25871

مطالعه آزمايشگاهي برخي خواص مكانيكي و دوام ملات‌هاي ژئوپليمري بر مبناي سرباره مس، متاكائولن و سرباره كوره آهن‌گدازي

ارشد

مهندسي و مديريت ساخت

1399

3 مهر 1400

آقاي دكتر سيد سجاد ميرولد

مهندسي عمران

باتوجه به توليد ساليانه حجم زيادي از بتن در سراسر جهان و استفاده بي‌رويه از سيمان و در پي آن، انتشار گاز مخرب كربن دي اكسيد در اتمسفر، آلودگي‌هاي زيست محيطي فراواني از جانب اين صنعت پركاربرد مشاهده مي شود. انتخاب مواد جايگزين مناسب در بتن موضوعي پر اهميت است. بتن ژئوپليمري گزينه مناسبي براي جايگزين سيمان با پوزولان‌ها و مواد آلوميناسيليكاتي هستند. مواد پوزولاني به دليل داشتن خواص مفيد من‌جمله؛ كاهش هزينه، كاهش در حرارت هيدراتاسيون، ريزساختار متراكم‌تر و دوام بالاتر به طور گسترده‌اي در ساخت سيمان پرتلند مورد استفاده قرارگرفته‌اند. از ميان محصولات جانبي پوزولان‌ها، تمركز تحقيقات دانشگاهي در حوزه مواد ژئوپليمري عموماً بر روي خاكستر بادي بوده‌ است و كاربرد سرباره مس كمتر ديده‌ مي‌شود. عليرغم اين كه ايران سالانه سيصدوشصت هزار تن سرباره مس توليد مي‌كند، به‌جزء در موارد سندبلاست ، اين ماده كاربرد چشمگير ديگري ندارد. بنابراين، كاربرد اين ماده در بتن مي‌تواند يكي از راه‌كارهاي كاهش حجم انباشت آن در محيط زيست‌ باشد. با توجه به موارد مذكور، هدف از اين پژوهش، بررسي خواص مكانيكي و دوام ملات‌هاي ژئوپليمري بر مبناي دو پوزولان متفاوت سرباره كوره آهنگدازي و همچنين متاكائولن با جايگزيني متفاوت مقادير سرباره مس، مي‌باشد. در ابتدا، تاثير غلظت محلول سديم هيدروكسايد و روش عمل آوري بهينه به صورت آزمون و خطا در 14 طرح مخلوط اوليه مورد آزمايش قرارگرفت. با تحليل نتايج به‌دست آمده از مقادير مقاومت فشاري نمونه‌ها در شرايط عمل‌آوري مختلف مشخص گرديد كه غلظت 16 مولار به عنوان غلظت بهينه و عمل‌آوري در دماي 80 درجه سانتي گراد انتخاب‌گرديد. در نهايت، 9 طرح مخلوط اصلي طبق استاندارد، با اثر افزايشي ميزان سرباره مس، مورد بررسي قرارگرفتند. خصوصيات ملات ژئوپليمري با تاثير عوامل مذكور توسط آزمايش‌هايي نظير؛ مقاومت فشاري، مقاومت خمشي، مقاومت كششي، آزمايش تخلخل، جذب آب حجمي،آزمون مافوق صوت، مهاجرت تسريع شده يون كلرايد(RCMT) و آناليز ريزساختار توسط تصاوير ميكروسكوپي (SEM)، ارزيابي شد. نتايج مطالعه حاضر نشان داد كه جهت بيشينه شدن مقاومت مكانيكي در نمونه‌هاي ژئوپليمري حاوي متاكائولن، مقدار 10 درصد جايگزيني سرباره مس لازم است. با رعايت اين الزام، مقادير مقاومت مكانيكي از ملات سيماني شاهد، بيشتر است. همچنين، جهت بيشينه شدن مقاومت مكانيكي در نمونه‌هاي ژئوپليمري حاوي سرباره كوره آهن‌گدازي، مقدار 20 درصد جايگزيني سرباره مس لازم است. از طرف ديگر، بشينه نتايج امواج مافوق صوت با استفاده از 30 درصد جايگزيني سرباره مس در هر نمونه حاصل آمده است. بر اساس آزمون جذب آب، مقدار جذب آب نمونه ي سيماني، از نمونه‌هاي ژئوپليمري حاوي متاكائولن، مقداري كمتر بوده و تقريبا با نتايج جذب آب نمونه‌هاي ژئوپليمري حاوي سرباره كوره آهن‌گدازي، در يك ميزان قرار دارند

1400/10/20

An Experimental study of mechanical properties and durability of geopolymer mortars based on copper slag, metakaolin and smelting furnace slag

9/25/2022 12:00:00 AM

Due to the annual production of large volumes of concrete around the world and the indiscriminate use of cement and the subsequent release of carbon dioxide into the atmosphere, we have witnessed a lot of environmental pollution from this widely used industry. There are different types of cement substitutes and pozzolans that are used and considered by concrete manufacturers according to the conditions of mines and factories in each country, cost, availability, desired properties and type of application. Geopolymer concrete, which has a new technology and has been extensively researched and developed in recent decades, is a suitable option as well as a suitable alternative to cement or pozzolans. Pozzolanic materials have been widely used in many applications in the manufacture of Portland cement due to their beneficial properties including new cement matrices which include cost reduction, reduction in hydration heating, lower permeability, denser microstructure, higher durability, better chemical resistance, etc. Among the by-products of pozzolans, the focus of academic research in the field of geopolymeric materials has generally been on fly ash, and the use of copper slag is less common. Despite the fact that Iran annually produces three hundred and sixty thousand tons of copper slag, except in the case of sandblasting, this material has no significant use. Therefore, the application of this material in concrete can be one of the ways to reduce its accumulation in our environment. According to the above cases, the purpose of this study is to investigate the mechanical properties and durability of geopolymer mortars based on copper slag, smelting furnace slag and metakaolin. Initially, the effect of sodium hydroxide solution concentration was tested by trial and error in 13 initial mixture designs. Then the concentration of 16 M was selected as the optimal concentration and 13 main mix designs according to the standard were examined with the increasing effect of copper slag. The properties of geopolymer mortar with the influence of these factors have been evaluated by experiments such as compressive strength, flexural strength, tensile strength, microstructural microscopic images (SEM), nitrogen porosity, volumetric water absorption, accelerated chloride ion migration (RCMT). XRF and XRD of all materials were also prepared. The results of the present study showed that in order to maximize mechanical strength in metakaolin geopolymer samples, 10% replacement of copper slag is required. Also, in order to maximize the mechanical strength in geopolymer samples of smelting furnace slag, 20% replacement of copper slag is required. On the other hand, the results of ultrasonic waves indicate the optimal use of 30% replacement of copper slag in metakaolin and smelting furnace slag, which is inversely related to the compressive strength test. According to the water absorption test, the amount of water absorption of the cement sample is slightly lower than the geopolymer samples containing metakaolin and is almost equal to the water absorption results of the geopolymer samples containing the slag of the smelting furnace.

دوام , ژئوپليمر , خصوصيات مكانيكي

لثخحخمغئثق , ئخقفشقس