High-performance concrete incorporating calcined kaolin clay and limestone as cement substitute

مقدمه

در سال‌های اخیر، با افزایش نیاز به پایدارسازی در صنایع مختلف، توجه بسیاری به کاهش اثرات محیطی ناشی از تولید مصالح ساختمانی به ویژه بتن معطوف شده است. صنعت سیمان به‌عنوان یکی از پرمصرف‌ترین تولیدات انسانی، سهم بزرگی در انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد. هر تن سیمان تولیدی مسئول حدود یک تن CO₂ در محیط است. از این رو، یافتن جایگزین‌های مناسب برای سیمان که بتوانند ضمن حفظ یا بهبود خواص مکانیکی و دوامی بتن، تأثیرات منفی زیست‌محیطی را کاهش دهند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

اهداف تحقیق

این مطالعه درصدد است تا تأثیر جایگزینی بخشی از سیمان با خاک رس کائولین کلسینه و سنگ آهک را بر بتن‌های با عملکرد بالا مورد بررسی قرار دهد. هدف اصلی دستیابی به ترکیبی است که بدان وسیله بتوان کاهش قابل‌ملاحظه‌ای در انتشار CO₂ را همراه بهبود در خواص فیزیکی و مکانیکی بتن تجربه کرد.

روش تحقیق

مواد مورد استفاده:

ماده اصلی مورد استفاده شامل سیمان پرتلند معمولی، خاک رس کائولین کلسینه، و سنگ آهک بود. این مواد با نسبت‌های مشخصی با هم ترکیب شدند تا اثرات متنوعی در نحوه عمل هیدراسیون و تثبیت مکانیکی بتن مشاهده شود.

نسبت‌های ترکیب:

در این پژوهش دو نسبت جایگزینی مورد بررسی قرار گرفتند:

• 30% جایگزینی سیمان با مخلوطی از کائولین و سنگ آهک.
• 45% جایگزینی با همان مخلوط، که در هر دو نسبت، نسبت وزنی 2:1 برای کائولین به سنگ آهک حفظ شد.

آزمایشات انجام شده:

• کالیومتری حرارتی: برای اندازه‌گیری حرارت تولید شده در طی فرآیند هیدراسیون.
• مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته: برای ارزیابی استحکام مکانیکی.
• آزمون نفوذپذیری آب و کلرید: جهت بررسی میزان مقاومت در برابر نفوذ مایعات و یون‌های تخریبی.
• اندازه‌گیری جمع‌شدگی خودکار: جهت ارزیابی تغییرات ابعادی نمونه‌ها.

نتایج کلیدی

واکنش‌های هیدراسیون:

در ادامه تحقیقات، مشخص شد که واکنش‌های ترکیبی بین کائولین و سنگ آهک با سیمان، باعث تولید فازهای کریستالی می‌گردند که ناپیوستگی‌های بتن را کاهش داده و بهبود مقاومت در برابر هجوم شیمیایی را سبب می‌شود.

استحکام و دوام:

بررسی‌ها نشان داد که با افزایش زمان، عملکرد مکانیکی مخلوط‌های ترکیبی نه تنها کاهش نمی‌یابد، بلکه استحکام آنها افزایش می‌یابد و به خصوص در روزهای اولیه بهبودی چشمگیر دیده می‌شود.

نفوذپذیری و مقاومت در برابر کلرید:

یکی از نتایج برجسته این مطالعه افزایش مقاومت در برابر نفوذ آب و کلرید بود که می‌تواند نقش مهمی در افزایش دوام سازه‌های بتنی به ویژه در محیط‌های خورنده ایفا کند.

جمع‌بندی و توصیه‌ها

این تحقیق بیانگر توانایی بالقوه جایگزینی سیمان در بتن‌های با عملکرد بالا با مخلوط خاک رس کائولین کلسینه و سنگ آهک است. این جایگزینی‌ها نه تنها می‌توانند به کاهش اثرات منفی زیست‌محیطی کمک کنند، بلکه قادرند دوام و استحکام بتن را نیز بهبود بخشند. با این حال، تحقیقات بیشتری مورد نیاز است تا جنبه‌های مختلف اقتصادی و پایداری بلندمدت این روش‌ها بررسی گردد. توسعه استانداردها و راهنمایی‌های طراحی نوین برای استفاده عملی از این تکنیک‌ها در پروژه‌های بزرگ مقیاس اکیداً توصیه می‌شود.