کاهش اثرات زیست محیطی بلوک های بتنی سبک

© L. Courard و V. Parmentier، منتشر شده توسط EDP Sciences، 2017

1. معرفی

بخش ساخت و ساز یکی از بزرگترین و فعال ترین بخش ها در اروپا است. از نظر محیطی، 30 درصد از کل تولید دی اکسید کربن را تشکیل می دهد (2009). در صنعت ساخت و ساز به طور کلی، انتخاب مواد و مدیریت ضایعات کاملاً نیازمند یک بازتاب جهانی است، از پایین (عملیات، پردازش منابع و شیمی مواد) و بالا (بازیافت، مدیریت زباله). این امر به ویژه در شرایطی صادق است که شیوه های جدید طراحی در صنعت ساخت و ساز (ساختمان های انرژی منفعل یا مثبت) به استفاده از موادی نیاز دارند که تأثیر انرژی آنها باید به حداقل برسد.1 ].

محصولات بتنی مصالح ساختمانی پایدار هستند. ترکیبات آنها بر اساس مواد خام طبیعی، فراوان و در دسترس محلی است. تولید بلوک بتنی به محتوای کم سیمان و تقریباً بدون انرژی در طول مرحله پخت نیاز دارد – بدون پخت – که انتشار CO ₂ را تا حد زیادی محدود می کند .

در زمانی که صنعت سیمان تا حد زیادی مسئول تولید CO2 در بخش ساخت و ساز است _، مفید است که این تولید به یک پدیده معکوس تبدیل شود: یعنی جذب _{CO2 .}فرآیند جذب CO ₂ که کربناته نامیده می شود، خواص ویژه بتن را در طی تبدیل دی اکسید کربن CO ₂ به کربنات کلسیم CaCO ₃ بهبود می بخشد . نگرانی‌های زیست‌محیطی کنونی انگیزه مطالعه کربناته‌سازی به منظور به حداکثر رساندن جذب دی اکسید کربن است.

در نهایت، استفاده از سنگدانه‌های با منبع زیستی مانند گیاه میسکانتوس، مجدداً اثرات زیست‌محیطی تولید بلوک‌های بتنی را کاهش داده و خواص عایق را افزایش می‌دهد.

2 اصول و مزایای کربناته کردن

کربناته شدن یک واکنش شیمیایی بین خمیر سیمان و دی اکسید کربن سخت شده است.2 ]. این واکنش می تواند در یک بتن بالغ بین محصولات هیدراته (CSH و Ca(OH) ₂ ) و CO ₂ (معادل (1) و (2) ) رخ دهد. کربناته شدن همچنین می تواند در حضور رطوبت بین اجزای هیدرولیکی کلینکر (C ₃ S و C ₂ S ) و CO ₂ (معادل (3) و (4) ) انجام شود. کربناته شدن بتن بالغ باعث کاهش pH محلول منافذ بتن می شود که در نهایت ممکن است باعث خوردگی فولاد تقویت کننده شود. مطالعات متعددی برای کند کردن این مکانیسم و محافظت از قاب ها انجام شده است.3 ].

پیشنهادی که در اینجا ارائه شده است القای کربناته اولیه با تزریق CO2 _{بلافاصله} پس از انتشار است. محصولات حاصل از واکنش مخلوطی از هیدرات ها و کربنات های هیبریدی هستند (معادل (3) و (4) ). در مورد کاربرد بدون آرماتور فولادی – مانند بلوک های ساختمانی بتنی – محصولات کربناته به دلیل محتوای کمتر یا ناپدید شدن Ca(OH) 2 عملکرد بتن را از نظر مقاومت، دوام و پایداری ابعادی بهبود می _بخشند .

(1)

(2)

(3)

(4)

فرآیند کربناته سازی به منظور بهبود پایداری ابعادی بلوک های ساختمانی بتنی مورد مطالعه قرار گرفته است. در واقع، خمیر سیمان سخت شده با CO ₂ اتمسفر واکنش می دهد که می تواند منجر به مشکلات خروج شود. در ایالات متحده، NCMA (انجمن ملی بنایی بتن) و PCA (انجمن سیمان پرتلند) تحقیقاتی را در سال 1963 انجام دادند: بلوک های بتنی برای اولین بار در معرض هوای مرطوب بین 80 تا 100 درجه سانتیگراد به مدت 5 تا 18 ساعت قرار گرفتند. _{سپس، پس از 24 ساعت یا 4 ماه، آنها در یک CO 2} اتمسفر بالا ذخیره شدند [4 ]. این به کاهش انقباض حدود 30٪ کمک کرد. اما مصرف انرژی این فرآیند بسیار زیاد است.

در طول دهه هفتاد، مکانیسم های کربناته شدن در رابطه با واکنش پذیری و قدرت سیلیکات کلسیم فعال شده توسط CO2 مورد مطالعه قرار _گرفت .5 ]. این تکنیک برای تولید پانل های الیاف سیمانی به منظور کاهش زمان ساخت معرفی شد. اولین کارخانه ای که بر اساس این اصل کار می کرد در سال 1985 در مجارستان ساخته شد، اما به دلیل هزینه CO2 تعطیل _شد .

یک مطالعه امکان سنجی ترسیب CO ₂ از طریق تکنیک درمان سریع در دانشگاه مک گیل (مونترال، کانادا) بین سال های 2004 و 2006 انجام شد [ 3 ]. امکانات تثبیت CO ₂ در ماتریس های سیمانی بررسی شد و عملکرد در مفاهیم کوتاه مدت و بلندمدت تأیید شد: برخی از فرصت های جالب ارائه شده توسط این تکنیک، بر اساس فرآیند کربناته سازی تسریع شده خاص را نشان داد.

در حال حاضر، بلوک های بتنی بر اساس فرآیند مرطوب (بخار آب) تولید می شوند. تخمین زده می شود که برای 1 متر ^مکعب از تولید بلوک های بتنی، پخت مرطوب در فشار اتمسفر 0.59 GJ مصرف می کند در حالی که پخت در اتوکلاو 0.71 GJ [ 3 ]. اگر فرآیند تزریق CO ₂ انجام شود، برای همان حجم بتن، انرژی برای بازیافت و فشرده سازی CO _{2 0.02-0.10 GJ/m}³ برای حداقل مقدار جذب CO ₂ به سیمان تخمین زده می شود. به ترتیب 10 و 50 درصد. این بدان معناست که کل انرژی، به استثنای انتقال CO ₂ لازم برای کربناسیون، به طور قابل توجهی کمتر از انرژی مورد نیاز برای یک درمان مرطوب سنتی است.

بلوک های ساختمانی بتن به دلیل تولید انبوه، تخلخل بالا و نیاز به عمل آوری مرطوب، مخصوصاً برای کربناسیون مناسب هستند. بنابراین واکنش بین خمیر سیمان در سنین پایین و دی اکسید کربن شکلی از جداسازی CO _{2 را تشکیل می دهد.}اگر بلوک توخالی را به ابعاد 39 × 19 × 19 سانتی‌متر و 18 کیلوگرم در نظر بگیریم که حاوی حدود 10 درصد جرمی سیمان است، می‌توان در نظر گرفت که می‌تواند حداقل 0.18 کیلوگرم CO 2 را تثبیت کند _[ 3 ] . اگر سیمان با سرباره جایگزین شود، میزان جذب تقریباً یکسان خواهد بود [6 ]. علاوه بر این، اگر از سنگدانه (86 درصد جرمی) برای تثبیت CO ₂ نیز استفاده شود ، مقدار ثابت به طور قابل توجهی افزایش می یابد. سرباره فولاد کربناته می تواند 6% جرم دیگر را تشکیل دهد. بنابراین، اگر در نظر بگیریم که هر سنگدانه قادر است حدود 5 درصد از جرم خود را در CO ₂ تثبیت کند ، ممکن است برای سنگدانه ها و یک بلوک، مجموع 0.77 کیلوگرم جداسازی شود. یک بلوک ساختمانی بتنی به طور بالقوه قادر به تثبیت 0.95 کیلوگرم CO ₂ است . از آنجایی که تولید بلوک های بتنی در بلژیک 3.36 میلیون تن در سال است ( www.febe.be )، تخمین زده می شود که مقدار CO ₂ ثابت می تواند 16800 تن باشد، اگر تنها 5 درصد از بازار بلژیک در گام اول مربوط باشد. . از طرفی با توجه به اینکه 1 متر ^مربعدیوار 12.5 (39 سانتی متر × 19 سانتی متر × 19 سانتی متر) بلوک مصرف می کند، می توان تخمین زد که هر متر ^مربع دیوار قادر به جذب 2.25 کیلوگرم CO ₂ خواهد بود . برای مقایسه، در کانادا و ایالات متحده آمریکا، پتانسیل ترسیب سالانه 3.2 میلیون تن برآورد شده است [ 3 ].

این مفهوم می تواند منجر به اصطلاح، اگر بر اساس انتخاب خردمندانه مواد برای بخش “جمع” باشد، به وضعیت “انتشار صفر” منجر شود. در صورتی که بتوان از سنگدانه های با منبع زیستی یا بازیافتی استفاده کرد، چنین خواهد بود.7 –9 ]. علاوه بر این، بلوک‌های کربناته‌سازی تسریع‌شده باید منجر به بهبود عملکرد مکانیکی، تخلخل کمتر و کاهش خطر گل‌دهی شوند: ریزساختار متراکم‌تر بتن، که دوام محصول و در نتیجه طول عمر را بهبود می‌بخشد. در نهایت، فرآیند صنعتی توسعه‌یافته، پتانسیل بازیافت در پایان عمر، به‌ویژه در ساخت بلوک‌های جدید را تغییر نمی‌دهد. هدف از این تحقیق بررسی فرصت جذب CO ₂ در بلوک های بتنی با سنگدانه های معدنی میکانتوس می باشد. فرآیند کانی سازی و همچنین نحوه تولید بلوک برای جذب CO ₂ با استفاده از کربناتاسیون تسریع شده شرح داده شده است.

3 مواد

3.1 سنگدانه های اصلی Miscanthus

3.1.1 شرح گیاه و کانی سازی

در مقایسه با گیاه شاهدانه (سالانه) [10 ،11 ]، miscanthus ( شکل 1a ) یک گیاه چند ساله است که برای چندین سال (تا 20 سال برای miscanthus) قرار دارد، که هزینه‌های استقرار محصول را کاهش می‌دهد: مصرف انرژی حدود 9223 GJ/ha (برای کنف: 13,298 GJ/هکتار) ارزیابی می‌شود. ها).

در مقایسه با چوب، میسکانتوس دارای مقدار زیادی پارانشیم است که توسط یک ساختار فیبری سخت احاطه شده است. بنابراین سفتی بالا را با چگالی کم ترکیب می کند [12 ]. مدول الاستیسیته Miscanthus giganteus و Miscanthus sinensis بین 2 تا 8 GPa متغیر است.13 ].

استحکام و خواص فیزیکی مواد زراعی از ساختار فوق العاده آنها ناشی می شود ( شکل 1b ). لایه های مختلف که دیواره سلولی گیاه را تشکیل می دهند [14 ] فعل و انفعالات پیچیده بین ماده سلولز و چسب لازم برای ترکیب این ذرات و همگن کردن رفتار مواد نهایی را نشان می دهد. در مورد ما، چسب معدنی، بر اساس محصولات هیدرولیک یا پوزولانی، رفتار متغیری را بسته به محتوای آب و همچنین به غلظت قند یا کربوهیدرات ارائه می دهد. سازه چوبی یک ماده بسیار متخلخل و بسیار بادوام است اما به نظر می رسد قبل از استفاده به عنوان سنگدانه در بتن، درمان شود [ 14 ]. در واقع، بدون پیش تیمارهای خرده چوب، مخلوط ها نتایج ناپایداری ارائه می دهند [15 ]. علاوه بر این، پایداری بتن را نمی توان به دست آورد، زیرا تراشه های تصفیه نشده با محیط واکنش شیمیایی می دهند و ابعاد به طور قابل توجهی با تغییر در رطوبت تغییر می کند. به منظور افزایش دوام کامپوزیت و کاهش انتقال بخار یا مایع بین تراشه ها و محیط آنها، به نظر می رسد کانی سازی بهترین راه حل باشد ( شکل 1c ).

این درمان شامل خیساندن چیپس با محلول معدنی است. یک روش اختلاط در حدود 3 دقیقه اجازه می دهد تا تراشه ها را آغشته کند. در حال حاضر اجزای مورد استفاده برای کانی سازی عمدتاً کلرید کلسیم، دوده سیلیس و مشتقات آهک و سیمان است. با این حال، ترکیب محلول ایده آل “مینرال کننده” هنوز مشخص نیست و عمدتاً به نوع گیاه بستگی دارد. به عنوان مثال، دیواره خارجی اطراف تراشه miscanthus ( شکل 2 ) نفوذناپذیرتر از تراشه چوب است: این بدان معنی است که نفوذ محلول معدنی به لایه خارجی کمتر کارآمد خواهد بود، اما نیاز به تطبیق دارد.

بدیهی است که نوع کانی سازی عامل مهمی است که باید در نظر گرفته شود: محصولات موجود در بازار سیمان هستند، اما آهک و محصولات جانبی صنعت فولاد، تولید برق (خاکستر) یا صنایع استخراجی (پرکننده سنگ آهک) نیز هستند. برای کاربردهای داخلی ساختمان، استفاده از ضایعات گچ نیز ممکن است در نظر گرفته شود. مطالعات انجام شده تا کنون [ 14 ، 15 ] استفاده از مخلوط سیمان و آهک را ترویج می کند. مراحل مختلف امکان بازی بر روی پارامترهای مخلوط را برای برآوردن حداقل نیازهای فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی فراهم می کند:

3.1.2 تجزیه و تحلیل اثرات کانی سازی

تراشه های Miscanthus در زیر میکروسکوپ نوری مشاهده شده است. تراشه ها با رزین آغشته شده و جلا می شوند. پس از بررسی نوری، نمونه ها با پلاتین متالیز می شوند و به محفظه خلاء Field Emission Environmental SEM Philips XL30 (ESEM) [ 7 ] وارد می شوند.

اولین بررسی ها با میکروسکوپ دوچشمی نوری انجام می شود ( شکل 3a ). گیاه با یک ماده سخت شده بر پایه سیمان پوشانده شده است که ضخامت آن از 0 تا 1 میلی متر متغیر است. این ضخامت متغیر است و به نظر نمی رسد به نوع ماده بستگی داشته باشد: با این حال به نظر می رسد به شدت تحت تأثیر تکه تکه شدن، گرانولومتری و ساختار متخلخل وجه های در معرض قرار گرفته باشد.

تخلخل دیواره خارجی در تراشه های میسکانتوس ( شکل 3b ) کم است. عمدتاً به این دلیل است که تراشه های miscanthus با برش میله ها در قطعات کوچک تولید می شوند. یکپارچگی دیواره خارجی که غیر قابل نفوذ است، ممکن است پس از برش حفظ شود.

چیپس ها به تغییرات رطوبت بسیار حساس هستند. اگر محتوای آب کمتر از نقطه اشباع فیبر (معمولاً 32-25٪) باشد، انقباض ممکن است باعث ایجاد ترک شود. اگرچه چند سلول محیطی تراشه ها با اختلاط سیمان به هم می رسند، هیچ نفوذی در سلول های داخلی مشاهده نشد ( شکل 3b ). چسبندگی کانی سازی سیمانی سطحی بوده و اساساً به تخلخل سطح دیوارها بستگی دارد.

مواد گیاهی ساختار متخلخل داخلی خود را حفظ می‌کنند، که هدف اصلی برای ارتقای سنگدانه‌های سبک و عایق حرارتی است.

3.1.3 مشخصات فیزیکی میکانتوس کانی شده

مشخصات فیزیکی تراشه ها، قبل و بعد از کانی سازی، به منظور نشان دادن تأثیر واقعی فرآیند کانی سازی تعیین شده است. اولین مشخصه مهم چگالی ظاهری است: ایده خوبی از ظرفیت نفوذ آب (مایع یا بخار) به دانه های گیاهی و همچنین ویژگی های عایق حرارتی می دهد. برای مواد متخلخلی که قادر به جذب رطوبت هستند، تعریف شرایط آزمایش مهم است ( تب. 1 ): چگالی در شرایط خشک و در تعادل با محیط خاص (21 درجه سانتی گراد و 40٪ RH) ارزیابی شده است.

گرانولومتری دومین ویژگی مهم برای درک رفتار تراشه ها است ( شکل 4 ): تراشه های میکانتوس خرد شده بسیار کوچک هستند و در نتیجه سطح ویژه بالاتری را برای تعامل با آب و کانی سازی ارائه می دهند. با در نظر گرفتن گرانولومتری تراشه ها، بدیهی است که کوچکترین ابعاد، بیشترین میزان جذب را دارد. به همین دلیل است که کانی سازی تراشه ها باعث کاهش قابل توجه جذب آب شد حتی اگر چگالی ظاهری و ظاهری تفاوت معنی داری نداشته باشند.

جذب در واقع شامل دو پدیده است: جذب و جذب. جذب عبارت است از تجمع مولکول ها در سطح جامد، در حالی که جذب با نفوذ مایع به جامد سروکار دارد. جذب بدون واکنش شیمیایی بین مولکول های جامد و مایع کاملاً برگشت پذیر است و ساختار جامد را تغییر نمی دهد. این پدیده از برهمکنش های الکترواستاتیکی بین مولکول ها و اتم ها ناشی می شود. در مورد میسکانتوس، به جای نیروهای واندروالس یا پلاریزاسیون، اینها پیوندهای پل هیدروژنی هستند که انسجام قوی بین الیاف و میکرو فیبریل های متشکل از سلولز را تضمین می کنند.16 ]. اما این بدان معناست که مواد مبتنی بر میسکانتوس بسیار مرطوب هستند.

جذب آب همچنین نشان دهنده تأثیر کانی سازی است. متداول‌ترین آزمایش‌هایی که برای تجزیه و تحلیل انتقال آب در سطح مشترک استفاده می‌شوند، آزمایش مکش مویرگی است.17 ،18 ]. آزمایش مکش مویرگی با چندین استاندارد توصیف شده است: آنها اساساً با سطح آب بالای سطح زیرین نمونه بتن و زمان اندازه گیری متفاوت هستند. تغییر جرم معمولاً بعد از 5، 15، 30 و 45 دقیقه و همچنین پس از 2، 6 و 24 ساعت ثبت می شود. جرم بر روی نمونه هایی که با دستمال مرطوب پاک شده اند اندازه گیری می شود. از آزمایش مکش مویرگی، می توان ضریب جذب آب را محاسبه کرد که مربوط به تکامل جرم نمونه با زمان است [ 17] .]. با این حال، تطبیق آزمایش با تراشه‌ها ضروری بود: نمونه‌های ذرات، پس از خشک شدن در کوره، در جوراب شلواری نایلونی زیر آب قرار می‌گیرند. جوراب شلواری اجازه می دهد آب بدون از دست دادن ذرات از آن عبور کند. اندازه‌گیری تغییرات جرمی روی یک نمونه انجام نمی‌شود، بلکه روی یک استخر، حاوی چندین تراشه برای شروع است. اندازه گیری ممکن است کمی تحت تأثیر اندازه تراشه ها باشد.

تفاوت آشکاری در رفتار بین میسکانتوس خام و خرد شده وجود دارد. روش جدید تست [19 ] اجازه می دهد آنچه را که واقعاً در اولین دقایق تماس بین تراشه ها و آب اتفاق می افتد دنبال کنید، زیرا دقیقاً با زمان اختلاط برای فرآیند کانی سازی مطابقت دارد: ریزترین ذرات نرخ جذب بسیار بیشتری نسبت به ذرات بزرگتر ارائه می دهند (شکل 5 ) .

کانی سازی باعث کاهش سرعت جذب می شود [ 7 ]. با این حال، پراکندگی بیشتری از نتایج، احتمالاً به دلیل یک فرآیند ناقص وجود دارد: زمان بیشتری برای کانی‌سازی کامل نیاز است.

3.2 آماده سازی بلوک های بتنی

بلوک های بتنی با CEM I 52.5 N با نسبت های ارائه شده در جدول 2 تولید می شوند .

روش اختلاط بلوک های بتنی در ادامه شرح داده می شود و الهام گرفته از کار انجام شده توسط دلهز است [20 ]:

3.3 تکنیک تزریق CO ₂

هدف از روش تزریق CO ₂ ، توسعه سیستمی است که قادر به ایجاد کربناته است. یک اتاق با تهویه مطبوع به نام انکوباتور ، با رطوبت و دمای کنترل شده، استفاده خواهد شد. _{سیستم تزریق CO 2} خاص به انکوباتور متصل است ( شکل 7 ). سه پارامتر زیر را می توان توسط دومی در نظر گرفت: دما، رطوبت نسبی و درصد CO ₂ تزریق شده . دما با استفاده از یک حمام با ترموستاتیک کنترل می شود در حالی که رطوبت نسبی با استفاده از نمک نمکی Ca(NO ₃ ) ₂ · 4H ₂ O به دست می آید.

به گفته تیری [21 ]، آزمایش‌های کربناته‌سازی تسریع‌شده نشان می‌دهد که انجام آزمایش‌هایی با محتوای CO ₂ کم (کمتر از 5٪) غیرواقعی است، زیرا در این سطح، سرعت کربناته‌سازی به تغییرات جزئی در محتوای CO2 بسیار حساس است _: به همین دلیل است که او با 50% CO ₂ کار می کرد . مطالعات Monkman و Shao [ 6 ] حاکی از همان مقدار CO ₂ در اصرار بر این واقعیت است که در هوا، غلظت CO ₂ بین 0.03٪ و 0.05٪ است. مطالعه دوم استفاده از دستگاه جوجه کشی را پیشنهاد می کند که در آن رطوبت نسبی حدود 60٪ است که رایج ترین است.

انکوباتورهای موجود در آزمایشگاه مجاز به کار با نرخ 20٪ و CO2 _تجاری [22 ].

اصل دستگاه تست تزریق ( شکل 7 ) به شرح زیر است: مخزن تحت فشار، با حجم 0.04 متر ^مکعب و فشار موجود 5 مگاپاسکال، به عنوان منبع CO ₂ عمل می کند . مخلوط هوا با دی اکسید کربن در ظرف دیگری با حجم 0.3 متر ^مکعب و فشار تا 1 مگاپاسکال انجام می شود. مخلوط گاز توسط لوله ها از طریق سقف انکوباتور منتقل می شود و گاز از طریق سوراخ های سقف و کف پخش می شود. فشار ثابت در محدوده بین 150 تا 200 Pa در محفظه مهر و موم شده توسط تجهیزات کنترل خودکار حفظ می شود. فن ها در داخل مخزن و در اتاق ها قرار می گیرند تا از غلظت ثابت دی اکسید کربن که از هوا سنگین تر است اطمینان حاصل شود. غلظت CO₂ توسط لوله های تشخیص با دقت 0.5٪ ثبت می شود [24 ].

3.4 ارزیابی جذب CO ₂

3.4.1 تنوع جرمی نمونه

با توجه به رابطه Monkman [ 6 ] می توان میزان جذب CO ₂ را با استفاده از محاسبه تغییرات جرمی نمونه تعیین کرد :

(5)جرم آب در نظر گرفته می شود زیرا آزمایش در یک سیستم بسته انجام می شود: دستگاهی برای جذب آب از دست رفته توسط بلوک های بتنی تنظیم شده است. ما فرض می کنیم که سنگدانه ها در رابطه با جذب CO ₂ بی اثر هستند . جرم نمونه پس از 1، 3 و 7 ساعت برای اولین آزمایش اندازه گیری می شود تا از باز شدن زیاد انکوباتور جلوگیری شود. اندازه گیری به ترتیب پس از 16، 24، 32 و 48 ساعت انجام می شود.

در هنگام ورود بلوک های بتنی در انکوباتور، آنها آب را دفع می کنند. آب تخلیه شده با استفاده از سیلیکاژل اندازه گیری می شود که خاصیت اصلی آن جذب آب در محیط مرطوب است. سیلیکاژل آب بلوک های بتنی و همچنین آب محلول شور را جذب می کند. این جذب بر اساس تغییر جرم سیلیکاژل 1 روز باقی مانده در انکوباتور بدون بلوک های بتنی در شرایط پخت کربناته تسریع شده (60% رطوبت نسبی و 20% CO2 تزریقی) ارزیابی می _شود .

3.4.2 تجزیه و تحلیل ترموگراویمتری

تجزیه و تحلیل ترموگراویمتری (TG-DSC) از وزن سنجی گرمایی (TG) همراه با کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC) به دست می آید. این امکان ثبت کربناته شدن با تفکیک حرارتی هیدرات های کلسیم و کربنات ها را فراهم می کند [ 21 ].

4 نتایج و بحث

4.1 کربناته شدن دانه های میکانتوس

پس از فرآیند کانی سازی که شامل سیمان، دوده سیلیس، CaCl ₂ و فوق روان کننده است، سنگدانه های miscanthus به مدت 7 ساعت در انکوباتور نگهداری می شوند ( شکل 7 ) و افزایش جرم به ترتیب برای 1، 3 و 7 ساعت ثبت می شود. سنگدانه ها به گونه ای دفع می شوند که CO ₂ قادر به انتشار از تمام سطوح باشد.

کمی سازی جرم افزایش CO _{2 (}صفحه 3 ) بر اساس معادله Monkman (معادل (5) ) است.

جرم اولیه و نهایی با ثبت جرم هر x ساعت انجام می شود ( تب 4 ). از دست دادن جرم آب برای همه نمونه ها، با جمع افزایش جرم سیلیکاژل و سالین (هر دو جاذب آب) به دست می آید. بنابراین، می‌توانیم جرم آب از دست رفته در نمونه‌ها را معادل آن چیزی که توسط سیلیکاژل و سالین به طور همزمان گرفته شده است، بدست آوریم. محاسبه به شرح زیر است (معادل (6) ):

(6)محاسبه آب از دست رفته برای همه نمونه ها عبارت است از: 208.2 + 2436.6−(200 + 2425.4) = 19.4 گرم.

فرض بر این است که نمونه به نسبت جرم خود آب از دست می دهد. در واقع، سه نمونه در انکوباتور وجود دارد، به نظر نمی رسد که بگوییم هر نمونه یک سوم کل آب را از دست می دهد. در واقع، از آنجایی که نمونه 1 نشان دهنده 32.71٪ جرم کل نمونه ها در انکوباتور است، در نظر می گیریم که جرم آب از دست رفته توسط نمونه 32.71٪ از جرم آب از دست رفته توسط همه نمونه ها است. بنابراین، جرم آب از دست رفته توسط نمونه 1 به صورت زیر محاسبه می شود: (32.71/100) × 19.4 = 6.34 گرم.

همانطور که دقیقاً مقدار سیمان مورد استفاده برای کانی سازی را می دانیم، می توان جرم چسب خشک را نیز دانست (معادل (7) :

(7)به عنوان مثال، برای نمونه 1، نشان می دهد: (32.68/100) × 363.52 = 118.80 گرم

افزایش جرم محاسبه شده با معادله (7) در حدود 5 درصد است که قابلیت تکرارپذیری خوبی دارد.

یکی دیگر از موارد جالب بررسی سرعت و طولانی بودن انتشار CO _{2 با زمان است (}صفحه 4 ).

ما تکرارپذیری خوبی از نتایج را یادداشت می کنیم و متوجه می شویم که جذب CO ₂ با زمان افزایش می یابد ( شکل 8 ).

علاوه بر این، ما خاطرنشان می‌کنیم که سنگدانه‌های گازدار میسکانتوس نسبت به آنهایی که کربناته نشده‌اند در برابر سایش مقاوم‌تر هستند ( صفحه 5 ): تراشه‌های گازدار دارای ضریب Micro-Deval حدود 7.23 هستند، در حالی که آنهایی که کربناته نشده‌اند ضریب 12.69 را دریافت می‌کنند. مربوط به از دست دادن جرم بیشتر در طول فرآیند ساییدگی است. می توان گفت که جذب CO ₂ روی الیاف گیاهی نوع miscanthus از نظر مکانیکی مثبت است و باید بر مقاومت فشاری بلوک ها تأثیر مثبت بگذارد .

4.2 اثر کربناته شدن بر بلوک های بتنی

بلوک های بتنی در دو نوع شرایط پخت در طول 7 ساعت ذخیره شدند:

استحکام فشاری بلوک ها ( جدول 6 ) زمانی که در انکوباتور CO ₂ ذخیره می شود، پنج برابر بیشتر است ، حتی اگر بسیار کم باشد. اما هدف به دست آوردن مواد عایق و نه عناصر ساختاری است. میانگین مقاومت فشاری این بلوک ها ( تب. 6 ) تقریباً هفت برابر بلوک های ذخیره شده در یک محفظه مرطوب است. همچنین چهار برابر بیشتر از بلوک های بتنی ساخته شده از میکانتوس معدنی غیر کربناته است.

4.3 مقایسه روش های جذب CO ₂

به منظور مقایسه دو روش تعیین کمیت جذب CO ₂ ، آزمایشاتی بر روی همان نمونه ها انجام شده است ( صفحه 7 ). مقایسه بر اساس مکعب هایی است که برای مدت طولانی تری ذخیره شده اند.

جذب CO ₂ توسط TG با محاسبه تفاوت بین درصد CO ₂ در نمونه اصلی و درصد CO ₂ در نمونه پس از نگهداری در انکوباتور اندازه گیری می شود.

نمونه ها از قسمت های مختلف بلوک گرفته می شود ( تب 8 ).

به نظر می رسد نتایج منسجم هستند زیرا نفوذ CO ₂ به عمق داخل بلوک بستگی دارد ( شکل 9 ). این پدیده قبلاً مشاهده شده بود [ 21 ].

نتایج به‌دست‌آمده از اندازه‌گیری تغییرات جرمی، درصدی از CO ₂ را در محدوده 3 درصد نشان می‌دهد که با آنچه که توسط وزن‌سنجی گرمایی به‌عنوان مقدار متوسط بین سه نمونه به‌دست می‌آید، مطابقت دارد. با توجه به بررسی انجام شده در اینجا، نتایج به دست آمده از اندازه گیری تغییرات جرم مربوط به نمونه ای است که در 6 سانتی متر از انتهای بلوک گرفته شده است.

به نظر نمی رسد اندازه گیری با تغییرات جرم در مقایسه با اندازه گیری های انجام شده توسط وزن سنجی گرما بیش از حد باشد.

بنابراین نتیجه می‌گیریم که اندازه‌گیری تغییرات جرم، از نظر زمان و هزینه بسیار کمتر از TG، یک رویکرد خوب برای تعیین کمیت جذب CO2 است _و نتایج تحقیقات قبلاً ایجاد شده را تأیید می‌کند.

5. نتیجه گیری ها

بر اساس نتایج تجربی می توان نتایج زیر را به دست آورد:

با این حال ، بهینه سازی فرآیند تزریق CO ₂ با در نظر گرفتن غلظت دی اکسید کربن و رطوبت، به منظور افزایش عملکرد مقاومت بلوک های بتنی مورد نیاز است.

منابع

L. Courard، P. Teller، ارزیابی محیطی مصالح و فرآیندهای ساختمانی: کاربرد تحلیل چرخه عمر در ساخت سالن صنعتی، Mater. ساختار. 34 ، 404 (2001) [CrossRef] [Google Scholar]
L. Courard، A. Darimont، M. Schouterden، F. Ferauche، X. Willem، R. Degeimbre، دوام ملات اصلاح شده با متاکائولین، سیمان Concr. Res. 33 ، 1473 (2003) [CrossRef] [Google Scholar]
Y. Shao، MS Mirza، X. Wu، ترسیب CO ₂ با استفاده از بتن سیلیکات کلسیم، Can. J. مهندس عمران. 33 ، 776 (2006) [CrossRef] [Google Scholar]
H. Toennies، J.J. Concr. Inst. 60 ، 617 (1963) [Google Scholar]
JF Young, RL Berger, J. Bresse, Accelerated curing of compacted casium silicate mortars on exposure to CO ₂ , J. Am. سرام. Soc. 57 ، 394 (1974) [CrossRef] [Google Scholar]
S. Monkman، Y. Shao، ارزیابی رفتار مواد سیمانی، J. Mater. مهندس عمران 18 ، 768 (2006) [CrossRef] [Google Scholar]
L. Courard, A. Darimont, A. Louis, F. Michel, Mineralization of Bio-based Materials: اثر بر خواص مخلوط مبتنی بر سیمان, بول. پلی تک. Inst. Iassi (رومانی) LIV , 14 (2012) [Google Scholar]
F. Debieb, L. Courard, S. Kenai, R. Degeimbre, بتن فشرده غلتکی با سنگدانه های بازیافتی آلوده, Constr. ساختن. ماتر 23 , 3382 (2009) [CrossRef] [Google Scholar]
MRF Gonçalves، CP Bergmann، عایق های حرارتی ساخته شده با خاکستر پوسته برنج: تولید و ارتباط بین خواص و ریزساختار، Constr. ساختن. ماتر 21 ، 2059 (2007) [CrossRef] [Google Scholar]
S. Elfordy, F. Lucas, F. Tancret, Y. Scudeller, L. Goudet, خواص مکانیکی و حرارتی آهک و بتن کنفی (” hempcrete “) ساخته شده توسط فرآیند طرح ریزی، Constr. ساختن. ماتر 22 ، 2116 (2008) [CrossRef] [Google Scholar]
PB de Bruijn، KH Jeppsson، K. Sandin، C. Nilsson، خواص مکانیکی بتن آهکی کنفی حاوی شیف و الیاف، Bio Syst. مهندس 103 ، 474 (2009) [Google Scholar]
JL Philippou، SP Karastergiou، مواد لیگنوسلولزی از گیاهان سالانه و بقایای کشاورزی به عنوان مواد خام برای مصالح ساختمانی کامپوزیت، در مجموعه مقالات کنفرانس بین المللی: تحقیقات جنگل: چالشی برای رویکرد یکپارچه اروپایی (K. Radoglou, ed., 2001) صفحات 817-822 [Google Scholar]
K. Kaack، KU Schwarz، PE Brander، تنوع در مورفولوژی، آناتومی و شیمی ساقه ژنوتیپ های Miscanthus که در خواص مکانیکی متفاوت هستند، Ind. Crops Prod. 17 ، 131 (2003) [CrossRef] [Google Scholar]
R. Grimont، مطالعه کانی سازی و چسبندگی در بتن چوبی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم کاربردی، دانشگاه لیژ، بلژیک، 2008، ص. 142 (به زبان فرانسوی) [Google Scholar]
J. Rossolen، مشارکت در مطالعه سنگدانه‌های زیستی و کاربرد در بتن miscanthus، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم کاربردی، دانشگاه لیژ، بلژیک، 2010، ص. 126 (به زبان فرانسوی) [Google Scholar]
B. Zhang، Q. Wu، L. Wang، G Hang، خصوصیات ساختار فضای خالی داخلی کامپوزیت های چوبی مبتنی بر رشته با استفاده از توموگرافی اشعه ایکس و ابزار دیجیتال، در مجموعه مقالات McMat2005: 2005 کنفرانس مشترک ASME/ASCE/SES در مکانیک و مواد، 1 تا 3 ژوئن (باتون روژ، لوئیزیانا، ایالات متحده آمریکا، 2005) [Google Scholar]
L. Courard، R. Degeimbre، آزمون مکش مویرگی برای دانش بهتر فرآیند چسبندگی در تکنولوژی تعمیر، Can. J. مهندس عمران. 30 ، 1101 (2003) [CrossRef] [Google Scholar]
H. Justnes، مکش مویرگی آب توسط ملات های سیمانی پلیمری، در مجموعه مقالات سمپوزیوم RILEM در مورد خواص و روش های آزمایش برای کامپوزیت های بتن-پلیمر (ICPIC، D. Van Gemert، ویرایش، Oostende، 1995)، صفحات 29-37 [Google Scholar]
L. Courard، چسبندگی سیستم های تعمیر به بتن: تأثیر توپوگرافی سطحی و پدیده های حمل و نقل، Mag. Concr. Res. 57 ، 273 (2005) [CrossRef] [Google Scholar]
L. Courard, F. Michel, P. Delhez, استفاده از سنگدانه های بازیافتی جاده بتنی برای بتن فشرده غلتکی, Constr. ساختن. ماتر 24 , 390 (2010) [CrossRef] [Google Scholar]
M. Thiery، Modélisation de la carbonatation atmosphérique des matériaux cimentaires: Prize en compte des effets cinétiques et des modifications microstructurales et hydriques (مدلسازی کربنات جوی مواد سیمانی: در نظر گرفتن اثرات ریز ساختاری، اثرات جنبشی ملی)، et chaussées، فرانسه، 2005، ص. 331 (به فرانسوی) [Google Scholar]
V. Parmentier، F. Michel، L. Courard، ترکیب CO ₂ در بلوک های بتنی بر اساس سنگدانه های بازیافتی. Journées scientifiques du Regroupement francophone pour la Recherche et la Formation dans le domaine du béton, Sherbrooke (22–23 aoÛt 2013)، 2013, p. 10 (به زبان فرانسوی) [Google Scholar]
V. Parmentier، مطالعه کپشن CO ₂ در بلوک های بتنی مبتنی بر میکانتوس و سنگدانه های بازیافتی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم کاربردی، دانشگاه لیژ، بلژیک، 2012، ص. 136 (به زبان فرانسوی) [Google Scholar]
J. Jerga, خواص فیزیکی و مکانیکی بتن گازدار, Constr. ساختن. ماتر 8 , 645 (2004) [CrossRef] [Google Scholar]