دانشگاه آزاد اسالمي واحد بناب عنوان تحقیق بتن گوگردی Sulfur concrete استاد راهنما : آقای دکتر سالمی تنظیم : مهدی ابراهیم زاده دانشجوی کارشناس ی ارشد عمران.
Download
Report
Transcript دانشگاه آزاد اسالمي واحد بناب عنوان تحقیق بتن گوگردی Sulfur concrete استاد راهنما : آقای دکتر سالمی تنظیم : مهدی ابراهیم زاده دانشجوی کارشناس ی ارشد عمران.
دانشگاه آزاد اسالمي
واحد بناب
عنوان تحقیق
بتن گوگردی
Sulfur concrete
استاد راهنما :آقای دکتر سالمی
تنظیم :مهدی ابراهیم زاده
دانشجوی کارشناس ی ارشد عمران – مهندس ی و مدیریت ساخت
بهار 94
تکنولوژی توليد بتن گوگردی و ساخت
با توجه باينکه کشور ما داراي معادن گوگرد فراوان بوده و همچنين حجم بسيار زيادي
گوگرد نيز از تصفيه گازهاي ترش بدست مي آيد ،ميتوان از سيمان گوگردي استفاده نمود.
تکنولوژي توليد اين سيمان چند دهه است که بدست کشورهائي مانند آمريکا و کانادا مي
باشد.
تمامي مواد الزم جهت توليد اين سيمان و همچنين قطعات الزم جهت ساخت ماشين آ االت
آن در داخل کشور تهيه مي گردد.
3
سيمان گوگردي سيماني است که از ترکيب گوگرد و مواد مضاف در يک
فرآيند حرارتي بدست مي آيد.
در صورت توليد سيمان گوگردي و مصرف آن در کارهاي آبي خصوصا"
سدسازي ،لوله هاي فاضالب ،کانالهاي آبياري ،شمعهاي بتني ،اسکله ها و
ديوارهاي ساحلي و ،...سهم بيشتري از توليدات سيمان کشور صرف کا ارهاي
ساختماني شده و از هزينه هاي احداث کارخانه هاي سيمان کاسته خواهد
شد .براساس محاسبات انجام شده سرمايه گذاري کارخانه هاي سيمان
گوگردي کمتر از 10درصد سرمايه گذاري کارخانه هاي سيمان معمولي است او
مدت زمان الزم براي ساخت و بهره برداري آن نيز يک چهارم ساخت کارخانه
هاي سيمان معمولي است که البته بايد گيرايي سريع و مقاومت باالي آن در
مقابل فشار را نيز به مزاياي آن افزود.
4
طبق گزارشات کارشناسان سيمان ،براي توليد هر تن سيمان
معمولي 125کيلو وات ساعت انرژي برقي الزم است .اگر ميزان
مصرف برق روزانه يک واحد مسکوني 5کيلو وات ساعت در نظر
گرفته شود ،ميزان برق روزانه مصرفي يک کارخانه سیمان به
ظرفیت 3000تن در روز ،معادل مصرف برق روزانه بيش از 75000
واحد مسکوني مي باشد .در صورتي که براي توليد سيمان گوگردي
از هر نوع سوختي مي توان استفاده نمود و بنابراين استفاده از
انرژي الکتريکي که براي کارخانه هاي سيمان ضروري است حذف
شده و مي توان آن را براي مصارف ديگري مورد استفاده قرار داد.
در صورت عدم تمايل به سرمايه گذاري جهت تاسيس کارخانه هاي
بزرگ ،مي توان اين محصول را در کارگاههاي کوچک نيز توليد نمود.
5
گوگرد
براي توليد سيمان گوگردي الزم است افزودني هاي را به ا
اضافه کرد و آن را به عمل آورد تا بتوان به صورت سيمان گوگردي
استفاده کرد و انجام اين عمليات به هر ظرفيت و در هر کارگاهي
امکان پذير است .براي مصرف سيمان گوگردي در داخل بتن دو اراه
وجود دارد :روش اول اين است که ابتدا سيمان را گرم کرده و پس
از رسيدن به حالت مذاب آن را به داخل مخلوط شن و ماسه گرم
شده مي افزائيم و در روش دوم آن را به صورت پودر جامد درآورده
و پس از گرم کردن شن و ماسه در داخل بتونير ،آن را به مخلوط
گرم شده مي افزائيم تا پس از دريافت حرارت الزم از مخلوط و
رسيدن به درجه حرارت معين به صورت مذاب درآمده و به تشکيل
مخلوط بتن گوگردي منجر شود.
6
فلزات و
به علت خاصيت چسبندگي سريع و بادوام اين سيمان به ا
غير فلزات مي توان آن را براي پوشش خارجي فلزات و غير فلزات به
کار برد و مانع از پوسيدگي و يا زنگ زدن آنها در برابر عوامل ج اوي
شد .به کارگيري سيمان گوگردي با توجه به مزاياي گوناگو ان آن
خصوصا" در مناطق ساحلي با ماسه بادي فراوان و يا مناطقي که
دچار کم آبي هستند ،ضروري است.
7
يكي از مواد تركيبي است كه از تركيب مصالح سنگي
و سيمان گوگردي بدست مي آيد وعلت سا ختمان
خا ص خود در خانواده ب ـتن ها قرار ميگيرد .به اين
ترتيب در بسي ـاري از موارد ميتواند به عنوان جانشين
مناس ـب براي (بتن یا سيمـ ـان پرتلند) مورد استفاده
قرار گيرد.
اين ماده تركيبي از مص ـالح سنگي ،گوگ ـرد ،فيلر و
مواد مضـ ـاف()SMZ or SRX
مي باشد.
8
خواص فيزيکي بتن گوگردي:
.1مقاومت زياد در برابر خوردگي در محيط هاي نمكي
و اسيدي
.2سر عت فوق العاده در حصول مقاو مت نهايي
.3مقاومت زياد در برابر خستگي
.4دوام خوب و خاصيت ارتجاعي
.5عدم نفوذ آب به داخل سطح نهائي
بتن گوگردی در اسید پس از سه سال
بتن معمولی دراسید پس از سه هفته
9
سطح نهائی بتن گوگردی
10
عوامل موثر در خواص مكانيكی بتن گوگردي:
الف :در صد گوگرد مصرفي
ب :ماده مضاف جهت عمل آوري گوگرد()Modifier
ج :كيفيت مصالح سنگي استفاده شده در تهيه بتن
ه :ويبره
11
فرموالسيون سيمان هاي گوگردي
بتن گوگردي محصول جديدي است كه با وجود اين كه ظاهري نهايي مانند
بتن حاصل از سيمان پرتلند دارد،اما طرز توليد ،نگهداري و استفاده از آن
متفاوت است .بتن هاي گوگردي يك عنوان كلي است كه براي مجموعه اي از
محصوالت استفاده مي شود كه از نظرنوع ونسبت تر كيبات استفاده شده
ً
متفاوت مي باشند .اين مواد كال جزء دسته مواد ترموپالستيك بوده كه
ازتركيبات گرمايي نوع خاص ي از گوگرد ،تركيبات معدني و افزودني هاي مورد
نياز بدست مي آيد و بطور كلي شامل اجزاء ذيل است:
12
سولفو ار
مواد متراكم ريزدانه و درشت دانه
مواد پركننده
مواد افزودني
13
مخلوط اوليه شامل حدود 15 - 25درصد سولفور ،حدود
25 -45درصد مواد متراكم ريزدانه و حدود 15 -10درصد نيز
مواد افزودني و fillerبه آن اضافه می کنند .نوع ،شكل و
درجه بندي مواد متراكم موجود در فرموالسيون بايد بنحوي
انتخاب گردد تا بتوان حداقل فضای خالی void
contentدر سيستم را ايجاد نمود.
14
بعد از انتخاب مواد متراكم ،پركننده هاي معدني و مواد افزودني
براي يك فرموالسيون موردنظر الزم است كه ميزان بهينه س اولفور در
فرموالسيون تعيين گردد .روش بدين منوال است كه نسبت حجمي
پركننده معدني ) (fبه سولفور ) (sیعنی f/sمشخص ي را در نظر
قرارگرفته و سپس با طراحي آزمايشات تجربي ميزان سولف اور جهت
فرموالسيون را بدست مي آوريم.
15
براي كار در محيط هاي خورنده آزمايش تغيير وزن مواد متراكم
ريزدانه و مواد متراكم درشت دانه موجود درفرموالسيون در تماس
مستقيم محيط موردنظر در درجه حرارت كار واقعي انجام مي پذيرد
.دستورعمل و حد مجاز براي حداكثر كاهش وزن مواد متراكم ريز
دانه و مواد متراكم درشت دانه در مدت 7روز غوطه وري درمحيط
مايع موردنظر در جدول شماره 1به ترتيب داده شده است:
16
جدول شماره -1آزمايش مقاومت خوردگي مواد متراكم در
فرموالسيون
مواد
مواد متراکم درشت دانه
مواد متراکم ریز دانه
17
اندازه دانه
حداکثر کاهش وزن
%
+3 mm
2.5
-3 mm
5.5
ً
انتخاب هر كدام از مواد متراكم ،پركننده و خصوصا
مواد افزودني و نسبت اين مواد در فرموالسيون بايد
به نحوي صورت گيرد تا محصول نهايي از قابليت
مناسب برخوردار بوده و داراي خواص فيزيكي،
شيميايي و مكانيكي خاص جهت كاربرد موردنظر باشد.
18
19
20
21
22
نقش مواد مضاف ( )Modifier
سريع به
اين مواد براي اصالح خواص گوگرد(تمايل گوگرد به بازگشت ا
حالت پايدار كه شكننده ميبا شد)بكار ميرود .اين مواد از جنس
پليمر هيدروكربن اولفيني مي باشند .نوع ايراني اين مواد SMZ
است كه اختراع سيد محمد ضرغامي مخترع ايراني مي باشد .نوع
خارجي اين مواد SRXاست كه اختراع A.H.Vroomمخترع
كانادايي مي باشد.
23
بتن گوگردي اصالح شده
توليد بتن هاي خاص جهت مصارف ويژه از مباحث موردتوجه از جنبه هاي علمي و كاربردي
بوده و از ارزش اقتصادي قابل توجه برخوردار است .اصالح بتن مبتني بر اصالح ساختار
سيمان بوده بنحوي كه با استفاده از مواد افزودني خاص در حين اختالط بتوان خواص
مورد نظر را در محصول نهايي ارتقاء بخشيد.
بتن هاي گوگردي به تنهايي و بدون افزودني هايي كه به منظور بهبود خواص آن در فرموالسيون
ً
منظور مي گردد از كارايي چنداني خصوصا بعنوان ماده مقاوم در محيطهاي اسيدي و
نمكهاي شيميايي برخوردار نبوده لذا در فرموالسيون نهايي انواع افزودني وجود دارد كه
ً
عمدتا در راستاي پايداري آن در سيستم هاي فرساينده اضافه مي گردد .افزودني ديگري
در راستاي كاهش انباشتگي حين فشار انقباض حرارتي كه در اثناي سفت شدن بتن وجود
دارد ،در فرموالسيون منظور مي گردد .همچنين در راستاي حفاظت بتن حين سيكل هاي
متوالي انجماد – ذوب ( ) Freeze-Thowاستفاده از ماده افرودني مناسب از جمله
تمهيدات خاص ي است كه در ساخت بتنهاي گوگردي اعمال مي گردد.
با استفاده از تكنولوژي آرمه هاي اليافي ويژه ( )Reinforocementبتن هاي گوگردي از
قابليت تقويت به منظور ارتقاء سختي و بهبود قابليت جلوگيري از پيشرفت شكاف در بدنه
بتني برخوردار مي باشد .در بسياري از كاربردها تقويت با آرمه هاي اليافي استفاده گرديده
و از شبكه هاي فلزي كه خوردگي سيستم بتني در محيط هاي سولفوره را تسريع مي
نمايند بي نياز مي سازد.
24
منابع ذخيره اسيد
تيرهاي پيش ساخته و قطعات بتني
ساخت و يا ترميم سکوهاي بتني
25
ترميم جدولهاي کنار خيابان
خط کش ي خيابانها
ديوارهاي پيش ساخته
26
حوضچه هاي فاضالب
فونداسيون پيش ساخته از بتن گوگردي
ساخت و ترميم سازه هاي آبي
27
ساخت و يا ترميم پلهاي هوائي
روکش لوله هاي فاضالب
ساخت و ترميم اسکله ها
28
دستگاه تولید سیمان گوگردی
29
30
.1 عليرغم سيمان معمولی هيچگونه نيازی به آب ،جهت ساخت بتن ندارد.
.2 سرعت گيرش بتن گوگردی حدود يک ساعت می باشد در حاليکه سيمان معمولی 28روز به طول می
انجامد .
.3 کليه دستگاهها و تجهيزات در داخل کشور توليد شده و نيازی به خروج ارز ندارد .
.4 حدود 30سال است که اين سيمان در دنيا استفاده می شود ( آمريکا ،کانادا و )...و دارای استاندارد
ACIمی باشد .
.5 امکان بازيافت مجدد بتن گوگردی ( عليرغم بتنن های معمولی ) وجود دارد.
.6 کليه مواد اوليه و افزودنی ها ،همگی در داخل کشور تهيه می گردد .
31
.7 اين صنعت در واقع صنعت پاک و غير آالينده محسوب می شود و از مواد زائد صنعت
نفت استفاده می نمايد ،در حال حاضر مقادير زيادی گوگرد در پااليشگاهها انباشته شده
که بسيار مضر برای محيط زيست می باشد .
32
.8گيرايی بسيار سريع موجب تسريع اجرای کارهای عمرانی و کاهش هزينه می شود.
.9امکان استفاده از همه نوع مصالح موجود در منطقه جهت توليد اين بتن ( عليرغم بتن
معمولی ) وجود دارد.
.10با توجه به چسبندگی اين بتن به بتن معمولی و دوام آن در مقابل خوردگی امکان
استفاده وترکيب مشترک وجود دارد که سبب پايداری بتن می گردد
می
.11مقاومت باال در مقابل بسياری از خوردگی ها خصوصا" اسيدها را دارا
باشد.
.12مقاومت فشاری حدود دو برابر سيمان معمولی ( به مقياس مگا پاسگال ) است.
.13 مقاومت کشش ی و ضريب گسيختگی حدود 3برابر سيمان معمولی می باشد.
33
.14ضريب االستيسيته باالتر از سيمان معمولی است.
.15هدايت حرارتی پايين تر از سيمان معمولی می باشد.
.16تا دمای 80درجه سانتی گراد کامال" مقاوم می باشد ،بنابراين در فضای آزاد مشکلی
نخواهد داشت ،البته با پوشش ی از بتن معمولی می توان مقاومت حرارتی آن را معادل بتن
معمولی ساخت .
.17کاربرد بسيار وسيعی در کارهای آبی خصوصا" سازه های دريائی ،اسکله ،سد او ديوار
ساحلی دارد .
.18هزينه احداث کارخانه با ظرفيت مشابه کارخانجات سيمان معمولی حدود يک دهم می
باشد .
.19 انرژی برق مصرفی کارخانجات سيمان گوگردی حدود يک صدم کارخانجات سيمان
معمولی بوده و بيشتر از سوختهای فسيلی ،عمدتا" گاز (که مزيت نسبی کشور محسوب می
شود ) استفاده می گردد .
.20 الزم به ذکر است که اين بتن نه تنها معارض سيمان معمولی نمی باشد بلکه به دليل
مصرف زياد سيمان در کشور می تواند بعنوان مکمل سيمان معمولی در بازار مورد
استفاده قرار گيرد .
.21 کليه آزمايشات استاندارد مربوطه به اين بتن در داخل کشور انجام شده و نمونه های
کاربردی و دستگاههای پروتوتايپ توليد اين بتن نيز ساخته شده است .
.22 در مناطقی که استفاده از قير امکان پذير نمی باشد می توان برای جاده سازی از اين
بتن استفاده نمود ( نظير ساير نقاط دنيا ) .
34
.23 بعلت چسبندگی بسيار باالی اين بتن به فلزات ،می توان از آن به عنوان روکش
پلهای فلزی استفاده نمود ( آسفالتهای معمولی در مقابل حرارت و کشش مقاومت چندانی
ندارند ).
.24 با توجه به عايق بودن در مقابل رطوبت ،می توان از آن به عنوان ايزوالسيون
استفاده نمود .
35
Comparison with 62.0 MPa (5,000 psi) portland cement
concrete
PROPERTY
Compressive strength
Sulfur Concrete
greater
Flexural strength
greater
Splitting tensile strength
greater
Modulus of elasticity
greater
Compressive creep
less
Bond strength to reinforcing steel
greater
Bond strength to concrete
much greater
Coefficient of linear expansion
equivalent
36
Comparison with 62.0 MPa (5,000 psi) portland cement
concrete
PROPERTY
Sulfur Concrete
Thermal conductivity
lees
Durability under thermal cycling
equivalent or higher
Corrosion resistance
much greater
Fire resistance
slightly less
Fatigue resistance
much greater
Water permeability
much less
Abrasion resistance
much greater
37
Typical Physical Test Results
TEST DESCRIPTION
Sulfur Concrete MPa
(psi)
)9,000( 62.0
Portland Cement
)Concrete MPa (psi
)5,000( 34.5
Tensile strength
)1,080( 7.4
)380( 2.6
Modulus of rupture
)1,850( 12.7
)530( 3.65
Modulus of elasticity
x 104 4 - 3
)x 106 6 - 4(
x 104 3.7 - 2.8
)x 106 4 - 3(
Linear coefficient of
expansion/ºC (/ºF)
x 10-6 8.3
)x 10-6 4.6(
x 10-6 8.3
)x 10-6 4.6(
Density
kg/m³ 2,400
lb/ft³ 150
kg/m³ 2,400
lb/ft³ 150
Amount of binder
kg/m³ 297
lb/yd³ 500
kg/m³ 371
lb/yd³ 625
Compressive strength
38
نتايج آزمايش فيزيکی بتن گوگردي
ضريب انبساط خطی برابر
چسبندگی به بتن بسيار باالتر
چسبندگی با آرماتورا باالتر
خزش پائين تر
ضريب ارتجاعی باالتر
ايجاد ترک کشش ي باالتر
خاصيت ارتجاعی باالتر
ی باالتر
مقاومت فشار ا
39
مقايسه بتن گوگردی با بتن معمولی
مقاومت دربرابر سايش بسيار باالتر
نفوذ پذيریا بسيار کمتر
مقاومت در برابر خستگی بسيار باالتر
مقاومت در برابر آتش اندکی پائين تر
مقاومت در برابر خوردگی بسيار باالتر
دوام در چرخه حرارتی برابر يا باالتر
هدايت حرارت پائين تر
40
ACI 548.2R.88
Forming and reinforcement
.2.4.4Both wood and metal forms can be used.
Petroleum based form release agents should be
used on wall pours but are not necessary on
slab forms. When forming large surface areas
(I.e. walls) with reusable metal forms, they
should be preheated to prevent formation of a
skin of sulfur cement caused by flash setting of
the sulfur concrete when it contacts a cold form.
41
Forming and reinforcement
Sulfur concrete can be reinforced with grade 60
reinforcing steel (ASTM A 615, A 616, A 617,
and A 706) (modified sulfur does not react with
steel), epoxy coated reinforcing steel (ASTM A
775), or with glass fibers. Standard details for
steel in Portland cement concrete is
recommended for design with sulfur concrete.
42
.1آيا براي بتن گوگردي استاندارد وجود دارد؟
آري براي بتن گوگردي استاندارد ACIوجود دارد.
.2ميزان مصرف سيمان گوگردي در بتن گوگردي چه مقدار است؟
بين 25تا 30درصد بستگي به دانه بندي مصالح مصرف شده در بتن گوگردي دارد .درشت
دانه کمتر و ريزدانه بيشتر.
.3چه کشورهائي ميتوانند بتن گوگردي مصرف کنند؟
هر کشوري که داراي معادن گوگرد و يا توليد گوگرد از گازهاي ترش باشد و يا بتواند
گوگرد ارزان به کشور خودش وارد کند ميتواند آن را بعنوان سيمان گوگردي مصرف
نمايد و در کارهاي عمراني بکار بگيرد.
43
.4ساخت کارخانه سيمان گوگردي ارزان تر است يا کارخانه سيمان معمولي؟
ساخت کارخانه سيمان گوگردي بمنظور توليد سيمان گوگردي ارزان تر از کارخانه سيمان معمولي تمام
گوگردي در
ميشود ولي براي ساخت کارخانه سيمان گوگردي الزم است که گوگرد الزم براي توليد سيمان ا
محل وجود داشته باشد و يا هزينه حمل آن از لحاظ اقتصادي مناسب باشد تا قيمت سيمان گوگردي توليد
شده قابل رقابت با سيمان معمولي باشد و يا قيمت واردات آن نسبت به قيمت سيمان وارداتي اخت االف
مناسبي داشته باشد.
.5آيا در معادني که گوگرد وجود دارد ميتوانيم عالوه بر استفاده از گوگرد ،مصالح موجود در آن را نيز
در توليد بتن گوگردي استفاده نموده و بعنوان مصالح ساختماني آن را مورد استفاده قرار دهيم؟
اگر ميزان گوگرد موجود در معدن بين 25تا 30درصد باشد ميتوانيم آن را براي توليد مصالح بکار بگيريم و
اگر کمتر باشد بايد به آن گوگرد اضافه کنيم تا بتوانيم بعنوان مصالح مورد استفاده قرار دهيم و لي اگر
ميزان گوگرد موجود در معدن بيش از 30درصد باشد ميتوانيم مازاد آن را بيرون آورده و بصورت سيمان
گوگردي تبديل نموده در جاي ديگر مصرف کنيم .نوع مصالح موجود در معدن مثل شن و ماسه و خاک و نوع
و درصد هريک از آنها در مصالح معدن الزم است مورد بررس ي قرار گيرد تا کاربرد مصالح ساخته شده
مشخص شود.
44
.6آيا در سيمان گوگردي از سيمان معمولي هم استفاده ميشود؟
در تهيه سيمان گوگردي از سيمان معمولي استفاده نميشود.
.7آيا براي توليد بتن گوگردي از آب استفاده ميشود؟
براي توليد بتن گوگردي از سيمان گوگردي و مصالح بتني استفاده ميشود و نيازي به
اضافه کردن آب در اين نوع بتن نميباشد زيرا اين بتن از طريق گرم کردن مصالح بتني و
سيمان گوگردي و مخلوط کردن آنها با يکديگر بدست مي آيد.
.8نحوه توليد بتن گوگردی به چه صورت است ؟
در اين نوع بتن گرم کردن سيمان گوگردي سبب ميشود که گوگرد در درجه حرارت 120
درجه بصورت مذاب در آمده و سبب خميري شکل شدن مصالح بتني شود و پس از
اختالط کامل آن را در قالب ميريزند تا پس از سرد شدن محکم شده و شکل قالب را بخود
بگيرد.
45
.9آيا غير از شن و ماسه که در بتن مصرف ميشود ميتوانيم از مصالح ديگري که در يک
منطقه موجود است استفاده کنيم؟
در ساخت بتن گوگردي ميتوان از مصالحي نظير ماسه بادي ،پوکه ،خاک سنگ ،خاک رس،
سنگ الشه ،خرده سنگ ،ذغال سنگ و خرده چوب و نظاير آن استفاده نمود ولي
مشخصات بتن گوگردي توليد شده نظير مقاومت ،ميزان نفوذ آب ،وزن ،رنگ و غيره با
توجه به مصالح مصرفي تفاوت ميکند .با توجه به شرايط هر پروژه ،نوع مصالح مصرفي
جهت توليد بتن گوگردي قابل تغيير ميباشد.
.10از کجا ميتوان دريافت که مصالح توليد شده توسط بتن گوگردي را ميتوان
جايگزين مصالح توليد شده توسط بتن معمولي نمود؟
گوگردي را انجام
استاندارد تهيه شده براي اين بتن مقايسه کامل بين بتن معمولي و بتن ا
داده که الزم است به آن استاندارد مراجعه شود.
46
.11تاثير حرارت روي بتن گوگردي چيست؟
در صورت گرم کردن بتن گوگردي اين بتن در درجه حرارت 80درجه سانتيگراد به باال
بتدريج مقاومت خود را از دست ميدهد و در درجه حرارت 120درجه خميري شکل ميشود.
بهمين دليل چنانچه بخواهند آن را براي ساختمان بکار گيرند الزم است يک پوشش از بتن
معمولي يا گچ و يا سنگ روي آن بعنوان عايق کشيده شود.
47