3-2 آنالیز مواد اولیه-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——– 44

3-3 اندازه­گیری چگالی سرباره­ها و سیمان——– 44

3-4 بررسی­های ریزساختاری-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد– 45

3-5 ساخت مخلوط­های مختلف برای آزمایشها—– 45

3-6 بررسی خواص دوغاب-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—- 46

3-6-1 خواص رئولوژیکی-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———- 46

3-6-2 قلیاییت (pH)-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————- 47

3-6-3 خواص الکتریکی-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———- 48

3-7 بررسی خواص خمیر-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—– 49

3-7-1 تعیین مقدار آب لازم (غلظت نرمال)———— 49

3-7-2 اندازه­گیری زمانهای گیرش اولیه و نهایی——— 49

3-8 بررسی خواص ملات-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—– 51

3-8-1 مراحل اختلاط و ساخت ملاتهای سیمانی——– 51

3-8-2 استحکام فشاری-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———– 52

3-8-3 استحکام خمشی-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———- 52

3-9 بررسی استفاده از فعالساز قلیایی کلراید کلسیم—————- 52

3-9-1 ساخت نمونه جهت بررسی اثر فعالساز قلیایی—– 52

3-10 بررسی استفاده از نانو سیلیس بر ملاتهای حاوی سرباره کنورتور– 53

3-10-1 ساخت نمونه جهت بررسی تأثیر نانو سیلیس—- 54

4-1 شناسایی و آنالیز مواد اولیه—————- 55

4-1-1 آنالیز شیمیایی-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———– 55

4-1-2 آنالیز مینرالی-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————- 56

4-1-3 چگالی مواد اولیه-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———- 58

4-2 نتایج حاصل از بررسی خواص دوغاب——– 58

4-2-1 زمان ریزش دوغابها-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——– 59

4-2-2 اندازه گیری قلیاییت-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——- 59

4-2-3 هدایت الکتریکی دوغاب-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—- 61

4-3 نتایج زمانهای گیرش نمونه­های خمیر——– 61

4-4 نتایج تست استحکام مکانیکی نمونه­های ملات- 65

4-5 بررسی­های ریز ساختاری-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد- 69

4-6 نتایج استفاده از فعالساز قلیایی————- 72

4-6-1 زمان ریزش دوغاب-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——– 72

4-6-2 زمان گیرش خمیر-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——— 73

4-6-3 استحکام مکانیکی ملات-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—– 73

4-6-4 بررسی­های ریز ساختاری-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—- 75

4-7 نتایج استفاده از نانو سیلیس————— 77

4-7-1 زمان گیرش خمیر-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——— 77

4-7-2 استحکام مکانیکی ملات-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—- 79

4-7-3 بررسی­های ریز ساختاری-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—- 83

5-1 نتیجه گیری-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———– 86

5-2 پیشنهاد برای کارهای آینده—————- 88

 

فهرست جداول

 

جدول 2-1. ترکیبات دوتایی موجود در سرباره——— 11

جدول 2-2. ترکیبات پیچیده موجود در سرباره——— 11

جدول 2-3. نام و ترکیب فازهای موجود در کلینکر سیمان پرتلند———- 24

جدول 2-4. ترکیب بالقوه فازهای تشکیل دهنده سیمان معمولی ———- 25

جدول 2-5. معادلات شیمیایی جهت توصیف هیدراسیون سیمان پرتلند—– 36

جدول3-1. نسبت مواد برای مخلوطهای متشکل از سربارهها و سیمان معمولیبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————— 48

جدول3-2. نسبت مواد مخلوطهای ساخته شده بمنظور بررسی تأثیر فعالساز کلراید سدیم بر سیمانهای حاوی سربارههای فولاد 55

جدول 3-3. مخلوطهای سیمان حاوی سرباره کنورتور با / بدون نانو سیلیس– 56

جدول 4-1. ترکیبهای تشکیل دهنده مواد اولیه مشخص شده در آزمایش آنالیز شیمیاییبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—— 57

جدول 4-2. عدد میسون محاسبه شده برای سربارههای مختلف———– 58

جدول 4-3. نتایج حاصل از اندازهگیری چگالی پودر سیمان و انواع سرباره مورد استفادهبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——- 60

جدول 4-4. جدول آزمایشهای صورت گرفته بر دوغاب؛ زمان ریزش، قلیاییت (pH) و هدایت الکتریکی———– 63

جدول 4-5. زمانهای گیرش اولیه و نهایی خمیرهای سیمانی حاوی مقادیر مختلف سربارهبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—— 64

جدول 4-5. استحکام فشاری و خمشی نمونههای ملات بعد از 3، 7، 28 و 90 روزبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد———— 67

جدول 4-6. مشخصات استحکام خمشی و فشاری ملاتهای حاوی سرباره با طول عمر متفاوتبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—- 76

جدول 4-7. مشخصات استحکام خمشی و فشاری ملاتهای حاوی سرباره با طول عمر متفاوتبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد— 81

 

فهرست شکل ها

 

شکل 2-1. نمودار محصولات فرعی تولید شده بازای یک تن فولاد تولیدی به تفکیک روش تولید فولاد———– 11

شکل 2-3. تصویر فلوچارت انواع سربارههای آهن و فولاد- 14

شکل 2-4. تصویر شماتیک از کوره بلند ذوب آهن و قسمتهای مختلف آن— 15

شکل 2-5. نمایی از بخش گرانولهسازی کارخانه ذوب آهن اصفهان با سه جت آب سرد گرانولهساز————— 18

شکل 2-6. شکل شماتیک کوره قوس الکتریک فولاد بهمراه نامگذاری قسمتهای مختلفبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد——- 19

شکل 2-7. تصویری شماتیک از کوره کنورتور———- 20

شکل 2-8. تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از—— 29

شکل 2-9. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از اترینژایت (تری سولفات AFt) با فرمول شیمیایی 3CaO.Al₂O₃.3CaSO₄.32H₂O 31

شکل 2-10. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی تومازیت در نمونه بتنی پس از نگهداری به مدت بیش از 90 روز 32

شکل 2-11. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مونوسولفات 3CaO.Al₂O₃.CaSO₄.12H₂O- 33

شکل 2-12. شکل شماتیک ضخامت لایه نازک آب پوششی بر روی سطوح ذرات سیمان و نیز آب موجود در خلل و فرج بافت میکروسکوپی بین ذرات سیمان (آب بین ذرهای)-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد—– 34

شکل 2-13. تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از ساختار میکروسکوپی خمیری ساخته شده از کلینکر سیمان و گچ همراه با 5/3% وزنی SO₃که در حال هیدراسیون بوده و خود را گرفته است، 45/0 W/C= و زمان هیدراسیون 4 ساعت- 39

شکل 2-14. نمودار تشکیل فازهای هیدراته و رشد بافت میکروسکوپی در طول زمان هیدراسیون سیمان———- 42

شکل 3-1. تصویری از یک دستگاه ویسکوزیمتر ریزشی– 51

شکل 3-2. دستگاه اندازهگیری pH و هدایت الکتریکی محلول———— 52

شکل 3-3. تصویر شماتیک از دستگاه سوزن ویکات برای آزمایش گیرش—- 54

شکل 3-4. شماره الک و درصد مانده روی الک برای ماسه استاندارد——– 55

شکل 4-1. نمودارهای پراش پرتوی ایکس گرفته شده از مواد اولیه بهمراه با پیکهای مشخص شده (بصورت مقایسهای) 61

شکل 4-2. نمودار زمان ریزش دوغابهای ساخته شده با مقادیر مختلف سربارهبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————— 63

شکل 4-3. تصویر شماتیک اثرات فیزیکو- شیمیایی رخ داده در فصل مشترک ذرات سیمان و آب؛ شامل دفع ذره به ذره ناشی از نیروهای الکتروستاتیک (بین بارهای مشابه) و سازماندهی مولکولهای لایهای ناشی از جذب در سطوح جامد-محلول——— 64

شکل 4-4. نمودار زمانهای گیرش اولیه و نهایی نمونههای حاوی مقادیر مختلف سرباره کنورتوربلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد– 66

شکل 4-5. نمودار زمانهای گیرش اولیه و نهایی نمونههای حاوی مقادیر مختلف سرباره کوره قوس الکتریکی——- 67

شکل 4-6. نمودار زمانهای گیرش اولیه و نهایی نمونههای حاوی مقادیر مختلف سرباره گرانوله شده کوره بلند—— 67

شکل 4-7. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره کنورتور بر حسب عمر ملات——– 70

شکل 4-8. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره کوره قوس الکتریکی بر حسب عمر ملات 70

شکل 4-9. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره گرانوله شده کوره بلند بر حسب عمر ملات 71

شکل 4-10. نمودار استحکام خمشی نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره کنورتور بر حسب عمر ملات——- 71

شکل 4-11. نمودار استحکام خمشی نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره کوره قوس الکتریکی بر حسب عمر ملات 72

شکل 4-12. نمودار استحکام خمشی نمونههای حاوی درصدهای مختلف سرباره گرانوله شده کوره بلند بر حسب عمر ملات 72

شکل 4-13. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه مرجع (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه)بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد– 73

شکل 4-14. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی 30% سرباره کنورتور (BOF30) (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه) 73

شکل 4-15. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی 30% سرباره کوره قوس الکتریکی (EAF30) (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه)—————- 74

شکل 4-16. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی 30% سرباره گرانوله شده کوره بلند (GBF30) (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه)—————- 74

شکل 4-17. نمودار پراش پرتوی ایکس از نمونههای مختلف خمیری سخت شده پس از 90 روزبلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد- 75

شکل 4-18. مقایسه وضعیت سیالیت دوغابهای ساخته شده از مخلوطهای مختلف حاوی 30% سرباره با نمونه مرجع 76

شکل 4-19. نمودار زمانهای گیرش اولیه و ثانویه نمونههای مختلف جهت بررسی اثر فعالساز قلیایی بر گیرش—— 77

شکل 4-20. نمودار استحکام فشاری نمونههای ملات بر حسب عمر ملات—- 78

شکل 4-21. نمودار استحکام خمشی نمونههای ملات بر حسب عمر ملات—- 78

شکل 4-23. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی مخلوط دو سرباره فولادسازی بهمراه فعالساز (B-E-CaCl2) (الف- 7 روزه، ب- 90 روزه)-بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد————– 80

شکل 4-24. نمودار زمانهای گیرش اولیه و ثانویه نمونههای حاوی مقادیر 50-0% سرباره کنورتوربلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد 81

شکل 4-25. نمودار زمانهای گیرش اولیه و ثانویه نمونههای حاوی 40% سرباره کنورتور بهمراه 4-5/0 % نانو سیلیس 81

شکل 4-26. نمودار زمانهای گیرش اولیه و ثانویه نمونههای حاوی 50% سرباره کنورتور بهمراه 4-5/0 % نانو سیلیس 82

شکل 4-27. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی نمونههای حاوی مقادیر 50-0% سرباره کنورتور بر حسب عمر ملات 84

شکل 4-28. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی نمونههای حاوی 40% سرباره کنورتور بهمراه 4-5/0 % نانو سیلیس 84

شکل 4-29. نمودار استحکام فشاری نمونههای حاوی نمونههای حاوی 50% سرباره کنورتور بهمراه 4-5/0 % نانو سیلیس 85

شکل 4-30. نمودار استحکام خمشی نمونههای حاوی نمونههای حاوی مقادیر 50-0% سرباره کنورتور بر حسب عمر ملات 85

شکل 4-31. نمودار استحکام خمشی نمونههای حاوی نمونههای حاوی 40% سرباره کنورتور بهمراه 4-5/0 % نانو سیلیس 86

شکل 4-32. نمودار استحکام خمشی نمونههای حاوی نمونههای حاوی 50% سرباره کنورتور بهمراه 4-5/0 % نانو سیلیس 86

شکل 4-33. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی 40% سرباره کنورتور (BOF40) با بزرگنماییهای مختلف 88

شکل 4-34. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه حاوی 50% سرباره کنورتور (BOF50) با بزرگنماییهای مختلف 88

 

فصل اول

 

مقدمه

از زمان گسترش صنعت و در پی آن گسترش تولید مواد صنعتی، بشر همواره با موادی مواجهه داشته که به صورت غیر عمد و ناخواسته در کنار محصول اصلی تولید شده­اند. برخی این مواد را زائد[1] نامیده و آنها را بلا استفاده می­دانستند و برخی دیگر از این مواد به عنوان محصولات فرعی[2] نام برده و عقیده دارند که از این مواد هم می­توان در کاربردهایی دیگر بهره جست. در این ­باره صنعت آهن و فولاد هم مستثنی نبوده و همواره با تولید محصولاتی فرعی در حین تولید آهن و فولاد مواجه بوده است. بطور کلی، عملیات استخراج و تصفیه فلزات، مستلزم خارج ساختن مواد ناخالصی همراه سنگ معدن و سایر مواد موجود در شارژ ورودی به کوره­های ذوب و تصفیه فلزات است. به همین دلیل در عملیات تولید فلزات، محصولات فرعی بدست آمده که ناخالصی­های موجود در سنگ معدن و مواد شارژی دیگر همچون کمک ذوب­ها و آلیاژسازها عمده­ترین بخش این محصولات را تشکیل می­دهند. مجموع ناخالصی­های ذکر شده در طی عملیات استخراج، از فلز جدا شده و در فازی جداگانه بر روی سطح مذاب فلز تولید شده قرار می­گیرد که به آن سرباره (روباره)[3] گفته می­شود ]1[.

با توجه به تولید مداوم و بسیار زیاد سرباره­ها، در صورت عدم وجود کاربرد مشخص، این مواد به اجبار دپو شده که مشکلات زیادی را هم از لحاظ انباشتگی و اشغال فضا در کارخانه­های آهن و فولاد و همچنین مشکلات زیست محیطی در طبیعت بوجود می­آورند. حضور دراز مدت این مواد در طبیعت بدلیل تجزیه ترکیبات مختلف موجود در آن باعث بروز مشکلات زیست محیطی می­شود. در پی گزارش سالیانه NSA[4] در سال 2011 میزان کل سرباره آهن و فولاد تولیدی در ژاپن برابر با 392/15 میلیون تن بوده که حدود 635 هزار تن آن در صنعت سیمان و بقیه آن در کاربردهایی دیگری همچون جاده سازی، بهبود خاک کشاورزی و غیره بکار گرفته شده است. در همین سال در ایالات متحده امریکا حدود 20 میلیون تن انواع سرباره آهن و فولاد تولید شده که حدود 9/16 میلیون تن این محصولات فرعی در صنایع مختلف مصرف شده است ]2[. در ایران هنوز آمار دقیقی از تولید سرباره­های آهن و فولاد منتشر نشده است ولی با توجه به کارخانه­های فعال تولید آهن و فولاد در سراسر کشور تخمین زده شده در حدود بیش از 5 میلیون تن انواع سرباره­های آهن و فولاد در سال تولید می­شود.

تاکنون تحقیقات زیادی بمنظور یافتن راه حل دائمی بمنظور یافتن کاربردی برای سرباره­ها صورت گرفته است، که از آن جمله می­توان به تلاش برای استفاده از این مواد در کشاورزی بمنظور اصلاح و خنثی­سازی خاک­های اسیدی اشاره کرد]4-3[، همچنین محققان در بخش عمران و راه­سازی بدلیل خواص مکانیکی خوب و قیمت پایین این مواد، از آن به عنوان جزء درشت دانه در آسفالت و بتن جاده­ای استفاده کردند که البته حضور مقادیر بالای آهک آزاد موجود در ترکیب سرباره­های فولاد، باعث ایجاد ناپایداری­های حجمی گردیده و استفاده از آنرا بدین منظور محدود نموده است ]7-5[. مطالعات دیگری هم بر روی استفاده از سرباره بعنوان عامل افزودنی به ترکیب خام یا بعنوان جزء تشکیل دهنده در سیمان انجام گرفته است که در صورت موفقیت آمیز بودن این کاربرد حجم زیادی از سرباره را مورد استفاده قرار می­دهد ]13-8[.

اما از عواملی که باعث شد محققان تلاش جدی­تری بمنظور یافتن راهی برای استفاده از سرباره در سیمان بکار گیرند این حقیقت بود که بازای تولید هر تن سیمان پرتلند در حدود25/1 تن دی­اكسید كربن تولید می­شود كه یك گاز گلخانه­ای و مضر می­باشد. در ضمن برای تولید یک تن کلینکر سیمان پرتلند به انرژی گرمایی در حدود شش میلیون و سیصد هزار كیلو ژول احتیاج بوده که در صورت بکارگیری سرباره بعنوان جایگزین کلینکر هم صرفه جویی اقتصادی به لحاظ کاهش انرژی مصرفی برای پخت کلینکر صورت می­گیرد و هم از لحاظ زیست محیطی مزیتی دارد که میران گاز مضر تولیدی از طریق کارخانه­های سیمان را کاهش می­دهد. علاوه بر این استفاده از سرباره در سیمان بعنوان جایگزین کلینکر، بدلیل قیمت پایین سرباره­ها باعث کاهش قیمت سیمان تولیدی می­شود. تاکنون تنها استفاده از سرباره­های گرانوله شده کوره بلند در صنایع تولید سیمان برای تولید نوعی سیمان با نام سیمان سرباره­ای است موفقیت آمیز بوده که به خصوص در دو دهه­ی گذشته تحقیقات زیادی را معطوف خود ساخته است. سیمان­های سرباره­ای دارای مزایای زیادی از جمله موارد زیر می­باشد]13،9[:

• حرارت هیدراسیون پایین که در بتن ریزی­های حجیم یک مزیت است،

• نفوذ پذیری پایین

• مقاومت در برابر حملات سولفات ها و کربناتها

• مزایای اقتصادی ناشی از کاستن انرژی مصرفی برای پخت سیمان

• مزایای زیست محیطی ناشی از کاستن از مقدار و حجم گازهای تساعد شده در حین پخت

• از دیگر مزایای استفاده از سرباره­های فولاد در ترکیب کلینکر می­توان به تأثیرات قابل ملاحظه سرباره­های