دولت و ملت همدلی و هم زبانی انجمن صنفی کارفرمایان صنعت سیمان
شبکه اجتماعی شماره تماس
 
ويژگي هاي هيدراتاسيون و مقاومت فشاري سيمان سخت شده حاوي نانو متاكائولين
1397/04/25 در اين مطالعه اثر افزودن نانو متاكائولين (NMK) به سيمان پرتلند معمولي (OPC) بر خصوصيات هيدراتاسيون و ميكروسكوپي ملات سخت شده OPC-NMK بررسي شده است. ملات تازه با استفاده از نسبت وزني 0.27 (آب/جامد) تهيه و سپس در فواصل زماني مختلف هيدراته شد. در پايان هر دوره هيدراتاسيون، بروي ملات هاي سيمان مخلوط سخت شده تست مقاومت فشاري ، مقدار آهك آزاد، آب تركيب شده، آناليز اشعه ايكس (XRD)، گرماسنجي روبشي تفاضلي (DSC) و اسكن ميكروسكوپ الكتروني (SEM) انجام گرفت.
چكيده:
در اين مطالعه اثر افزودن نانو متاكائولين (NMK) به سيمان پرتلند معمولي (OPC) بر خصوصيات هيدراتاسيون و ميكروسكوپي ملات سخت شده OPC-NMK بررسي شده است. ملات تازه با استفاده از نسبت وزني 0.27 (آب/جامد) تهيه  و سپس در  فواصل زماني مختلف هيدراته شد. در پايان هر دوره هيدراتاسيون، بروي ملات هاي سيمان مخلوط سخت شده تست مقاومت فشاري ، مقدار  آهك آزاد، آب تركيب شده، آناليز اشعه ايكس (XRD)، گرماسنجي روبشي تفاضلي (DSC) و اسكن ميكروسكوپ الكتروني (SEM) انجام گرفت. نتايج حاصل از مقاومت فشاري بيانگر آن است كه افزودن نانو-متاكائولين به OPC خواص مكانيكي NMK-OPC را در تقريبا طول تمام سنين هيدراتاسيون به خصوص با ملات حاوي 10 درصد وزني از NMK بهبود مي بخشد. مقادير مقاومت فشاري بدست آمده براي ملات OPC كه با 4 درصد  فوم سيليسيم (SF) و 6 درصد  NMK تركيب شده اند، نسبت به خواص OPC خالص قابل مقايسه است. ترموگرافي DSC و ديفراتوگرامهاي XRD براي بعضي از ملات هاي سخت شده نشان دهنده تشكيل هيدراتهاي سيليكات كلسيم آمورف، هيدرات سولفالومينات كلسيم ، هيدرات كلسيم آلومينات و هيدروكسيد كلسيم است. ميكروگرافي SEM تشكيل يك ميكروساختار متراكم براي ملات هاي OPC-NMK و OPC-NMK-SF سخت شده را نسبت به ملات OPC شسته پس از 90 روز هيدراتاسيون نشان داد.
مقدمه:
مطالعاتي زيادي  براي افزايش استفاده از مواد سيماني مانند پوزولان به عنوان يك جايگزين جزئي سيمان پرتلند انجام شده است. استفاده از اين مواد براي اين منظور نه تنها مشكلات سيمان پرتلند را حذف مي كند، بلكه باعث توليد سيمان با راندمان بالا مي شود [1،2] . پوزولانها به عنوان مواد سيليسيم / آلومينيم تعريف شده اند كه در حضور آب به صورت شيميايي با هيدروكسيد كلسيم (CH) واكنش نشان مي دهد تا تركيبات داراي خواص سيماني را تشكيل دهند. خاكستر بادي ، خاكستر پوسته برنج، فوم سيليسيم و سرباره علاوه بر رس هاي كلسينه شده به شكل متاكائولين نمونه هايي ازمواد پوزولاني هستند [3،4]. فرايند فعال سازي حرارتي يا دي هيدروكسيل كردن كائولين در دماي خاص، منجر به شكستگي يا شكستگي جزئي ساختار شبكه كريستال، تشكيل يك انتقال فاز (متاكائولين ) كه داراي مشخصات بسيار ناسازگار و بي شكل با پوزولانيته است ، مي شود. هنگامي كه ذرات نانو متاكائولين به عنوان مواد سيماني مورد استفاده قرار مي گيرند، مي توان بهبود هاي مختلفي را به دست آورد، از جمله  منجر به افزايش نفوذ پذيري و مقاومت مي شوند . ذرات نانو متاكائولين به عنوان هستهء هيدراتاسيون عمل مي كنند و فعاليت پوزولاني دارند و مي توانند حفره ها را در ماتريس سيمان پر كنند. همچنين سطح بزرگ نانو ذرات و فراواني آنها به دليل اندازه كوچك آنها مي توانند واكنش هاي شيميايي لازم براي ساخت ساختاري متراكم با هيدرات هاي سيليكات كلسيم   (CSH) و كمبود هيدروكسيد كلسيم را تسهيل كنند [8-11]. استفاده از MK به عنوان يك ماده جايگزين سيمان جزئي (10-15 درصد)  در ملات و بتن منجر به بهبود در ساختار منافذ و بالا رفتن مقاومت ، جلوگيري از عمل تهاجمي اسيدهاي ارگانيك و انتشاريون هاي مضر كه منجر به تخريب ماتريكس [12-15] مي شود، مي گردد. اثرات دمايي بالا تا 800 درجه سانتيگراد بر خواص مكانيكي و ريز ساختار OPC حاوي نانو متاكائولين (NMK) با استفاده از  فعال سازي حرارتي خاك رس نانو كائولين در دماي 750 درجه سانتيگراد براي 2 ساعت  مورد بررسي قرار گرفت. مشخص شد كه پس از يك افزايش اوليه مقاومت فشاري در 250 درجه سانتيگراد براي نمونه هاي ملات، مقاومت به طور قابل توجهي در دماي بالاتر كاهش مي يابد [16]. خصوصيات مكانيكي و دوام متاكائولين با عملكرد بالا (MK) و فوم سيليسيم (SF) و خصوصيات ميكروسكوپي آنها مورد بررسي قرار گرفت [14]. هدف از اين مطالعه بررسي ويژگي هاي هيدراتاسيون ملات هاي OPC سخت شده مخلوط شده با مقادير مختلف NMK و NMK + SF مي باشد. اين امر از طريق تعيين مقاومت فشاري، تركيب شيميايي آب و محتواي آهك آزاد در سنين مختلف هيدراتاسيون انجام شد. علاوه بر اين  تركيب فازي با استفاده از آناليز  XRD و DSC مورد بررسي قرار گرفت.
تجربي:
سيمان پرتلند معمولي (OPC) با بلين cm2/gr   2945 در اين تحقيق مورد استفاده قرار گرفت. تركيبات اكسيد شيميايي آن در جدول 1 آمده است. نانو كائولن در دماي 750 درجه سلسيوس به مدت 3 ساعت تحت حرارت قرار گرفت تا نانومكاكولين (NMK) با بلين 1.8*104 cm2/gr بدست آيد.
جدول (1) تركيب شيميايي OPC (درصد جرمي)

جدول (2) تركيب اكسيدهاي اصلي نانو كائولين(درصد جرمي) قبل و بعد از پخت.

جدول (3) تركيب مخلوط هاي مختلف و علامت اختصاري آنها

تركيب شيميايي قبل و بعد از پختن در جدول 2 داده شده است. مطالعه ميكروسكوپي نانو متاكائولين (NMK) با استفاده از اسكن ميكروسكوپ الكتروني (SEM) و ميكروسكوپ الكتروني انتقالي (TEM) در يك مقاله قبلي مورد مطالعه قرار گرفته است  [17]. فوم سيليكا چگال (SF)، كه يك محصول جانبي از صنايع آلياژهاي سيليكون يا فروسليليون است. ذرات سيليسي كروي هستند و قطر متوسط حدود 0.1 ميلي متر دارند و شامل 99 درصد سيليس آمورف با سطح ويژه از   cm2/gr104*  20 هستند. اين ويژگي ها به خاطر فعاليت پوزولانياي قابل توجهي از فوم سيليكا به لحاظ ظرفيت اتصال آهك و سرعت واكنش هيدراتاسيون است. ملات هاي سيماني آميخته مختلف با استفاده نسبت 0.27 W / S تهيه شدند ، فقط 0.1 درصد وزني سوپرپلاستيك   در مورد سيمان هاي مخلوط حاوي 10 درصد   و 15 درصد   NMK (مخلوط M3 و M4) و 6 درصد  NMK + 4 SF (مخلوط MS) براي حفظ همان نسبت W / S تهيه بودند، اضافه گرديد. هر ملات با مخلوط كردن مخلوط خشك با مقدار مورد نياز آب براي حدود 3 دقيقه تهيه شد. پس از مخلوط شدن كامل، خمير حاصل شده با استفاده از قالب هاي مكعبي 1 اينچ به نمونه هاي مكعبي قالب گيري شد. سپس نمونه ها به مدت 24 ساعت با رطوبت نسبي 100 درصد   درون قالب هاي خود عمل آوري شدند. نمونه هاي مكعبي از قالب هاي آنها برداشته شد و سپس در مدت زمان هاي مختلف 3، 7، 14، 28 و 90 روز زير آب در دماي اتاق عمل آوري شدند. جدول 3 نشان دهنده نمونه و تركيب آنها است. در هر فاصله زماني، سه مكعب هر ملات سيمان سخت شده تحت آزمون استحكام فشاري قرار گرفتند و مقدار ميانگين ثبت شد. اين كار با استفاده از دستگاه توني دوستوري (West Germany) براي حداكثر بار 60 تن انجام شد. نمونه هاي خرد شده سيمان سخت شده دور ريخته شدند و واكنش هيدراتاسيون متوقف شد [18]. سپس نمونه ها به مدت 3 ساعت در دماي 80 درجه سانتيگراد در فضاي آزاد بدون CO2 خشك شدند.
سينتيك واكنش هيدراتاسيون با تعيين آب تركيب شيميايي و محتواي آهك آزاد در سن هاي مختلف هيدراتاسيون با استفاده از نمونه هاي خشك شده مورد بررسي قرار گرفت. مقدار آب شيميايي تركيب شده  (Wn، درصد   وزني)، توسط آزمايش افت وزن در 1000 درجه سانتيگراد براي 1 ساعت تعيين شد. اندازه گيري هاي تكراري براي هر نمونه انجام و مقدار ميانگين ثبت شد.

جايي كه Wo = جرم نمونه خشك و Wi = جرم نمونه سوخته است. درصد  آهك آزاد  با استفاده از روش استخراج گليسرول / اتانول تعيين شد و ميانگين مقدار دو تعيين جداگانه [19] ثبت شد. تركيب فازي هيدراتهاي تشكيل شده براي برخي از نمونه هاي هيدراته شده انتخابي با استفاده از تجزيه پراش اشعه ايكس (XRD) و كالوريمتري اسكن تفاضلي (DSC) بدست آمد. آناليز XRD با استفاده از تارگت كبالت (k = 1.7889 نانومتر) و فيلتر نيكل تحت شرايط كار 40 كيلو ولت  و 40 ميلي آمپر انجام شد. تكنيك DSC با استفاده از يك آناليزر حرارتي Shimadzu DSC-50 با سرعت گرمايش  /min  20  اجرا مي شود. محفظه نمونه با نيتروژن با سرعت جريان 30 Cm3/min تهيه شد.
نتايج وبحث:
مقاومت فشاري:
نتايج حاصل از مقادير مقاومت فشاري كه براي ملات سخت ساخته شده از OPC (Mo) و OPC شسته شده مخلوط شده با مقادير مختلف NMK و SF (مخلوط M1-M4 و MS) به دست آمده در شكل 1 نشان داده شده است. بديهي است با افزايش سن هيدراتاسيون به سن نهايي هيدراتاسيون (90 روز)، افزايش مقاومت فشاري ملات OPC خالص (Mo) به طور مداوم افزايش مي يابد. اين افزايش به طور عمده به هيدراتاسيون OPC با تشكيل محصولات هيدراتاسيون كه داراي خواص هيدروليك بالا (عمدتا به عنوان CSH) كه به عنوان مراكز قوي اتصال عمل مي كنند، وابسته است. براي ملات OPC مخلوط با مقادير مختلف NMK و NMK + SF، روند مشابهي مشاهده شد. براي ملات ساخته شده از مخلوط M1، M2 و M3، ، مقادير مقاومت فشاري از مقاديري بدست آمده براي ملات OPC شسته شده (Mo) در طول تقريبا تمام سنين هيدراتاسيون بالاتر بود. اين افزايش به طور عمده به هيدراتاسيون OPC با تشكيل محصولات هيدراتاسيون كه داراي خواص هيدروليك بالا هستند (عمدتا به عنوان CSH) كه به عنوان مراكز قوي اتصال عمل مي كنند، وابسته است. براي ملات هاي OPC مخلوط با مقادير مختلف NMK و NMK + SF، روند مشابهي مشاهده شد. براي ملات هاي ساخته شده از مخلوط M1، M2 و M3، مقادير مقاومت فشاري تقريبا در طول تمام سنين هيدراتاسيون بالاتر از مقاديري كه براي خمير OPC شسته شده (Mo) بدست آمد. اين افزايش مقاومت به طور عمده به واكنش پوزولانيك هيدروكسيد كلسيم آزاد (CH) آزاد شده از هيدراتاسيون سيمان پورتلند، با نانو متاكائولين تشكيل شده از  مقدار اضافي محصولات هيدراتاسيون، عمدتا به عنوان ژل CSH و همچنين هيدراتهاي بلورين CSH وابسته است . اين هيدرات ها به عنوان ميكرو پركننده  عمل مي كنند كه منجر به كاهش تخلخل كل و افزايش مراكز اتصال در اين نمونه ها مي شود. در نتيجه، افزايش مقدار مقاومت فشاري مشاهده مي شود [20،21]. با اين حال، براي ملات هاي حاوي 4 درصد  و 6 درصد  NMK (مخلوط M1 و M2) كاهش اندكي در مقاومت فشاري در سنين بعد از هيدراتاسيون (90 روز) مشاهده شد. اين كاهش ممكن است به نوعي وابسته به تثبيت از طريق كريستاليزاسيون هيدراتهاي تشكيل شده در دوره بعد از هيدراتاسيون باشد. ملات ساخته شده از مخلوط  M3 (90 % OPC + 10% NMK) داراي بالاترين مقادير مقاومت در تمام سنين هيدراتاسيون نسبت به ساير ملات هاي حاوي 0 درصد ، 4 درصد ، 6 درصد  و 15 درصد  NMK است. افزايش قابل توجهي در مقادير مقاومت فشاري براي ملات OPC حاوي مقادير مختلف NMK ممكن است به مكانيزم زير تعلق گيرد: هنگامي كه آب به هر مخلوط OPC-NMK اضافه مي شود، هيدروكسيد كلسيم  در نتيجه از هيدراتاسيون اوليه OPC آزاد مي شود، سيليس و آلومينا از NMK به سرعت وارد محلول مي شوند و براي تشكيل محصولات هيدراته ثانويه (عمدتا به عنوان هيدرات كلسيم سيليكات هيدرات) با تشكيل هيدرات آلومينات كلسيم شش ضلعي (به طور عمده به عنوان C4AH13) كه به محض رسيدن به حالت  اشباع رسوب مي شود، واكنش نشان مي دهند [22]. براي ملات سخت شده ساخته شده از مخلوط M4  (85 OPC + 15 NMK)  نتايج مقاومت فشاري نشان مي دهد مقادير مقاومت نسبتا كم نسبت به آنچه كه براي تمام مخلوط مورد آزمايش بدست آمده است( شكل 1).

شكل (1) مقادير مقاومت فشاري در مقابل سن هيدراتاسيون براي ملات هاي OPC شسته سخت شده و ملات هاي سيمان هاي آميخته مختلف
كاهش جزئي مقادير مقاومت ملات سخت شده ساخته شده از مخلوط هايي كه داراي درصد بالاتر از NMK هستند (مانند 15 درصد NMK) ممكن است به مقدار مقدار باقي مانده از NMK كه به عنوان يك پركننده در ملات OPC-NMK سخت شده عمل مي كنند، باشد [ 12،17]. براي ملات OPC سخت شده حاوي 6 درصد NMK و 4 درصد  SF   (MS مخلوط)، مقادير مقاومت فشاري با مقادير ملات OPC خالص مقايسه مي شوند.
مقادير آهك آزاد و آب تركيب شده شيميايي
نتايج حاصل از آب تركيب شده شيميايي براي تمام ملات هاي مورد بررسي، OPC شسته، OPC-NMK و OPC-NMK-SF در شكل 2 آمده است. همانطور كه در شكل نشان داده شده است، مقادير حجم آب تركيب شده با افزايش سن هيدراتاسيون براي تمام ملات هاي سيمان سخت شده ساخته شده از تمام مخلوط تا سن نهايي هيدراتاسيون (90 روز) افزايش مي يابد. اين افزايش را مي توان به پيشرفت واكنش هيدراتاسيون نسبت داد. همچنين نتايج نشان مي دهد واكنش سريع هيدراتاسيون از زمان مخلوط كردن تا يك روز پس از هيدراتاسيون صورت مي گيرد. پس از آن  محصولات هيدراتاسيون اوليه تشكيل شده دانه هاي سيمان را مي پوشانند و منجر به كاهش سرعت واكنش هيدراتاسيون مي شوند (7-14 روز). اين به دنبال افزايش تدريجي ميزان هيدراتاسيون تا 90 روز است. بديهي است كه مقادير حجم آب تركيب شده به دست آمده براي اكثر سيمانهاي آميخته در مقايسه  با ملات OPC شسته  ((Mo بالاتر است و بيشترين مقدار آن براي نمونه هاي  M4 و MS تا 28 روز هيدراتاسيون مي باشد. مقادير درصد  آهك آزاد به دست آمده براي ملات هاي مختلف سيمان مورد بررسي (Mo، مخلوط M1-M4 و MS) در شكل 3 نشان داده شده است. درصد  آهك آزاد به طور مداوم با افزايش سن هيدراتاسيون تا سن نهايي هيدراتاسيون براي ملات OPC شسته شده (Mo) افزايش مي يابد، كه نشان دهنده آزادسازي مستمر پرتلنديته آزاد (CH) از هيدراتاسيون OPC است. از سوي ديگر، مقدار آهك آزاد مشاهده شده براي تمام ملات هاي مخلوط OPC-NMK و OPC-NMK-SF نشان دهنده افزايش جزئي تا 28 روز و بعد از 90 روز كاهش قابل توجه است. بديهي است مقادير درصد آهك آزاد مشاهده شده براي اين ملات مخلوط شده نشان دهنده نتيجه دو فرآيند مخالف است: ابتدا افزايش ميزان آهك آزاد كه از هيدراتاسيون سيمان پرتلند آزاد شده بود و دوم مصرف اين آهك آزاد شده از طريق واكنش پوزولاني با NMK (مخلوط M1-M4) يا NMK و SF (مخلوط MS). در نتيجه اين دو فرآيند، مقادير درصد آهك آزاد براي تمام ملات هاي OPC مخلوط به خصوص در دوره هاي بعد از هيدراتاسيون (90 روز)كمتر از مقادير ملات OPC خالص است . همچنين افزايش درصد جايگزيني مواد پوزولاني (NMK و SF) در ملات OPC با كاهش قابل توجهي در مقدار درصد آهك آزاد همراه است [17].
ميكروسكوپي و تركيب فازي:
آناليز ايكس ري
پراش اشعه ايكس براي ملات هاي سيمان سخت شده ساخته شده از OPC شسته (مخلوط Mo) و OPC حاوي 10 درصد  NMK (مخلوط M3) پس از 1، 28 و 90 روز هيدراتاسيون به ترتيب  در شكل هاي 4 و 5 نشان داده شده است. همانطور كه در شكل 4 نشان داده شده است، محصولات هيدراتاسيون اصلي حاصل از هيدراته شدن خمير OPC شسته شده، هيدراتهاي سيليكات كلسيم ميكروكريستالين (CSH) و پرتلنديته (CH) هستند. ويژگي هاي پيك براي قطعات غير هيدراته دانه هاي C3S و b-C2S نيز مي تواند به عنوان كوارتز (Q) و كربنات كلسيم متمايز باشد. بديهي است كه نتايج شكل 4 نشان مي دهد كه شدت پيك هاي مشخص شده در C3S و b-C2S با افزايش سن هيدراتاسيون كاهش مي يابد. در عين حال  شدت پيك هاي مشخص شده براي محصولات هيدراتاسيون عمدتا به عنوان هيدرات سيليكات كلسيم (CSH)، با افزايش سن هيدراتاسيون به تاخير افتادن سن هيدراتاسيون (90 روز) و  در نتيجه پيشرفت واكنش هيدراتاسيون  افزايش مي يابد. با اين حال، شدت مشخصه پيك براي هيدروكسيد كلسيم آزاد  با افزايش سن هيدراتاسيون  كاهش مي يابد.

شكل (2) مقدار آب تركيب شده شيميايي در مقابل سن هيدراتاسيون ملات سيمان OPC شسته سخت شده و ملات هاي سيمان مختلف.

شكل (3) مقادير آهك آزاد در مقابل سن هيدراتاسيون براي ملات هاي OPC شسته سخت شده و ملات هاي سيمان هاي آميخته مختلف

شكل (4) الگوي XRD ملات هاي سخت شده ساخته شده از OPC شسته (mix Mo) در سنين مختلف هيدراتاسيون.
كاهش شدت پيك هاي مشخصه CH به كاهش ميزان بلورينگي CH تشكيل شده و نه كاهش مقدار آن مربوط مي شود، زيرا نتايج حاصل از آهك آزاد حاصل از اندازه گيري استخراج حلال (نشان دهنده هر دو قطعات آمورف و بلورين ) نشان دهنده افزايش مستمر در مقدار آن با افزايش سن هيدراتاسيون تا 90 روز است. ديفراكتوگرامهاي اشعه ايكس بدست آمده براي ملات OPC-NMK سخت شده از مخلوط M3  تقريبا همان فازهاي  هيدراته كه در مورد OPC شسته (Mo) اما با طبيعت آمورف بالاتر را نشان مي دهد (شكل 5). همانطور كه در شكل 5 نشان داده شده است، شدت هاي پيك هاي مشخص شده براي CH به تدريج در طول سن هاي اوليه هيدراتاسيون براي ملات OPC-NMK حاوي 10 درصد  NMK تا 28 روز افزايش مي يابد، اين افزايش به مقدار CH آزاد شده از هيدراتاسيون OPC نسبت داده مي شود كه بيش از آن است كه توسط واكنش پوزولانيك با NMK مصرف شود. از سوي ديگر، در اثر پيشرفت واكنش هيدراتاسيون، كاهش معني داري در ويژگي هاي شدت پيك براي تركيبات سيليكات كلسيم بدون آب در طي سنين بالاي هيدراتاسيون وجود دارد. در دوره بعد از هيدراتاسيون (90 روز)، پيك هاي تركيبات سيمان بدون آب تقريبا ناپديد مي شوند و شدت پيك هاي مشخص شده CH كاهش مي يابد.

شكل (5) الگوي XRD ملات هاي سخت شده ساخته شده از OPC حاوي 10 درصد NMK (mix M3) در سنين مختلف هيدراتاسيون.
در دوره بعد از هيدراتاسيون، مقدار CH در واكنش پوزولاني با NMK بيش از مقدار آزاد شده در طول هيدراتاسيون OPC است و بنابراين كاهش خالص در مقدار CH كه منجر به كاهش شدت پيك مشخصه CH پس از 90 روز هيدراتاسيون مي شود، مشاهده مي گردد.
 
گرماسنجي روبشي تفاضلي (DSE)
ترموگرافي DSC براي نمونه هايي ساخته شده از OPC و OPC شسته شده حاوي 10 درصد NMK هيدراته شده براي مدت زمان  1، 28 و 90 روز هيدراتاسيون به ترتيب در شكل هاي 6 و 7 نشان داده شده است. ترموگرافي DSC از ملات  OPC شسته (Mo) سه پيك گرماگير در 90-110، 490-510  و718-750  درجه سانتيگراد را نشان مي دهد( شكل 6). اولين اندرترم در 90-110 درجه سانتيگراد عمدتا به دليل حذف آب آزاد باقي مانده و همچنين آب زدايي هيدراتهاي سولفوآلومينات و بخش آمورف هيدراتهاي سيليكات كلسيم (CSH) مي باشد. آنتالپيهاي اين اندوتررم به ترتيب 1، 28 و 90 روز هيدراتاسيون به ترتيب 10.32، 9.24 و 35.33 j/g هستند. كاهش اندكي در مقدار آنتالپي از اين اندوتررم با افزايش سن هيدراتاسيون از نظر كاهش حجم آب آزاد و نه كاهش محتواي CSH توضيح داده شده است. از آنجا كه مقادير مقاومت فشاري براي اين ملات هاي سخت شده با افزايش سن هيدراتاسيون افزايش مي يابد، كه به معني افزايش مقدار هيدرات هاي تشكيل شده (عمدتا به عنوان CSH آمورف) است. پيك دوم كه در 490-510 درجه سانتيگراد قرار دارد كه نشان دهنده كاهش وزن عمده است، عمدتا مربوط به تجزيه پورتلنديت(CH)  [23] مي باشد. شدت اين اندرترم با افزايش سن هيدراتاسيون افزايش مي يابد؛ اين افزايش به افزايش ميزان آهك آزاد تشكيل شده وابسته است.

شكل (6) ترموگرام از ملات OPC شسته سخت شده (mix Mo) در سنين مختلف هيدراتاسيون.

شكل (7) ترموگرام DSC از ملات OPC سخت شده حاوي 10 درصد NMK (mix M3) در سنين مختلف هيدراتاسيون.
آنتالپي اين اندرترم از 21.32 J / g به 31.93 J / g با افزايش سن هيدراتاسيون از 1 تا 28 روز افزايش مي يابد: اين مقادير نشان دهنده افزايش مقدار پرتلنديته است. پس از 90 روز هيدراتاسيون، آنتالپي اين اندرترم به 26.41 J / g كاهش مي يابد، اين كاهش با توجه به كاهش درجه بلورينگي پورتلنديته تشكيل شده ، كه قبلا از نتايج آناليز اشعه ايكس اشاره شده است، وابسته است. سرانجام اندوتررم سوم كه در 718-750 درجه سانتيگراد قرار دارد به علت تجزيه كربنات كلسيم است. آنتالپي اين اندرترم بعد از 1 و 28 روز  تقريبا همان مقدار ( 3.20 J / g )  است كه پس از 90 روز صفر مي شود. اين مقادير به ميزان كربناته نمونه هاي سخت شده بستگي دارد [24,25] . ترموگرافي هايي كه براي ملات هاي مخلوط شده با OPC-NMK حاوي 10 درصد  NMK (مخلوط M3) به دست مي آيد، نشان دهنده همان سه پيك انتروپرميك شده براي ملات OPC شسته شده (Mo) است كه در شكل 7 نشان داده شده است. اولين پيك كه در 90-105 درجه سانتيگراد قرار دارد، عمدتا به دليل حذف آب آزاد باقي مانده و همچنين آب زدايي هيدراتهاي سولفوآلومينات و بخش آمورف هيدراتهاي سيليكات كلسيم (CSH) است. مقادير آنتالپي اين اندرترم پس از 1، 28 و 90 روز هيدراتاسيون به ترتيب 10.68، 10.86 و 11.08    J / g است. اين مقادير با توجه به افزايش مقدار هيدراتهاي تشكيل شده (عمدتا به عنوان توبرموريت مشابه  CSH) اما با طبيعت آمورف بسيار زياد توضيح داده شده است، از آنجا كه نتايج مقاومت فشاري افزايش مداوم با افزايش سن هيدراتاسيون (تا 90 روز) را نشان مي دهند. پيك دوم در 490-510 درجه سانتي گراد قرار دارد كه نشان دهنده كاهش وزن در تجزيه پورتلنديته (CH) مي باشد.آنتالپي اين اندرترم با افزايش سن هيدراتاسيون از 1 تا 28 و 90 روز از 12.39 به 8.24 و 6.28 j/g كاهش مي يابد. اين به دليل مصرف CH آزاد توسط واكنش پوزولاني با NMK است. اندوترم سوم كه در 718-750 درجه سانتيگراد قرار دارد به علت تجزيه كربنات كلسيم است. آنتالپي اين اندرترم پس از 1، 28 و 90 روز به ترتيب 1.48، 2.29 و 0.62 J / g است. اين مقادير به ميزان كربناته نمونه هاي سخت شده بستگي دارد.
نتيجه گيري:
بر اساس نتايج حاصل از اين تحقيق، مي توان نتيجه گيري هاي زير را دريافت كرد:
1.       ملات هاي سخت شده ساخته شده از مخلوط OPC-NMK حاوي  4 درصد، 6 درصد و 10 درصد  NMK مقادير بالاتر از مقاومت فشاري نسبت به مقادير OPC خالص را نشان مي دهند. درصد جايگزيني بهينه  OPC توسط NMK  10 درصد است.
2.       مقادير درصد  آب تركيبي براي تمام ملات هاي سيمان مخلوط شده با OPC-NMK بالاتر از مقادير موجود در ملات OPC است.
3.       مقادير درصد  آهك آزاد تمام ملات هاي سيمان مخلوط OPC-NMK كمتر از مقادير ملات OPC خالص به خصوص در دوره هاي بعد از هيدراتاسيون است.
4.       ديفراكتوگرامهاي XRD و ترموگرافي DSC براي تمام ملات هاي مورد بررسي نشان دهنده تشكيل هيدراتهاي سيليكات كلسيم ، هيدرات سولفالومينات كلسيم ، هيدرات آلومينات كلسيم ، هيدروكسيد كلسيم و كربنات كلسيم مي باشد.
 
 

محمدجواد قديمي-كارشناس ارشد شيمي معدني 

مراجع:
 
[1] J. Davidovits, M. Moukwa, S.L. Sarkar, K. Luke, Geopolymer cement to minimize carbon-dioxide greenhouse warming, ceramic transaction cement-based material: present, future, environmental Aspect, Westerville: The American Ceramic Society, 1993 37 165–181.
[2] N.J. Saikiaa, P. Senguptaa, P.K. Gogoib, P.C. Borthakura, Cementitious properties of metakaolin–normal Portland cement
mixture in the presence of petroleum effluent treatment plant sludge, Cem. Concr. Res. 32 (2002) 1717–1724.
[3] B.B. Sabir, S. Wild, J. Bai, Metakaolin and calcined clay as pozzolans for concrete, Cem. Concr. Compos. 23 (2001) 441– 454.
[4] M. Singh, M. Garg, Reactive pozzolana from Indian clays–– their use in cement mortars, Cem. Concr. Res. 36 (2006) 1903– 1907.
[5] R.A. Sayanam, A.K. Kalsotra, S.K. Mehta, R.S. Sing, G. Mandal, Studies on thermal transformations and pozzolanic
activities of clay from Jammu region (India), J. Therm. Anal. Calorim. 35 (1989) 9–106.
[6] G. Badogiannis Kakali, G. Dimopoulou, E. Chaniotakis, S. Tsivilis, Metakaolin as supplementary cementitious materials, optimization of kaolin to metakaolin conversion, J. Therm. Anal. Calorim. 81 (2005) 457–462.
[7] S.A. Abo-El-Enein, M. Heikal, M.S. Amin, H.H. Negm, Reactivity of dealuminated kaolin and burnt kaolin using
cement kiln dust or hydrated lime as activators, Constr. Build. Mater. 47 (2013) 1451–1460.
[8] M.S. Morsy, H. Aglan, Development and characterization of nano-structuredperlite- cementitious surface compounds, J. Mater. Sci. 42 (2007) 196–202.
[9] J. Shih, T. Chang, T. Hsiao, Effect of nanosilica on characterization of Portland cement composite, Mater. Sci. Eng. A 424 (2006) 266–274.
[10] S.S. Shebl, L. Allie, M.S. Morsy, H.A. Aglan, Mechanical behavior of activated nano silicate filled cement binders, J. Mater. Sci. 44 (2009) 1600–1606.
[11] X. He, X. Shi, Chloride permeability and microstructure of Portland cement mortars incorporating nanomaterials, In:
Transportation Research Record: J. Transp. Res. Board, No. 2070, Transportation Research Board of the National Academies, Washington, DC, 2008 13–21.
[12] J. Pera, S. Rols, M. Chabannet, J. Ambroise, Influence of the cement type on the resistance of concrete to an agricultural
environment, Am. Concr. Soc. (1998) 419–430.
[13] S. Martin, Metakaolin and its contribution to the acid resistance of concrete, In: international symposium on concrete for a sustainable Agriculture, Stavanger, Norway, 1997, 21–29.
[14] C.S. Poon, S.C. Kou, L. Lam, Compressive strength, chloride diffusivity and pore structure of high performance metakaolin
and silica fume concrete, Constr. Build. Mater. 20 (2006) 858– 865.
[15] Z. Li, Z. Ding, Property improvement of Portland cement by incorporating with metakaolin and slag, Cem. Concr. Res. 33 (2003) 579–584.
[16] M.S. Morsy, Y.A. Al-Salloum, H. Abbas, S.H. Alsayed, Behavior of blended cement mortars containing nanometakaolin
Nanometakaolin at elevated temperatures, Constr. Build. Mater. 35 (2012) 900–905.
[17] S.A. Abo-El-Enein, M.S. Amin, F.I. El-Hosiny, S. Hanafi, T.M. ElSokkary, M.M. Hazem, Pozzolanic and hydraulic activity of nano-metakaolin, HBRC, Fifth International Conference on nano-technology in construction, 2013.
[18] H. El-Diamonony, A.S. Khalil, Studies on artificial pozzolanic cement: physico-chemical properties, Zem-Kalk-Gips 34 (6)
(1981) 312–314.
[19] S.A. Abo-El-Enein, M. Diamon, S. Ohsawa, R. Kondo, Hydration of low porosity slag lime pastes, Cem. Concr. Res. 4 (2) (1974) 299–312.
[20] S.A. Abo-El-Enein, R. Abbas, Y.E. Ezzat, Propiedades y duyabilidad de los cemento sadicionados con metacaolin properties and durability of metakaolin blended cements, Mater. Construction 60 (299) (2010) 21–35.
[21] M.S. Mansour, E. Kadri, S. Kenai, M. Ghrici, R. Bennaceur, Influence of calcined kaolin on mortar properties, Constr. Build. Mater. 25 (2011) 2275–2282.
[22] M.S. Amin, S.A. Abo-El-Enein, Abdel Rahman, K.A. Aand Alfalous, Artificial pozzolanic cement pastes containing burnt clay with and without silica fume, J. Therm. Anal. Calorim. 107 (2012) 1105–1115.
[23] S.M.A. El-Gamal, F.S. Hashem, M.S. Amin, Thermal resistance of hardened cement pastes containing vermiculite and expanded vermiculite, J. Therm. Anal. Calorim. 109 (2012) 217–226.
[24] M.S. Morsy, A.F. Galal, S.A. Abo-El-Enein, Effect of temperature on phase composition and microstructure of artificial pozzolana-cement pastes containing burnt Kaolinite Clay, Cem. Concr. Res. 28 (8) (1998) 1157–1163.
[25] A. Hidalgo, J.L. Garcia, M.C. Alonso, L. Fernandez, C. Andrade, Microstructure development in mixes of calcium aluminate cement with silica fume or fly ash, J. Therm. Anal. Calorim. 96 (2009) 335–345.
ويژگي هاي هيدراتاسيون و مقاومت فشاري  سيمان سخت شده حاوي نانو متاكائولين
امتیازدهی
میانگین امتیازها:0 تعداد کل امتیازها:0
مشاهده نظرات (تعداد نظرات 0
ارسال نظرات
نام  
آدرس پست الکترونیکی شما    
توضیحات  
تغییر کد امنیتی  
کد امنیت  
 
كليه حقوق اين پرتال متعلق به انجمن صنفي كارفرمايان صنعت سيمان مي باشد.
Powered by DorsaPortal