استفاده از آجرهای نسوز به عنوان جایگزین ماسه در ملات خود تراکم

خلاصه

این مقاله به بررسی امکان استفاده از آجرهای نسوز (RB) به عنوان سنگدانه های ریز (با جایگزینی جزئی و کلی ماسه طبیعی) در ملات های خود متراکم (SMCs) می پردازد. برای این منظور، یک مطالعه تجربی به منظور ارزیابی خواص فیزیکی و مکانیکی ((دانسیته ظاهری، مقاومت فشاری و خمشی) ملات‌های خود تراکم (SCMs) با جایگزینی جزئی و کلی ماسه طبیعی (NS) توسط آجرهای نسوز خرد شده انجام شد. RB) در نسبت‌های مختلف وزنی (BR/S = 0، 10، 30، 50 و 100%) نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که RB (کلاس 0/5 میلی‌متر)، می‌تواند به عنوان سنگدانه‌های ریز برای ملات خود تراکم استفاده شود. با این حال، عملکرد ملات پایه RB (100% به عنوان ماسه) بهتر بوده و برای بتن سیال (مانند بتن خود تراکم) مناسب است.

بیانیه منافع عمومی

به منظور به حداقل رساندن و ارزش گذاری ضایعات آجر نسوز (RBW)، این کار استفاده مجدد از این ضایعات را به عنوان یک سنگدانه ریز (با جایگزینی ماسه) در ملات سیمان (ملات خود متراکم) بررسی می کند. RBW به‌دست‌آمده از صنعت شیشه (کوره‌ها) خرد شد (کلاس دانه‌ای 0-5 میلی‌متر) و در ترکیب ملات استفاده شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که ضایعات آجر نسوز دارای پتانسیل استفاده در ملات‌ها بدون ایجاد اختلال در عملکرد فیزیکی و مکانیکی مواد هستند. با ارزش گذاری آنها، می تواند از منابع طبیعی ما مانند ماسه طبیعی محافظت کند و محیط زیست را حفظ کند.

1. مقدمه

نیاز روزافزون به مواد گرانولی و مواجهه با الزامات حفظ محیط زیست، نیازمند یافتن راه حل های مناسب برای چشم انداز توسعه پایدار است. بنابراین، لازم است تمام احتمالات و فرصت‌ها برای استفاده مجدد و بازیافت برخی از ضایعات صنعتی محصولات ساختمانی بررسی شود.

مصالح بتن همیشه رایج ترین مصالح ساختمانی است و یکی از موادی است که قادر به استفاده از ضایعات در ترکیبات مختلف مانند مواد معدنی یا دانه بندی است .

نمای درخواستی سنگدانه های طبیعی مانند ماسه یا شن های طبیعی به ویژه آن ها همچنان در حال رشد است که به دلیل حمل و نقل و محدودیت های حفاظت از محیط زیست باعث افزایش هزینه ها می شود. برای این کار، تولید بتن در برخی موارد با سنگدانه های بازیافتی بسیار جالب است زیرا نیاز به منبع دیگری از سنگدانه ها و کاهش حجم زباله را برطرف می کند.

استفاده از سنگدانه های بازیافتی در بتن مزایای زیادی هم در منافع انسانی و هم از نظر اقتصادی و زیست محیطی و فناوری دارد که به طور فزاینده ای صنعتی می شود. با این حال، ضایعات محصولات سرامیکی موضوع چندین مطالعه تحقیقاتی در صنعت بتن به عنوان افزودن و سنگدانه بوده است. طی برخی مطالعات نشان داده شده است که سرامیک دارای چندین ویژگی مثبت از جمله واکنش پذیری با سیمان و تأثیر آن بر مقاومت بتن است.

2. مطالعه تجربی

2.1. مواد مورد استفاده برای ملات

مواد مورد استفاده در این مطالعه سیمان پرتلند (CEM II 42.5)، پرکننده‌های سنگ آهک، ماسه طبیعی NS (0/5 میلی‌متر)، ضایعات آجر نسوز (RBW) و فوق روان‌کننده مبتنی بر پلی کربوکسیلات بودند. آجرهای نسوز پس از استفاده در کوره از صنعت شیشه در الجزایر بازیابی شدند. سپس آنها تحت فرآیندهای آماده سازی به عنوان شن و ماسه، یعنی خرد کردن و الک کردن (0-5 میلی متر) قرار گرفتند. RBW قبل از استفاده در ترکیب ملات مشخص شد. آجرهای نسوز (به شکل 1 توجه کنید) در این کار آجری بر پایه سیلیس زیرکونیوم هستند. جدول 1 خواص فیزیکی دو ماده مورد استفاده را نشان می دهد. شکل 2 توزیع اندازه ذرات آجر استفاده شده را نشان می دهد. این شکل تجزیه و تحلیل اندازه ذرات ماسه طبیعی و ضایعات آجر خرد شده را نشان می دهد. طبق شکل، ظرافت یکسانی دارند. همچنین اشاره می شود که RBW دارای گرانولومتری شکل غیر گرد است که می توان از چسبندگی با ماتریس سیمانی استفاده کرد.

شکل 1. ضایعات آجر نسوز (RBW).

شکل 2. ترکیب شیمیایی RBW.

ترکیب شیمیایی RBW مورد استفاده در این کار به شکل هیستوگرام در شکل 3 نشان داده شده است. قابل توجه است که آجر زیرکونیوم نه تنها زیرکونیا (40٪) بلکه سیلیس (حدود 12٪) دارد. اما این نوع آجر باید Zr% بیش از 30% داشته باشد. آجر زیرکونیومی مورد استفاده در این مطالعه، به دلیل فشردگی زیاد و داشتن تخلخل بسیار کم (کمتر از 1% طبق متون) نسبت به سایر آجرهای نسوز شناخته شده است (ریزساختار RBW در شکل 4 نشان داده شده است). طبق مطالعات قبلی، همچنین اشاره شد که ضایعات سرامیکی دارای واکنش پوزولانی مهمی هستند.

شکل 3. توزیع اندازه ذرات NS و RBW.

شکل 4. تصاویر SEM از RBW.

2.2. ترکیب ملات های مورد مطالعه

ملات های خود تراکم (SCMs) از ترکیب بتن خود متراکم با استفاده از روش طراحی ملات معادل بتن ساخته شده اند. جدول 2 جزئیات مخلوط ملات کنترل (SCM0) و انواع دیگر را نشان می دهد که با جایگزینی شن و ماسه توسط RBW در دوزهای (0، 10، 30، 50 و 100 درصد وزنی) به دست آمدند. نسبت آب به چسب مورد استفاده ثابت نگه داشتن (W/B = 0.30) و نسبت سیمان ریز نیز ثابت نگه داشتن (F/C = 0.10) است. پروتکل اختلاط برای همه مخلوط های ملات ثابت نگه داشته شد.

2.3. روش های آماده سازی و آزمایش نمونه ملات

2.3.1. خواص تازه

پس از هر آماده سازی، سیالیت ملات تازه تهیه شده برای اطمینان از قطر جریان مینی اسلامپ مناسب برای بتن خود متراکم مطابق با RFNARC (2002) ارزیابی شد. برای خواص سخت شده ملات، نمونه های منشوری (40 × 40 × 160 میلی متر مکعب) برای هر مخلوط ساخته شد. یک روز پس از ریخته‌گری، نمونه‌ها در آب با دمای 1±21 درجه سانتی‌گراد نگهداری شدند.

2.3.2. خواص سخت شده

خواص فیزیکی (دانسیته ظاهری) و مکانیکی (مقاومت خمشی و فشار تک محوری) ملات های مورد مطالعه تعیین شد. آزمایش خمش سه نقطه ای و فشرده سازی تک محوری در روزهای 2، 7، 14 و 28 بر روی نمونه های ذخیره شده آب انجام می شود. آزمایش خمش سه نقطه ای بر روی نمونه های منشوری بر اساس ASTM C348 (2002) انجام شد. نیمی از نمونه ها با استفاده از پرس هیدرولیک با ظرفیت 3000 کیلونیوتن بر اساس استاندارد ASTM C349 (2002) تحت تنش فشاری قرار گرفتند.

3. نتایج و بحث

3.1. سیال بودن ملات ها

سیالیت ملات توسط مینی مخروط آزمایش شده و نتایج در شکل 5 آورده شده است. بر اساس این شکل، همه ملات های مورد مطالعه سیالیت مناسب برای ملات های خود متراکم را نشان می دهند. با این حال در مقایسه با SCM0، کاهش سیالیت ملات ها با جایگزینی ماسه توسط RBW ثبت شده است. این را می توان با استفاده از RBW توضیح داد که دارای شکل متفاوتی در مقایسه با ماسه طبیعی است.

شکل 5. سیالیت ملات مورد مطالعه

3.2. جرم ظاهری و تخلخل ملات

شکل 6 تکامل چگالی ظاهری را به عنوان تابعی از جایگزینی ماسه توسط RBW در سنین مختلف پخت (3، 7، 14 و 28 روز) نشان می دهد. خاطرنشان می شود که همه ملات های مورد مطالعه بدون در نظر گرفتن زمان عمل آوری، چگالی ظاهری یکسانی دارند. جایگزینی شن و ماسه با آجر نسوز تأثیر زیادی بر چگالی ظاهری ملات ندارد زیرا ماسه و RBW تقریباً جرم خاصی دارند.

شکل 6. چگالی ظاهری ملات های مورد مطالعه.

3.3. مقاومت فشاری و خمشی

تکامل مقاومت خمشی و فشاری برای همه ملات های مورد مطالعه در سنین مختلف عمل آوری در شکل 7 نشان داده شده است. با توجه به نتایج، مشهود است که مقاومت مکانیکی به عنوان تابعی از سن پخت برای همه ملات ها افزایش می یابد. این را می توان با محصولات هیدراتاسیون سیمان توضیح داد. با این حال، بسته به زمانی که RBW توسط جایگزینی ماسه استفاده می شود، استحکام خمشی کمی کاهش می یابد (شکل 7(a)). در مقابل، استحکام فشاری با جایگزینی شن و ماسه در هر سنی که باشد کاهش می یابد (شکل 7(a)). همچنین لازم به ذکر است که این کاهش مقاومت در مقایسه با ملات مرجع SCM0 اندک است. ملات حاوی 100% RBW می تواند مقاومت فشاری 35 مگاپاسکال را در مقایسه با ملات ماسه طبیعی که دارای استحکام 46 مگاپاسکال است ایجاد کند.

شکل 7. مقاومت فشاری (الف) و خمشی (ب) همه ملات های مورد مطالعه.

4. نتیجه گیری

هدف از این مطالعه استفاده و بازیافت ضایعات آجر نسوز در فرمولاسیون ملات های خود متراکم به عنوان یک سنگدانه ریز با جایگزینی ماسه (جزئی یا کلی) بود. یک مطالعه تجربی به منظور ارزیابی خواص تازه و سخت شده ملات های خود تراکم (SCMs) با جایگزینی ماسه توسط ضایعات آجر نسوز در نسبت های مختلف (0، 10، 30، 50 و 100 درصد وزنی) انجام شد. می توان نتیجه گرفت که؛

• جایگزینی ماسه توسط RBW کمی سیالیت ملات های خود متراکم را کاهش داد. با این حال، سیالیت ثبت شده برای ملات های حاوی 100% RBW را می توان با افزودن چند مقدار فوق روان کننده بهبود بخشید.
• برای تمام سنین پخت، جایگزینی شن و ماسه با RBW تأثیر زیادی بر چگالی ظاهری ملات ندارد زیرا ماسه و RBW تقریباً یک جرم خاص دارند.

مقادیر مقاومت خمشی ملات ها یکسان است و تحت تأثیر جایگزینی ماسه قرار نمی گیرد. در 100% جایگزینی ماسه توسط RBW ملات با مقاومت خمشی 7 مگاپاسکال به دست آمد.

جایگزینی 100% ماسه با RBW باعث کاهش جزئی در مقاومت فشاری شده است. مقاومت ملات های پایه RBW (100% RBW) 35 مگاپاسکال است و برای ساخت و ساز مناسب است.

منابع:

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/23311916.2017.1360235