Skip to main content
SUPERVISOR
Kiachehr Behfarnia
کیاچهر بهفرنیا (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Teymourimoogooee
محمد تیموری موگوئی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Durability Evaluation of Alkali-Activated Slag Concrete in Acidic Environments
Portland cement as a binder in concrete is the most widely used material in the construction. Performance of concrete made by Portland cement against attacks of chemical agents like acid and sulfate attacks is a matter of concern. Portland cement paste is decomposed in contact with acid. The main cause of this decomposition is the dissolution of C-S-H and Ca(OH) 2 in the cement paste which become unstable H 12.5. In most cases of acid attack on concrete, the attacking acid is a combination of several kinds of acid. For example, concretes affected by acid rain, acid attack on concrete is a mixture of sulfuric acid, nitric acid and hydrochloric acid. One of the most common types of acid attacks, especially in the sewer, attack caused by the oxidation of hydrogen sulfide gas (H 2 S).The concrete industry is one of two largest producers of carbon dioxide, creating up to 5% of worldwide man-made emissions of this gas, of which 50% is from the chemical process and 40% from burning fuel. Cement production process that is associated with high consumption of energy, so that energy consumption per ton of clinker for cement production in 1700 to 1800 mega joules. Also, the amount of energy needed to produce Portland cement is 4.53 MJ/kg, but for blast-furnace slag, as a material to replace cement, it is 0.31 MJ/kg, i.e. more than 14 times; in other words, the energy needed to produce slag is around 7% of the energy needed to produce Portland cement. Theoretically, any substance that has a combination of silicon and aluminum can be alkali activated. Alkali activated concrete reaction of a substance with a solid alumina silicate for the preparation of a solid material. One of the sources of alumina-silicate in our country is slag as a by-product. The alkali activated slag concrete and its performance in acidic environments were investigated as a solution considered by researchers in terms of its structural and performance features. In this dissertation, the feasibility of using steel slag for the production of durable concrete with alkali activated in acidic media was investigated. In order to evaluate the performance of alkali active slag concrete in the acidic environment, compressive strength of alkali activated at ages 7, 14, 28, 90, 120 and 180 days in the sulfuric acid and hydrochloric acid environment and weight loss of samples were measured after leaving the acid. To better understand and chemistry of the process after exposure to acid, XRF and XRD tests on samples after 6 months of exposure in two above-mentioned acidic environment was performed. The study examined, sodium hydroxide or potassium hydroxide Molarity, the amount of alkaline solution (sodium or potassium hydroxide to sodium silicate), alkali solution to slag (weight ratio), alkaline solution (sodium hydroxide or potassium hydroxide). The results showed that, compared with Portland cement concrete Slag active alkaline concrete performance is much better so that minimal loss of compressive strength of alkali activated Slag concrete after exposure to sulfuric acid and hydrochloric acid from 180 days to 14.55 and 4.00 percent respectively, while at the same age for Portland cement concrete 59.82 and 38.24 percent respectively. Weight loss after 6 months immersion Portland cement concrete in sulfuric acid and hydrochloric acid, 9.74 and 3.76 respectively. Key Words: Alkali-activated slag concrete, Durability, Sulphuric acid, Hydrochloric acid, Loss of compressive strength, Weight loss.
عملکرد بتن سیمان پرتلندی در مواجه با عوامل شیمیایی خورنده همانند حمله اسیدی و حمله سولفاتی نگران‌کننده است و اجزای خمیر سیمان پرتلند در تماس با محیط های خورنده و مهاجم از جمله اسید دچار تجزیه می شوند و علت اصلی، انحلال هیدروکسید کلسیم و نیز C-S-H موجود در خمیر سیمان است که در pH های کمتر از 5/12 ناپایدار می شوند. یکی از انواع رایج حمله اسیدی به خصوص در فاضلاب، حمله ناشی از اکسیداسیون گاز سولفید هیدروژن (H 2 S) است. از طرفی تولید هر تن سیمان پرتلند معمولی 55/0 تن گاز CO 2 به ‌صورت شیمیایی و 39/0 تن گاز CO 2 در نتیجه استفاده از سوخت در روند تولید سیمان، آزاد می کند که در مجموع 94/0 تن گاز دی‌اکسید کربن به ازای تولید هر تن سیمان پرتلند منتشر می شود. تولید سیمان فرآیندی است که با مصرف بالای انرژی نیز همراه است، به ‌طوری که انرژی مصرف شده برای تولید سیمان به ازای هر تن کلینکر 1700 تا 1800 مگا ژول است. در فرایند تولید سیمان به ‌طور متوسط 125 لیتر سوخت فسیلی و 118 کیلو وات ساعت برق مصرف می hy;شود. بتن قلیا فعال منتجه ی واکنش یک ماده جامد آلومینا- سیلیکاتی با محلول قلیایی برای تهیه یک ماده جامد قابل جایگزینی با سیمان پرتلند هیدراته است. یکی از منابع آلومینا- سیلیکاتی که در کشور ما به دلیل وجود کارخانه های متعدد فولاد سازی به ‌وفور به‌ عنوان یک محصول جانبی یافت می شود، سرباره است. در این پایان نامه، امکان‌سنجی استفاده از سرباره کارخانه ذوب‌آهن اصفهان جهت تولید بتن قلیا فعال با دوام در محیط های اسیدی بررسی شده است. با توجه به اینکه آزمایش استانداردی برای حمله اسید به بتن تدوین نشده است، به منظور ارزیابی عملکرد بتن قلیا فعال سرباره ای در محیط اسیدی، افت مقاومت فشاری بتن قلیا فعال سرباره ای در سنین 28، 90، 120 و 180 روز در دو محیط اسید سولفوریک و اسید کلریدریک با 3 pH= و درصد کاهش وزن نمونه ها پس از 90، 120 و 180 روز قرارگیری در اسید اندازه گیری شده است. جهت شناخت بهتر فرایند و فازهای تشکیل شده پس از قرارگیری در اسید، آزمایش XRF و XRD بر روی نمونه های بتن قلیا فعال سرباره ای پس از 6 ماه قرارگیری در معرض دو محیط اسیدی فوق الذکر صورت گرفته است. در این تحقیق پارامتر های مورد بررسی در عملکرد بتن قلیا فعال در محیط اسیدی، مولاریته محلول سدیم هیدروکسید، نسبت وزنی دو محلول قلیایی به یکدیگر (هیدروکسید سدیم یا پتاسیم به سدیم سیلیکات)، نسبت وزنی محلول قلیایی به سرباره و نوع محلول قلیایی مورد استفاده (سدیم هیدروکسید یا پتاسیم هیدروکسید) بوده است. نتایج حاصل نشان دادند که عملکرد بتن قلیا فعال سرباره ای در قیاس با بتن سیمان پرتلندی بسیار بهتر است به‌ طوری ‌که کمترین افت مقاومت فشاری ایجاد شده برای بتن قلیا فعال سرباره ای پس از 180 روز قرارگیری در اسید سولفوریک و اسید کلریدریک به ترتیب 55 /14 و 00/4 درصد بوده، در حالی ‌که در همین سن برای بتن سیمان پرتلندی 82/59 و 24/38 درصد بوده است. همچنین درصد کاهش وزن بتن سیمان پرتلندی پس از 6 ماه قرارگیری در حوضچه اسید سولفوریک و اسید کلریدریک به ترتیب 74/9 و 76/3 بوده است. به عبارت دیگر افت مقاومت فشاری بتن قلیا فعال سرباره ای نسبت به بتن سیمان پرتلندی، پس از 6 ماه قرارگیری در اسید سولفوریک و اسید کلریدریک به ترتیب حدود یک چهارم و یک دهم بوده است. برای بتن قلیا فعال حداقل درصد کاهش وزن پس از 180 روز قرارگیری در اسید سولفوریک و اسید کلریدریک به ترتیب 99/0 و 79/0 درصد بوده است. در حمله اسیدی به بتن قلیا فعال سرباره ای پیوندهای Si-O-Al مورد حمله مستقیم اسید قرارگرفته و ضمن تخریب پیوند های پلیمری ساختار بتن قلیا فعال سرباره ای، افت وزنی و افت مشخصات مکانیکی به وجود می آید . بر اساس نتایج این پایان‌نامه عملکرد بتن قلیا فعال سرباره ای در قیاس با بتن سیمان پرتلندی هم از نظر افت وزنی و هم از نظر مقاومت فشاری پس از 6 ماه قرارگیری در حوضچه اسید سولفوریک و اسید کلریدریک با 3pH= بسیار بهتر بوده است. کلیدواژه‌ها : بتن قلیا فعال سرباره‌ای، اسید سولفوریک، اسید کلریدریک، افت مقاومت فشاری، افت وزنی، XRD، XRF

ارتقاء امنیت وب با وف بومی