اجرای بتن گوگردی

با سلام و شادباش ، امروزه بتن گوگردی به علت مزایای منحصر به فرد از جمله مقاومت بالای شیمیایی ، اسیدی و مکانیکی رواج زیادی در صنایع و پروژه های ساختمانی و مکانیکی در سطح دنیا  یافته است. این نوع بتن به خصوص در محل های مانند سطوح مجاور مواد اسیدی کاربرد منحصر به فردی دارد . 

کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران به عنوان در راستای خدمات تخصصی و به روز خود اقدام به ارائه خدمات ارائه و اجرایی بتن های گوگردی در مخازن ، سطوح ، مخازن فلزی ، حوضچه ها می نماید.

شما می توانید برای مشاوره و در خواست شرایط و قیمت فروش و اجرای بتن های گوگردی ، نیز در صورت تمایل اجرای بتن گوگردی با بخش فنی و مهندسی کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران تماس حاصل فرمایید.

 

راهنمای اختلاط و جایدهی بتن گوگردی در ساخت و اجرا

فصل 1- تاریخچه

1-1- مقدمه

          بتن گوگردی مصالح نسبتاً جدیدی است، گرچه ظاهر آن در نهایت شبیه بتن معمولی می‌باشد اما ساخت، حمل، کاربرد و آزمایش آن متفاوت است. هدف این راهنما آشنائی مهندسین، پیمانکاران، سازندگان و مصرف کنندگان این بتن، کاربردها و کمک برای انتخاب مصالح، نسبت‌های اختلاط و خواص آن جهت استفاده بهینه بتن گوگردی است. بتن گوگردی مصالحی ترموپلاستیک است که با اختلاط سیمانهای گوگردی بصورت گرم با سنگدانه‌های معدنی ساخته می‌شود. بتن گوگردی سریعاً دراثر خنک شدن سخت می‌شود و کسب مقاومت می‌کند. اگر سنگدانه‌های مقاوم در برابر اسیدها و نمکها بکار رود بتن گوگردی پر مقاومت و بادوام می‌تواند تولید ‌شود و در مواردی که سایر بتن‌ها سریعاً از بین می‌روند بخوبی مصرف گردد. بتن گوگردی در محیط های قلیائی و اکسید کننده‌ها پایدار نیست اما در محیط‌های اسیدی و نمکها عملکرد عالی دارد.

          بتن‌های گوگردی اولیه که با گوگردهای اصلاح نشده ساخته می‌شوند از نظر دوام مشکل داشتند. حتی وقتی از مصالح مقاوم و بادوام برای تولید این بتن استفاده می‌شد، این بتن‌ها در زمان نسبتاً کوتاهی از بین می‌رفت و خراب می گشت. بهرحال با مصرف سیمانهای گوگردی اصلاح شده دوام بتن‌های گوگردی افزایش یافت و کاربرد آن را بعنوان مصالح ساختمانی امکان پذیر نمود. در این حالت این نوع بتن برخی خواص منحصر بفرد را به اثبات رسانده است که عبارتند از:

          الف – مقاومت زیاد و مقاومت در برابر خستگی

          ب – مقاومت عالی در برابر بیشتر اسیدها و نمکهای آنها

          ج – گیرش فوق‌العاده سریع و کسب مقاومت زود هنگام

          یکی از بیشترین کاربردهای بتن گوگردی، استفاده آن بعنوان کف های صنعتی است که در برابر مواد شدیداً خورنده قرار می‌گیرند.

1-2- تحقیقات اولیه

          مصرف گوگرد بعنوان عامل مذاب چسباننده به دوران ما قبل تاریخ بر می‌گردد. در قرن 17 میلادی از گوگرد برای اتصال فلزات در سنگ استفاده می‌شد و هنوز درامریکای لاتین استفاده‌های مشابه صورت می گیرد. پس از جنگ جهانی اول (1919) تقاضای گوگرد به ایجاد گنبدهای بزرگ گوگرد در نزدیک Matagordaتگزاس انجامید. این امر تولید گوگرد را درایالات متحده دوچندان نمود و به تولید مازاد منجر گردید.

          Bacom و Davis در 1921 گزارشی را در رابطه با مصارف گوگرد در مصالح ساختمانی و مصرف این ماده زائد و اضافی ارائه دادند. آنها بسیاری از افزودنی های (افزونه) پیشنهادی را برای اصلاح خواص گوگرد برای مصارف خاص آزمایش نمودند و دریافتند که اغلب آنها نامناسب می‌باشند. آنها متوجه شدند که مخلوط 60 درصد ماسه و 40 درصد گوگرد، مصالحی مقاوم در برابر اسید و با مقاومت عالی را بوجود می‌آورد.

          Kabbe در 1924 خواص ضد اسیدی مصالح ساخته شده از گوگرد و کک را گزارش نمود.

          Duecker در 1934 دریافت که مخلوط 60 درصد ماسه و 40 درصد گوگرد در چرخه‌های حرارتی افزایش حجم توأم با کاهش مقاومت خمشی را بوجود می‌آورد. وی قادر بود هر دو خاصیت افزایش حجم و کاهش مقاومت ناشی از چرخه های حرارتی را با استفاده از اصلاح گوگرد با یک پلی سولفاید اولفین کاهش دهد. مصرف افزونه های مختلف برای پایداری کردن هرچه بیشتر باعث شد تا بکارگیری بتن گوگردی در صنعت بیشتر شده و تحقیقات بیشتری برای بهبود محصولات گوگردی بعنوان ملاتها و پرکننده های مقاوم در برابر اسید به انجام رسد.

          Mckinney در 1940 روشهای آزمایش برای مصالح گوگردی را مطرح نمود که در انستیتو Mellon موفقیت آمیز شناخته شد. بیشتر این روشها در ASTM بعنوان آزمایش و مشخصات ملاتهای گوگردی ضد اسید مورد اقتباس قرار گرفتند.

          پیشرفتهائی در امکان اصلاح گوگرد و تولید محصولات با دوام‌تر، علاقه به تحقیقات را در فعالیت‌های تجاری بیشتر نمود. تحقیقات به دو دسته تقسیم شد که شامل بتن گوگردی و بتن گوگردی تزریقی بود. این گزارش عمدتاً برروی استفاده از بتن گوگردی متمرکز می‌شود زیرا بتن گوگردی تزریقی هنوز به مصارف گسترده و در مقیاس بزرگ و واقعی دست نیافته است.

 

1-3- تحقیقات اخیر در باره بتن گوگردی

          پیشرفت‌های عمده در توسعه و کاربرد بتن گوگردی در دهه اخیر (دهه 80) حاصل شد. تحقیقات حول این مسئله بنا شد که بتن گوگردی مصالح ساختمانی ماندگار و بادوام باشد و سیمانهای گوگردی بهبود یافته و طرح اختلاط بهتر برای تولید محصولات یکنواخت با روش عادی ساخته شود.

          در اواخر دهه 60، Daleو Ludwig روی ساختار سیستم گوگرد – سنگدانه کارکردند و به لزوم استفاده از سنگدانه خوب دانه‌بندی شده برای دستیابی به مقاومت بهینه اشاره نمودند.

          این تحقیقات بوسیله Crow و Bates دنبال شد و بتن گوگردی بازالتی پر مقاومت مورد بررسی قرار گرفت. اداره معادن وزارت کشور ایالات متحده وانستیتو گوگرد یک برنامه همکاری را در سال 1971 برای تحقیق و توسعه در زمینه مصارف جدید گوگرد شروع نمودند. تقریباً در همین زمان، مرکز فن آوری انرژی و مواد معدنی کانادا ( CANMET) و انجمن تحقیقات ملی (NCR) کانادا برنامه تحقیقات خاصی را درارتباط با بتن گوگردی شروع کردند. این کار با تحقیقات انجام شده در دانشگاه Calgaryدر آلبرتا Alberta کانادا دنبال شد.

          در 1973، انستیتو کاربرد گوگرد کانادا (SUDIC) با دولت فدرال کانادا و دولت محلی آلبرتا و تولید کنندگان گوگرد کانادا بطور مشترک سعی نمودند بازارهای جدید مصرف بری گوگردهای مازاد کانادا بوجود آمدند. در 1978 ، CANMET و SUDIC یک کنفرانس بین‌المللی را تدارک دیدند، در مورد مصرف گوگرد در ساخت و اجراء تبادل نظر گردد. همچنین دراین ایام، تعدادی محقق شامل McBee، Sullivan ، Malhotra ، Vroom، Yuan، Loov و همکاران ، Gregor و Hackl ، Diehl ، Lee و دیگران مقالات و گزارشهائی را با عناوین و اهداف و منظورهای گوناگون در مورد گوگرد و بتن گوگردی منتشر نمودند. همه این فعالیت ها به افزایش آگاهی در ارتباط با استعداد مصرف گوگرد بعنوان مصالح ساختمانی منجر گردید.

          با عنایت به اینکه بتن گوگردی با استفاده از گوگرد اصلاح نشده و اختلاط گرم با سنگدانه تهیه می‌شد، دوام محصول تولیدی یک مشکل محسوب می گردید. بتن گوگردی اصلاح نشده، وقتی در معرض یخ بندان و آبشدگی ، شرایط مرطوب یا غوطه‌وری در آب قرار می‌گرفت خراب می‌شد. هدف تحقیقات، تبین دلائلی خرابی این بتن‌های گوگردی و راهکارهای جلوگیری از این خرابی ها بود.

          وقتی سنگدانه و گوگرد اصلاح نشده گرم مخلوط شده در قالب ریخته و سرد می‌شود تا محصولات بتن گوگردی حاصل گردد، چسب گوگردی بهنگام سردشدن و فاصله گرفتن از حالت مایع، در ابتدا بعنوان گوگرد منوکلینیک (SB) در  oc 114 تبلور می‌یابد و با کاهش حجم 7 درصدی همراه می گردد. با ادامه سرد شدن تا دمای کمتر از oc 96 ، SB به گوگرد ارتورومبیک( ) تبدیل می‌شود که شکل پایدار گوگرد دردماهای محیط مجاور است. این تبدیل سریع انجام می‌شود و بطور کلی در کمتر از 24 ساعت بوقوع می‌پیوندد. از آنجا که شکل  متراکم‌تر و توپرتر از   می‌باشد، تنش زیادی در آن بواسطه جمع‌شدگی گوگرد جامد ایجاد می‌شود. بنابراین چسبنده گوگردی تحت تنش قرار می‌گیرد می‌تواند خراب شود. انبساط منشور ملات گوگرد و ماسه مثالی از خرابی یک محصول گوگردی بدلیل آزاد شدن تنش بوسیله چرخه حرارتی است که توسط Duecker مشاهده شده بود. لازم بود یک راه حل و وسیله اقتصادی برای اصلاح گوگرد برای تولید بتن گوگردی با دوام خوب مشخص گردد. در حالیکه افزونه‌های پلی سولفید اولیفینی در این رابطه مفید قلمداد شد، قیمت و هزینه آن مانعی در راه تولید بتن گوگردی در کارهای اجرائی در مقیاس واقعی بزرگ ایجاد می‌نمود.

          در 1973 اقدامی توسط Vroom با کمک و همکاری انجمن ملی و تحقیقات کانادا و Ortega از دانشگاه Mc Gill در Montreal کانادا صورت گرفت. در این رابطه گوگرد بوسیله واکنش با پلیمرهای هیدروکربن اولیفینی، اصلاح شد. همچنین روشن شد که یک واکنش مشابه، گوگرد محلول در پلیمر بدست می دهد. بتن گوگردی حاصله در ابتدا در Calgary واقع در Alberta و در سال 1975 برای مصارف تجاری تولید شد. اصلاح گوگرد با واکنش با دی سیکلوپنتادین (DCPD) بوسیله بسیاری از محققین مورد بررسی قرار گرفت. اما کاربرد آن در مصارف تجاری صنعتی محدود بود، زیرا واکنش بتن گوگرد و DCPD بصورت اکسوترمیک (exothermic) می‌باشد و نیاز به کنترل نزدیک و زیاد دارد. همچنین سیمان گوگردی اصلاح شده با DCPD هنگامیکه در معرض دمای زیاد (بیشتر از oc 140 ) قرار می‌گیرد ناپایدار می‌شود بطوریکه وقتی با سنگدانه داغ مخلوط می گردد ممکن است واکنش ناپایدار کننده‌ای را برای محصول گوگردی بوجود آورد و  به تبدیل شود. MCBee وSullivan این مسئله را از طریق فرآیندی برای تهیه سیمان گوگردی اصلاح شده حل نمودند که در آن  به همان شکل پایدار بماند و در هنگام اختلاط به دمای موجود حساس نباشد. اینکار، واکنش کنترل شده سیکلوپنتادین (CPD) را بوجود آورد.

          پژوهشگران دیگر روشهائی را برای اصلاح گوگرد جهت ساخت بتن گوگردی گزارش نموده‌اند. این افراد عبارتند از : Leutner و Diehl با استفاده از DCPD ،Gillott و همکاران با استفاده از افزونه‌های Polyol و نفت خام ، Schneider و Simic با استفاده از DCPC یا یک گلیکول، Woo با استفاده از اسید فسفریک برای بهبود مقاومت در برابر یخبندان و آبشدگی و Nimer و Campbell با استفاده از ارگانوسیلان ( Organosilane) برای بهبود پایداری در برابر آب همچنین Gregor و Hackl کارهای آزمایشگاهی را برای محصولات بتن گوگردی اصلاح شده با DCPD گزارش نمودند، Bright و همکاران کارهائی برروی سیستمهای گوگردی اصلاح شده انجام دادند وBordoli و Pierce برروی پایداری گوگرد اصلاح شده با DCPD کار نمودند.

          از 1976 محصولات تجاری و کاربرد بتن گوگردی مقاوم در برابر مواد خورنده بطور روزافزون بکار گرفته شد. بتن گوگردی بصورت پیش ساخته و درجا در کارهای صنعتی بکار رفت در حالیکه بتن معمولی قبلاً در این پروژه خراب شده بود و خوردگی در برابر اسید و نمکها را تحمل ننموده بود. مصرف این بتن‌ها عمدتاً در کف و دالهای روی زمین، جدول، دیوار و زهکش ترانشه، چاله‌های فاضلاب، مخازن، محفظه‌های الکترولیت، پمپ خانه، پایه‌ها، شالوده ها و لوله‌ها و اندود روکش بود. موارد مندرج در این گزارش نتیجه کاربرد این نوع بتن در کارهای صنعتی و تجاری و تجارت حاصله است.

 

1-4- مزایا و نکات مربوط به بتن گوگردی

          مزیت عمده بتن گوگردی، کاربرد آن بعنوان ماده با دوام ساختمانی و جایگزین بتن معمولی در نقاطی است که اسید و نمک در محیط مجاور آن می‌تواند باعث خرابی آن شود.

          چندین مزیت در بکارگیری بتن گوگردی برای عملیات اجرائی در محیط های خورنده اسیدی وجود دارد. اولین آنها عمر زیاد این نوع بتن‌ها نسبت به بتن معمولی در این شرایط است. مزایای دیگر بتن گوگردی، زمان سریع گیرش و کسب سریع مقاومت در سنین اولیه است. از آنجا که در کمتراز یک روز به درصد قابل توجهی از مقاومت نهائی دست می‌یابیم، می توان قالب ها را سریعاً برداشت و بدون زمان عمل‌آوری طولانی از این نوع بتن بهره‌برداری نمود. بطور کلی بتن گوگردی ویژگیهای مفید زیر را داراست:

1-  مقاومت‌های کششی، فشاری و خمشی و عمرخستگی بتن گوگردی بیشتراز بتن معمولی است شکل 1-4 رابطه مقاومت فشاری این دو نوع بتن را در مقایسه با هم نشان می دهد. سیمان پرتلند معمولی (نوع I ) به میزان  kg/m3 350 و سنگدانه با حداکثر اندازه 38 میلی‌متر در بتن معمولی بکار رفته است.

2-  بتن گوگردی مقاومت عالی در برابر حمله بسیاری از اسیدها و نمکها و برخی محلولهای خیلی غلیظ از خود نشان می دهد.

3-     بتن گوگردی سریعاً می‌گیرد و به 70 تا 80 درصد مقاومت فشاری نهائی در مدت 24 ساعت می‌رسد.

4-     بتن گوگردی را می‌توان در تمام طول سال در سرمای شدید زیر صفر ریخت.

5-     نفوذپذیری بتن گوگردی در برابر آب بسیار کم است.

جابجائی اختلاط و استفاده از بتن گوگردی باید، احتیاط رعایت نکات ایمنی انجام گیرد. این گزارش جنبه کلی دارد و نمی‌تواند همه نکات و ملاحظات ایمنی را شامل می‌شود. محدوده دمای اختلاط 127 تا oc 141 می‌باشد تا گازهای مضر به حداقل برسد. تهویه کافی بهنگام اجرا و ملاحظات معمول و استاندارد برای حمل و نقل مواد داغ مایع مد نظر قرار گیرد(لباس و دستکش محافظ کامل، محافظ چشم و کلاه ایمنی). این ملاحظات ایمنی توسط « انجمن ملی ایمنی (NSC) » تدوین شده است. اگر دمای محیط از نقطه ذوب سیمان و بتن گوگردی بالاتر رود، بتن دچار کاهش شدید مقاومت شده و نرم و شل می گردد.

 

فصل دوم – راهنمای مصرف کننده بتن گوگردی در ساخت و اجرا

2-1- سنگدانه‌ها و گوگرد اصلاح شده

2-1-1- سیمان گوگردی اصلاح شده

                    از سال های دهه 1930 به این فکر افتادند تا پایائی و دوام گوگرد را در بتن افزایش و انبساط و انقباض را در اثر تغییرات دما کاهش دهند. سیمان‌های گوگردی اصلاح شدند تا پایداری و دوام را بهبود بخشد. چند روش جهت این هدف بکار گرفته شد. دو روش امروزه در امریکای شمالی برای تولید سیمانهای گوگردی بکار می‌رود که نامهای تجاری خاصی را داراست. روش اول بر پایه واکنش پلیمری گوگرد با یک اصلاح کننده شامل قسمتهای مساوی از سیکلو پنتادین اولیگومر و دی سیکلوپنتادین استوار است ( cyclopentodiene oligomer و dicyclopentodiene ) ترکیب و خواص سیمان گوگردی اصلاح شده روش اول به شرح زیر است:

          گوگرد، درصد وزنی 0/1 ± 0/95 درصد

          کربن ، درصد وزنی 5/0 ± 0/5 درصد

          هیدروژن درصد وزنی 05/0 ± 5/0 درصد

          چگالی در oc 25        02/0± 90/1

          لزجت در oc 135        100-25 سانتی پواز

                   در روش دوم گوگرد اصلاح شده تغلیظ شده با ترکیب و اختلاط گوگرد و پلیمرهای هیدروکربن اولیفینی مانند Escopol بدست می‌آید. این ماده غلیظ سپس در محل با گوگرد خالص به نسبت 1 به 10 وزنی مخلوط می‌شود. بتن حاصله از بکارگیری گوگرد اصلاح شده بدست آمده از روش دوم شامل ترکیب تقریبی زیر می‌باشد:

                   گوگرد

                   درصد وزنی 80

                   کربن، درصد وزنی 18

                   هیدروژن، درصد وزنی 2

                   هر دو روش گوگرد اصلاح شده‌ای با طول عمر نگهداری خیلی زیاد را در حالت جامد بدست می‌دهند. اگر این مواد درحالت مذاب نگهداری شوند، هر دو نوع گوگرد اصلاح شده (‌دو نوع اصلاح کننده )، واکنش را ادامه داده و بتن هائی نامرغوب را بوجود می‌آورند.

          در این حالت مصرف کننده باید توصیه های محدوده زمانی نگهداری ماده مذاب در حالت مایع را برای گوگرد اصلاح شده رعایت نماید. روشهای آزمایش برای سیمانهای گوگردی اصلاح شده در زیر از نظر می گذرد.

1-     گوگرد و کربن با احتراق سیمان گوگردی توسط یک آنالیز در کربن / گوگرد تعیین می‌شود.

2-     چگالی سیمان گوگردی طبق ASTM D70 در دمای oc 25 انجام می گردد.

3-  لزجت ماده سیمان گوگردی مذاب در دمای oc 135 با استفاده از یک لزجت سنج
 ( ویسکومتر) نوع دوکی شکل چرخان (Rotating Spindle-type Viscometer) مجهز به محفظه‌ای که با برق گرم شده و کنترل دما ( ترموستات) داشته باشد اندازه‌گیری می‌شود.

 

2-1-2- سنگدانه ها

          انتخاب کیفیت سنگدانه مناسب برای هر کاربرد در ساخت بتن گوگردی ضروری است. سنگدانه‌ها باید با مشخصات ASTM C33 از نظر دوام، تمیزی و میزان مواد زیان آور سازگار باشند. سنگدانه ها باید در برابر حملات شیمیائی مورد نظر در محیط بهره‌برداری مقاومباشند. مثلاً سنگدانه های کوارتزی برای محیط‌های اسیدی و نمکی مناسب هستند در حالیکه سنگدانه های آهکی فقط برای محیط‌های حاوی املاح کاربرد دارند و در محیط اسیدی دوام ندارند.

          سنگدانه‌های شکسته ( تیزگوشه) نسبت به سنگدانه گردگوشه بدلیل افزایش مقاومت بتن گوگردی ارجحیت دارند. سنگدانه‌ها باید ویژگیهای زیر را برآورده نمایند.

منبع : وب سایت رسمی مهندس محمدرضا خوانسالاربتن گوگردی
برچسب ها : گوگردی ,گوگرد ,می‌شود ,سنگدانه ,مقاومت ,          ,سیمان گوگردی ,گوگردی اصلاح ,گوگرد اصلاح ,بکار می‌رود ,گوگردی باید ,سیمان گوگردی اصلاح ,مصرف