استفاده از سرباره فولاد در ساخت بتن
5008
۷ بهمن ۱۳۹۸
ایران اسلگ
18409 یازدید
0 دیدکاه
دسته بندی: سرباره فولاد
امتیاز 1/8
استفاده از سرباره فولاد در ساخت بتن

کاربرد سرباره فولاد

کاربرد ضایعات ناشی از فرآیند های گوناگون صنعتی برای به دست آوردن محصولات مختلف از جنبه های گوناگون حائز اهمیت است.

کمک به حفظ و نگه داری منابع غیر قابل جایگزین، کاهش آلودگی های زیست محیطی و بازیابی انرژی های صرف شده در طی تولید این ضایعات، از اهداف مورد نظر در کاربرد این مواد به شمار میرود. سرباره ها محصول جانبی تولید فلزات هستند که اغلب در حجم وسیعی در زمین های اطراف کارخانه های تولید فلزات دپو می شوند که فضای زیادی را اشغال می کنند.
در کارخانه های صنعت آهن، دو نوع سرباره تولید میشود:

سرباره کوره بلند

سرباره کوره بلند ترکیبی غیرفلزی است که دارای سیلیکاتها و آلومینوسیلیکاتهای کلسیم و سایر عناصر بازی است. و در کوره بلند به همراه آهن به صورت مذاب تولید میشود.

سرباره فولادی

سرباره فولادسازی ترکیبی غیرفلزی است که دارای سیلیکاتهای کلسیم، فریتهای کلسیم و اکسیدهای آهن، آلومینیوم، منگنز، کلسیم و منیزیم است. که به طور همزمان با فولاد تولید میشود.

مطالعات گسترده ای در زمینه استفاده از سرباره بصورت پودر، بعنوان جایگزین سیمان در فرایند تولید و یا بعنوان ماده پوزوالنی صورت گرفته است. اما در این تحقیق نتایج امکان سنجی کاربرد سرباره کارخانه فولادمبارکه اصفهان، به عنوان سنگدانه درشت، در بتن برای ساخت مخلوط های بتن پرمقاومت (مقاومت فشاری بالای ۱۵ مگاپاسکال) ارائه شده است.

تاریخچه

فهامی و همکاران در سال ۱۳۵۳ در اداره کل آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک استان اصفهان بر روی خواص بتن تولید شده با سرباره تحقیقی انجام دادند. طبق بررسی آنها، با توجه به آزمایشهای مرغوبیت مصالح صورت گرفته، نتایج آزمایش محدوده مجاز آیین نامه بتن ایران و استاندارد ملی به شماره ۲۵۱ را دارا می باشد.

همچنین از لحاظ دوام در برابر عوامل جدی و مقاومت در برابر سایش مصالح سرباره ای مقاومت بیشتری نسبت به مصالح سنگی دارند. آنها همچنین دارا بودن مقاومت بیشتر از ۱۲ مگاپاسکال برای بتن تولیدی از سرباره ها را گزارش داده اند.
Chunlin Liu و همکاران در سال ۲۵۵۵ بر روی امکان سنجی ساخت بتن با سرباره فولاد تحقیق انجام دادند و نتیجه گرفتند که استفاده از سنگدانه سرباره ای در بتن از نظر مقاومت فشاری مطلوب است هرچند که مقاومت خمشی را نسبت به بتن معمولی اندکی کاهش می دهد اما جمع شدگی نسبت به بتن معمولی کمتر می شود.

کاربرد

با توجه به مقدار تولید بالای سالیانه سرباره در استان اصفهان و پتانسیل استفاده از آن، به شکل انبوه و صنعتی، در این تحقیق نتایج امکان سنجی کاربرد سرباره کارخانه فولاد مبارکه اصفهان، به عنوان سنگدانه درشت، در بتن برای ساخت مخلوط های بتن پرمقاومت ارائه شده است.

برای این منظور مخلوط هایی با ۱۱،۱۲،۱۵،۱۹ درصد حجمی سرباره جایگزین سنگدانه درشت در نسبت های آب به سیمان متفاوت (۵۰۱،۵۰۹۱،۵۰۹ )و همچنین جهت تعیین مشخصه های سرباره، تست مقاومت فشاری به عنوان مشخصه ی خواص مکانیکی و جذب آب نیم ساعته به عنوان شاخصی از نفوذپذیری و دوام بتن اندازه گیری شد.

مشخصات مصالح مصرفی

ساخت نمونه ها در آزمایشگاه مصالح ساختمانی فولاد مبارکه اصفهان صورت پذیرفته است. مشخصات مصالح مصرفی مورد استفاده در جدول زیر آورده شده است.

جدول ۱ : مشخصات مصالح مصرفی

طرح های اختلاط

در ابتدا به دنبال یافتن درصد حجمی، جایگزینی مناسب سرباره فولاد سازی بجای سنگدانه معمولی بودیم. به دلیل چگالی حدود ۱۱۵۵ کیلوگرم بر مترمکعب سرباره، جایگزینی کل درشت دانه (شن نخودی و بادامی) با سرباره و یا استفاده بیشتر از ۹۵ درصد حجمی سرباره در مخلوط، سبب بالا رفتن چگالی بتن تا ۲۷۵۵ کیلوگرم بر مترمکعب میشود. که در مقایسه با بتن معمولی با چگالی حدود ۲۹۵۵ کیلوگرم بر مترمکعب حدود ۱۵ درصد سنگین تر میباشد.

و لذا در طرح های ساخته شده این محدودیت لحاظ شده است. همچنین مقدار فوق روان کننده در طرح ها به میزانی بوده است که “اسالمپ” به عنوان شاخص روان بودن در محدوده ۵۲ تا ۵۸ سانتیمتر قرار گیرد. طرح های اختلاط ساخته شده در جدول ۲ آورده شده اند.

روش تعیین نسبت های اختلاط

روش تعیین نسبت های اختلاط در این مقاله روش حجم مطلق مطابق با ۵.ACI255 میباشد. در این روش حجم یک مترمکعب بتن برابر با مجموع حجم مصالح مصرفی شامل سنگدانه، آب، مواد سیمانی، بعلاوه حجم (درصد) هوای در نظر گرفته شده است. که با توجه به ماکزیمم اندازه سنگدانه، در نظر گرفته میشود.

در طرح های ۵ تا ۹ با ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان و عیار سیمان، تغییرات حجمی در سنگدانه ها برای رسیدن به مطلوب ترین درصد حجمی، با توجه به روانی و مقاومت بتن، بررسی شده است.

در طرح های ۱ تا ۷ با ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان، عیار و درصد حجمی سنگدانه تاثیر نوع سیمان مصرفی و در طرح های ۸ تا ۱۲ تاثیر نسبت آب به سیمان و عیار در درصد حجمی ثابت سنگدانه مورد بررسی قرار گرفته است.

لازم به ذکر است که در طرح های ۱ تا ۷ برای تقویت فاز خمیر سیمان و در طرح ۵ برای بررسی میزان اثرگذاری بر روی مقاومت فشاری و جذب آب نیم ساعته بتن، از میکروسیلیس هم استفاده شده است.

جدول ۲ : طرح های اختلاط

روش اختلاط، نمونه گیری و عمل آوری

نمونه گیری

نمونه ها در آزمایشگاه مصالح ساختمانی شرکت فولاد مبارکه مطابق استاندارد ملی ایران به شماره ۱۸۵ (روش ساختن و بعمل آوردن نمونه های بتنی درآزمایشگاه برای آزمونهای فشاری و خمشی) ساخته و عمل آوری شده اند.

روند ساخت طرح های اختلاط بدین گونه بوده است که در ابتدا مصالح سنگی در میکسر ریخته می شود و به مدت ۱۵ ثانیه اختلاط صورت میگیرد. در ادامه آب و مواد سیمانی به داخل میکسر ریخته و اختلاط به مدت ۵۵ دقیقه انجام میشود. سپس آزمایش اسالمپ به عنوان شاخصی از روان بودن بتن تازه و قابلیت پمپ شدن بتن ساخته شده، صورت گرفته است و در ادامه قالب گیری آزمونه ها انجام شده است.

قالب گیری در آزمونه های استوانه ای استاندارد بوده است و بعد از گذشت ۲۹ ساعت از ساخت آزمونه ها قالب برداری و قرار دادن در ظرف حاوی آب و آهک به مدت ۲۸ روز انجام شده است.

عمل آوری

برای هر طرح اختلاط، سه آزمونه برای اندازه گیری مقاومت فشاری و سه آزمونه برای آزمایش جذب آب نیم ساعته قالب گیری شده است. و میانگین نتایج آنها در جدول زیر ذکر شده است.

برای آزمایش جذب آب نیم ساعته مطابق استاندارد ۵۲۲ Part:5882 BS، آزمونه ها پس از عمل آوری ۷۲ ساعت داخل آون با دمای ۵۵۱ درجه سانتیگراد قرار داده شدند. و پس از سرد شدن توزین، سپس به مدت ۱۵ دقیقه در آب قرار گرفته و دوباره توزین شدند.

بحث در مورد نتایج به دست آمده

جهت بررسی طرح های اختلاط آزمایش اسالمپ به عنوان شاخص روانی، آزمایش مقاومت فشاری آزمونه ها در سن ۲۸ روز، به عنوان شاخص خاصیت مکانیکی، و آزمایش جذب آب نیم ساعته به عنوان شاخص دوام بر روی آزمونه های استوانه ای استاندارد صورت پذیرفت. نتایج حاصل به همراه چگالی میانگین هر طرح در جدول زیر آورده شده است.

برای آزمایش مقاومت فشاری کلاهک گذاری با گوگرد صورت پذیرفته است. همچنین سرعت بارگذاری آزمونه های بتنی برای آزمایش مقاومت فشاری، بر مبنای استاندارد ملی ایران، به شماره ۱۲۵۱ (تعیین مقاومت فشاری آزمونه های بتنی) باید در محدوده ۵/۹ ± ۵/۱ مگاپاسکال در ثانیه باشد.

برای تمامی آزمونه ها، ۲ کیلوگرم بر مترمربع در ثانیه، معادل ۵۰۲ مگاپاسکال در ثانیه بوده است.

جدول ۳ : نتایج طرح های اختلاط

نتایج طرح های اختلاط

روند تغییرات مقاومت فشاری طرح های ۵ تا ۹ با افزایش درصد حجمی سنگدانه درشت سرباره ای در شکل ۱، نمایش داده شده است. بیشترین مقاومت فشاری مربوط به درصد جایگزینی ۱۲ درصد حجمی سرباره بجای درشت دانه می باشد.

بیشتر از این مقدار ضمن افزایش وزن، مقاومت فشاری را کاهش میدهد. ضمن اینکه با توجه به سطح زبر و حفره دار سنگدانه های سرباره ای، و اندازه درشت دانه بادامی سرباره (۵ اینچ مانده روی الک) دانه بندی نیز مطلوب نمیشود.

در بتن تازه، آب انداختگی و عدم همگنی کامل ایجاد می شود. تنها حسن استفاده از درصد حجمی سنگدانه سرباره بالاتر از ۲۱ درصد کاهش نیاز به خمیر سیمان است. که با توجه به کاهش سطح مخصوص سنگدانه ها در مخلوط به وجود می آید.

 

شکل ۱ : مقایسه مقاومت فشاری درصد جایگزینی های سرباره

مقایسه مقاومت فشاری

درصد های جایگزینی مختلف سرباره، درصد جذب آب نزدیک به یکدیگری را نتیجه داده اند. در شکل ۲ مقایسه ای بین جذب آب نیم ساعته طرح های ۵ تا ۹ مشاهده میشود.

جذب آب نمونه های بتنی شاخصی از مقدار نفوذ پذیری آنها میباشد. هرمقدار که درصد جذب آب نمونه بتنی کمتر باشد، مقدار نفوذ پذیری و در نتیجه احتمال ورود مواد مهاجم به داخل بتن و خرابی های ناشی از آن نیز کمتر میشود. همچنین دوام سازه بالاتر می رود.

جذب آب بتن وابسته به عوامل متعددی از جمله نسبت آب به سیمان، عیار سیمان، درصد جایگزنی مواد پوزوالنی، نحوه تراکم و … می باشد. برای طرح های ۵ تا ۹، با توجه به یکسان بودن نسبت آب به سیمان، عیار سیمان و روند مشابه برای تراکم و قالب گیری نزدیک بودن مقدار جذب آب نیم ساعته عجیب به نظیر نمیرسد. با توجه به نتایج حاصله، طرح های ساخته شده دارای درصد جذب آب مناسبی هستند و برای بررسی بیشتر دوام نمونه های بتن حاوی سنگدانه سرباره ای، نیاز به تست های تکمیلی همانند RCPT می باشد.

 

شکل ۲ : مقایسه درصد جذب آب طرح های ۱ تا ۴

مقایسه درصد جذب آب

در ادامه برای بررسی تاثیر سازگاری نوع سیمان مصرفی با سنگدانه سرباره، و با درصد حجمی جایگزینی ۲۱ درصد سنگدانه سرباره ای بجای شن طرح های ۱ تا ۷ ساخته شدند. برای تقویت فاز خمیر سیمان در این سه طرح از میکروسیلیس سمنان نیز استفاده شد. دلیل آن این بوده است که در ۹ طرح اول شکست آزمونه، از خمیر سیمان بوده است.

برای بالا بردن استحکام فاز خمیر و مقایسه بهتر میکروسیلیس نیز استفاده شده است. همچنین عیار ۹۱۵ کیلوگرم و نسبت آب به سیمان این طرح ها، ۵۰۹ انتخاب گردید. همانطور که در شکل ۱ مشاهده میشود، تمامی طرح ها مقاومت بالای ۱۵ مگاپاسکال را دارا می باشند. طرح ساخته شده با هر سه نوع سیمان، نتایج تقریبا مشابهی دارند.

سنگدانه سرباره ای را می توان با هر سه نوع استفاده کرد. سیمان های بررسی شده، سه نوع سیمان متداول مورد استفاده در پروژه های ساختمانی استان اصفهان می باشند.

شکل ۳ : تاثیر نوع سیمان در بتن حاوی سنگدانه سرباره ای

تاثیر نوع سیمان در بتن

در طرح های ۸ و ۳ که درصد حجمی سنگدانه، مشابه با طرح ۲ (۲۱ Slag) میباشد. سیمان مصرفی به ترتیب ۲۸۵ و ۱۲۵ کیلوگرم بر مترمکعب استفاده شده است. با توجه به اینکه با کاهش عیار سیمان، روانی مخلوط تحت تاثیر قرار می گیرد، برای رسیدن به اسالمپ ۵۲ تا ۵۸ سانتیمتر نیاز به نسبت آب به سیمان بیشتری نسبت به طرح ۲ می باشد.

به همین جهت از نسبت آب به سیمان ۵۰۱ استفاده شده است. همانطور که در شکل ۹ مشاهده می شود. با کاهش عیار سیمان از ۹۵۵ به ۱۲۵ و در ادامه ۲۸۵ مقاومت فشاری کاهش می یابد ولی با این حال طرح ساخته شده با عیار ۲۸۵ کیلوگرم بر مترمکعب مقاومت فشاری بالای ۱۵ مگاپاسکال را دارا می باشد. اسالمپ هر سه طرح با افزودن فوق روان کننده کافی بالای ۵۲ سانتی متر نگه داشته شده است.
ولی با کاهش عیار تمایل به اسالمپ ریزشی افزایش می یابد. همچنین به نظر می رسد با افزودن میکروسیلیس و یا کاهش نسبت آب به سیمان میتوان به طرح با عیار ۱۲۵ کیلوگرم بر متر مکعب میتوان به مقاومت بالای ۱۵ مگاپاسکال به راحتی دست یافت.

بررسی

برای بررسی این موضوع، طرح ۵ که کامل مشابه طرح ۳ (با عیار ۱۲۵ و درصد حجمی ۲۱ درصد سرباره) میباشد، ساخته شد. سپس مشاهده شد که مقاومت بالای ۱۵ مگاپاسکال بدست می آید. ولی برای رسیدن به اسالمپ ۵۲ که قابلیت پمپاژ برای طرح وجود داشته باشد، نیاز به استفاده از فوق روان کننده بیشتری است. که این امر سبب بالا رفتن هزینه طرح می شود که نیازمند توجیه اقتصادی جهت استفاده می باشد.

همچنین برای بررسی تاثیر مستقیم میکروسیلیس در بتن حاوی سنگدانه سرباره ای در طرح های ۵۵ و ۵۲ با ثابت نگه داشتن عیار، نسبت آب به سیمان و درصدهای حجمی سنگدانه مصرفی به ترتیب ۵۵ و صفر درصد وزنی سیمان میکروسیلیس استفاده شده است. همانگونه که انتظار می رفت و در تحقیقات انجام شده توسط سایر محققین هم بررسی شده است. با استفاده از میکروسیلیس، شاهد افزایش مقاومت فشاری و کاهش جذب آب بوده ایم.

شکل ۴ :تاثیر عیار سیمان در بتن حاوی سنگدانه سرباره ای

نتیجه گیری
با توجه به آزمایشهای انجام شده که نتایج آن در جداول و شکلها آورده و مقایسه شده اند؛ نتایج زیر بدست می آید:
استفاده از سنگدانه سرباره ای برای ساخت نمونه های با مقاومت فشاری بالا (بالای ۱۵ مگاپاسکال)، بطوریکه قابلیت پمپ شدن داشته باشد، و از نظر اقتصاد هم مقرون به صرفه باشد، به راحتی قابل حصول است.
استفاده از درصد حجمی ۲۱ درصد سرباره جایگزین شن، بهترین نتیجه از نظر خواص مکانیکی و دوام نتیجه می دهد. درصد جذب آب نمونه های حاوی سنگدانه سرباره ای، با درصد های مختلف، جایگزینی با عیار ۹۵۵ کیلوگرم بر مترمکعب، و نسبت آب به سیمان بین ۵۰۹۱ تا ۵۰۷۱ برابر ۲۰۵۷ درصد است. با توجه به این تست، مطلوب به نظر میرسد ولی نیازمند تست های تکمیلی است که توسط مولفین این مقاله در حال انجام و بررسی میباشد.
ساخت بتن حاوی سنگدانه سرباره ای با انواع مختلف سیمان متداول در استان اصفهان مناسب است و نتایج تقریبا مشابهی را نتیجه میدهد.
با استفاده از عیار ۱۲۵ کیلوگرم بر مترمکعب و نسبت آب به سیمان ۵۰۹ می توان به مقاومت بالای ۱۵ مگاپاسکال با استفاده از سنگدانه سرباره ای دست یافت. به گونه ای که (با توجه به اسالمپ بدست امده) قابل پمپ کردن نیز باشد.

! شما میتوانید برای سفارش سرباره های مرغوب شرکت ایران سرباره از بخش تماس باما، با ایران سرباره در ارتباط باشید

بیشتر بخوانید

سرباره، استفاده از سرباره کوره بلند
سرباره، استفاده از سرباره کوره بلند

سرباره کوره بلند محصول فرعی در تولید آهن خام از سنگ معدن و کک می باشد که نوع گرانوله شده آن به دلیل داشتن حالت آمورف از لحاظ خواص هیدرولیکی فعالتر از نوع کریستالی بوده و لذا امکان استفاده از آن در صنعت سیمان وجود دارد. هدف از این کار تجربی بررسی خواص...

۷ بهمن ۱۳۹۸ | 18270 بازدید | 0 دیدگاه

بیشتر...

استفاده از سرباره فولاد در ساخت بتن
استفاده از سرباره فولاد در ساخت بتن

کاربرد ضایعات ناشی از فرآیند های گوناگون صنعتی برای به دست آوردن محصولات مختلف از جنبه های گوناگون حائز اهمیت است. کمک به حفظ و نگه داری منابع غیر قابل جایگزین، کاهش آلودگی های زیست محیطی و بازیابی انرژی های صرف شده در طی تولید این ضایعات...

۷ بهمن ۱۳۹۸ | 18410 بازدید | 0 دیدگاه

بیشتر...

سرباره چیست؟
سرباره چیست؟

در دو دهه اخير بحث بازيافت و استفاده مجدد از مواد کم ارزش و باطله در صنايع مختلف مورد توجه زيادی قرار گرفته است. چرا که با اين کار علاوه بر حل مشکل زيست محيطی آن عامل، به جنبه اقتصادی اين مسئله نيز توجه میشود. چنانچه میدانيم در کارخانه ذوب آهن، جهت جدايش...

۲۹ دی ۱۳۹۸ | 19973 بازدید | 0 دیدگاه

بیشتر...

تعامل بین سرباره فولاد و محیط زیست
تعامل بین سرباره فولاد و محیط زیست

در دنیای امروز، صنعتی ماندگار است که بتواند فعالیت خود را با حفظ محیط‌ زیست انجام دهد. در واقع توسعه پایدار به معنای حفظ محیط‌ زیست و اجرای استانداردهای بین المللی در این حوزه است. در نتیجه این اتفاق، می‌توان شاهد کاهش ضایعات و پسماندها، کاهش مصرف انرژی و...

۲۹ دی ۱۳۹۸ | 19523 بازدید | 0 دیدگاه

بیشتر...

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *