الفهرس 
IntroductionOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 224 |  |  |
| | | from | 224 | | |
Abstract
الخرسانة المسلحة هي المادة الأكثر استخدامًا في الإنشاء نظرًا لتعدد استخداماتها ، حيث يمكن بسهولة تشكيلها في أي شكل مرغوب. المكون الرئيسي للخرسانة هو الأسمنت البورتلاندى العادى . (OPC)
يمتاز الأسمنت البورتلاندى العادى بمميزات عديدة وعلى الرغم من ذلك وجد ان الأسمنت البورتلاندى العادى له عدة عيوب تتمثل في:
• استهلاك كمية هائلة من الطاقة المستهلكة في عملية الانتاج.
• انبعاث كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء التصنيع.
• استهلاك كمية كبيرة من المواد الخام.
• يعاني من التصدعات في البيئات التي تحتوي على أيونات الكبريتات والكلوريد.
ركز الباحثون على استحداث مواد ربط أسمنتية جديدة تعتمد على استخدام مواد أسمنتية تكميلية (SCM) مثل خبث فرن الصهر المحبب (GGBS) ، والرماد المتطاير ، والسليكا فيوم كبديل للأسمنت البورتلاندى العادى.
يمكن تنشيط خبث الحديد إما عن طريق منشط قلوي أو منشط كبريتي لإنتاج مواد ربط أسمنتية بديلة. عندما يتم تنشيط خبث الحديد باستخدام الكبريتات ينتج ما يسمى الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات (SSC) . يتكون الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات بشكل رئيسي من خبث الحديد بنسبه ٨٠-٨٥٪ وكبريتات الكالسيوم ١٠-١٥٪ كمصدر للكبريتات بالإضافة إلى نسبة قليلة جداً من المنشط القلوي. يمكن للأسمنت فائق المقاومة للكبريتات أن يكون بديلاً جذاباً عن الأسمنت البورتلاندى العادى (OPC) لاستخدامه في الخرسانة لأنه يتمتع بالمزايا التالية:
• يتكون بشكل رئيسي من الخبث وهو مخلف صناعي ثانوي من انتاج الحديد ، مما يعني الحفاظ على المواد الخام التي تستهلك في تصنيع الأسمنت البورتلاندى العادى.
• يتم إنتاج الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات على البارد دون الحاجة إلى استخدام كمية كبيرة من الطاقة في حرق المواد الأولية كما هو مطلوب في الأسمنت البورتلاندى العادى.
• ينتج الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات ٨٠% أقل من ثاني أكسيد الكربون عن الأسمنت البورتلاندى العادى أثناء التصنيع.
• يمتلك الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات مقاومة عالية عن الأسمنت البورتلاندى العادى في البيئات العدائية للأسمنت التي تحتوي علي أيونات الكبريتات و الكلوريد.
ومع ذلك ، فإن الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات غير مستخدم بكثرة حاليًا بسبب قوة مقاومة الانضغاط الضعيفة خاصة في الأعمار الأولية، وكذلك خبث الحديد المنتج محليا لا يمتلك التركيب الكيميائي المثالي لإنتاج الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات حيث أنه من المفترض أن يحتوي على نسبة أوكسيد ألومنيوم تتخطي ١١%.
يهدف هذا البحث إلى دراسة تنشيط خبث الحديد المنخفض الألومنيا لزيادة إمكانية استخدامه في الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات من خلال دراسة تأثير النسب المختلفة لمحتوى الأسمنت البورتلاندى العادى على خواصه الفيزيائية والإماهه والتكوين الطوري والصمود في البيئات العدائية للأسمنت.
من أجل تحقيق هذا الهدف ، تم تحضير أربعة خلطات مختلفة من الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات تحتوي علي من ٢-١١% من الأسمنت البورتلاندى العادى كمنشط قلوي. تم تحليل المواد الأولية باستخدام الأشعة السينية الفلورسينية و حيود الأشعة السينية وكذلك تم تحديد المساحة السطحية لها.
تم مزج الخليط في مطحنة ذات كريات من الخزف لمدة 30 دقيقة حتى يتم الوصول إلى تجانس جيد ، لتشكيل عجائن الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات. وقد تم قياس الخصائص الفيزيقوميكانيكية المختلفة للعينات المحضرة من الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات عن طريق قياس محتوي الماء اللازم للخلط (NC) وزمن الشك الابتدائي والنهائي (ST) والمسامية الظاهرة (AP) والكثافة الظاهرية (BD) وقوة الانضغاط (CS) بعد ٧ و٢٨ و٩٠ و١٨٠ و ٣٦٠ يومًا من الإماهه في ماء الصنبور. تم تحضير عينات مكعبة بحجم بوصة واحدة من أجل تحديد المسامية الظاهرية والكثافة الظاهرية وقوة الانضغاط باستخدام طريقة معادلات أرشميدس الرياضية. وعلاوة على ذلك، تم تسجيل الحمل المطبق علي مساحة سطح العينة، وتقسيمها على مساحة سطح كل مكعب تحت الاختبار لقياس قوة الانضغاط. تم أيضًا دراسة التكوين الطوري والبنية المجهرية لعجائن الأسمنت المماهه باستخدام تقنيات XRD و FTIR و TGA و DTG و DSC و SEM.
تمت دراسة مقاومة الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات في البيئات العدائية للأسمنت التي تحتوي علي أيونات الكبريتات والكلوريد من خلال غمر عجائن الأسمنت في ٤٪ من MgSO4 و ٤٪ من MgCl2 ومياه البحر لمدة ١ و ٣ و ٦ و ٩ و ١٢ شهرًا. تم تحديد الخصائص الفيزيائية للعجائن الأربعة المختلفة من الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات بعد الغمر. كما تم تحديد التركيب المعدني و التركيب الدقيق الموجود في عجائن الأسمنت باستخدام تقنيات XRD و FTIR و TGA و DTG و DSC و SEM.
يشير التركيب الكيميائي للمواد الأولية إلى أن الأنهيدريت المستخدم ذو درجة نقاء عالية مع كميات ضئيلة من الشوائب ، وقد تم تقدير نقاءها تقريبيًا ، من بيانات XRF ، بنحو 97٪. ومن جهة أخرى، فإن عينة الخبث عبارة عن منتج ثانوي صناعي ، يحتوي على العديد من الأكاسيد ، وهي بشكل رئيسي الكالسيوم ألومنوسيليكات تم اكتشافها من خلال تحليل XRD.
تشير الخواص الفيزيائية للخلطات المختلفة من الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات إلى أن قيم محتوي الماء اللازم للخلط (NC) زادت من خلال إضافة الأسمنت البورتلاندى العادى ، ويرجع ذلك إلى أن الأسمنت البورتلاندى العادى هو أكثر هيدروليكيًا من الخبث ويستهلك الماء أسرع من الخبث في عملية الإماهه الخاصة به ، ويتضح أيضا أنه كلما زادت نسبة الأسمنت البورتلاندى العادى في الخلطات المختلفة زادت نسبة الماء المستدخم للإماهه.
أظهرت نتائج زمن الشك الابتدائي والنهائي من ناحية أخرى علاقة خطية معكوسة بين محتوى الأسمنت البورتلاندى العادى في الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات. حيث أنه مع زيادة النسبة المئوية للأسمنت البورتلاندى العادى في محتوى الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات ، فإنها تنتج المزيد من نواتج للإماهه التي تزيد من معدل التصلب.
تزداد الكثافة الظاهرية مع وقت المعالجة لجميع العجائن بسبب ترسيب نواتج الإماهه في المساحات المملوءة بالماء في الأصل، كما أشارت البيانات أيضا إلى أن مسامية عجائن الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات انخفضت مع إضافة الأسمنت البورتلاندى العادى من 2 إلى 11 ٪ في معدلين مختلفين.
المسامية الظاهرية لعجائن الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات تتناقص مع وقت المعالجة لجميع العجائن. ويعزى ذلك إلى الإماهه المستمرة للأسمنت مع الزمن وتراكم منتجات الإماهه في مسامات معجون الأسمنت. لذلك، تقل المسامية الظاهرية بمرور الوقت. كما أن المسامية الظاهرية تتناقص مع زيادة محتوى الأسمنت البورتلاندى الذي يرجع إلى زيادة منتجات الإماهه التي تراكمت في المسام مما يقلل من المسامية.
وأظهرت البيانات أن قوة عجينة الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات ذات المحتوى العالي من الأسمنت البورتلاندى تزداد خطيا حتى 360 يومًا. ويرجع ذلك إلى ارتفاع معدل الإماهه في الأعمار المتأخرة.
يمكن ملاحظة أن محتوى الجير الحر لعجائن الأسمنت البورتلاندى يزداد مع وقت المعالجة لجميع العجائن. على الجانب الآخر ، يتناقص محتوى الجير الحر بشكل حاد مع عجائن الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات حيث أنه يتم أستهلاك هيدروكسيد الكالسيوم في تنشيط خبث الحديد.
كشفت دراسة التركيب الطوري للأسمنت عن وجود C-S-H و CH إلى جانب مكونات الأسمنت البورتلاندى العادى الغير متفاعلة والتي لا تزال موجودة ، بسبب انخفاض درجة الإماهه في العمر المبكر. في حين أن التركيب الطوري للأسمنت فائق المقاومة للكبريتات يتكون من ettringite و anhydrite و gypsum .
أظهرت بيانات FTIR أن هناك نطاقًا حادًا يمتص عند حوالي 3650 سم-1 بسبب Ca(OH)2 ، إلى جانب الماء عند 3540-3450 سم-1 . ترجع كذلك النطاقات القريبة من 1750 و 1450 سم-1 إلى CaCO3 ، ويرجع النطاق القريب من 995 سم -1 إلى امتداد Si – O الذي يمثل أساسًا (C-S-H gel).
أظهر التحليل الحراري (TG) أن عينات B أظهرت 3 خطوات لإنقاص الوزن من 25 إلى 55 درجة مئوية ، من 55 إلى 95 درجة مئوية ومن 95 إلى 125 درجة مئوية في حين أظهرت عينات D ثلاث خطوات متغيرة قليلا من فقدان الوزن من 25 إلى 76 درجة مئوية ، من 76 إلى 104 درجة مئوية ومن 104 إلى 130 درجة مئوية. ويعود سبب فقدان الوزن إلى جفاف منتجات الإماهه لعجائن الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات وهي C-S-H و ettringite والجبس الثانوي. تبدأ نسبة فقدان الوزن عند العينة B من 9٪ في الشهر الأول تليها 10٪ بعد 3 أشهر وتصل إلى 11٪ في ستة أشهر وتصل في النهاية إلى 13٪ بعد عام واحد من الإماهه. من ناحية أخرى ، تظهر عينة D خسارة في الوزن بنسبة 9 ٪ في الأشهر الأولى تليها 11 ٪ بعد 3 أشهر وتصل إلى 12 ٪ بعد 6 أشهر ، وأخيرا وصلت إلى 16 ٪ بعد عام واحد من الإماهه. كما هو واضح ، أظهر الأسمنت D كمية أكبر من منتجات الإماهه من الأسمنت B خاصة في الأعمار المتأخرة.
أظهرت الصور المجهرية لعجائن الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات وجود كل من C-S-H و Ettringite مع أختفاء هيدروكيسيد الكالسيوم الذي تم أستخدامه في عملية تنشيط خبث الحديد وهذه النتائج متوافقة مع نتائج التحاليل السابقة.
تمت دراسة متانة خلطات الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات من خلال تحديد تأثير الغمر في البيئات العدوانية كيميائياً على الخواص الفيزيائية والميكانيكية للعينات من خلال قياس الكثافة الظاهرية والمسامية الكلية بالإضافة إلى قوة الانضغاط. كما تم تحديد متانة عجائن الأسمنت في الوسائط العدوانية باستخدام تقنيات XRD و FTIR و TGA و SEM.
أظهرت نتائج الكثافة الظاهرية للأسمنت فائق المقاومة للكبريتات بالإضافة إلى عجائن الأسمنت البورتلاندى العادى المغموسة في ٤٪ من MgSO4 و٤٪ من محلول MgCl2 بالإضافة إلى مياه البحر حتى ١٢ شهر أن الكثافة الظاهرية لعجائن الأسمنت البورتلاندى تزداد حتى ثلاثة أشهر ثم تنخفض تدريجيا حتي ١٢ شهرًا..ترجع الزيادة في الكثافة الظاهرية إلى تفاعل أيونات الكبريتات أو الكلوريد مع منتجات الإماهه للأسمنت وتكوين منتجات إماهه إضافية ترسبت في مسام العجائن وبالتالي تزداد الكثافة الظاهرية. يعود الانخفاض في الكثافة الظاهرية بعد 3 أشهر إلى تكوين بلورات ettringite الكبيرة في الحجم مما ينتج عنه ضغوط داخلية تسبب كثافة منخفضة.
على الجانب الآخر، في الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات تزداد الكثافة الظاهرية حتي 12 شهرا ، ويرجع ذلك أساسا إلى زيادة منتجات الإماهه ويتضح أن عجائن الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات تعطي كثافة أعلى في كل أوقات الغمر من عجائن الأسمنت البورتلاندى.
أظهرت نتائج مقاومة الانضغاط ميزة نسبية للأسمنت فائق المقاومة للكبريتات علي حساب الأسمنت البورتلاندى العادى و يرجع ذلك إلي أن المسام في الأسمنت فائق المقومة للكبريتات ممتلئة أكثر منها في الأسمنت العادى و كذلك لا يوجد هيدروكسيد كالسيوم حر في الأسمنت فائق المقومة للكبريتات وهذا ما تؤكده نتائج حيود الأشعة السينية والتحليل الحرارى وكذلك التحليل بالاشعة تحت الحمراء حيث أن هيروكسيد الكالسيوم تم أستخدامه في تنشيط خبث الحديد وتفاعله.
من خلال الدراسة السابقة يمكن استنتاج أن آلية تفاعل الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات يبدأ عن طريق إماهه الأسمنت البورتلاندى العادى الموجود داخل الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات ومن ثم ينتج منتجات الإماهه التي منها هيدروكسيد الكالسيوم الذي بيدأ بالتفاعل مع خبث الحديد وإنتاج مكونات إماهه أخري تملئ المسام وتزيد قوة لانضغاط وكذلك مقاومة التصدعات في البيئات المعادية للأسمنت.
وقد خلصت الدراسة إلى أن زيادة النسبة المئوية للأسمنت البورتلاندى العادى في الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات تعزز الخصائص الفيزيائية والميكانيكية مما يعني زيادة في قوة مقاومة الانضغاط مصحوبة بانخفاض في المسامية الظاهرية. واشارت النتائج الي انه يمكن استخدام خبث الحديد منخفض الالومينا في انتاج الأسمنت فائق المقاومة للكبريتات عن طريق زيادة محتوي الاسمنت البورتلاندي الي 11% .