مقاله استفاده از خاکستر پوسته برنج rhaدر تولید بتن

[m_shirin 279]

خاکستر پوسته برنج (RHA)، يک جايگزين ايده ال و شايسته براي سيمان

 

 

 

 

 

 

از مهم ترين محاسن بکار گيري خاکسترِپوسته برنج در توليد بتن، افزايش دوام بتن و مقاومت آن در برابر حملات مواد مخربِشيميايي است.

 

هرکدام از انواع ساخت و سازهاي فوق، در عصر حاضر در بسياري ازکشورها خصوصاً در کشور ايران، روندي رو به رشد داشته و خواهد داشت و اين يعنيافزايش مصرف مصالح ساختماني در جهان و در راس آنها مصالحي پرمصرف مثل بتن و فولادوسيمان. بنابراين افزايش سرمايه گذاري و افزايش مصرف سوخت در کارخانه هاي توليديمصالح را پيش رو خواهيم داشت. که در اين ميان فراين توليد بتن بدليل اينکه دارايبالاترين حجم توليد در بين تمام مصالح ساختماني در جهان است، اهميت بسيار بالاييدارد. پس بايد شرايط توليد، مواد اوليه، مواد ثانويه و مواد مضاف بتن و مهمتر ازهمه سيمان و جايگزين هاي مناسب براي آن در توليد بتن مورد مطالعه کاملاً علمي، فنيو مهندسي قرار گيرند، تا هم از نظر بهبود مشخصات بتن و افزايش مقاومت آن پيشرفتهايي حاصل شود و هم از نظر اقتصادي در هزينه ها صرفه جويي گردد. يکي از بهترينراهکارهاي موجود، يافتن جايگزينهاي مناسب براي سيمان مصرفي در بتن است و در اينزمينه استفاده از منابع و مصالح طبيعي و در راس آنها ضايعات ومواد اضافي کشاورزي ميتواند ايده بسيار کارآمد و پرثمري باشد.

در ايران و نيز در بعضي کشورها عمدهاستفاده اي که از مواد زايد کشاورزي مي شود، يکي بعنوان خوراک دام و ديگري بعنوانسوخت مصرفي در کارخانه هايي مثل کارخانه توليد آجر يا برنج کشي و... است و اينبخاطر ارزاني و راحتي دسترسي به اين مواد است. در بسياري موارد حتي ديده مي شود کهکشاورزان اقدام به سوزاندن اين مواد به ظاهر اضافي مي کنند. که اين امر هم آلودگيهاي زيست محيطي را در پي دارد وهم در مواقع بارندگي موجب اسيدي شدن آب و خاک کشاورزي و درنتيجه كاهش ميزان توليدات زراعي مي گردد.

اما در سالهاي اخير باپيشرفت سريع بشر در حوزه مسايل فني و اجرايي در بخش ساختمان سازي و با تحقيقات صورتگرفته در زمينه مصالح ساختماني و بکار گيري مواد طبيعي و تقويت و بهسازي مصالحساختماني مصنوعي، نوآوري ها و ابتکارات تازه و بسيار سودمندي صورت گرفته است. يکياز بهترين رهيافتها، سوزاندن و خاکستر کردن مواد زايد محصولات کشاورزي مثل پوسته وساقه برنج(توليد ساليانه 40000 تن در جهان)، پوسته و غلاف برگ ارزن هندي(sorghum ) يا همان نيشکر چيني، غلاف برگ گندم، تيغه برگ ذرت، برگ و ساقه گياه شاه پسند، ساقهدرخت نان (breadfruit )که بيشتر در مناطق استوايي آسيا مي رويد، باگاس( تفاله ساقهنيشکر)، برگ و ساقه آفتابگردان، قسمت داخلي گياه بامبو (bamboo) که در مناطق بادسترسي آب بالا مثل حاشيه دريا ها و درياچه ها و رودخانه ها و باتلاقها و ... رشدمي کند، ودر نهايت جايگزيني خاکستر حاصل از سوزاندن مواد فوق، البته در حدود سي تاچهل درصد، بجاي سيمان مصرفي در توليد بتن و در نتيجه افزايش ميزان سيمان توليدي وکاهش قيمت آن است. همانطور که بسياري از شما، خصوصاً عزيزان دست اندرکار امر ساخت وساز مطلعند، نوسان قيمت سيمان که در اکثر موارد روند افزايشي داشته است، در مقطعهاي زماني مختلف همواره مشکلات عديده اي را براي انجام صحيح و به موقع پروژه هايخرد و کلان سازه ايِ کشور بوجود آورده است. از طرف ديگر توليد و عرضه کافي و بموقعسيمان به بازار، در حدي که پاسخگوي نيازهاي ساخت و ساز کشور باشد، باعث مي شود کهمناطق شهري و روستايي دور افتاده کشور خصوصاً در مناطق با امکانات پايين(فاقدکارخانه هاي توليد سيمان) که در حال ساخت يا بازسازي هستند، براحتي و در اسرع وقتبه مصالح مورد نظر خود از جمله سيمان دسترسي پيدا کنند.

از سوختن موادزايدکشاورزي که متشکل از فيبر، مواد معدني مثل اکسيد آهن(fe2o3)، اکسيدآلومينيوم(al2o3) و مواد ديگري مثل سلولز، سيليس، پروتئين و چربي و ... هستند،خاکستري توليد مي شود که حاوي سيليس است که بسته به درجه حرارت سوختن، به صورتکوارتز، کرسيتو باليت(crystobalite) و ترديميت(tridymite) توليد مي شود. که درواکنش با آهک يک ترکيب چسبنده بنام سيليکات کلسيم توليد مي کند که اين محصول دربهبود مشخصات و مقاومت بتن ساخته شده تاثير عمده اي دارد. در بين محصولات کشاورزينامبرده بالا، پوسته برنج و باگاس يا همان تفاله ساقه نيشکر و ساقه برنج، باسوزاندن مقدار يکسان از آنهادر شرايط يکسان به ترتيب بيشترين مقدار خاکستر را توليدمي کنند که براي پوسته برنج حدود 22 درصد، باگاس حدود 15درصد و ساقه آن5/14 درصدوزن اوليه خاکستر توليد مي کنند. با سوزاندن هر تن پوسته برنج حدود 220 کيلو خاکسترتوليد مي شود که حدود 94 کيلو از اين مقدار خاکستر، سيليس است. البته ناگفته نماندکه مقدار سيليس توليد شده به دماي سوختن و طول مدت سوزاندن پوسته برنج بستگي دارد.

از طرف ديگر پوسته برنج بر خلاف ساقه برنج و باگاس براي خوراک دام آنچنان مناسبنيست. اين در حالي است که ساقه و پوسته برنج و باگاس از نظر توليد حرارت بعنوانسوخت در کارخانه هاي توليد شکر، توليد آجر و حتي پوسته برنج در پخت وپز خانگي و درکارخانجات برنج کوبي کاربرد زيادي دارند. گرماي حاصل از سوختن هر تن پوسته برنجمعادل گرماي آزاد شده از سوختن حدود 360 کيلو نفت سياه يا 480 کيلو گرم زغال است.

عمده کاربرد علمي و مهندسي خاکستر پوسته برنج در صنعت ساخت وساز اين است که،بصورت ماده پوزولاني در سيمان هاي ترکيبي و هيدروليکي حداکثرتا حدود 40 درصد وزنيجايگزين سيمان مي شود و با هيدراتاسيون آرام و حرارت هيدراته پايين، خصوصاً در بتنريزي هاي حجيم که نياز به کنترل درجه حرارت هيدراتاسيون مي باشد، کاربرد داشته و ازهمه مهمترکارايي و مقاومت بتن يا ملات سيماني را افزايش داده و هزينه توليد واجرايبتن ريزي را کاهش مي دهد. از طرف ديگر وزن مخصوص کمتر پوزولانها، در نهايت موجبافزايش حجم ماتريس سيماني مي شود. در سيمانهاي پوزولاني ابتدا سيمان و پوزولان رابا هم ترکيب کرده و آسياب مي کنند ولي در مورد بتنهاي حاوي rha بهتر است ابتداخاکستر آسياب شده و بعد با سيمان ترکيب گرددو در بتن بکار رود.

رفتار پوزولانيخاکستر پوسته برنج و واکنش شيميايي آن به ويژه در ترکيب باآهک بستگي به شکل سيليس وکربن موجود در آن و نيز درجه حرارت سوختن و زمان نگهداري در آن دما دارد. با افزايشدماي سوزاندن و زمان نگهداري بيش از حد استاندارد ( حدود 700 درجه سانتي گراد) نتيجه افزايش دما بر عکس مي شود. يعني افزايش دما باعث تاثيرات منفي در عملکرد rha مي شود. نبايد فراموش کرد که خاصيت پوزولاني ماده ذاتي است و در درجه اول بستگي بهترکيبات شيميايي و ساختمان کريستالي آنها دارد و عوامل فوق در مراتب بعدي از نظرتاثير گذاري در خواص پوزولاني مواد قرار دارند.

پيشينه استفاده از پوسته برنجدر بتن به سال 1924 م در آلمان بر مي گردد. در سالهاي 1955 و 1956 آقايان mc daniel و hough و barr در زمينه کاربرد اين مواد تحقيقات بيشتري انجام دادند و علي الخصوصعملکرد بلوکهاي ساخته شده با ترکيب سيمان و rha را مورد بررسي قرار دادند. که نتايجآزمايشات انجام شده حاکي از افزايش تاب فشاري نمونه نسبت به حالت بدون استفاده از rha بود. البته مقاومت نمونه در برابر سايش و قدرت رسانايي حرارتي آنها نيز موردبررسي قرار گرفت که نتايج بدست آمده بسيار مثبت و اميدوارکننده بود. شايان ذکر استکه از آن زمان به بعد همواره در کشورهاي مختلف جهان، در زمينه بکار گيري اين گونهمواد در توليد ترکيبات سيماني تحقيقات زيادي صورت گرفته و همايشها وگردهمايي هايمختلفي در سراسر دنيا هم برگزار شده است. و نتيجه اين گونه فعاليتها و تحقيقات،يعني حرکت بسوي توليد بتن و ماتريس هاي سيماني ارزان و در عين حال مقاوم.

شرايطسوزاندن پوسته برنج براي توليد خاکستر ايده ال:

تعيين دماي بهينه سوزاندن پوستهبرنج، با استفاده از نتايج آزمايش پراش سنجي اشعه ايکس و نيز آزمايش سنجش فعاليتدربرابر آهک صورت مي گيرد. بهترين و درعين حال اقتصادي ترين حالت براي توليد خاکسترمناسب، همگن،داراي حداکثر فعاليت پوزولاني و با کيفيت بالا از پوسته برنج، حالتياست که عمل سوزاندن آن در دماي بين 500 تا 650 درجه سانتي گراد و در مدت زمان حدوددو ساعت صورت گيرد. بر اساس آزمايشها و تحقيقات صورت گرفته مشخص شده است که اگردماي سوختن زير 500 يا بالاي 650 درجه سانتي گراد باشد، باعث بوجود آمدن سيليسهايبيشکل و غير بلوري مي شود. و از طرفي در دماهاي بالاتر هوا(اکسيژن) کافي براي سوختنکامل پوسته و توليد خاکستر با کارايي مناسب در محيط وجود نخواهد داشت. ونيز تخليهگازهاي مزاحم توليد شده در شرايط سخت تري انجام مي شود. بلوري يا غير بلوري بودنخاکستر توليد شده نيز به کمک اشعه ايکس و شيوه پراش سنجي مشخص مي شود. نکته ديگراينکه متناسب با افزايش دماي سوختن رنگِ خاکسترِ توليد شده سفيد تر و روشنتر خواهدبود. البته اگر در زمان سوختن هواي کافي در محل وجود نداشته باشد، رنگ خاکستر تيرهتر مي شود. تا جاييکه در دماي 900 درجه اگر سرعت سوختن بالا باشد و پوسته به درستينسوزد، خاکستر حاصل، سياهرنگ است.

در سوزاندن پوسته برنج، لازم است که هوايتازه حاوي اکسيژن بجاي دي اکسيد کربن توليد شده از سوختنِ rh وارد کوره شود، تا تهنشيني سيليس و بلوري شدن آنرا تنظيم نمايد. کوره هاي باريک که داراي مجاريتهويه(ورود اکسيژن و خروج دي اکسيد کربن و ساير گازهاي اضافي) باشند، که سرد شدنآرام و اصولي خاکستر را در پي داشته باشند، براي توليد خاکستر از پوسته برنجمناسبند. استفاده از کوره هاي غير استاندارد، بدليل عدم کنترل دماي سوختن و سرد شدنغير نرمال خاکستر توليدي و در نتيجه تشکيل بلورهاي با کارايي پايين، کاري غير فني وغير اصولي است. خارج کردن دي اکسيد کربن و دسترسي به هواي اکسيژن دار، باعث جداييبهتر مواد معدني پوسته از مواد سلولزي و ليگنين مي شود. و همين مساله کربن زداييخاکستر را کنترل مي کند.

خاکستر توليدي از پوسته برنج را قبل از بکار گيري آنآسياب مي کنند. اين کار بايد قبل از مخلوط کردن خاکستر با سيمان صورت گيرد. زيرااگر سيمان نيز آسياب شود، نرمتر مي شود و در نتيجه مصرف آب بيشتر شده و نهايتاًترکيب سيماني يا بتن حاصل کيفيت مطلوب و مورد نظر را نخواهد داشت. ولي در مورد rha برعکسِ سيمان، هر چه نرمتر باشد، آب مصرفي کمتر خواهد بود و چسبندگي ملات بيشترخواهد بود. هر چه نسبت آب به مخلوط سيمان و خاکستر در محدوده استاندارد کمتر باشد( نزديک به حداقل مقدار مجاز) تاب فشاري ترکيب سيماني حاصل، بيشتر خواهد بود.

ازمهم ترين محاسن بکار گيري خاکسترِ پوسته برنج در توليد بتن، افزايش دوام بتن ومقاومت آن در برابر حملات مواد مخربِ شيميايي است. مزيت ديگر اينکه ملات يا بتنساخته شده با rha نسبت به انواع ساخته شده با سيمان پرتلند تنها(بدون خاکستر) دارايمقاومت بالاتري در برابر شرايط محيطي اسيدي است. بر اساس آزمايشات صورت گرفته، افتوزني بتن ساخته شده با rha در محلول اسيد سولفوريک و اسيد کلريدريک به ترتيب 13 و 8درصد است در حالي که بتن ساخته شده با سيمان پرتلند، در برابر اسيدهاي فوق به ترتيبدر حدود 27 و 35 درصد کاهش وزن دارد. شايان ذکر است که اسيد کلريدريک باعث حفره ايشدن و خوردگي بتن معمولي( بدون خاکستر) مي شود در حالي بر روي بتن حاوي خاکستر پساز رسيدن به مقاومت 72 روزه بي تاثير است.

بتني را که در توليد آن از خاکسترپوسته برنج استفاده شده، به روشهاي مختلف عمل آوري مي کنند._ عمل آوري به روشکاريبين(carbbean): که در اتاق با دماي بين 29 تا 31 درجه سانتي گراد و رطوبت نسبيبين 77 تا 83 درصد انجام مي شود. _ عمل آوري به روش استاندارد: در اتاق با دماي 20تا 21 درجه و رطوبت نسبي 92 تا 98 درصد._ روش تسريع شده که بيشتر براي قطعات پيشساخته بکار مي رود. _ عمل آوري در محيط خارجي حفاظت شده( اتاق داغ): با دما و درصدرطوبت متفاوت و افزايش تدريجي دما و رطوبت نسبي محل محافظت شده. _ عمل آوري داخليدر شرايط نسبتاً ثابت با دماي حدود 19 درجه و رطوبت نسبي 55 تا 65 درصد. که از ميانروشهاي ياد شده، روش کاريبين، مناسبتر است و موجب افزايش دوام بتن شده و مصرف انرژيپاييني داردو نيز تاب فشاري را تا حدود 30درصد افزايش مي دهد. در واقع روشهايي کهرطوبت نسبي بالاتري داشته باشند مناسبترند.

استفاده از rha در توليد بتنهايعايق: بتني مي تواند عايق باشد که وزن مخصوص آن کمتر از 800 کيلوگرم بر مترمکعب وتاب فشاري بين 10 تا 70 کيلوگرم بر سانتي متر مربع داشته باشد. براي ساخت اين گروهبتن، از خاکستر عمل آوري شده با آهک يا خاکستر عمل آوري نشده استفاده مي شود. البتهپايداري و تاب فشاري گروه اول بيشتر است.و نيز استفاده از خاکستر عمل آوري شده مانعاز شوره زدگي بتن مي شود. مهمتر از همه باعث سبکي و کاهش وزن مخصوص بتن شده و خواصعايق بودن آنرا افزايش مي دهد.

در پايان لازم به ذکر است که، علاوه بر توليدبتن، از خاکستر پوسته برنج(rha) در توليد آجرهاي سبک و نسوز و بلوکهاي بتني نيزبهره برداري مي شود. اين آجرها داراي خواص ويژه بسيار ارزشمندي هستند. از جمله: - تحمل گرماي حدود 1250 درجه بدون ترک خوردگي يا حداکثر با ترک خوردگي ها بسيار ريز ومويي - مقاومت فشاري 30 کيلو گرم بر سانتي متر مربع – دوام طولاني مدت – چسبندگيکافي و موثر با ملاتهاي بنايي و اندودهاي گچي و سيماني – وزن کم در حدود يک تن برمتر مکعب – رنگ خاکستري روشن. در آجرهايي که با خاک لاتريتي(lateritic )، خاک رس وخاکستر ساخته مي شوند، با افزايش مقدار خاکستر، تاب فشاري و حدود اتربرگ شامل حدحالت رواني(ll )، حد حالت خميري(pl )، ميزان آب لازم نيز افزايش مي يابد ولي نشانهحالتِ خميري(pi ) کاهش پيدا مي کند.

 

 

 

 

منبع:iromran.ir

[Ehsan 112346]

این بحث کامپوزیت ها و کارهای مشابه آن هم به سرعت در حاله گسترشه.

 

مطلب جالبی بود.