IT NAT

استفاده از فناوری برای طبیعت و محیط زیست سالم

IT NAT
ادارهامنیتجادهخانهخشکیسلامتی

جایگزین سیمان

جایگزین های سیمان موادی هستند که ممکن است تا حدی جایگزین سیمان شوند تا خصوصیات مختلف مانند مقاومت و طول عمر را بهبود بخشند. استفاده از جایگزین های سیمان به دلیل مزایای زیست محیطی حاصل از انحراف آنها از جریان زباله ، کاهش انرژی مورد نیاز در هدف گیری مجدد آنها (در مقایسه با ساخت سیمان ) و همچنین حفظ مواد اولیه ، معمولاً مورد تشویق قرار می گیرد ، مانند سیلیس ، آلومینا و اکسید آهن. تولید سیمان پرتلند نه تنها پرهزینه و پر مصرف است ، بلکه مقادیر زیادی انتشار کربن نیز تولید می کند. تولید یک تن سیمان پرتلند تقریباً یک تن CO2 در اتمسفر تولید می کند.

تولید جهانی سیمان در سالهای اخیر بسیار سریع رشد کرده است و پس از سوختهای فسیلی و تغییر کاربری زمین ، این سومین منبع بزرگ انتشار انتشارات دی اکسید کربن در انسان است. صنعت سیمان جهانی حدود 6٪ از کل انتشار CO2 ساخته شده توسط بشر را تشکیل می دهد و در نتیجه مسئول 4٪ گرم شدن کره زمین توسط انسان است. تجارت آلیاژهای CO2 احتمالاً در آینده از اهمیت زیادی برای این صنعت برخوردار خواهد بود. بنابراین ، مواد سیمانی جایگزین در کانون توجه صنعت قرار دارند.

مزیت مواد سیمانی جایگزین

مواد سیمانی جایگزین ، مواد ریز تقسیم شده ای هستند که جایگزین یا مکمل استفاده از سیمان پرتلند می شوند. استفاده از آنها باعث کاهش هزینه و یا بهبود یک یا چند ویژگی فنی بتن می شود. این مواد شامل خاکستر بادی ، سرباره کوره بلند ، دود سیلیس متراکم ، گرد و غبار سنگ آهک ، گرد و غبار کوره سیمان و پوزولان های طبیعی یا ساخته شده است.

منبع: مختصر کربن

 استفاده از این مواد سیمانی در سیمان های مخلوط مزایایی مانند افزایش ظرفیت کارخانه سیمان ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ، کنترل واکنش قلیایی – سیلیس یا بهبود دوام را به همراه دارد. این مزایا با نوع ماده سیمانی جایگزین متفاوت است.

در زیر برخی از گزینه های مواد سیمانی بحث شده است.

 خاکستر پرواز کنید

خاکستر مگس باقیمانده ظریف ، سبک و شیشه ای است که در طی احتراق ذغال سنگ خاک یا پودر تولید می شود. پیمانکاران دریافتند که خاکستر بادی باعث می شود سیمان در شلنگ های پمپ جریان بهتری داشته باشد و در زیر کار با آن کارایی بیشتری دارد. این شامل مقادیر قابل توجهی از دی اکسید سیلیکون و اکسید کلسیم است که هر دو ماده طبیعی موجود در سنگ های زغال سنگ هستند. در طی ساخت سد هوور در دهه 1930 با سیمان مخلوط شد ، تا اینکه در دهه 1980 استفاده از آن در ساخت و ساز به امری عادی تبدیل شد. خاکستر بادی دو نوع دارد:

  • خاکستر بادی کلاس C از سوختن ذغال سنگ جوانتر یا ذغال سنگ زیر قیر تولید می شود ، و به طور قابل توجهی حاوی آهک بیشتری است و نسبت به جایگزین آن ، خاکستر بادی کلاس F قوی تر است. برای پروژه های ساختمان سبز ارجح است و نوع استاندارد خاکستر بادی است که در کاربردهای مسکونی یافت می شود. بازرسان می توانند این نوع جایگزین سیمان را با رنگ بو ، برنزه یا گهگاهی نارنجی آن شناسایی کنند.
  • خاکستر بادی کلاس F در نتیجه سوزاندن ذغال سنگ سخت ، قدیمی آنتراسیت و قیر حاصل می شود. کربن بیش از حد ، که ممکن است توسط مخلوط سیمان رنگی تیره نشان داده شود ، به این معنی است که ذغال سنگ کاملاً سوزانده نشده است ، که ممکن است مقاومت در برابر یخ زدگی بتن را کاهش دهد.
خاکستر پرواز کنید

سرباره کوره بلند دانه بندی شده زمین (GGBS)

GGBS محصول جانبی صنعت آهن و فولاد است. در کوره بلند ، سرباره به بالای اتو شناور شده و خارج می شود. GGBS از طریق خاموش كردن سرباره مذاب در آب و سپس آسیاب كردن آن به صورت پودر ریز تولید می شود. از نظر شیمیایی شبیه سیمان پرتلند (PC) است اما واکنش کمتری دارد.

وقتی با آب مخلوط شود به روشی مشابه سیمان پرتلند هیدراته می شود. این ماده همیشه با توجه به عملکرد نهایی سیمان در ترکیب با سیمان پرتلند استفاده می شود ، به طور معمول در محدوده 60٪ Pc و 40٪ GGBS – 30٪ Pc و 70٪ GGBS. خیلی اوقات ، می توان آن را با نسبت 90٪ GGBS و 10٪ PC مشاهده کرد.

بتن ساخته شده با سیمان GGBS بسته به مقدار GGBS در مخلوط سیمان ، کندتر از بتن ساخته شده با سیمان پرتلند تنظیم می شود ، اما همچنین در طول مدت طولانی تری به مقاومت خود ادامه می دهد که منجر به بهبود دوام و امید به زندگی می شود.

GGBS

بخار سیلیس

بخار سیلیس یک محصول جانبی از تولید سیلیکون است. این یک پودر بسیار ریز (به خوبی دود) است و بنابراین در تولید بتن به صورت متراکم یا دوغاب استفاده می شود. به دلیل ملاحظات اقتصادی ، استفاده از بخار سیلیس معمولاً به بتن ها یا بتن های با مقاومت بالا در شرایط تهاجمی محیط محدود می شود. نسبت متداول دود سیلیس در ترکیبات تولید شده در انگلستان 10٪ جرم کل محتوای سیمانی است.

بخار سیلیس

 سرباره

 سرباره محصول جانبی تولید آهن و فولاد در کوره های بلند است. مزایای جایگزینی نسبی سرباره برای سیمان بهبود دوام ، کاهش هزینه های چرخه زندگی ، هزینه های نگهداری پایین تر و پایداری بیشتر بتن است. سرباره مذاب در آب خنک شده و سپس به صورت پودر ریز خرد می شود. سرباره در غلظت های بسیار بالا استفاده می شود ، که اغلب بیش از نیمی از ترکیب کل سیمان را اشغال می کند. انرژی مورد نیاز برای سنگ زنی و حمل سرباره باعث می شود تا انرژی کمتری نسبت به خاکستر بادی داشته باشد اما از سیمان پرتلند بهتر است. بتن سرباره بازتابنده و سبک تر از بخار خاکستر و دود سیلیس است و ممکن است در ابتدا دارای رنگ سبز سبز آبی باشد که به طور معمول در طی یک هفته از بین می رود. اگر از سرباره در استخرهای شنا یا سایر مکان های مرطوب استفاده شود ، این تغییر رنگ از بین نخواهد رفت.

سرباره

جریمه های سنگ آهک

از ریزه های سنگ آهک می توان به عنوان ماده تشکیل دهنده سیمان برای تولید سیمان سنگ آهک پرتلند استفاده کرد. BS 7979 [12] اطلاعات بیشتری در مورد مشخصات ریزه های سنگ آهک برای استفاده با سیمان پرتلند فراهم می کند. نسبت متداول جریمه های سنگ آهک در ترکیبات تولید شده در انگلستان ، 6-10٪ از نظر جرم کل محتوای سیمانی است. وقتی سنگ آهک به خوبی با سیمان کلینکر در سیمان پرتلند آسیاب می شود به عنوان ماده سیمان مکمل عمل می کند. کیفیت سنگ آهک باید حداقل 75٪ کربنات کلسیم از نظر جرم ، محتوای رس کمتر از 1.2٪ جرم و محتوای آلی کمتر از 0.2٪ جرم داشته باشد. چندین مزیت استفاده از سنگ آهک در سیمان پرتلند مانند مصرف انرژی کاهش می یابد و کاهش CO وجود دارد 2 آلایندگی صرفه جویی در هزینه های اضافی در صورت موجود بودن سنگ آهک در نزدیکی سایت انجام می شود. در سیمان های پرتلند با محتوای C 3 A (آلومینات تری کلسیم) بالا ، کربنات حاصل از سنگ آهک در طی هیدراتاسیون با C 3 A واکنش نشان می دهد و ممکن است باعث افزایش قدرت و مقاومت در برابر حمله سولفات شود.

جریمه های سنگ آهک

گچ

گچ ماده معدنی غیرمعمولی نیست و برای تبدیل آن به ماده اتصال دهنده بسیار مفیدی ، معروف به همی هیدرات یا گچ پاریس ، فقط به دمای پایین حدود 150 درجه سانتیگراد نیاز دارد. به خودی خود ، گچ پاریس وقتی با آب مخلوط می شود خیلی سریع غروب می کند. برای ایجاد وقت برای استفاده ، حدود 5٪ آهک و 0.8٪ ماده بازدارنده (مانند عصاره چسب مانند کراتین از استخوانهای جوشان ماهی یا سم و شاخ حیوانات) به گچ اضافه می شود. گچ عقب مانده پاریس می تواند به تنهایی استفاده شود و یا با سه قسمت شن تمیز و تمیز مخلوط شود. برای افزایش مقاومت و مقاومت در برابر آب می توان آهک هیدراته اضافه کرد. گچ های گچ را می توان با مواد مختلف الیافی از نی تا الیاف شیشه خرد شده تقویت کرد. گچ گچ کاملاً در برابر شرایط مرطوب مقاوم نیست و بنابراین به طور معمول در داخل استفاده می شود ،

گرد و غبار کوره سیمانی

 سالانه تقریباً 14 میلیون تن گرد و غبار سیمان در ایالات متحده تولید می شود كه 9 میلیون تن در تولید كلینكر مجدداً مورد استفاده قرار می گیرد و 5 میلیون تن آن نیز دور ریخته می شود (Detwiler et al.، 1996). گرد و غبار کوره سیمان با تغییر ماده اولیه ، کلینکر و نوع عملکرد متفاوت است. با این حال ، این ماده شامل خوراک خام غیر واکنشی ، خوراک نسبی کلسیم شده و گرد و غبار کلینکر ، آهک آزاد ، نمک های سولفات قلیایی و سایر ترکیبات فرار است. پس از حذف مواد قلیایی ، می توان غبار کوره سیمان را با کلینکر مخلوط کرده و سیمان قابل قبولی تولید کرد و گرد و غبار کوره سیمان را می توان با مواد دیگر مانند سرباره و خاکستر مایع به سیمان پرتلند اضافه کرد.

پوزولاناس

پوزولاناها موادی هستند که اگرچه به خودی خود سیمانی نیستند ، اما در حضور آب با آهک ترکیب شیمیایی می شوند و ماده ای قوی برای سیمان سازی تشکیل می دهند. آنها عبارتند از:

  • خاکستر آتشفشانی
  • خاکستر پرواز نیروگاه (که معمولاً به آن pfa می گویند)
  • خاک رس های سوخته
  • خاکستر از برخی مواد گیاهی سوخته
  • زمینهای سیلیسی (مانند دیاتومیت)

موادی که قبلاً به صورت پودر ریز در نیامده اند ، باید آسیاب شوند و بعضی از آنها برای بهینه سازی خواص پوزولانی خود نیاز به کلسینه در دمای 600-750 درجه سانتی گراد دارند. پوزولاناها را می توان با آهک و / یا سیمان پرتلند مخلوط کرد و می تواند کیفیت را بهبود بخشد و هزینه های بتن های ساخته شده از هر دو ماده را کاهش دهد. در بعضی از کشورها (به عنوان مثال هند و کنیا) پوزولاناها را با سیمان پرتلند مخلوط کرده و به صورت سیمان مخلوط می فروشند که از بسیاری جهات شبیه سیمان پرتلند است. در کشورهای دیگر (به عنوان مثال کوبا) ترکیبات آهک / پوزولانا / سیمان پرتلند به عنوان جایگزینی برای سیمان پرتلند فروخته می شوند. سیمان آهک پوزولانا به خودی خود می تواند یک ماده سیمانی عالی برای ساخت و ساز کم ارتفاع یا بتن انبوه ایجاد کند و در بعضی از کشورها (به عنوان مثال اندونزی) هنوز به طور گسترده تولید می شود.

سوخت های جایگزین

استفاده از سوخت های جایگزین نه تنها زباله ها را از محل دفن زباله دور می کند و باعث صرفه جویی در نیاز به سوخت های فسیلی می شود ، بلکه می تواند نیاز به مواد اولیه را کاهش دهد. به عنوان مثال ، استفاده از لاستیک های زائد سوخت را تأمین می کند و به دلیل محتوای سیم ، نیاز به افزودن اکسید آهن به سیمان را به حداقل می رساند.

توجه به این نکته مهم است که ECO2 بتن نباید جدا از سایر عوامل پایداری مانند افزایش مقاومت در نظر گرفته یا مشخص شود.

جایگزین بتن با قیمت پایین – آكریت ،

آکرت ، یک جایگزین جدید برای بتن ، سبک تر ، قویتر و ارزانتر از بتن است و سه برابر زباله استفاده می کند و آن را به یک ماده ساختمانی مفید تبدیل می کند. Accrete جایگزین سبک ، قوی و ارزانتری برای بتن است مخترع Jinhong Zhang ، دانشیار معدن و مهندسی زمین شناسی در کالج مهندسی دانشگاه آریزونا ، جایگزینی جدید برای بتن تولید کرد که دارای مزایای زیادی نسبت به سیمان پرتلند سنتی است.

مواد جدید نسبت به بتن سبک ، قویتر و کم هزینه تر تولید می شوند. این کار را در حالی انجام می دهد که سه برابر خاکستر بادی استفاده می شود ، در نتیجه مقدار آلاینده ای که از زباله به ماده مفید تبدیل می شود سه برابر می شود.

این فضای ذخیره سازی خاکستر بادی را ذخیره می کند و انتشار CO2 را در هنگام تولید سیمان کاهش می دهد. این یک ماده ساختمانی جدید برای دوره جدید برای توسعه پایدار خواهد بود. Sleeper می گوید: با استفاده از Acrete ، ما راهی برای تبدیل زباله های خطرناک به یک ماده ساختمانی مفید ، اتصال آنها و حذف آنها از محیطی به بازار آورده ایم. “این چیز خوبی است.”

چسب های فعال قلیایی (AAB)

اینها با محصولات CEM تعریف شده متفاوت هستند زیرا مواد پوزولانی و مواد هیدرولیک نهان موجود در آنها توسط کلینکر سیمان فعال نمی شوند. آنها را می توان به دو گروه تقسیم کرد ، من) گروههایی که دارای مقدار زیادی CaO هستند و توسط مقدار کمی فعال کننده فعال می شوند و ii) کسانی که در اثر فعال شدن قلیایی قوی آلومینوسیلیکاتهای بدون CaO ایجاد می شوند. در حالت دوم ، آنها با فعال شدن ، ساختارهای پیچیده پلی آلومینوسیلیکات سه بعدی ایجاد می کنند و اصطلاحاً “آنها را ژئوپلیمرها” می نامند.

هر دو نوع AAB سیستم های چند جزئی هستند که در آنها فعال کننده ممکن است با افزودن آب پودر شود و فعال شود و یا در آب مخلوط حل و یا معلق شود.

از دیگر مزایای این کلاسور قلیایی فعال شامل سخت شدن سریع اولیه، مقاومت بالا در برابر حمله شیمیایی، مقاومت خوب در برابر طیف وسیعی از دما و CO کم 2 تولید گازهای گلخانه ای. این موارد در بعضی موارد تا 80٪ کمتر از OPC هستند. خاصیت اضافی این است که آنها توانایی جذب مواد مضر آلی و غیر آلی را برای ذخیره سازی طولانی مدت دارند.

بتن پودری راکتیو

بتن پودری راکتیو (RPC) ماده کامپوزیتی است که در حال حاضر در دست توسعه است و انتظار می رود با بهینه سازی مواد استفاده شده و ایجاد منافع اقتصادی ، انقلابی در صنعت بتن ایجاد کند. RPC به ساخت سازه هایی کمک خواهد کرد که نه تنها مقاوم و مقاوم باشند ، بلکه سازگار با محیط زیست نیز باشند.

وقتی با بتن با کارایی بالا (HPC) که در حال حاضر توسط صنعت ساخت و ساز استفاده می شود مقایسه می شود ، RPC مقاومت فشاری و خمشی قابل ملاحظه ای دارد. بتن های پودری راکتیو نیز در مقابل بتن با کارایی بالا ، نفوذ پذیری کمتری دارند. RPC به دلیل دوام بالای خود ، حتی ممکن است جایگزین فولاد در اعضای فشرده سازی در هر جایی که دوام در معرض خطر است شود.

انتظار می رود فناوری در حال ظهور بتن پودری واکنشی ، ابعادی جدید به اصطلاح “HPC” بخشد. این به دلیل خواص مکانیکی و دوام برتر در مقایسه با بتن با عملکرد بالا معمولی ، پتانسیل بسیار زیادی در ساخت دارد و حتی می تواند در برخی از کاربردها جایگزین فولاد شود. RPC همچنین دارای مزیت ضد آب است.

نتیجه

سیمان پرتلند مقادیر زیادی انرژی مصرف می کند و در این فرآیند CO2 آزاد می کند. و از آنجا که در مقادیر بسیار عظیمی تولید می شود ، صنعت ساخت و ساز با فشار فزاینده ای برای یافتن مواد سیمانی مکمل جایگزین برای جایگزینی سیمان پرتلند در بتن مواجه است. بنابراین به طور طبیعی ، جستجو در مورد مواد سیمانی مکمل جایگزین برای جایگزینی سیمان پرتلند در دهه گذشته افزایش یافته است. واضح است که تعداد زیادی جایگزین و جایگزین بالقوه OPC توسط شرکتهای نوپا ، دانشگاهها و تولیدکنندگان تاسیس شده سیمان در حال تولید است. تی

مواد سیمان جایگزین می توانند مستقیماً بخشی از سیمان پرتلند را جایگزین كنند. این مواد را می توان به تنهایی استفاده کرد و یا با سایر مواد سیمان جایگزین مخلوط کرد تا سیمان یا بتونی با خصوصیات متفاوت از خصوصیات حاصل از استفاده از سیمان پرتلند تولید شود. استفاده از مواد جایگزین بر سیمان و خصوصیات بتن مانند کارایی ، رطوبت رسانی ، مقاومت فشاری و دوام تأثیر می گذارد.

تحلیلگران Technavio پیش بینی کرده اند بازار جهانی مواد سیمان تکمیلی با CAGR 6.18٪ طی دوره 2018-2022 رشد کند.

اطلاعات- Aggregateresearch.com ، دانش پوینت.org ، Engr.psu.edu ، grrenspecco.uk ، globalcement.com