بنام خداوند جان و خرد
دکتر علی معظمی
شرکت مهندسی سازه بتن خاورمیانه
بتن فرم پذیر قابل ارتجاع ( Elasto Plastic Concrete)
بتن سنگ مصنوعی ساخته شده بدست بشر ،مخلوطی از سیمان،آب و سنگدانه است و پر مصرف ترین ماده در جهان پس از آب میباشد .در گروه جامدات هوشمند بودن بتن برای بشر ناشناخته بوده و انسان به درصد کمی در پیچیدگی های بتن پی برده است با کسب علم و دانش لازم میتوان عمر مفید سازه های بتنی را افزایش داده و خواص این ماده هوشمند را در سازه های بتنی با دوام و عمر مفید زیاد همراه با طبیعت این کره خاکی گام به گام پیش برد.
کاربرد بتن با نرمی بالاتر که بتواند تغییر شکلهای زیاد را بدون شکستن تحمل نمایدمورد توجه قرار گرفته و تحقیقات وسیعی در خصوص تامین نرمی و فرم پذیری بتن ( Elasto Plastic Concrete) با استفاده از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای و حذف آرماتور حرارتی شده است.
برای افزایش مقاومت کششی و پیشگیری از گسترش ترک و افزایش فرم پذیری سازه های بتنی در مقابل بارهای لرزه ای نظیر زلزله ، کشور ژاپن جزو کشورهای پیشرفته دنیاست که بدلیل زلزله خیز بودن تدابیر لازمی برای پیشگیری از بلایای طبیعی اندیشیده است. و الیاف پلیمری ماکرو سازه ای را برای افزایش نرمی و فرم پذیری و افزایش مقاومت در برابر زلزله، بارهای دینامیکی و ضربه ای استفاده نموده است.
بتن توانمند (UHPC ) توسعه جدیدی در صنعت ساخت و سازهای بتن محسوب میگردد. مقاومت بتن و دوام بتن دو عامل اصلی بوده و هر چه مقاومت فشاری بتن بیشتر میشود بتن ترد و شکننده تر میگردد.و مقاومت کششی به نسبت افزایش مقاومت فشاری بتن افزایش نمیابد.و بتن از تغییر شکل نسبی پایین تری برخوردار خواهد شد.
بدین دلیل نیاز استفاده از الیاف ماکرو سازه ای در بتن پر مقاومت کاملا مشهود است.
ایران از نظر لرزه خیزی در منطقه فعال جهان قرار دارد به گواهی اطلاعات مستند علمی و مشاهدات قرن بیستم یکی از پر خطرترین مناطق جهان در اثر زمین لرزه های پر قدرت محسوب میشود بطور متوسط هر پنج سال یک زمین لرزه با آسیبهای جانی و مالی بسیار زیاد درایران رخ داده است.
کمیته اضطراری بلایای طبیعی گزارشی منتشر نموده و پیش بینی کرده است که در ۱۰ سال آینده قریب به یقین ۵ زلزله بزرگ در شهرهای لی انجلس، توکیو، تهران، شمال غرب اقیانوس آرام و سوماترای اندونزی احتمال زمین لرزه شدید در آنها نسبت به دیگر مناطق جهان بیشتر خواهد بود.
ژاپنیها تحقیقات وسیعی را روی بتن فرم پذیر قابل ارتجاع Elasto Plastic Concrete انجام داده اند که بتن فرم پذیر قابل ارتجاع قبل از شکستن چندین برابر بتن معمولی مقاومت کششی ، برشی، خمشی را تحمل مینماید ودر خصوص تامین نرمی و طاقت بتن در کشش و کنترل ترکها استفاده از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای در جسم بتن در همه جا پراکنده شده و در صورت تشکیل یک ترک در جهات مختلف الیاف پلیمری با پل زدن بین ترکها بار و کرنش را حمل میکند.
رشته های الیاف پلیمری ماکرو سازه ای بطور فعال در محدود کردن عرض ترک وارد عمل شده و قابلیت بهره برداری و دوام بتن را افزایش میدهند
فناوری نوین بتن الیاف پلیمری ماکرو سازه ای با چسبندگی، الیاف و ماتریس بتن خواص مناسبی همچون قابلیت جذب انرژی ، شکل پذیری بتن ، افزایش مقاومت کششی ، فشاری ، سایشی، برشی، یکپارچگی، ضربه پذیری و باعث پایداری و دوام سازه های بتنی در شوک حرارتی و انفجار می گردد..
اجزاء تشکیل دهنده بتن فرم پذیر قابل ارتجاع Elasto Plastic Concrete
سیمان ( Cement)
سیمان ماده ای است که با آب ترکیب شده و دوغابش در هوا و جایی که هوا نباشد و در زیر آب سفت و سخت شده و دانه های سنگ را به هم میچسباند .سیمان پس از سخت شدن در برابر نفوذ آب ،سرما، گرما پایدار میباشد.
در سال ۱۸۲۴ یک بنای انگلیسی بنام ( Josef Aspdin) سیمان اختراعی خود را به ثبت رساند .او سنگ آهک و خاک رس را با هم مخلوط و آنرا بصورت تر آسیاب کرد و بحالت لجن درآورد و سپس لجن را در کوره های آهک پزی پخت تا گاز CO2 آن متصاعد شود پس از پختن مخلوط آنرا آسیاب نمود و پودر سیمان را تولید کرد.
از ترکیب پودر سیمان و آب سنگ مصنوعی یا ملات سیمان بوجود آمد.
در آغاز اختراع سیمان در انگلستان ملات سیمان پس از گرفتن و سخت شدن به رنگ سنگهای جزیره پرتلند بود ،لذا آنرا بنام سیمان پرتلند نام گذاری کرد.
سیمان پرتلند از مخلوط سنگ آهک و خاک رس به نسبت وزنی حدود ۳ به ۱ را آسیاب کرده و با واکنش گرمایی روی دانه های ریز مواد خام عرق کرده و دانه ها بهمدیگر میچسبد و به شکل جوش(Clinker) در میآید. با سرد کردن کلینکر و اضافه کردن کمی سنگ گچ و سپس آسیاب کردن سیمان پرتلند حاصل میگردد.
در جایی که مخلوط طبیعی مناسب سنگ آهک و خاک رس (Marl) وجود داشته باشد از سنگ آهک و مارل برای تولید سیمان پرتلند استفاده میگردد( نظیر سیمان مشهد).
سیمان ماده چسبنده است که برای چسباندن دانه ها و ذرات به یکدیگر استفاده میگردد.
سیمان از ترکیب مصالح آهکی و رس و اکسید های معدنی در دمای ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد ساخته می شود .جسم حاصله کلینکر نامیده می شود و از آسیاب کردن آن به همراه ۳ درصد سنگ گچ سیمان بدست می آید و با اضافه کردن پوزولان به کلینکر سیمان پوزولانی تولید میگردد.
اندازه کلینکر بین ۵ تا ۲۰ میلیمتر میباشد.
انواع سیمان پرتلند:
سیمان پرتلند تیپ ۱ : سیمان برای مصارف عمومی در ساخت ملات و بتن بکار میرود و از سه کلاس ۳۲۵ و ۴۲۵ و ۵۲۵ تشکیل میگردد.
سیمان پرتلند تیپ ۲ : سیمان اصلاح شده و با حرارت هیدراتاسیون متوسط تا حدودی مقاوم در برابر تهاجم سولفاتها میباشد.
سیمان پرتلند تیپ ۳ : سیمان زود گیر و دارای مقاومت اولیه زیاد میباشد.
سیمان پرتلند تیپ ۴: سیمان با گرمازایی کم و حرارت هیدراتاسیون کم و در بتن ریزیهای حجیم کاربرد دارد .
سیمان پرتلند تیپ ۵: سیمان ضد سولفات و مقاوم در برابر تهاجم سولفاتها میباشد.
سیمان سفید : سیمان برای نما سازی و تولید انواع سیمان های رنگی استفاده می گردد.
سیمان پوزولانی : سیمان آمیخته سیمان پرتلند وپوزولان با حرارت هیدراتاسیون کم و کند گیر بوده و مقاومت نهایی آن بیشتر از سیمان پرتلند می باشد.
سیمان بنایی : سیمان با مقاومت کمتر از سیمان پرتلند تیپ ۱ بوده و برای بنایی استفاده می گردد.
سیمان پرتلند چاه های نفت : سیمان پرتلند چاه های نفت،گاز، ژئو ترمال با لحاظ شرایط دما و فشار بالا با نوع ساختمانی متفاوت است.
سیمان سرباره ای ضد سولفات : سرباره کوره بلند سریعا” سرد و بصورت آمورف با سیمان پرتلند و سنگ گچ آسیاب می گردد.
سیمان پرتلند(Portland Cement)
سیمان پرتلند سریعا” سخت می شود و بطور قابل توجهی به مقاومت های بالاتری می رسد این خواص بدلیل وجود ترکیب اصلی بنام سه کلسیم سیلیکات (الیت) ۳Cao.Sio2 که در این ترکیب سیلیس با حداکثر مقدار ممکن آهک ترکیب شده است.
۳Cao.Sio2 در درجه حرارت کمتر از ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد تشکیل نمی شود و ترکیب شدید ۳Cao.Sio2 با آب نشان دهنده این است که ترکیب فوق تا حدودی ناپایدار میباشد.
ساخت آن در شرایط آزمایشگاه با استفاده از اجزاء خالص آن حدود ۷۴ درصد Cao و ۲۶درصدSio2 مشکلات قابل توجهی را بهمراه دارد
در درجه حرارت کمتر از ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد مخلوط آهک و سیلیس شامل دو کلسیم و سیلیکات (بلیت)۲Cao.Sio2 و آهک زندهCao خواهد بود با حرارت دادن بیشتر تشکیل سه کلسیم سیلیکات ۳Cao.Sio2 بتدریج شروع میگردد در بین ۱۲۵۰ تا حدود ۲۱۰۰ درجه سانتیگراد تشکیل می شود.
۳Cao.Sio2 خارج از محدوده درجات حرارت ۱۲۵۰ تا حدود ۲۱۰۰ درجه سانتیگراد تجزیه خواهد شد.
بالا تر از۲۱۰۰ عمل تجزیه شدن تند بوده و کمتر از ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد درجه سرعت تجزیه آهسته میباشد.
ترکیباتی که قابلیت تشکیل فاز مایع (مذاب) در محدوده درجه حرارت پایدار ۳Cao.Sio2 را دارند به مخلوط آهک و سیلیس اضافه شود این دو جزء اصلی در فاز مایع حل گشته و با یکدیگر ترکیب و کریستاله میگردند .آلومیناAl2o3 و اکسید آهنFe2o3 دارای قابلیت تشکیل فاز مایع هستند و از این بابت مناسبترین مواد افزودنی می باشند.آلومینا و اکسید آهن بطور طبیعی در مارل آهکی و خاک رس وجود دارد.
روشهای ساخت سیمان پرتلند:
۱- روش تر
۲- روش نیمه تر
۳- روش نیمه خشک
۴- روش خشک
۱- تولید سیمان در روش تر و نیمه تر خاک رس در دستگاه دوغاب ساز به دوغاب تبدیل شده و سپس دوغاب خاک رس به همراه سنگ آهک در آسیاب مواد خام مخلوط و تبدیل به دوغاب غلیظ تری می شود دوغاب حاصله به عنوان خوراک کوره مورد استفاده قرار میگیرد.
۲- در روش نیمه تر مواد خروجی از آسیاب بصورت دوغاب بوده و قبل از ورود به کوره بوسیله فیلتر پرس آب آن گرفته می شود و بصورت حبه به کوره فرستاده می شود.
۳- در روش نیمه خشک مواد اولیه بصورت خشک با یکدیگر مخلوط شده و به آسیاب مواد خام جهت پودر کردن فرستاده می شوند سپس قبل از فرستادن این پودر به کوره دستگاه حبه ساز مقداری آب روی آن پاشیده و آنرا بصورت آماج یا حبه در آورده و حبه ها داخل کوره فرستاده می شوند.
۴- در روش خشک مواد اولیه بصورت خشک وارد آسیاب شده و پودر خروجی از آسیاب مواد خام پس از تنظیم بعنوان خوراک کوره مصرف میگردد. کارخانه سیمان مشهد روش خشک میباشد.
روشهای متفاوت برای تولید سیمانهای مختلف وجود دارد تکنولوژی تولید سیمان به مرور زمان دستخوش تغییر و تحول و پیشرفت گردیده است هم اکنون صنعت سیمان با برخورداری از آخرین تکنیک ها و با استفاده از روش خشک به کمک سیستم خودکار و کامپیوتری شاهد پیشرفتهای چشم گیری در طول تاریخ ۱۹۰ ساله سیمان گردیده است
هیدراتاسیون سیمان پرتلند:
سیلیکات ها و آلومینات های سیمان پرتلند با آب هیدراته شده و بتدریج سخت می شوند سه کلسیم سیلیکات C3S با آب گیرش بسیار سریع دارد برای کنترل گیرش به کلینکر سنگ گچ اضافه میگردد.
روشهای تعیین حرارت هیدراتاسیون سیمان پرتلند طبق استاندارد ASTM C 186-82 مطرح شده است .
حرارت هیدراتاسیون ترکیبات سیمان پرتلند بشرح ذیل میباشد
ترکیب Cal/gr
C3S 120
C2S 62
C3A 207
تولید سیمان به روش خشک
فعل و انفعال C3S با آب ژل سیلیکات کلسیوم هیدراته و هیدروکسید کلسیم کریستالی تولید میکند .C2S نیز ترکیباتی مشابه تولید نموده و هیدروکسید کلسیم کریستالی آن کمتر است درجه حرارت با تقلیل درصد ترکیبات C3A,C3S حرارت هیدراتاسیون و میزان آزاد شدن آن کاهش می یابد.
فازهای اصلی تشکیل دهنده سیمان پرتلند عباتند از:
۱- سه کلسیم سیلیکات (الیت) C3S 20-75% 3Cao,sio2
۲- دو کلسیم سیلیکات (بلیت) C2S 15-46% 2Cao,sio2
۳- سه کلسیم آلومینات C3A 4-13% 3Cao,Al2o3
۴- چهار کلسیم آلومینو فریت C4AF 8-12% 4Cao,Al2o3,Fe2o3
نسبت این فازها بسته به نوع و کاربرد سیمان متغیر است
میکرو گراف کلینکر سیمان پرتلند
آنچه در پخت سیمان رخ میدهد:
در دمای ۱۰۰-۵۰ درجه سانتیگراد آب سطحی از دست میرود ( ابتدای پیش گرم کن)
در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد آب نفوذی و مولکولی از بین میرود( ابتدای پیش گرم کن)
در دمای ۸۰۰-۶۰۰ درجه سانتیگراد خاکها تجزیه میشوند یعنی Al2o3 و Sio2 بصورت آزاد خواهند بود(در پیش گرم کن)
در دمای ۱۲۰۰ تا۸۰۰ درجه سانتیگراد واکنش Cao با Sio2و Caoو Al2o3 تشکیل CAوCS داده(ابتدای کوره)
در دمای ۱۳۰۰ – ۹۰۰ درجه سانتیگراد فازهای C2S و C3S تشکیل می شود.(اواسط کوره)
در دمای ۱۴۵۰-۱۳۰۰ درجه سانتیگراد فاز اصلی C3S یا ۳Cao Sio2 (الیت) تشکیل می شود(در منطقه پخت)
در دمای ۱۴۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد دمای کلینکر کاهش یافته و فازها تثبیت می شوند (در منطقه انتهای کوره بعد از منطقه پخت)
سیمان پرتلند چاه های نفت ،گاز و ژئو ترمال(زمین گرمایی) به لحاظ شرایط دما و فشار بالا با نوع ساختمانی متفاوت است .
سیمان چاه نفت یا حفاری طبق استاندارد API آمریکا در کلاسهای هشتگانه A تا H با مشخصات و خواص مختلف تولید میگردد.
کاربرد نانو مواد درسیمان چاه های نفت و نانو فناوری فرایندی که بر روی اتمها و مولکول نیمه هادیها ،جامدات و مایعات در مقیاس زیر ۱۰۰ نانو متر و نزدیک بودن ابعاد نانو به ابعاد طبیعت کار کردن در این مقیاس راحت تراست.
نانو فناوری هم اکنون در حال متحول کردن زندگی بشر است و در صنایع تحول زیادی ایجاد کرده و پیش بینی می شود در آینده با سرعت بیشتری ادامه یابد.
در حوزه هایی که نانو فناوری در آن وارد شده است صنایع بالا دستی نفت است از اکتشاف تا قبل از پالایشگاه با استفاده از ذرات و نانو افزودنی ها در سیمان کاری چاههای نفت ،گاز و ژئو ترمال استفاده میگردد.
سیمان چاههای نفت دارای خصوصیات وسکوزیته،استحکام و زمان گیرش مناسبی داشته و استفاده از نانو افزودنیها میتواند این خصوصیات را بهبود بخشد با اضافه کردن نانو ذرات به سیمان که باعث هموژن شدن خواص سیمان میگردد.
استفاده از نانو سیلیکات کلسیم در سیمان قابلیت کاربری آنرا در دمای بالا برای چاههای عمیق نفتی،گازی و ژئو ترمال افزایش داده و خواص ویژه ای نظیر پایداری،کیفیت و قابلیت ژل شدن و کاهش وزن سیمان میگردد.
مواد خام سیمان پرتلند
آهک(Lime )
سنگ آهک خالص بصورت بلوری و بی رنگ است با فرمول شیمیایی CaCo3 و درجه سختی ۳ و وزن مخصوص ۷۱/۲ در طبیعت کم پیدا می شود.و بیشتر سنگهای آهکی غیر بلوری و ناخالص است.
حرارت دادن سنگ آهک فرایند شیمیایی به آهک (اکسید کلسیمCao)و گازکربنیک(دی اکسید کربنCo2)تجزیه می گردد. CaCo3 = Cao+Co2
سنگ آهک حاوی ۵۶ درصد آهک و ۴۴ درصد گاز کربنیک بوده از یک کیلوگرم سنگ آهک مقدار ۵۶۰ گرم آهک Caoحاصل می گردد.در حرارت ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد واکنش فوق سریع صورت می گردد.
آهک در آب قرار داده شود حفره های مویین مذکور مشابه اسفنج براحتی آب جذب مینماید و واکنش انفجار گونه ای صورت میگیرد و هیدرات کلسیم Ca(oh)2 تشکیل میگردد.
Cao+H2o=Ca(oH)2
این فرایند از جنبه تکنیکی بنام شکفته شدن آهک و از جنبه شیمیایی بنام هیدراته شده اکسید کلسیم موسوم است.
هیدراته شدن شیمیایی فرایند کاملی از گسیخته شدن (از هم پاشیدن) آهک است حجم آهک هیدراته حدود ۲۰ درصد بیشتر از حجم اولیه اکسید کلسیم (آهک زنده) است.
نیروی انبساطی پدید آمده بر نیروی سخت کننده بین مولکول فائق می آید.کلوخه سخت آهک در خلال چند دقیقه تبدیل به پودر نرمی می گردد.و مقدار آب مصرفی جهت شکوفاندن آهک خمیر همگنی بدست می آید که به شیر آهک موسوم است.
فرایند شکفته شدن آهک همراه با آزاد شده مقدار قابل توجهی حرارت می باشد.
گرمای هیدراتاسیون اکسید کلسیم حدود ۲۸۰ کالری در هر گرم آهک است.
ذرات هیدرات کلسیم موجود در آهک شکفته فوق العاده ریز بوده و اندازه این ذرات حدود ۲ میکرون میباشد.این ذرات ریز و پراکنده قادرند در ضمن خشک شدن نیروی چسبندگی زیادی ایجاد می نماید.
ترکیب اجراء سیمان پرتلند بر طبق انجمن آزمایش و مصالح آمریکاASTM :
Cao 63-67 %
Sio2 19-23%
Al2o3 3-7%
Fe2o3 1/5-4/5%
Mgo 0/5-2/5%
K2o 0/1-1/2
Na2o 0/07-0/4%
So3 2/5-3/5
۰/۵ -۱/۵% آهک آزاد
پوزولان(Pozzolana)
یکنوع خاکستر آتشفشانی ریز دانه است که در ساخت بتن استفاده میگردد.
پوزولان مواد سیلیسی یا سیلیسی آلومین که خود به تنهایی فاقد ارزش چسبندگی است.ذرات ریز پوزولان در مجاورت با رطوبت با هیدرو اکسید کلسیم در دمای محیط واکنش شیمیایی داده و ترکیبهایی با خاصیت سیمانی بوجود می آورد.
پوزولان اولین بار در منطقه ای در ایتالیا به نام پوزولای پیدا شد.
سیمان پوزولانی نوعی سیمان آمیخته سیمان پرتلند با پوزولان بوده که بنام سیمان پوزولانی تولید میگردد.و بتن سیمان پوزولانی کند گیر بوده ولی مقاومت نهایی ( Ultimate Streangth) آن بیشتر از مقاومت نهایی بتن سیمان پرتلند میباشد.
پوزولانها دو نوع هستند:
۱- پوزولان طبیعی: خاکستر و پوکه های آتشفشانی میباشد سیمان طبیعی از مخلوط کردن سوخته پوسته برنج،رس کلسیته، سیمان پرتلند ،آهک شکفته و پوکه های معدنی میباشد.
۲- پوزولان صنعتی:خاکستر بادی(Fly Ash) دوده سیلیس سرباره کوره ذوب آهن ،خاکستر پوسته ،میکروسیلیس تاثیر قابل توجهی در افزایش مقاومت و دوام سازه های بتنی میگردد.
سخت شدن ملات آهک بخاطر جذب دی اکسید کربن(Co2) از هوا است.
Ca(oH)2+Co2=CaCo3+H2o
گاز دی اکسید کلسیم در زمان پختن از سنگ آهک خارج می شود و در زمان خشک شدن ملات آهک به آهستگی در داخل سوراخهای ریز نفوذ کرده و مجددا آهک را تبدیل به سنگ آهک (کربنات کلسیم) مینماید.
ملات آهک بعنوان یک مصالح معدنی در ساختمان سازی استفاده میگردد این ملات دارای مقاومت پایینی بوده بهمین دلیل الاستیسیته آن بالا و ثبات حجم در سیکل خشک شدن و مرطوب شدن عالی است.
اجزاء تشکیل دهنده ملات سخت شده آهک خصوصا کریستالهای کوچک کربنات کلسیم و حفره هایی که کریستالها احاطه کردند،میتوان براحتی زیر میکروسکوپ مشاهده کرد.
در ایران در پی سازی از شفته آهکی استفاده میکردند و برای آببند کردن آبگیرها و حوض انبارها به بدنه و کف آن ملات ساروج میمالیدند..بهترین ساروج در بندر خمیر تولید میشودکه بنام ساروج خمیر معروف است.ساروج خمیر مخلوطی است از آهک شکفته،گرد خاکستر و خاک رس و مقداری ماسه و الیاف سلولزی بنام لویی بوده است.
در دوران باستان در اروپا ساختمانهای آبی و دریایی را با ملات آهک شکفته و سیمانهای طبیعی (Pozzolan)می ساختند.
خاک رس(Kaolinit)
خاک رس از یکدسته سیلیکات آبدار آلومینا درست شده است.مقدار سیلیس در خاک رس ۲ تا ۵ برابر اکسید آلومینیوم میباشد آب شیمیایی خاک رس در دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد متصاعد میگردد Al2o3 2Sio2 2H2o= Kaolinit
اگر به خاک رس از ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه حرارت داده شود آب شیمیایی آن تبخیر شده و به سیلیس غیر بلوری Sio2 و رس آلومینا Al2o3 تجزیه میگردد.
خاک رس ترکیبی از H2o=14% , Al2o3=39.5% ,Sio2=46.5% بر حسب وزن مولکولی میباشد.
سیلیس( Silica)
سیلیس(دی اکسید سیلیکون)Sio2 بیشترین ماده معدنی پوسته کره زمین را تشکیل داده است سیلیس در اغلب سنگهای طبیعی یافت می شود و. انواعی از آن کمابیش بصورت خالص میباشد سنگهای سیلیسی عبارتند از کوارتز،ماسه سیلیسی،سنگ سیلیسی و غیره این نوع سیلیسها فوق العاده پایدار هستند در آب غیر محلول بوده و فقط اسید فلوریدریک بر روی آن اثر میگذارد.
انبساط حجمی سیلیس در گرما و انقباض آن در سرما فوق العاده کم میباشد
سیلیس کوارتزی جسمی پایدار و غیر قابل ترکیب و سخت است.
آلومینا(Alomina)
آلومینا یا اکسید آلمینیوم (Al2o3)خالص میباشد خاک رس حاوی مقدارزیادی آلومینا بوده و خالص ترین نوع خاک رس کائولینیت متشکل از آلومینا،سیلیس،و آب با فرمول شیمیایی Al2o3,2sio2,2h2o میباشد .کائولینیت جزء اصلی کائولن است.
کائولن محصول حاصل از هوا زدگی سنگها در شرایط خاص ژئولوژیکی میباشد.
از نظر صنعت سیمان هیدرولیک ته نشین های ژئو لوژیکی مطلوب بنام مارل(Marl) نامیده می شود و حاوی مخلوطی از کربنات کلسیم و خاک رس می باشد.
اکسید آهن( Ferric oxide)
اکسید آهن Fe2o3 بمقدار ./۵ تا ۶% وزن سیمان پرتلند میباشد که غالبا بصورت خالص بنام زنگ یافت می شود و بمقدار کم و زیاد در اغلب کانی ها خصوصا در خاک رس وجود دارد..
در فرایند پخت کلینکر سنگ آهن نقش کمک ذوب را دارد و باعث سهولت تشکیل ترکیبات شیمیایی هستند در درجه حرارت پایین تری میگردد.
سیمان سفید فاقد اکسید آهن بوده و قیمت بالای آن مشخص کننده کمیاب بودن مواد اولیه مناسب و فاقد اکسید آهن برای ساخت سیمان سفید میباشد.
گچ( Gypsum)
سنگ گچ CaSo4,2H2O بعنوان تنظیم کننده گیرش سیمان به کلینکر اضافه میگردد.و بر حسب So3کلینکر تا حد مورد نظر به سیمان اضافه می شود و نسبت به درجه خلوص گچ بمقدار ۵-۶ درصد بوده و بر حسب مقدار سولفات موجود در مواد خام محاسبه میگردد.
افزودن بیش از حد گچ باعث نا پایداری حجمی بتن میگردد.
آلودگی های صنعت سیمان
تولید سیمان یک فرایند آلوده کننده زیست محیطی میباشد تقسیم بندی آلودگی های سیمان
۱- گازهای گل خانه ای دی اکسید کربن Co2 .حدود ۸ درصد از آلودگی زیست محیطی دی اکسید کربن کره زمین از طریق کارخانه های سیمان میباشد.
۲- اکسیدهای ازت No2 و اکسید سولفور
۳- گرد و غبار و مواد معلق در هوا
۴- هیدروکربورهای سوخته و مونواکسید کربنCO
۵- فلزات سنگین
۶- آسیب رسانی به طبیعت و محیط زیست در اثر انفجار
صنعت سیمان
برای توجیه اقتصادی و سرمایه گذاری در صنعت سیمان احداث کارخانه سیمان به عوامل زیر ارتباط مستقیم دارد.
۱- محل استقرار کارخانه سیمان به معادن مواد اولیه(سنگ و خاک رس) نزدیک باشد
۲- کیفیت مواد اولیه سیمان در حد قابل قبول باشد
۳- ظرفیت ذخیره معادن مواد اولیه برای طولانی مدت وجود داشته باشد.
۴- واحد تولید سیمان به قطبهای مصرف نزدیک باشد و برای صادرات و طرح توسعه پیشبینی گردد. از لحاظ زیست محیطی و آلودگی جهت وزش باد و دور بودن از شهرکهای مسکونی وقطب های کشاورزی بررسی شود
۵- رعایت استاندارد های بین المللی در تمام موارد خط تولید سیمان
۶- افزایش راندمان خط تولید سیمان ،صرف جویی در مصرف انرژی ،آموزش و افزایش کارایی پرسنل،کاهش هزینه حمل و نقل و انتقال از طریق بکار گیری تکنولوژی روز و انتخاب ماشین آلات مناسب و صرفه جویی در انرژی و کاهش قیمت تمام شده بسیار حائز اهمیت میباشد.
فرایند تولید سیمان پرتلند
استخراج مواد اولیه
استخراج سنگ آهک با استفاده از مواد ناریه و آتش باری بوده و قسمتهایی از کوه را منفجر مینمایند و سنگ آهک بصورت قطعات سنگین بوده و خاک رس بدلیل سختی نسبتا پایین معادن آن از لودر یا بیل مکانیکی استفاده میگردد و استفاده از معادن مارل در بعضی موارد آتش باری با استفاده از مواد ناریه می باشد.
پس از استخراج مواد اولیه آنها را با استفاده از کامیون های سنگین به محل سنگ شکن فکی و یا چکشی دورانی منتقل شده و پس از خرد شدن زیر سنگ شکن سرند اولیه قرار دارد و خرده سنگهای شکسته شده روی آن میریزد. اندازه مناسب خرده سنگ از سرند اولیه عبور نموده بوسیله نوار نقاله یا کامیون به محل دپوی مواد منتقل می شود و قطعات درشتی که روی سرند باقی میماند مجددا به سنگ شگن باز میگردد.
مواد اولیه تا زمان مصرف در انبار مواد خام با استفاده از باند همگن ساز بوسیله بازوی متحرک دپو شده و بوسیله نوار نقاله به آسیاب گلوله ای (ساچمه ای) استوانه ایست که محور آن بافق زاویه کوچکی دارد و ابعاد متفاوت همچون ۱۰×۴ متر است داخل آسیاب گلوله ای (Ball Mill) در قسمت اولیه آن گلوله هابزرگترندو هر چه به انتهای آسیاب نزذیکتر میشود کوچک تر می شوند و پودر از انتهای آسیاب خارج می شود.
سنگ آهک و خاک رس هر یک آسیابهای جداگانه ای دارد و پودر آنها در سیلوهای بتنی نگهداری می شود خاک رس بدلیل داشتن رطوبت میبایستی آسیاب خاک رس با حرارت همراه است تاخاک رس کا ملا خشک شود.
پس از آماده کردن پودر سنگ آهک و خاک رس یا مارل در روش خشک با یکدیگر مخلوط شده و نمونه هایی از آن تهیه می شود و این نمونه در معرض اشعه X بازتاب اشعه تحلیل میگردد.
هرماده باز تاب مخصوصی از اشعه X را دارا بوده و با تحلیل طیفهای بازتابی از نمونه می توان درصد مواد موجود در نمونه را تعیین و نسبت به تنظیم آنها اقدام کرد .مخلوط حاصل بصورت خشک خوراک کوره میباشد.
خوراک کوره با دمای حدود ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده می شود تا فعل و انفعالات لازم بوجود آید.
در کوره های دوار افقی دو جریان مخالف هم وجود دارد جریان مواد از بالا به پایین و جریان هوای گرم از پایین به بالا میباشد.
خروج کلینکر از پایین کوره درجه حرارتی حدود ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد دارد در کولرها خنک شده و هوای گرم شده در مجاورت کلینکر به داخل کوره هدایت شده و میزان انرژی لازم جهت گرم کردن را کاهش می دهد .
خروج هوای گرم از بالای کوره در پیش گرم کن ( Preheater) داخل سیکونها باعث گرم کردن و خشک کردن مواد استفاده می شود .
پیش کلسینه کن همانند پیش گرم کن بر مبنای استفاده هر چه بیشتر از انرژی حرارتی تلف شده در بالای کوره بوده و بین پیش گرم کن و کوره نصب می شود و درصدی از مواد در اثر حرارت آن کلسینه شده و در انرژی صرفه جویی و باعث کاهش طول کوره سیمان میگردد.
هوای خروجی از بالای کوره پس از عبور از پیش گرم کن در نهایت وارد جو می شود هوای خروجی دارای مقدار قابل ملاحظه ای ذرات ریز معلق بوده که در صورت عدم بازیافت باعث آلودگی محیط زیست میگردد. جهت جدا کردن این ذرات از هوای خروجی از فیلترهای الکترواستاتیک استفاده میگردد.کلینکر خروجی از کولر دمایی حدود ۳۰۰ درجه سانتیگراد داشته که هنوز مناسب ادامه روند تولید سیمان نمیباشد..کلینکر در انبارهای سرپوشیده چند روزی نگهداری می شود تا دمای آن به حدود ۶۰ درجه برسد و سپس کلینکر را بهمراه ۳% سنگ گچ در آسیاب های گلوله ای آسیاب نموده و پودر حاصل را الک میکنند ذرات درشت تر از الک به آسیاب سیمان باز گردانده می شود .
سنگ گچ جهت تنظیم زمان گیرش سیمان کاربرد دارد.
سیمان پس از تولید در سیلوها ذخیره شده و سپس از محل بارگیر خانه بصورت پاکتی و یا فله به محل مصرف ارسال میگردد.
گیرش اولیه و نهایی سیمان
پودر سیمان با مخلوط آب بصورت خمیر نرمی درآمده و بمرور زمان حالت خمیری (پلاستیسیته) خود را از دست داده و به جسم سختی تبدیل می شود.
گیرش اولیه سیمان از لحظه اختلاط آب به سیمان بر اثر تری کلسیم سیلیکات انجام می شود. رشد کریستالهای ناشی از هیدراتاسیون سیمان روانی سیمان را کاهش پیدا میکند .
قبل از گیرش اولیه سیمان کلیه عملیات ساخت ،حمل،ریختن،عمل آوری بتن در محدوده زمانی گیرش اولیه انجام گیرد..تاخیر در زمان و سخت شدن بتن باعث کاهش پایایی و مقاومت فشاری بتن میگردد. در مواقعی که فاصله بین محل ساخت بتن و محل مصرف زیاد باشد و یا عملیات بتن ریزی با مشکلات مواجه شود بتن کیفیت خود را از دست می دهد .
بتن قبل از زمان گیرش اولیه (سفت شدن)میبایستی مورد مصرف قرار گیرد.
استاندارد ASTM C 403- 77 روشی برای اندازه گیری زمان گیرش بتن را مشخص کرده است.
زمان گیرش نهایی سیمان
مدت زمانی که از لحظه اختلاط آب و سیمان است که کارایی خمیر سیمان بکلی از بین می رود و شروع عملیات نهایی هیدراتاسیون سیمان و خاتمه عملیات گیرش سیمان تلقی کرد.
پوزولانهای ایران
پوزولانها مواد سیلیسی یا سیلیسی آلومینایی هستند که بصورت طبیعی و مصنوعی موجود وبا آهک یا سیمان پرتلند واکنش داده و خاصیت سیمانی پیدا میکنند.
پوزولانهای جایگزین سیمان سالهاست که مورد توجه دست اندر کاران کارهای بتنی قرار گرفته است و از ابعاد اقتصادر و خواص جدیدی که بتن با کاربرد سیمان پوزولانی پیدا میکند مصرف آن گسترش می یابد.
درجه نرمی سیمان
درجه نرمی سیمان از طریق هوا تراویی(نفوذپذیری) با روش بلین(Blane) تعیین سطح مخصوص سیمان میباشد.
سطح مخصوص سانتیمتر مربع بر گرم میباشد
سیمانهای ریز دانه بلین حدود ۴۵۰۰ Cm2/gr
سیمالنهای متوسط دانه بلین حدود ۳۰۰۰ Cm2 / gr
سیمانهای درشت دانه بلین حدود ۲۰۰۰ Cm2/gr
سطح مخصوص کلیه سیمانهای پرتلند تیپهای ۱و۲و۳و۴و۵ حد اقل بلین ۲۸۰۰ Cm2/gr میباشد
ذرات سیمان هر قدر ریزتر باشد سرعت هیدراتاسیون سیمان افزایش میباشد مقاومت و گیرش زودتر انجام می شود دانه های ۱۰ الی ۲۴ میکرون نقش مهمی در مقاومت سیمان دارند نفوذ ناپذیری ،مقاومت زیاد و سریع بتن دانه های ریزتر از ۱۰ میکرون است و اندازه دانه ها نباید کمتر از ۵ میکرون باشد زیرا سبب گیرش سریع و جمع شدگی و ترک خوردگی میگردد
هرچه نرمی سیمان زیاد شود مقدار سنگ گچ لازم برای کند گیر کردن سیمان بیشتر استفاده میگردد.
روشهای مختلفی برای تولید سیمان های خاص وجود دارد که به نوع تکنولوژی مورد استفاده و جنس سیمان بستگی دارد.تکنولوژی تولید سیمان بمرور زمان دستخوش تحول و پیشرفت گردیده است .با برخورداری از آخرین تکنیک های مدرن با استفاده از روش خشک و سیستمهای اتوماتیک و کامپیوتری با مصرف انرژی و نیروی انسانی کمتر و آموزش و رعایت مقررات زیست محیطی مورد توجه در دنیا میباشد.
تاریخچه سیمان در ایران
در سال ۱۳۱۰ تاسیس کارخانه سیمان در جنوب تهران در نزدیکی کوه بی بی شهر بانو بظرفیت ۱۰۰ تن در روز بنام سیمان ری و درسال ۱۳۱۲ به بهره برداری رسید.
در سال ۱۳۱۶ در مجاور کارخانه ۱۰۰ تنی سیمان ری کارخانه جدیدی بضرفیت ۲۰۰ تن به بهره برداری رسید.در ابتدای تاسیس کارخانه سیمان در ایران از سیمان تولیدی استقبال نگردید .و بیشتر عامه استفاده از محصولات سنتی را ترجیح میدادند با شناخت خواص سیمان کارخانجات سیمان فارس ،سیمان تهران،سیمان مشهد،سیمان درود،سیمان اصفهان،سیمان شمال، سیمان لوشان،سیمان آبیک و غیره و ظرفیت تولید سیمان ایران حدود ۸۰ میلیون تن در سال رسیده است.
سنگدانه ها (Aggregates )
سنگدانه ها(شن و ماسه) حدود ۷۰ درصد حجم بتن را تشکیل میدهند .سنگدانه های رودخانه ای (گردگوشه) و شکسته(تیز گوشه) در بتن استفاده میگردد.
کیفیت سنگدانه ها از اهمیت خاصی برخوردار است و خواص فیزیکی و شیمیایی در عملکرد بتن تاثیر گذاشته و متداول ترین سنگدانه ها مورد استفاده در بتن از نوع سنگدانه های سیلیسی نظیر کوارتز،رویال،گرانیتی،و آهکی سخت میباشد.
ماسه در اندازه صفر تا ۷۶/۴ میلیمتر و شن نخودی از ۷۶/۴ تا ۱۰ میلیمتر و شن بادامی از ۱۰ تا ۲۰ میلیمتر بوده و برای شالوده های بزرگ تا ۸/۵۰ میلیمتر و در سد سازی قطر مصالح سنگی ۴۵۲ میلیمتر هم میرسد..طرح اختلاط مناسب سنگدانه ها و مقاومت فشاری و جنس مصالح سنگی باعث تولید بتن با کیفیت بالا میگردد..
در استانداردASTM سنگدانه ها از لحاظ شکل ظاهری به ۵ گروه تقسیم گردیده که عبلاتند از:گرد شکسته،نسبتا گرد گوشه،پولکی،نسبتا تیز گوشه، تیز گوشه
واکنش قلیایی سنگدانه ها (سرطان بتن) Alkali Silica Reaction
سنگدانه های بتن باید علاوه بر مشخصات فیزیکی مناسب در طول عمر مفید سازه از پایداری کافی برخوردار باشند.
واکنش قلیایی سنگدانه ها یا سرطان بتن در سراسر دنیا باعث خرابی بسیاری از سازه های بتنی در مجاورت رطوبت نظیر سد ها ،اسکله ها ،و پل ها و غیره گردیده است.
سنگدانه های واکنش زا با قلیایی های موجود در بتن واکنش داده و ایجاد انبساط و تنش باعث تخریب بتن میگردد.
آزمایش پتروگرافی استاندارد ASTM C 295 برای تشخیص وجود واکنش قلیایی سنگدانه ها استفاده میگردد.
استفاده از سیمانهای پوزولانی و کم قلیا و سنگدانه های غیر فعال ،میکروسیلیس،و پوزولانهای طبیعی از واکنش قلیایی سنگدانه ها میتوان پیشگیری نمود
با کر گیری (نمونه برداری)از بتن و اسکن آن زیر میکروسکوپ میتوان واکنش قلیایی سنگدانه ها را مشخص کرد.
آب مصرفی در بتن
آبی که برای بتن استفاده میگرددعاری از هرگونه ذرات گل و لای ،چربی،مواد شیمیایی و نمک باشد در حد آب آشامیدنی ،بی رنگ ،بی بو و عاری از ذرات جامد معلق و مواد محلول کمتر از ۱۰۰۰ PPM و Cl یون کلر کمتر از ۵۰۰ PPM و سولفاتSo4 کمتر از ۱۰۰۰ PPM و قلیایی هاNa2o+.658K2o کمتر از ۶۰۰ PPM باشد.
و استاندارد ASTM D 1888 و ASTM D 512 و ASTM D 1067 رعایت گردد.
مقدار PH آب بین ۵/۴ تا ۵/۸ مطابق استاندارد ASTM D 1293 در ساخت بتن و کیورینگ آن قابل استفاده است..
مواد مضر و زیان آور در آب مصرفی در بتن ،باعث کاهش مقاومت و دوام بتن میگردد.
الیاف پلیمری ماکرو سازه ای در بتن مسلح الیافی
بتن مسلح الیافی نوعی کامپوزیت میباشدکه جهت افزایش نیروی کششی ،فشاری،برشی ،سایشی و جذب انرژی بیشتر الیاف پلیمری ماکرو سازه ای بجای فولاد حرارتی در بتن بجای مش فولادی یا الیاف فولادی کاربرد دارد.
جذب انرژی الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC با مقایسه با شبکه فولاد حرارتی و الیاف فلزی بر طیق استاندارد بین المللی ASTM-C 1550 آزمایش گردیده که جدول شماره ۱- برای جابجایی ۴۰ میلیمتر الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC بمقدار ۵ کیلوگرم در متر مکعب بتن ،جذب انرژی ۵۶۴ ژول و شبکه میلگرد قطر ۵ میلیمتر بابعاد ۵۰ ×۵۰ میلیمتر بمقدار ۶۰ کیلوگرم در متر مکعب بتن ،جذب انرژی ۵۱۸ ژول و الیاف فولادی بمقدار ۴۰ کیلوگرم در متر مکعب بتن جذب انرژی ۴۷۲ ژول بوده است. الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC جذب انرژی بیشتری نسبت به شبکه آرماتور حرارتی و الیاف فولادی دارد و عدم وجود خوردگی( Corrosion)در الیاف پلیمری فوق دوام انرژی جذب شده در آن در طولانی مدت بیشتر از فولاد میباشد.
بتن مسلح الیافی با استفاده از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای بتن فرم پذیر قابل ارتجاع (Elasto Plastic Concrete) بوده و مقاومت فوق العاده ،قابلیت جذب انرژی و پایداری در مقابل ترک خوردن و ضربه پذیری و سایش در بتن بوجود می آورد.
ROUND PANEL TESTING MFRC STEEL FIBRE
الیاف پلیمری ماکرو سازه ای عاج دار در بتن قابل ارتجاع فرم پذیر از انهدام تیرهای بتنی در اثر کشش قطری جلوگیری کرده و در برخی از آزمایشها کاربرد الیاف پلیمری ماکرو سازه ای مقاومت برشی تیرها را بیش از ۱۰۰ درصد افزایش میدهد.
نتایج آزمایشهای انجام شده بر روی ۷ تیر دارای الیاف پلیمری آجدار که چهار تیر آن خاموت هم داشته معادله زیر جهت برآورد Vcf پیشنهاد شده است .
Ft : مقاومت کششی بتن که از نتایج کششی مستقیم استوانه ۳۰× ۱۵ سانتیمتر بدست می آید.
: نسبت عمق موثر به دهانه برشی است.
اثرات انواع مختلف الیاف از طریق پارامتر Ft در معادله بررسی می شود روش طراحی پیشنهاد شده همان طریق ACI-318 را در مورد محاسبه سهم خاموت در ظرفیت برشی را دنبال می کند که به آن نیروهای مقاوم بتن نیز که براساس تنش برشی معادله بالا محاسبه شده اضافه می گردد.
موارد کاربرد الیاف پلیمری MFRC:
فن آوری نوین بتن الیاف پلیمری ماکرو سازه ای با خواص مناسبی همچون قابلیت جذب انرژی ،شکل پذیری بالا، مقاومت فوق العاده،پایداری در مقابل ترک خوردن را دارا میباشد که متناسب با آن میتوان موارد کاربرد فراوانی یافت.بتن الیاف پلیمری ماکرو سازه ای بهترین مصالح مورد استفاده در ساخت بناهای مقاوم در برابر ضربه همچون سازه های بتنی پناهگاهها، انبارهای نگهداری مواد منفجره،فرودگاهها، بتن غلتکی، ترمیم سازه ها ، بتن پاششی، پلها ،سکوهای نفتی، ورزشگاهها، سر ریز سدها، تقویت زمین و معادن،پوشش تونلTBM، منهول، کانال، لوله های بتنی، اسکله، دیواره های برگشت، تثبیت خاک، تزریق حفره های زیرزمینی، تدابیر زلزله، پوشش کانال، استحکام رامپ، استخرها، مخازن،سقفهای مسکونی، پیاده رو،مسیرهای عبور و مرور صنعتی و تجاری، پارکینگ، قطعات پیش ساخته، تاسیسات شیمیایی و غیره میباشد.
بتن الیاف پلیمری در سالهای اخیر در پروژه هایی نظیر:بتن غلتکی برای روسازی راهها و فرودگاهها ، بتن پلهای عظیم با تغییر شکلهای زیاد و بویژه در پوشش بتنی تونلها بکار رفته است .در ساخت پوشش تونلها بتن الیاف پلیمری با پاشیدن( Shotcrete) بر جداره تونل شکل می پذیرد.
برای حذف ترکها در پوشش تونلهایی که بصورت قطعات پیش ساخته (Segment) اجرا می شود از بتن بدون آرماتور و تنها از الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC استفاده شده و این نوع بتن بسبب حذف ترکها در حین عمل آوری (Curing) و حمل و نقل قطعات و نصب آنها برای کامل کردن مقطع تونلهای مترو استفاده شده است.
در نوع بسیار جدید بتن الیافی ماکرو سازه ای که میتوان با آن به حداکثر شکل پذیری قابل ارتجاع در بتن رسید از روش ریختن دوغاب روی الیاف (بتن SIMCON ) استفاده می شود در این روش ابتدا الیاف ریخته شده و سپس فضای بین آنها با ملات دوغابی پر میگردد.مقدار الیاف در این بتن حدود ۱۰ درصد بوده و میزان الیاف حدود ۱۰ برابر میزان الیاف در بتن های متداول الیافی میباشد و تغییر شکل پذیری این قطعات به میزان ظرفیت دالهای فولادی میرسد. مقاومت فشاری این نوع بتن حدود ۱۱۰-۸۵ مگا پاسکال و مقاومت خمشی حدود ۴۵-۳۵ مگا بوده و این قطعات را نه تنها میتوان بعنوان لایه های محافظ کوچک استفاده کرد،بلکه در باندهای فرودگاهها در برابر ضربات عملکرد خوبی نشان میدهد و در کارهای تعمیراتی دالها میتوان از آنها بعنوان لایه روی بتن قدیم و بدون درز استفاده کرد. الیاف پلیمری در دمای بالای آتش – شوک حرارتی و انفجار ذوب شده و کانالهایی برای فرار و خروج بخار آب از بتن را فراهم میسازد واز تخریب سازه های بتنی محافظت مینماید.
الیاف پلیمری ماکرو سازه ای MFRC از مواد خالص پلیمری(پلی پروپیلن- پلی الفین) با مقاومت کششی بیش از۵۰۰ مگا پاسکال در طولهای ۵۰ و ۷۵ میلیمتر(۲ و ۳ اینچ) بوده و شکل عاج بی نظیر هر فایبر گیرداری محکمی در بتن ایجاد میکند.
الیاف MFRC را میتوان در هر زمانی در حال اجرا به بتن ساز،تراک میکسرو بتن آماده اضافه کرد و میزان مصرف الیاف MFRC بستگی به نیازهای پروژه داشته و میتوان بمقدار ۲ تا ۹ کیلوگرم در متر مکعب بتن استفاده کرد.
الیاف پلیمری ماکرو سازه ای در سازه های بتنی پناهگاهها ،انبارهای نگهداری مواد منفجره،باند فرودگاهها ،عرشه فولادی،سازه های دریایی،سکوهای نفتی،منهول ،کانال،استخرها،مخازن،سقفهای مسکونی،کف سازی صنعتی،پارکینگها ،قطعات پیش ساخته، پاشش بتن و غیره کاربرد دارد .
مواد اصلی پلی پروپیلن(پلی الفین) خالص با مقاومت کششی ۵۰۰ مگا پاسکال میباشد شکل عاج بینظیر هر فایبر گیر داری محکمی در بتن ایجاد میکند الیاف MFRC را میتوان در هر زمان در حال اجرا به بتن ساز ،تراک میکسر،و بتن آماده اضافه کرد..
میزام مصرف MFRC بستگی به نیازمندی های پروژه داشته و مقدار ۵/۲ کیلوگرم الی ۹ کیلوگرم در متر مکعب بتن استفاده میگردد.
مزایای الیاف پلیمری
قیمت ارزان
افزایش مقاومت کششی؛برشیو خمشی در بتن
زنگ نمیزند و مقاومت در برابر خوردگی
پیشگیری در ایجاد ترک در بتن
افزایش دوام بتن در مقابل خستگی ناشی از چروک خوردگی بتن
افزایش پایداری بتن در اثر آتش سوزی ،شوک حرارتی و انفجار
پایداری و جذب انرژی خمشی در طولانی مدت
افزایش مقاوت بتن در مقابل بارهای زلزله و بارهای زنده
استانداردهای:ASTM C 1399 , ASTM C 1018 , ACI-506 , ACI-544 , ASTM -1550
میکرو سیلیس
هیدروکسید کلسیم Ca(oH)2 آزاد شده از هیدراتاسیون سیمان ۲۰-۲۵% ملات بتن را تشکیل میدهدو در واقع جزء ضعیف و حلال توده بتن میباشد.
هیدروکسید کلسیم بدلیل ناپایداری یکی از ناپایدارترین اجزای تشکیل دهنده بتن میباشد.
شکل ظاهری میکروسیلیس با سطح مخصوص زیاد Blain 30000-300000 gr/cm) )
عدم تبلور و سطح واکنشی بالای آن عامل بروز رفتارپوزولانی میباشد.
بعبارت دیگر ژل سست و ناپایدار هیدروکسید کلسیم در مجاورت Sio2(میکروسیلیس) به سیلیکات کلسیم سخت و غیر محلول تبدیل شده و باعث پایداری بتن در مقابل حملات شیمیایی ،واکنش قلیایی مصالح سنگی و همچنین ازدیاد تاب فشاری و دوام بتن میگردد.
باید توجه داشت بخاطر نیروی جذب سطحی فوق العاده میکرو سیلیس و پایین نگه داشتن نسبت آب به سیمان مصرف فوق روان کننده ها جهت کاهش نسبت آب به سیمان توصیه میگردد.
فوق روان کننده ها
نسل اول: پلی نفتالین سولفوناتها
نسل دوم:پلی ملامین سولفوناتها
نسل سوم:پلی کربوکسیلات پلیکس ها Pc با پیوند های Hybrids با زنجیره های سولفوناتی
نسل چهارم: پلی کربوکسیلات پلیکس (Pcp) و پلی سولفونات پلیکس میباشد.
نفوذ پذیری
شسته شدن هیدروکسید کلسیم آزاد شده در هیدراتاسیون سیمان و وجود فضاهای خالی (خلل و فرج) ناشی از فقدان ریز دانه های پر کننده ،استحکام بتن را کاهش داده و آسیب پذیری را تشدید میکند.
عدم چسبندگی بتن به آرماتور نیز مزید بر علت است و در واقع ساختاری به لحاظ نفوذ پذیری و عدم اکتساب استحکام کافی حاشیه ایمنی جندان مطلوبی نداشته و دوام آن نیز کم میباشد.
با مصرف میکروسیلیس در بتن ،محلول هیدروکسید کلسیم (ناپایدار) محصور بین سنگ دانه ها و میلگرد به سیلیکات کلسیم غیر محلول تبدیل شده و ریز ذرات میکروسیلیس ساختار احراء بتن را تغییر داده و حد فاصل دانه های سنگی و ذرات سیمان را پر میکند . بدین طریق نفوذ پذیری بتن کم شده و بالطبع به قوام و دوام بتن در طول بهره برداری افزوده می شود .
افزایش مقاومت
مطالعه میکروسکوپی برشهای بتن و نتیجه بررسیهای بعمل آمده تا کنون موید این موضوع است که سطح چسبندگی دانه ها به یکدیگر و ذرات سیمان ار پنجاه درصد سطح مخصوص تجاوز نمیکند از طرفی ناپایداری هیدروکسید کلسیم آزاد شده در هیدراتاسیون سیمان آنهم در مجاورت سنگدانه ها و میلگرد ها حفره هایی را تشکیل می دهد که موجب افت مقاومت به اندازه این حفره ها و نحوه پراکندگی آن در توده بتن بستگی دارد پر واضح است با مصرف میکروسیلیس در ابتدا ناپایداری هیدروکسید کلسیم منتفی و ریز دانه ها ی میکروسیلیسی نیز موجب پر شده خلل و فرج بین دانه ها و نهایتا باعث افزایش مقاومت فشاری ،مقاومت کششی، مدول الاستیسیته و بالاخره چسبندگی بتن خواهد شد.
خوردگی در بتن Concrete Crrosion
عناصر شیمیایی نظیر دی اکسید کربن،دی اکسید گوگرد،یون کلر،سولفاتها، نیتراتها خوردگی در بتن و فولاد ایجاد کرده خلیج فارس با مقدار ۲۱۴۵۰ میلی لیتر یون کلر بیشترین خورندگی برای فولاد را در دنیا دارا میباشد.
بتن تازه دارای PH بالایی بوده (۱۲-۱۴) و موجب ایجاد لایه انفعالی (Passive) و Fe2o3 بر سطح آرماتور میگردد. و نسبت افزایش حجم آرماتور زنگ زده به نسبت حجم فولاد :Fe=100%,Feo=180%,Fe(oH)2=380%,Fe(oH)3=420%,Fe(oH)3,3h2o=650%
ازدیاد حجم فولاد زنگ زده باعث تخریب سازه بتنی میگردد.
بتن الکترولیتی که یون را بین آند (قطب منفی) به کاتد (قطب مثبت) منتقل میکند.
شبکه آرماتور الکترون ها را از آند به کاتد منتقل مینماید.
www.cement.org
Portland cement association
Dipl-Ing.Dr.h.c wolfgang czernin
Cement chemistry and physic for civil Engineers
German cement Association
ACI American Cancrete Institute
ASTM American Society Testing materials
www.elasto plastic concrete.com
www.meeng.ca
Email: info@meeng.ca or Al_moazami@yahoo.com
www.astm.com