بتن ژئوپلیمری

مقدمه:

در راستای تولید بتن، مصرف قابل ملاحظه انرژی از قبیل برق و سوخت فسیلی، امری اجتناب ناپذیر بوده و ارائه محصولات بتنی با مقادیر کمتر سیمان، جهت حرکت در مسیر توسعه پایدار، اصلی ضروری به شمار می آید. به همین دلیل بتن ژئو پلیمری به عنوان یک بتن دوستدار محیط زیست از اهمیت زیادی برخوردار شده است که در ادامه با این نوع بتن بیشتر آشنا می شویم.

معرفی بتن ژئوپلیمری:

ساخت بتن ژئوپلیمری از این اصل نشات می گیرد که با توجه به ساختار شیمیایی، هر ماده حاوی سيليکا و آلومينيوم (آلومیناسیلیکات ها) را می توان با مواد قليايی فعال کرد. با در نظر گرفتن این اصل شیمیایی، در ساخت بتن ژئوپلیمری از ترکیب پوزولانهای حاوی آلمینیوم و سیلیس با هیدروکسید سدیم استفاده می شود. برای ساخت بتن ژئوپلیمر، یک ماده فعال قليايي نظیر سديم هيدروكسيد با شن و ماسه و پوزولان هایی نظير متاكائولن، ميكروسيليس يا خاكستر بادي مخلوط شده و ترکیب حاصل، پس از کامل شدن واکنشهای پلیمری (پلیمریزاسیون یا بسپارش) تبدیل به ماده شبیه بتن می شود. تفاوت عمده بتن ژئوپلیمری و بتن حاوی سیمان پرتلند، در اين است که مکانيسم سخت‌شدگي آن از طريق هيدراتاسيون صورت نمي‌گيرد، بلکه با واکنش پليمريزاسيون در يک زمان کوتاه اتفاق مي‌افتد. درحاليکه، هيدراتاسيون سيمان اصولاً تا يک ماه ادامه دارد، و تا يکسال کامل مي‌شود. به همین دلیل، بتن حاوی سیمان پرتلند ساختار بلوری منظم دارد اما بتن ژئوپلیمری ساختار آمورف دارد.

نکته قابل توجه در ساخت بتن ژئوپلیمر این است که با دستیابی به یک طرح اختلاط بهینه می توان نسبت صحیح آلمینویم و سیلیس جهت مشارکت در واکنش های پلیمریزاسیون را تنظیم کرد و به همین دلیل گاها بتن ژئوپلیمر به بتن بدون سیمان نیز شناخته می شود. ضمن اینکه برخی از باطله‌های صنایع دیگر را نیز مي‌توان در ترکيب ژئوپليمرها به عنوان پيش‌ماده يا سنگدانه بکار برد. بکارگیری باطله هایی نظیر سرباره، خاکستر ناشی از سوخت کوره ها و ... نه تنها نياز به مواد اوليه را کاهش داده و از هزينه های توليد بتن‌هاي ژئوپليمري می کاهد، بلکه راهي نیز براي استفاده از انباشت‌هاي بوجود آمده از این باطله ها فراهم می نماید.

ساختار بتن ژئوپلیمری:

بتن ژئوپلیمری از سه جزئ اصلی تشکیل شده است:

• پوزولان (فلای اش، سرباره، متاکائولن یا پوزولان های طبیعی مثل زئولیت، خاش و ...)
• شن و ماسه (معمولی)
• فعال ساز قلیایی (Alkaline Activator Solution) که می تواند شامل هیدروکسید سدیم یا هیدروکسید پتاسیم به تنهایی باشد و یا ترکیبی از هیدروکسید سدیم/ پتاسیم و سیلیکات سدیم/ پتاسیم به نسبت 1به 1 تا 1 به 2.5 باشد.

 تولید و اجرای بتن ژئوپلیمری به صورت ذیل می باشد:

ابتدا پوزولان با فعال ساز قلیایی ترکیب شده و به مدت 6 دقیقه با هم مخلوط می شوند تا خمیر (Binder) آماده شود. سپس شن و ماسه به خمیر افزوده شده و پس از 3 الی 4 دقیقه اختلاط، در قالب ریخته می شود. مخلوط نهایی باید به مدت 8 ساعت در آون یا شرایطی که تبخیر وجود نداشته باشد بماند تا بتن ژئوپلیمری آماده شود.

کاربردهای بتن ژئوپلیمری:

استفاده از بتن ژئوپلیمری در تثبيت پسماندهای خطرناک سمي رایج تر است. چون اجزاي خطرناك موجود در پسماند، با تركيبات ژئوپليمر مخلوط شده و بطور مستحكمي در شبكه سه‌بعدي ماتريس ژئوپليمر محصور مي‌شوند. البته بتن ژئو پلیمری در موارد ذیل نیز کاربرد دارد:

• سازه های دریایی که در معرض حملات شیمیایی قرار دارند
• لوله‌های فشاری و تونل های آبرسان که در معرض حملات اسیدی، نمکی و سولفاتی هستند
• قطعات زیر ریل آهن
• نیروگاه ها و پل ها به دلیل سرعت در زمان گیرش و سخت شدگی
• روسازی باند فرودگاه ها

مزایای بتن ژئوپلیمری:

• بتن های ژئوپلیمری نیاز به مصرف انرژی کمتر داشته و تولید آن سبب می شود انتشار گازهیدروکسیدکربن نسبت به بتن های معمولی 45 درصد کاهش یابد.
• حدود 2 تا 5 برابر بتن حاوی سیمان پرتلندی در برابر محیط های مهاجم مقاومت شیمیایی دارد.
• در مرحله ساخت و عمل آوری نیاز به آب ندارد.
• در برابر خزش و جمع شدگی خطی مقاوم است.

جمع بندی:

در برخی موارد، مقاومت بتن های ژئوپلیمری کمتر از بتن حاوی سیمان بوده و تنظیم طرح اختلاط بتن های ژئوپلیمری، برای دستیابی به حد بالای مقاومت دشوار است. از سوی دیگر برای تسریع فرایند پلیمریزاسیون نیاز به اعمال حرارت در هنگام ساخت بتن می باشد. به همین دلیل بتن ژئوپليمر را  نبايد به عنوان يك راه حل قطعي براي تمام مسائل مربوط به انتخاب مصالح در نظر گرفت بلكه باید به عنوان راه حلي كه ممكن است با انتخاب طراح اختلاط و فرآوري صحيح به منظور بهينه سازي خواص و يا كاهش هزينه ها، براي يك كاربري مشخص مناسب باشد در نظر گرفته شود.