مرجع تخصصی آب و فاضلاب

امروزه در سرتاسر جهان و از جمله در ایران، انواع مصالح رودخانه ای شامل شن و ماسه ، قلوه سنگ و مصالح ریزدانه در زندگی بشر و بویژه در فعالیت های عمرانی و صنعتی کاربردهای مختلفی پیدا کرده است و روزانه هزاران تن از انواع این مصالح از بستر و کناره های رودخانه های مختلف کشور حفاری و برداشت می گردد. زمینه های استفاده متفاوتی را می توان برای مصالح رودخانه ای ذکر نمود که از جمله آنها تولید بتن است و میتوان گفت تقریباً ۷۵ در صد بتن را شن و ماسه تشکیل میدهد. امروزه در احداث ابنیه های ساختمانها، سدها ، پلها و راهها بطور گسترده از بتن استفاده میگردد. در راه سازی نیز از زیرسازی آن تا آسفالت رویه جاده ها شن و ماسه بعنوان ارکان اصلی ساخت شناخته میشود.در احداث خاکریزها ، فیلترها و صنایعی همچون شیشه سازی ، موزائیک سازی و ... نیز استفاده از شن و ماسه کاربرد فراوانی دارد. شن و ماسه رودخانه ای که در معرض انتقال ممتد در آب بوده اند منابع مشخصاً مطلوبی از مصالح هستند زیرا مواد ضعیف و سست آنها توسط سایش حذف و شن و ماسه بادوام، گردشده و با دانه بندی مناسب بجا گذاشته است. همین امـر باعث گردیــده که این منابـع نیاز بـه فرآگیری کمتــری داشته و از طرفــی سهل الوصول بودن آن و نزدیکی به جاده های حمل و نقل و محل مصرف که نهایتاً بالا بردن ارزش اقتصادی آن را رقم میزند از جمله دلایلی است که استفاده روزافزون آن را نسبت به مصالح کوهی بدنبال داشته است.

● مکانهای ترسیب شن و ماسه در رودخانه ها

پس از اینکه ذرات سنگی بر اثر هوازدگی از سنگ مادر جدا شدند توسط عوامل مختلفی که مهمترین آن آب است به پایین دست حمل میشوند افزایش مقدار آب و سرعت جریان دو عامل مهم در بالابردن ظرفیت حمل رودخانه به شمار می آیند از اینرو در هرجا انرژی رود کاهش یابد آنچه را که دیگر قادر به حملش نیست ترسیب خواهد نمود.در چنین شرایطی ابتدا ذرات درشت تر و بعد بتدریج ریزتر ته نشین میشود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آهک

از نظر علمی ، آهک همان اکسید کلسیم است که از حرارت دادن شدید سنگ آهک (کربنات کلسیم طبیعی) بدست می آید.

● نگاه اجمالی

آهک و گچ ، از جمله موادی هستند که کارآیی آنها از دوران باستان ، توسط بشر شناخته شده است و از آنها در ساختن انواع بناها ، استفاده می شد. موادی مانند آهک ، ساروج و سیمان برای اتصال محکمتر قطعات سنگ و یا چوب بکار گرفته می شد.

● مفاهیم آهک مرده و آب آهک

هرگاه بر روی اکسید کلسیم (آهک زنده) ، آب ریخته شود، بر اثر واکنش با آب ، گرما ایجاد می کند که موجب بخار شدن قسمتی از آب می شود. در این عمل ، آهک بر اثر جذب آب ، متورم شده ، سپس به صورت گرد سفیدی در می آید که اصطلاحا «آهک مرده» نامیده می شود، (زیرا در تماس با آب ، دیگر واکنشی از خود نشان نمی دهد) و این عمل را شکفته شدن آهک نیز می گویند.

هر گاه مقداری آب به آهک مرده اضافه شود، به شیر آهک تبدیل می شود که اگر آن را صاف کنیم، محلول زلالی که در حقیقت محلول سیرشده هیدروکسید کلسیم در آب است، حاصل می شود که به آب آهک موسوم است. آب آهک کاربردهای بسیاری در صنایع شیمیایی دارد. مثلا در تهیه هیدروکسید سدیم ، آمونیاک ، هیدروکسید فلزات ، پرکلرین و به ویژه در استخراج منیزیم از آب دریا بکار می رود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

دو عنصر اصلی تشکیل دهنده سیمان اکسید کلسیم (CaO) و اکسید سیلیسیم (SiO₂) می باشد که اولی در سنگ آهک و دومی در خاک رس به مقدار زیاد یافت می شود و عنصر سومی که در کنار این دو از اهمیت ویژه ای برخوردار است اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) می باشد که این عنصر در خاک رس به مقدار زیاد وجود دارد. سنگ های آهکی حدود 50 تا 55 درصد و مارل ها نیز با توجه به نوع آن بین 30 تا 50 درصد CaO دارند و خاک رس حدود 40 تا 50 درصد SiO₂ (اکسید سیلیسیم) و حدود 10 تا 18 درصد Al₂O₃ (اکسید آلومینیوم) دارد.
به بیان دیگر اگر سنگ آهک و خاک رس با هم پودر شوند و سپس پخته شوند کلینکر و یا نهایتا سیمان تولید می شود یعنی اگر شرایط را برای انجام واکنش بین اکسید کلسیم(CaO) با اکسید سیلیسیم(SiO₂ ) و اکسید آلومینیوم(Al₂O₃) فراهم شود و فازهای مورد نظر تشکیل شوند آنگاه ماده تولیدی خواص سیمانی خواهد داشت یعنی در مجاورت آب و در دمای معمولی با گذشت زمان سفت و سخت می شود اما برای آنکه این واکنش تشکیل گردد و یا فاز های مورد نظر شکل گیرند با اضافه نمودن سنگ آهن به عنوان کمک ذوب ، دمای تشکیل فازها را کاهش می دهیم یعنی عملیات پخت را تسهیل بخشنده و کیفیت کلینکر افزایش خواهد یافت.

در کل برای انجام هر چه بهتر واکنش های پخت و تشکیل کلینکر دو اقدام اساسی زیر را بایستی انجام داد.
1- بایستی مواد پودر شوند تا سطح ذرات برای انجام واکنش افزایش یابد و یا واکنش سریعتر و بهتر انجام شود
2- دمای لازم برای پخت یعنی 1450 درجه مهیا شود و از طرفی در این دما واکنش اصلی یعنی فازهای اصلی سیمان تشکیل می شوند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

اطلاعات اولیه

محصول کوره ذوب آهن ، چدن است که معمولا دارای ناخالصی کربن و مقادیر جزئی ناخالصی‌های دیگر است که به نوع سنگ معدن و ناخالصی‌های همراه آن و همچنین به چگونگی کار کوره بلند ذوب آهن بستگی دارد. از آنجایی که مصرف عمده آهن در صنعت بصورت فولاد است، از این رو ، باید به روش مناسب چدن را به فولاد تبدیل کرد که در این عمل ناخالصی‌های کربن و دیگر ناخالصی‌ها به مقدار ممکن کاهش ‌یابند.

روشهای تهیه فولاد روش بسمه:

در این روش ناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن در اکسیژن کاهش داده و آن را به فولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یا اکسید منیزیم و گنجایش آن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به این ترتیب است که جریانی از هوا را به داخل چدن مذاب هدایت می‌کنند، تا ناخالصی‌های کربن و گوگرد به صورت گازهای SO2 و CO2 از محیط خارج شود و ناخالصی‌های فسفر و سیلیس موجود در چدن مذاب در واکنش با اکسیژن موجود در هوا به صورت اکسیدهای غیر فرار P4O10) و (SiO2 جذب جدارهای داخلی کوره شوند و به ترکیبات زودگداز Mg3(PO4)2 و MgSiO3 تبدیل و سپس به صورت سرباره خارج شوند. سرعت عمل این روش زیاد است، به همین دلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برای حذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است و در نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواه را نمی‌توان به این روش بدست آورد.

روش کوره باز (یا روش مارتن) : در این روش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجود در چدن ، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسید آهن به جای اکسیژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانند کربن ، گوگرد و غیره) استفاده می‌شود. برای این منظور از کوره باز استفاده می‌شود که پوشش جدار داخلی آن از MgO و CaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم برای گرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتی تأمین می‌شود. برای تکمیل عمل اکسیداسیون ، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده می‌شود. زمان عملکرد این کوره طولانی‌تر از روش بسمه است. از این نظر می‌توان با دقت بیشتری عمل حذف ناخالصی‌ها را کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوب‌تری به دست آورد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آجـر
آجر يا آجور يا آگور واژه‌اي است يوناني و به خشت‌هايي مي‌گفتند كه احكام و فرامين دولتي روي آن نوشته مي‌شد (حك مي‌گرديد)و بوسيله پختن اين خشت‌ها، نوشته‌ها را روي آن پايدار مي‌كردند.
بدرستي معلوم نيست كه آجر از چه زماني پيدا شده است ولي مي‌توان آنرا هم
با پيدايش آتش دانست بدين طريق كه گل موجود در كنار اجاق‌هاي انسانهاي اوليه پخته شدو سخت‌تر از كلوخه‌هاي هم جوار خود گرديد و با مشاهده آن بشر اوليه قطعه‌اي از آجررا كشف نمود.
آجر يكي از مصالح ساختماني است كه با خلق و خوي بشر بسيار سازگار بوده و در هر دوراني از تاريخ به نوعي مورد استفاده او واقع شده است. از ابتدا كه بشر زنددگي غارنشيني را پشت سر گذاشته و فكر تهيه سرپنهاهي در مغز او ايجاد گرديد تا خود را از گزند عوامل جوي مانند باد و باران و سرما و گرما و هجوم جانوران درنده و گزنده محفوظ نگاهدارد. همچنين با گذشت زمان و هجوم قبايل مجاور به يكديگر براي كسب ثروت و قدرت، بشر به فكر تهيه مصالحي افتاد كه اولاً از لحاظ وزن كوچك باشد كه بتواند آنرا حمل نمايد و در ثاني از لحاظ شكل طوري باشد كه بتواند با روي هم قرار دادن آن به مسكن خود از لحاظ هندسي شكل دلخواه خود را بدهد و همچنين باعث حفاظت او بشود. براي رسيدن به اين مقصود ابتدا سنگهاي كوچك را مورد استفاده قرار داد و بعد
 از آن بفكر تهيه آجر افتاد و با آن توانست سرپناه مورد نياز خود را بسازد و در ادوار بعد نيز از آجر براي ساختن قلعه و كشيدن ديوارهاي بلند به دور شهرها جهت جلوگيري از هجوم دشمن استفاده نمود. در دورانهاي بعد نيز آجر را براي ساختن پلها و بالاخره ساختن قصرهاي باشكوه مورد استفاده قرار داد.
ساده‌ترين تعريفي كه بخواهيم براي آجر بنمائيم آن است كه بگوئيم آجر سنگي است مصنوعي كه از پختن خاك رس با استخوان‌بندي اصلي سنگ بدست مي‌آيد و ابعاد و تعداد آن مطابق احتياج ما، قابل تغيير مي‌باشد.
مصرف آجر در ايران سابقه باستاني دارد و از زمان ساسانيان بناهايي بجا مانده است كه در آنها آجر مصرف شده. مانند طاق كسري در تيسفون شهر باستاني اقامتگاه زمستاني شاهان اشكاني (عراق امروز) يا كف دالان مسجد جامع اصفهان كه براي فرش آن از آجرهايي استفاده شده است كه در آتشكده‌هاي ساخته شده در زمان ساسانيان بكار رفته بود.
استفاده از آ جر در ساختمان چنان با خلق و خوي ما ايرانيان عجين مي‌باشد كه ساختن بناهاي آجري در تمام دوران طول تاريخ همراه ما بوده و تاسالهاي 1340 نيز ادامه داشته و بناهاي بسيارزيبايي در تهران با آجر ساخته شده كه نمونه‌هاي آن در خيابان لاله‌زار و فردوسي تهران نيز موجود مي‌باشد و اكنون كه بعلت تراكم جمعيت و ساختن بناهاي چندين طبقه استفاده از آجر در اسكلت اصلي ساختمان مقدور نيست و اسكلت آنرا با فولاد يا بتن مي‌سازند از آجر بعنوان نماسازي استفاده مي‌نمايند و يا در قسمتي از سالن و ساير فضاها، آجر را بطور نمايان)اكسپز) بكار مي‌برند.
1-تهيه خاك رس: خاك رسي را كه براي تهيه آجر انتخاب مي‌كنند لازم نيست كه رس خالص بوده و بدون تركيبات ديگر باشد. فقط كافي ناخالصيهايي از قبيل ريشه گياهي ـ چوب ـ زغال و غيره در آن وجود نداشته باشد. زيرا اين مواد هنگام پختن آجر در داخل كوره سوختن و جاي آن خالي مي‌ماند و از مقاومت آجر كم مي‌كند. خاك مصرف شده براي آجرپزي تحت شماره 1162 موسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران استاندارد شده و فرمول كلي آن NH2O و Si2O و Al2o3  است و بايد داراي موادي به شرح زير باشد:
2-عمل آوردن خاك : منظور از عمل آوردن خاك آنست كه خاكي حتي‌المقدور يكدست و عاري از كلوخه و مواد خارجي مخصوصاً مواد آلي داشتهباشيم. براي اينكار خاك را هوا مي‌دهند و بعد اگز لازم باشد آنرا آسياب مي‌كنند و اگر بخواهند آجر مرغوب تهيه نمايد آنرا مي‌شويند و پس از خشك شدن از الكلهاي مخصوص گذرانيده و دانه‌هاي درشت آنرا جدا مي‌نمايند. و همچنين در اين مرحله مواد خارجي خاك را از آن جدا مي‌سازندا توجه به مرغوبيت آجر در موقع عمل آوردن خاك دقت‌هاي لازم را بعمل مي‌آورند. مثلاً وقتي كه رنگ آجر مطرح باشد بايد دانه‌هايي كه مانع بوجود آمدن رنگ دلخواه مي‌شود از مصالحي كه براي پختن آجر تهيه مي‌گردد خارج مي‌شود، در صورتي كه اگر رنگ آجر مطرح نباشد اين دقت لازم نيست.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

بتن سبک با مقاومت زیاد
مقدمه
همواره سبکی بتن،همراه مقاومت کم آن تلقی شده است .سبکدانه های درشت نقش مهمی را در تغییر مقاومت بتن سبکدانه بازی می کنند .نزدیک به دو دهه پیش مطالعه برای تولید بتن سبکدانه با مقاومت زیاد به ویژه در پروژه های نفتی آغاز شد وتوانستند با استفاده از سبکدانه های  خاص وبکارگیری مرغوب اعم از سیمان، دوده سیلیسی وفوق روان کننده ها به مقاومت های فشاری فراتر ازMPa20  دست یابند.در ایران نیز تلاشهایی برای دست یابی به بتن سبکدانه پرمقاومت با مصالح موجود در ایران آغازشد؛اما به دلیل ضعف سبکدانه های  درشت ،محدویت های جدی دراین راه وجود دارد .با این حال احساس می شودبتن از سبکدانه از مقاومت زیاد  یا متوسط به عنوان بتن بادوام جهت بتن ریزی در قطعات بتن مسلح در حاشیه خلیج فارس ودریای عمان استفاده نمود.
اگر بتوان علیرغم کاهش وزن مخصوص بتن ،مقاومت مناسبی را به دست آوردویا نسبت مقاومت به وزن مخصوص را بالا برد وبار مرده سازه های بتنی را کاهش داد،وضعیت مطلوبی حاصل می شود.گاه سبکی بتن یک خواسته درپروژه خاص می باشد.با استفاده از سبکدانه می توان بتن سبکدانه تولید کرد.علیرغم تلاشهایی که قبل از دهه 80میلادی(به ویژه در دهه 70)صورت گرفته بود .عملا مقاومت های فشاری بتن سبکدانه رشد قابل توجهی نداشت و به  50MPaمحدود می شد.به دلیل نیاز برخی شرکت های نفتی درامریکا ونروژبرای ساخت سازه هاو مخازن ساحلی وفرا ساحلی وسکوهای نفتی تلاش هایی در دهه80و اوایل دهه90صورت گرفت .آنها توانستند با استفاده از دوده سیلیسی وفوق روان کننده وهمچنین سبکدانه های مرغوب و پر مقاومت به مقاومت هایی فراتر از70MPaوحتی به مرزهای 100MPaبرسند.در این پروژه ها مسئله دوام بتن ها به ویژه موضوع خوردگی میلگرد ها و پایایی در یخ بندان وآب شدگی وهمچنین مجاورت با آب دریا اهمیت زیادی داشت.این مطالعات و اجرایی این بتن ها راه را برای اقدامات مشابه در سایر کشورها باز نمود .اما جالب است بدانیم ازنیمه دوم دهه 90تاکنون تحقیقات ناچیزی برروی بتن ها انجام ومنتشر شده است.و به نظر می رسد نیاز به تحقیقات گسترده تراحساس نمی شود ویا منابع مالی لازم در اختیار محققین قرار نمی گیرد.در ایران  نیز از حدود سال هایآخر دهه 70 هجری شمسی(اواخر دهه 90م)تلاشهایی برای تولید بتن سبک پر مقاومت آغاز شد که نتایج آن در این مقاله از نظر می گذرد.
فلسفه بکارگیری بتن سبک پر مقاومت وکاربردها:
بتن معمولی از جرم حجمی150/2تا350/2تن بر مترمکعب برخوردار است وتوانسته اند درحالات عادی به مقاومت های بیش ازMPa 60 وتا حدودMPa120دست پیدا کنند .اگر به طور متوسط مقاومت بتن پر مقاومت معمولی راMPa90 در نظر بگیریم ،نسبت مقاومت به جرم حجمی خشک 40خواهد بود.
بتن نیمه سبکدانه جرم حجمی خشک 55/1تا 85/1تن بر متر مکعب را دارا می باشد.مقاومت های فشاری بتن های نیمه سبکدانه قبل از دهه80 معمولابین MPa25تا  45MPaبود؛که متوسط آن 35Mpaمی باشد.نسبت مقاومت به جرم حجمی متوسط خشک در حدود 20بود ؛بنابراین مصرف بتن نیمه سبکدانه توجیهی نداشت.بتن های تمام سبکدانه جرم حجمی خشک 25/1 تا 45/1تن بر متر مکعب را دارا بود ؛اما مقاومت فشاری آن به زحمت ازMPa 25 فراتر می رفت ونسبت مقاومت به جرم حجمی متوسط خشک کمتر از20می شد وبسیاری از اوقات این نوع بتن جنبه سازه ای نداشت وبه عنوان مصالح غیر سازه ای بکار می رفت.ازآن جا به دلیل نیاز به سبکی در برخی پروژه های نفتی می خواستند از بتن سبکدانه  سازه ای استفاده نمایند  ناچار به دنبال افزایش مقاومت برآمدند و همان گونه که بتن پر مقاومت معمولی  ساخته شده بود سعی شد نیمه سبکدانه پر مقاومت معمولی تولید شود و باید به نسبت مقاومت به جرم حجمی 40 دست می یافتند یعنی مقاومت فشاری به حدودMPa 70می رسید تا مصرف آن از جمیع جهات توجیه داشته باشد.
هر چند بتن سبکدانه سازه ای ازسال های  جنگ جهانی اول ودوم درقایق ،بارج ،کشتی های جنگی وغیر جنگی کوچک وبزرگ به کار رفته بود؛اما بعد ها به ویژه پس از جنگ جهانی دوم  ساختمان ها و پلها ی زیادی در امریکا وکانادا واروپا با مقاومت های فشاری بیش ازMPa25 ساخته شد.ساخت مخازن مغروق ونیمه مغروق،مخازن گاز طبیعی ،اسکله شناور ،ساختمان های فراساحلی همچون سکوهای نفتی با بتن سبکدانه سابقه داشت ؛اما از اواسط دهه 80تا 90 ساخت این نوع سازه های دریایی با بتن نیمه سبکدانه معمول شد.
ساخت بتن نیمه سبکدانه پر مقاومت مصالح ونسبت ها:
برای ساخت بتن نیمه سبکدانه درشت با کیفیتی مقاومتی خوب ،از ماسه یا سنگدانه ریز با وزن مخصوص معمولی استفاده می شودکه سیمان وافزودنی های دیگر معدنی وشیمیایی یه همراه آب آن را تکمیل می کند.معمولا بتن سبکدانه پر مقاومت به بتنی اطلا ق می شود که مقاومت فشار استوانه ای 28روزه آن یبش از35مگا پاسکال باشد.سبکدانه درشت معمولا وزن مخصوص توده ای غیر متراکم کمتر ازkg/m 3880 را دارا ست.سبکدانه های رسی منبسط  شده مانند لیکا یا لیاپور ویا فیبوکه ممکن است اسامی دیگری را درکشورهای  مختلف داشته باشد از جمله سنگدانه های سبک مصرفی در این بتن ها می باشد.شیل منبسط شده نیز از جمله سبکدانه یه های مصرفی است که در برخی کشورها لیاپور نیز نام گرفته است.سیلیس منبسط شده (لیسا)در بتن سبکدانه پر مقاومت به میزان گسترده ای بکا رفته است.خاکستر سوخت پخته شده (لیتاژ) وروباره منبسط شده (پلیت)از جمله این سبکدانه ها است.به هر باید گفت معمولا وزن مخصوص توده ای غیر متراکم این سبکدانه ها لازم است بیش از600 وتا حدود بیش ازkg /m 3 800باشد وتا از تو پری واستحکام مناسبی برای این بتن ها برخوردار گردد لاز م به ذکر است وزن مخصوص غیر متراکم لیکای ایران با توجه به حداکثراندازه آن در حدود 350تا450kg/m 3 می یاشد وپرواضح است که درآزمایش های مقاومتی جوابگو نخواهد بود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب