین آنهاست و مقادیر قابل توجه از این ماده، هر ساله تولید می شود. برای فعال سازی خواص سیمانی سرباره، این ماده باید با فعال سازهای مناسب، ترکیب شود. کلینکر پرتلند به طور متدوال برای فعال سازی این مواد، استفاده می شود. در این حالت، سیمان بدست آمده، سیمان های سرباره ای پرتلند نامیده می شوند. سایر فعال سازهای مناسب عبارتند از آهک آزاد و باقیماندده های جامد فرایند AFBC.در یک شیوه ی مشابه، برخی از خاکسترهای متداول که از احتراق سوخت های فصیلی و سایر فرایندهای متالوژیکی، نشئت می گیرند، می توانند برای فعال سازی، استفاده شوند.
جدول 3 نشاندهنده ی ترکیب و خواص مربوط به مخلوط های انتخاب شده با محصولات فرعی مختلف می باشد. پلاستیسایزر برخی اوقات به مخلوط ها اضافه می شوند تا بدین صورت، رئولوژی آنها بهبود یابد. در برخی دیگر، مخلوط سازی با نیروی برشی بالا به منظور کاهش تخلخل و افزایش استحکام، استفاده می شود. نتایج خوبی با استفاده از مخلوط سازی دو مرحله، بدست آمده است. در این روش، یک مخلوط سیال در مرحله ی اول تولید می شود و سپس مقادیر مناسبی از دانه ها، در میکسر ثانویه به مخلوط وارد می شود. به عنوان یک نتیجه از این روش، کامپوزیت هایی با نسبت های آب به سیمان پایین، تولید می شود و بدین صورت، بتن هایی با استحکام بالا تولید می شود.
از جدول 3 این فهمیده می شود که استحکام منتج شده با افزایش در میزان سرباره ی موجود در مخلوط، افزایش می یابد. استحکام فشاری 42 MPa بعد از 180 روز، تنها با استفاده از 196 کیلوگرم سرباره در هر متر مکعب این مواد ایجاد می شود. مخلوط حاصله حاوی 50 % کلوخه ی بتنی غیر فعال می باشد.
جدول 4 نتایج بدست آمده از مخلوط های سرباره و FA معمولی را که با استفاده از خاکسترهای بستر سیال فرایند PFBC و آهک تولید شده اند را نشان می دهد. نمونه ها در دمای معمولی و دماهای بالای اتوکلاو عمل اوری شده اند. نتایج موجود نشان می دهد که خواص استحکام مناسب و قابل قبولی در این قطعات منتج می شود و از این رو، می توان از یک چنین مخلوط هایی در تولید آجرهای خاکستر- سرباره- آهک، استفاده کرد.

منبع مقاله :
Waste materials used in concrete manufacturing/ Satish Chandra