بتن به عنوان پر مصرف ترین ماده پس از آب در جهان شناخته می شود که سیمان بعنوان اصلی ترین و مهمترین بخش تشکیل دهنده این ماده می تواند از منظرهای متفاوت مورد توجه دانشمندان قرار گیرد. سالانه 2500 میلیون تن در جهان سیمان تولید می شود که از این میزان ، سهم ایران 60میلیون تن در سال بوده. این میزان تولید بطور میانگین حدود 15 درصد از انرژی بخش صنعت را به خود اختصاص می دهد. برای تولید هر تن سیمان در کارخانه های بسیار مدرن حدود 120 کیلو وات انرژی مصرف می شود که از لحاظ اقتصادی بیش از 30 درصد هزینه تولید بدون یارانه هر تن سیمان را شامل می شود که در ایران این هزینه با توجه به سنتی بودن بخش عمده ای از کارخانجات می تواند به مراتب بیشتر نیز باشد ولی با توجه به یارانه صنعتی که کارخانجات دریافت می نمایند این هزینه قابل مشاهده نمی باشد
حال رویکردی که می تواند برای کمک به این مسئله مفید باشد استفاده از مواد سیمانی جایگزین که اغلب به عنوان پسماند سایر صنایع هستند یا موادی که در طبیعت وجود دارند که در صنایع دیگر کاربرد مشخصی تاکنون نداشته اند. در اینجا به بررسی 4 ماده نوین که در جامعه جهانی مورد اقبال بیشتری قرار گرفته اند پرداخته می شود
خاکستر بادی
سرباره کوره آهنگدازی
میکرو سیلیس
سیمان LC3
مواد جایگزین به دودسته پوزولانی و سیمان هیدرولیکی تقسیم بندی می شوند که از منظر عناصر سازنده در صورتی که اکسید کلسیم بیشتری داشته باشند تمایل به رفتار خصوصیات سیمان هیدرولیکی داشته و درصورتیکه ₂SiO بیشتری داشته باشند تمایل به رفتار پوزولانی بیشتری خواهند داشت
رفتار خصوصیات پوزولانی: در دراز مدت اتفاق می افتد و گیرش با تاخیر همراه است و اثرات آن ماه ها و گاها سالها بعد در بتن نمایان می شود. در این واکنش ، هیدروکسید کلسیم وارد واکنش با سیمان شده و محصول هیدرواکسید سیلیکات کلسیم که عامل اصلی مقاومت سیمان است تولید می گردد
رفتار سیمان هیدرولیکی : در کوتاه مدت به محض ترکیب سیمان و آب وارد واکنش می شوند ،نقش اساسی در سخت شدن سیمان دارند و می توانند تا دراز مدت نیز ادامه یابند ولی غالبا اثرات کوتاه مدت بیشتری به همراه دارند.
خاکستر بادی: حاصل از سوخت ذغال سنگ کارخانه هاست که گازهای گلخانه ای زیادی برای احتراقش در محیط زیست آزاد شده است و تا قبل از استفاده در بتن می بایست بعنوان یک پسماند و آلوده کننده محیط زیست در زمین مدفون می شد.
استفاده از این ماده در کل دنیا گسترش فراوانی داشته و نهایتا تولید گازهای گلخانه ای به مراتب کمتر شود.
استفاده از این ماده در صنعت بتن می تواند نیار به سیمان را کاهش دهد و از این رو انرژی کمتری برای تولید سیمان مصرف شود – – می تواند به عنوان جایگزین سیمان استفاده شود تا 40درصد وزن سیمان قابل جایگزینی است.
– سالیانه در ایالت متحده حدود 71 میلیون تن تولید می شود که این عدد در آمارهای غیر رسمی ایران حدود 8 تن اعلام شده
– هزینه تولید بشدت پایین تر
اجزا ریز ساختار بشدت کروی بوده که این مهم می تواند باعث کارپذیری و روانی بیشتر بتن حاوی خاکستر بادی شود
– در مقایسه با سیمان از لحاظ دانه بندی از سیمان ریزتر بوده و عناصر تشکیل دهنده مشابه همراه با درصد های متفاوت دارد
– در سن 90روزگی 80 درصد مقاومت را کسب می کند که این میزان رشد در سیمان معولی در سن 14 روزگی اتفاق می افتد دهد.
مقاومت برشی بتن می تواند به واسطه افزودن خاکستر بادی دست خوش تغییرات نامطلوب شود کاهش مقاومت برشی در بتن رخ دهد
بالا رفتن دوام بتن در مقابل حملات کلریدی و واکنش های آلکالاین
خاکستر بادی ضریب چسبندگی بین بتن و میلگرد را به مراتب کمتر می کند
– افزایش نیاز به هوای خودخواسته
– امکان آب انداختگی در بتن را افزایش می دهد
سرباره کوره آهنگدازی: این ماده در پروسه تولید کارخانه های فولاد دارای کوره های بلند تولید می شود. در پروسه تولید مواد مذاب به سرعت خنک شده و در لایه های بالایی یک لایه SLAG تشکیل می شود که بعنوان پسماند کارخانه دور ریز می شوند. این ماده می تواند پس از آسیاب شدن بعنوان پوزولان در بتن جایگزین درصدی از سیمان شود. در استفاده از سرباره ویژگی ها و مشخصات زیر اتفاق می افتد:
– مهمترین بخش استفاده این ماده می تواند جایگزینی با سیمان باشد که کاهش مصرف انرژی و همچنین گازهای گلخانه ای را به همرا دارد
می توان این ماده را تا میزان 50درصد وزن سیمان در پروژه های عادی (و تا 80 درصد در پروژه های خاص ) مورد استفاده قرار داد
– کارپذیری و روانی بهبود می یابد
– مقاومت کوتاه مدت کاهش و مقاومت دراز مدت افزایش می یابد.
– مقاومت در مقابل کلرید افزایش می یابد.
– حرارت هیدراتاسیون کاهش می یابد.
– دوام افزایش می یابد.
ژل میکروسیلیس: این ماده درصد خلوص بالای 85 درصد را داراست و کاملا واکنش پذیر است
– سطح ویژه بالایی دارند.
– کروی شکل هستند
– دانه بندی 200 برابر کوچکتر از سیمان دارند بنابر همین دلیل تراکم بهتری در آن اتفاق می افتد
– مقاومت بتن افزایش می یابد
– هزینه بتن افزایش می یابد
– تاثیر زیادی در کاهش میزان سیمان ندارد
سیمان LC3
این نوع سیمان که اولین با ر در سال 2013 در کوبا به صورت صنعتی-آزمایشگاهی تولید گردیده به دلیل کاهش نیاز به کلینکر سیمان و کم کردن میزان مصرف انرژی و گازهای گلخانه ای مورد توجه بسیاری از کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه قرار گرفته است. در ساخت این نوع سیمان 45درصد مصرف کیلینکر صرفه جویی می شود و با موادی که در صنایع دیگر کاربرد شناخته ای نشده است جایگزین می گردد. در تولید این سیمان 50 درصد کیلینکر 30درصد رس کلسیته شده و 15 درصد آهک و 5 درصد گچ استفاده گردیده است
پروسه تولید این نوع سیمان با توجه به شکل نشان داده شده در ابتدا خاک رس که حداقل 40 درصد کلسیت درآن موجود باشد وارد کوره می شود و به یکی از دو روش(Rotary Klin/Flash Calciner) دمای 800-700 درجه پخته می شود پس از خنک شدن مواد آهک به آن اضافه می گردد در کارخانه به اندازه مشخص شده کلینکر آسیاب شده و گچ با خاک رس کلسیته شده ترکیب می شود و سیمان LC3 تولید می گردد.
در آینده نزدیک که تحقیقات مربوط به دوام این نوع سیمان مشخص گردد پیش بینی گردیده است که بتوان با کمک این سیمان تا 50درصد تولید سیمان کاهش داده شود تا سهم بسزایی در کاهش مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه ای داشته باشد.
گزیده ای ازهمایش انرژی در ساختمان
شیراز- آبان1402
دکتر امیر حسین محرر
مواد جایگزین به دودسته پوزولانی و سیمان هیدرولیکی تقسیم بندی می شوند که از منظر عناصر سازنده در صورتی که اکسید کلسیم بیشتری داشته باشند تمایل به رفتار خصوصیات سیمان هیدرولیکی داشته و درصورتیکه ₂SiO بیشتری داشته باشند تمایل به رفتار پوزولانی بیشتری خواهند داشت
رفتار خصوصیات پوزولانی: در دراز مدت اتفاق می افتد و گیرش با تاخیر همراه است و اثرات آن ماه ها و گاها سالها بعد در بتن نمایان می شود. در این واکنش ، هیدروکسید کلسیم وارد واکنش با سیمان شده و محصول هیدرواکسید سیلیکات کلسیم که عامل اصلی مقاومت سیمان است تولید می گردد
رفتار سیمان هیدرولیکی : در کوتاه مدت به محض ترکیب سیمان و آب وارد واکنش می شوند ،نقش اساسی در سخت شدن سیمان دارند و می توانند تا دراز مدت نیز ادامه یابند ولی غالبا اثرات کوتاه مدت بیشتری به همراه دارند.
خاکستر بادی: حاصل از سوخت ذغال سنگ کارخانه هاست که گازهای گلخانه ای زیادی برای احتراقش در محیط زیست آزاد شده است و تا قبل از استفاده در بتن می بایست بعنوان یک پسماند و آلوده کننده محیط زیست در زمین مدفون می شد.
استفاده از این ماده در کل دنیا گسترش فراوانی داشته و نهایتا تولید گازهای گلخانه ای به مراتب کمتر شود.
استفاده از این ماده در صنعت بتن می تواند نیار به سیمان را کاهش دهد و از این رو انرژی کمتری برای تولید سیمان مصرف شود – – می تواند به عنوان جایگزین سیمان استفاده شود تا 40درصد وزن سیمان قابل جایگزینی است.
– سالیانه در ایالت متحده حدود 71 میلیون تن تولید می شود که این عدد در آمارهای غیر رسمی ایران حدود 8 تن اعلام شده
– هزینه تولید بشدت پایین تر
اجزا ریز ساختار بشدت کروی بوده که این مهم می تواند باعث کارپذیری و روانی بیشتر بتن حاوی خاکستر بادی شود
– در مقایسه با سیمان از لحاظ دانه بندی از سیمان ریزتر بوده و عناصر تشکیل دهنده مشابه همراه با درصد های متفاوت دارد
– در سن 90روزگی 80 درصد مقاومت را کسب می کند که این میزان رشد در سیمان معولی در سن 14 روزگی اتفاق می افتد دهد.
مقاومت برشی بتن می تواند به واسطه افزودن خاکستر بادی دست خوش تغییرات نامطلوب شود کاهش مقاومت برشی در بتن رخ دهد
بالا رفتن دوام بتن در مقابل حملات کلریدی و واکنش های آلکالاین
خاکستر بادی ضریب چسبندگی بین بتن و میلگرد را به مراتب کمتر می کند
– افزایش نیاز به هوای خودخواسته
– امکان آب انداختگی در بتن را افزایش می دهد
سرباره کوره آهنگدازی: این ماده در پروسه تولید کارخانه های فولاد دارای کوره های بلند تولید می شود. در پروسه تولید مواد مذاب به سرعت خنک شده و در لایه های بالایی یک لایه SLAG تشکیل می شود که بعنوان پسماند کارخانه دور ریز می شوند. این ماده می تواند پس از آسیاب شدن بعنوان پوزولان در بتن جایگزین درصدی از سیمان شود. در استفاده از سرباره ویژگی ها و مشخصات زیر اتفاق می افتد:
– مهمترین بخش استفاده این ماده می تواند جایگزینی با سیمان باشد که کاهش مصرف انرژی و همچنین گازهای گلخانه ای را به همرا دارد
می توان این ماده را تا میزان 50درصد وزن سیمان در پروژه های عادی (و تا 80 درصد در پروژه های خاص ) مورد استفاده قرار داد
– کارپذیری و روانی بهبود می یابد
– مقاومت کوتاه مدت کاهش و مقاومت دراز مدت افزایش می یابد.
– مقاومت در مقابل کلرید افزایش می یابد.
– حرارت هیدراتاسیون کاهش می یابد.
– دوام افزایش می یابد.
ژل میکروسیلیس: این ماده درصد خلوص بالای 85 درصد را داراست و کاملا واکنش پذیر است
– سطح ویژه بالایی دارند.
– کروی شکل هستند
– دانه بندی 200 برابر کوچکتر از سیمان دارند بنابر همین دلیل تراکم بهتری در آن اتفاق می افتد
– مقاومت بتن افزایش می یابد
– هزینه بتن افزایش می یابد
– تاثیر زیادی در کاهش میزان سیمان ندارد
سیمان LC3
این نوع سیمان که اولین با ر در سال 2013 در کوبا به صورت صنعتی-آزمایشگاهی تولید گردیده به دلیل کاهش نیاز به کلینکر سیمان و کم کردن میزان مصرف انرژی و گازهای گلخانه ای مورد توجه بسیاری از کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه قرار گرفته است. در ساخت این نوع سیمان 45درصد مصرف کیلینکر صرفه جویی می شود و با موادی که در صنایع دیگر کاربرد شناخته ای نشده است جایگزین می گردد. در تولید این سیمان 50 درصد کیلینکر 30درصد رس کلسیته شده و 15 درصد آهک و 5 درصد گچ استفاده گردیده است
پروسه تولید این نوع سیمان با توجه به شکل نشان داده شده در ابتدا خاک رس که حداقل 40 درصد کلسیت درآن موجود باشد وارد کوره می شود و به یکی از دو روش(Rotary Klin/Flash Calciner) دمای 800-700 درجه پخته می شود پس از خنک شدن مواد آهک به آن اضافه می گردد در کارخانه به اندازه مشخص شده کلینکر آسیاب شده و گچ با خاک رس کلسیته شده ترکیب می شود و سیمان LC3 تولید می گردد.
در آینده نزدیک که تحقیقات مربوط به دوام این نوع سیمان مشخص گردد پیش بینی گردیده است که بتوان با کمک این سیمان تا 50درصد تولید سیمان کاهش داده شود تا سهم بسزایی در کاهش مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه ای داشته باشد.
گزیده ای ازهمایش انرژی در ساختمان
شیراز- آبان1402
دکتر امیر حسین محرر
