تولید سیمان مخلوط با استفاده از ضایعات سایر صنایع امری است که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. کاتالیست مستعمل حاصل از فرآیند شکست کاتالیستی بستر سیال برش های سنگین نفتی rfcc از جمله پسماندهای صنعتی است که اخیرا به عنوان یک افزودنی پوزولانی جهت تولید سیمان مخلوط مورد توجه قرار گرفته است. هدف اصلی این تحقیق بررسی اثر کاتالیست مستعمل rfcc بر خواص مهندسی سیمان پرتلند به عنوان یک افزودنی پوزولانی می باشد. بررسی های انجام شده نشان می دهد بیش از 95 درصد از ترکیب شیمیایی کاتالیست مستعمل را سیلیس و آلومینا تشکیل می دهند که عمدتا به صورت آمورف بوده و ذرات آن در محدوده 90-5/37 میکرون قرار دارند. پس از شناسایی خواص کاتالیست مستعمل خمیرهای سیمانی با درصدهای مختلف جایگزینی از کاتالیست مستعمل و با نسبت آب به سیمان 4/0 تهیه شده و کارپذیری زمان های گیرش مقاومت فشاری 3،7،28،90،180و 360 روزه میزان جذب آب و درصد حجم تخلخل نمونه های ساخته شده مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مطالعات xrd و sem در مورد نمونه کنترلی و نمونه دارای 15 درصد کاتالیست مستعمل انجام شد. نتایج حاصل نشان می دهند با افزایش درصد جایگزینی کارپذیری و زمان های گیرش اولیه و نهایی کاهش میزان جذب آب افزایش می یابد. بررسی مقاومت فشاری نیز نشان می دهند که با 15 درصد جایگزینی پس از 360 روز عمل آوری مقاومت فشاری نمونه برابر با 108 mpa می باشد که 45 درصد افزایش نسبت به نمونه کنترل نشان می دهد. همچنین می توان تا حدود 40 درصد از سیمان را با کاتالیست مستعمل جایگزین نمود بدون آنکه در مقاومت های فشاری 7 روز بعد کاهش ایجاد گردد. لذا استفاده از کاتالیست مستععمل در ترکیب سیمان های مخلوط نه تنها روشی مناسب جهت دفع آن می باشد بلکه باعث بهبود خواص مهندسی سیمان تهیه شده نیز می گردد.

اثر گچ بر میزان انبساط سیمان پرتلند در درصدهای مختلف c4a بررسی گردید. برای این منظور سه نوع کلینکر تی 1و 2و 5 انتخاب و سیستمهای با درصدهای متفاوت گچ طراحی شدند. با افزایش درصد جایگزینی با گچ در سیستمهای مختلف میزان انبساط ابتدا افزایش و سپس کاهش نشان می دهد. درصد گچی که ماکزیمیم انبساط در آن مشاهده شد در سیستمهای مختلف بستگی به درصد c4a نمونه داشته است. با افزایش درصد وزنی ‍c4a کلینکر درصد جایگزینی گچ در ماکزیمم انبساط مشاهده شده افزایش می یابد. در درصد جایگزینی نسبتا پایین حدود 5% رفتار مکانیکی کوتاه مدت با دو مکانیسم اثر پرکنندگی گچ و همچنی اثر انبساط کاهش تخلخل ناشی از تشکیل اترینجیت تقویت می گردد در حالیکه در درصدهای جایگزینی نسبتا بالا حدود 25% اثر مخرب انبساط 90 روزه باعث بروز تنشهای فشاری در ساختار میکروسکوپی نمونه ها می شود. این تنش ها به اندازه ای است که نه تنها می تواند باعث تغییر بیشتر محصولات هیدراتاسیون از حالت بلوری به حالت آمورف گردد بلکه می تتواند باعث پارگی در ساختار میکروسکوپی و در واقع بروز ترک گردد آنالیز فازی با تکنیک xrd آنالیز شیمیایی عنصری با تکنیک edax و همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی sem موید این نتایج می باشند.

سیمان مخلوط از اساسی ترین مواد لازم جامعه امروز محسوب می شود. زیرا علاوه بر کاهش میزان مصرف سیمای معمولی و کاهش آلودگی محیط زیست مصرف ضایعات صنایع دیگر را نیز به دنبال دارد و باعث حفظ ذخایر فسیلی منایع طبیعی می گردد. در سالهای اخیر نیز با افزایش نیاز به انواع سیمان های مختلف باکارایی و دوام بالا، تولید سیمان های مرکب(شامل سیمان پرتلند و چند ماده افزودنی) مورد توجه قرار گرفته است لذا در مجموعه حاضر مهمترین خواص مهندسی (شامل مقاومت های فشاری 50،28،7 روزه زمان گیرش اولیه و نهایی چروکیدگی و میزان کارپذیری) سیستم سیمانی کلینکر –میکروسیلیس-سنگ آهک مورد بررسی قرار گرفته و همچنین فازهای کارپذیری ) سیستم سیمای کلیکر-میکروسیلیس-سنگ آهک مورد بررسی قرار گرفته و همچنین فازهای مینرالی برخی از سیستم ها توسط پراش سنجی پرتو ایکس (xrd) بررسی شده است ترکیب درصد های 30،25،20،15،10 برای سنگ آهک و ترکیب درصدهای 16،14،12،10،8،6،4،0 برای میکروسیلس انتخاب شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که مقاومت های فشاری 7،28 و 50 روزه سیستم مذکور با افزودن میکروسیلیس تا حدود 12% افزایش و در درصدهای بالاتر جایگزینی کاهش می یابند. همچنین نتایج حاصل نشان می دهند که می توان به منظور بالا بردن مقاومت مکانیکی بخشی از سیمان پرتلند معمولی را با دصدهای مناسبی از میکروسیلیس و سنگ آهک جایگزین کرد و یا سیمان مخلوط سه تایی با درصد بالای جایگزینی سنگ آهک و بدون افت مقاومت تولید نمود.

گرمای هیدراتاسیون یکی از ویژگی های مهم برای هر ماده سیمانی مانند گچ، محسوب می شود. اهمیت فرآیند هیدراتاسیون و گرمای هیدراتاسیون، بیشتر به دلیل تاثیر آن بر روی خواص مکانیکی ماده، از جمله مقاومت آن می باشد. بهبود ویژگی های مکانیکی نیز تاثیر فراوانی بر مرغوبیت گچ صنعتی دارد. بنابراین در اینجا فرآیند هیدراتاسیون و خواص وابسته به آن مثل مقاومت و همچنین ارتباط آن ها با یکدیگر مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش اول دانه بندی ذرات همی هیدرات های مختلف با الک با اندازه ذرات µm125 و µm600 اندازه گیری می شود. نسبت آب به گچ بر طبق استاندارد ملی ایران به شماره 12015، برای محصول گچ صنعتی از 10 کارخانه مختلف اندازه گیری شد. این نسبت آب به گچ تا انتها برای تمام آزمایش های انجام شده شامل زمان های گیرش اولیه و نهایی، درصد جذب سطحی آب، مقاومت فشاری در زمان های مختلف 3 ساعته، 1روزه،7روزه، 14روزه و همچنین آزمایش کالریمتری برای تعیین نمودارهای گرمای واکنش هیدراتاسیون نسبت به زمان استفاده شد. سپس نمونه i با توجه به نمودار گرمای هیدراتاسیون مناسب با ماکزیمم گرمای بیشتر و خواص فیزیکی مثل نسبت آب به گچ متوسط، به عنوان گچ پایه برای آزمایش های بعدی انتخاب شد. در این مرحله از افزودنی های مختلف شامل سیتریک اسید ، مالیک اسید ، تارتاریک اسید ، سدیم سیترات با درصد های وزنی04/0، 08/0، 12/0و 16/0 و دیرگیر کننده دیگری به نام پلاست ریتارد با درصد های وزنی 01/0، 04/0 و 08/0 استفاده شده و گرمای هیدراتاسیون و سایر آزمایش های فیزیکی برای گچ همراه با این افزودنی ها انجام گرفت. در یک نگاه کلی مشاهده می شود که زمان سکون ابتدای نمودار گرمای هیدراتاسیون با افزایش غلظت هرکدام از این دیرگیر کننده ها طولانی تر می شود ، ماکزیمم گرما کاهش پیدا کرده و همچنین زمان رسیدن به این ماکزیمم به تاخیر می افتد. مشاهده نتایج فیزیکی هم نشان داد، افزایش غلظت دیرگیرکننده ها به دلیل کاهش سرعت هیدراتاسیون و تشکیل کریستال های درشت تر با درهم فرورفتگی کمتر میزان مقاومت فشاری را نیز تا %70 نسبت به حالت گچ خالص، کاهش می دهد. همینطور کاهشی هم در میزان جذب سطحی آب با افزایش غلظت افزودنی های با دیرگیرکنندگی بیشتر، از %82/27 گچ خالص تا نهایتا %24 برای غلظت های بالای افزودنی دیده می شود.

پوزولان طبیعی یکی از مواد معدنی با خاصیت نهفته چسبانندگی بوده که در کنار فعال کننده هایی همچون گچ و کلینکر سیمان پرتلند، خواص سیمانی قابل ملاحظه ای از خود بروز می دهد. در این تحقیق سیستم های سیمانی متفاوتی با ترکیب درصدهای وزنی متفاوت از مواد پوزولان طبیعی تفتان، کلینکر سیمان پرتلند، گچ و سولفات سدیم، جهت بررسی رفتار مکانیکی (اندازه گیری مقاومت فشاری 28 روزه و زمان گیرش) ، میزان چروکیدگی کل، ساختار میکروسکوپی و ترکیب مینرالی ، تهیه و مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج بدست آمده در این تحقیق نشان می دهد وجود سولفات سدیم بر مقاومت فشاری 28 روزه تاثیر چندانی از خود نشان نمی دهد. در همه موارد افزایش درصد کلینکر سبب افزایش مقاومت فشاری گردیده، همچنین افزایش درصد کلینکر، زمانیکه گچ در سیستم حضور ندارد، باعث کاهش زمان گیرش اولیه و نهایی می گردد. بر اساس نتایج بدست آمده، میزان چروکیدگی کل بطور بارز تحت تاثیر سولفات سدیم بوده و هر گونه افزایش در مقدار سولفات سدیم سبب کاهش میزان چروکیدگی کل می گردد. بررسی های میکروسکوپی نشان می دهد، ساختار میکروسکوپی عمومی نمونه ها حالت آمورف دارد. بالاترین مقاومت فشاری 28 روزه بدست آمده در سیستم های ساخته شده 52/36 مگاپاسکال و کوتاه ترین زمان گیرش اولیه و نهایی به ترتیب 80 و 150 دقیقه بوده است.

همواره سعی بر آن بوده است که سیمانی با خواص بهینه ، قیمت مناسب و حداقل آثار مخرب بر محیط زیست ساخته و مورد استفاده قرار گیرد. هدف از انجام این پروژه نیز نیل به چنین مقصودی می باشد. در این پروژه اثر پارامترهای درصد وزنی اکسید سدیم، سرباره کوره ذوب آهن، آهک و نسبت آب به سیمان بر مهمترین خواص فیزیکی سیمان ژئوپلیمری حاصل از اختلاط پوزولان با سرباره و یا پایه پوزولان طبیعی تفتان بررسی شده است. این خواص شامل مقاومت فشاری 28 روزه ، درصد چروکیدگی ، زمان های گیرش اولیه و نهایی و شوره زدگی نمونه های سخت شده می باشند. بعلاوه پوزولان و سرباره و دو نمونه دارای بهترین رفتار مکانیکی مورد آزمایش اشعه ایکس قرار گرفتند. همچنین ساختار میکروسکوپی مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج آن آورده sem نمونه دارای بیشترین مقاومت فشاری با تکنیک آزمایشگاهی شده اند. در مجموع آهک به دلیل شوره زدگی شدید از سیستم های مررد آزمایش حذف گردید . سرباره نیز آثار مثبتی از قبیل افزایش کارپذیری و کاهش نسبت آب به سیمان بر این سیستم دارد در حالی که اثر چندانی بر مقاومت فشاری 28 روزه نشان داد و کاهش نسبت آب به سیمان نیز در همه موارد باعث افزایش این مقاومت شد. نتایج ارزیابی سیستم های ساخته شده نشان می دهند که بهترین مقاومت فشاری 28 روزه در حداقل نسبت آب به سیمان (0/26) حاصل می شود. امید است با بررسی های گسترده تر در آینده به توان به سیستم مطلوب دست یافت و محصولی با قابلیت های بهینه به صنعت کشور ارائه نمود.