16126

16126

سرباره فسفر فعال سازي شده با قليا به عنوان چسباننده پليمري معدني: توليد آزمايشگاهي و شناسايي

دكتري

شيمي

خرداد ماه 1395

خرداد ماه 1395

دكتر علي اله وردي

شيمي

چكيده هدف اصلي در اين پژوهش، توليد آزمايشگاهي و تعيين مشخصات و شناسايي چسباننده پليمري معدني حاصل از فعال‌سازي سرباره فسفر است. براي اين منظور، ابتدا سرباره فسفر با فعال¬ساز¬هاي مختلف فعال¬سازي گرديد و حسب نياز، شوره¬زدگي در فرمول¬هاي داراي شوره با استفاده از اعمال شرايط هيدروترمال و افزودن سيمان پر آلومينا كنترل شد. سپس با بررسي نتايج مقاومت فشاري و شدت شوره¬زدگي آزمونه¬هاي خمير و اثر دهي فاكتور قيمت، دو نوع فعال¬ساز مناسب انتخاب و چگونگي اثر آنها در فعال¬سازي سرباره فسفر با استفاده از داده¬هاي گرماسنجي بي‌دررو بررسي شد. در ادامه، فرمول بهينه فعال¬سازها براي ملات به دست آمد و تاثير شرايط عمل¬آوري بر فعال¬سازي قليايي سرباره فسفر، سينتيك واكنش فعال¬سازي، دوام آزمونه¬هاي ملات در محيط¬هاي اسيدي (اسيد كلريدريك و اسيد سولفوريك) با pH تقريبا برابر 2 بررسي گرديد. مقدار گرماي بي‌در‌رو حاصل از فعال¬سازي سرباره فسفر با NaOH و فعال-سازهاي مركب پايه NaOH+Na2CO3 و Na2CO3+Ca(OH)2 در مدت 72 ساعت به ترتيب برابر 250، 507 و J/g 213 بدست آمد. بر اساس نتايج به‌دست آمده، آزمونه¬هاي ملات بدست آمده با فعال¬سازهاي ارزان قيمت مركب پايه NaOH+Na2CO3 و Na2CO3+Ca(OH)2 بدون شوره¬زدگي بوده و به ترتيب داراي مقاومت فشاري 28 روزه 52 و MPa 55 بودند. همچنين شرايط عمل¬آوري تاثير مهمي بر ساختار مولكولي و ميكروسكوپي چسباننده توليدي و خواص مكانيكي آن نشان داد. سرعت واكنش فعال¬سازي از درجه 2 و مستقل از نوع فعال¬ساز تعيين گرديد، ولي مقادير انرژي فعال‌سازي ظاهري براي فعال¬سازهاي مركب پايه NaOH+Na2CO3 و Na2CO3+Ca(OH)2 به ترتيب برابر 6/35 و kJ.mol-1 7/60 به دست آمد. آزمايش¬هاي دوام نشان داد آزمونه¬هاي ملات حاصل از فعال¬سازي سرباره فسفر نسبت به آزمونه¬هاي ملات سيمان پرتلند در محيط اسيدي با سرعت كمتري دچار تخريب مي¬شوند. واژه‌هاي كليدي: سرباره فسفر، چسباننده پليمري معدني، فعال¬ساز، سينتيك، گرماسنجي.

1395/09/23

Abstract The main purpose of this study is to develop an​d characterize an inorganic polymeric binder by activating phosphorus slag. For this purpose, at first, phosphorus slag was activated using various activators an​d as needed, efflorescence was controlled by application of hydrothermal conditions an​d addition of high alumina cements. Then, based on compressive strength an​d efflorescence formation severity data of paste specimens an​d also taking into account the price factor, two of the most optimum compound activators including; NaOH+Na2CO3 an​d Na2CO3+Ca(OH)2 were selected for investigating their effects in activation process using adiabatic calorimetry data. In the next step, the optimal formulations of mortar for the two selected activators were developed an​d the influence of curing conditions on the activation of phosphorus slag, reaction kinetics, an​d durability of mortar specimens at pH 2 of hydrochloric an​d sulfuric acids were studied. The amount of adiabatic heat generated by the activation of phosphorus slag using NaOH, NaOH+Na2CO3 an​d Na2CO3+Ca(OH)2 activators for 72 h were 250, 507 an​d 213 J/g, respectively. Based on the obtained results, mortar specimens activated with the selected low-cost compound activators of NaOH+Na2CO3 an​d Na2CO3+Ca(OH)2 exhibited 28-day compressive strengths of 52 an​d 55 MPa, respectively, with no efflorescence formation. Curing conditions showed a significant effect on both molecular an​d microscopic structures of the binder an​d its mechanical properties. The order of activation reaction rate was determined as second an​d independent of the type of activator, but different apparent activation energies of 35.6 an​d 60.7 kJ.mol-1 were determined for NaOH+Na2CO3 an​d Na2CO3+Ca(OH)2 activators, respectively. Durability tests showed that activated phosphorus slag mortar specimens were deteriorated at a slower rate in acidic environment compared to Portland cement mortar specimens. Keywords: Phosphorus slag, Inorganic polymer binder, Activator, Kinetics, Calorimetry