سیمان سبز: یافتن راهکاری برای تحصیل صنعت سیمان بصورت پایدار

سیمان سبز: یافتن راهکاری برای تحصیل صنعت سیمان بصورت پایدار – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

سیمان سبز

یافتن راهکاری برای تحصیل صنعت سیمان بصورت پایدار

چکیده

صنعت سیمان با چالشی بنام کاهش مقادیر زیادی از دی اکسید کربن منتشر شده در طول تولید متداول سیمان پرتلند مواجه می‌باشد. اگر چه پیشرفتهایی را می‌توان در فرآیندهای موجود بوجود آورد، این موارد مجموعا کاهش قابل توجهی در کربن دی اکسید را برای ما به ارمغان نمی‌آورد.  بنابر این یک استراتژی واقع گرایانه‌تر باید جایگزین سیمان پرتلند شود که دارای مواد چسبنده جایگزین باشد و به میزان قابل توجهی کربن دی اکسید کمتری منتشر نماید. چنین وضعیتی با تحقیق گسترده‌ای با توجه به خواص مکانیکی، هزینه‌ها، فرآیند‌ها و کاربردهای روبرو می‌باشد. این چالشها، در حالی که قابل توجه هستند از کاربرد چنین موادی بطور گسترده در صنعت ساخت و ساز جلوگیری نکرده‌اند. هدف از این تحقیق بررسی بیشتر خواص مکانیکی، شیمیایی و مهندسی یک ماده چسبنده جایگزین می‌باشد. بر این اساس کالیفرنیا بعنوان هدف اولیه در تحقیقات مربوط به تحصیل سیمان دارای دی‌اکسید کربن اندک مد نظر می‌باشد، چرا که این ایالت از موقعیت منحصربفردی در مخاطب قرار دادن مسایل مرتبط با تغییرات آب و هوایی جهانی برخوردار است.

سیمان سبز: یافتن راهکاری برای تحصیل صنعت سیمان بصورت پایدار

۱- معرفی –  محیط کنونی

دهه گذشته شاهد جوامعی در اغلب جهان غرب بوده است که در زمینه نظارت محیطی تفکرات جدیدی را اعمال داشته‌اند. دعوت برای حفاظت محیطی و تحصیل جوامع پایدار، راه‌حل‌ها و پیش گیری‌های بیشتری در جهت ممانعت از بروز خسارتهای محیطی را مستلزم می‌‌سازد. صنعت ساختمان، به هنگامی که چنین دلهره‌هایی را در نظر می‌گیریم، بعنوان یک صنعت مهم مد نظر می‌باشد، چرا که این صنعت میزان بالایی از ضایعات و آلودگی را تولید می‌کند و مصرف انرژی و منابع بالایی دارد.

در حال حاضر، بیشترین نگرانی مرتبط با پدیده‌های محیطی گرم شدن جهانی می‌باشد (شکل ۱). در دهه‌های اخیر ترکیب اتمسفر به طور قابل  توجهی بواسطه گازهای گلخانه‌ای بیشمار (دی اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن، pfsc_s ، HFC_S ، SF6) تغییر یافته است. سطح افزایش یافته گازهای گلخانه‌ای (HGG) در اتمسفر منجر به تغییر قابل توجهی در دمای زمین شده است، که این پدیده تاثیر منفی بر محیط و موسسات اقتصادی سراسر جهان دارد.

۱-۱ سیمان پرتلند و دی اکسید کربن

صنعت سیمان میزان اندکی از انتشارات دی اکسید کربن کل جهان را در بر می‌گیرد (۷% از میزان آلودگی سراسری مربوط به برخورد انسان با طبیعت). البته مقادیر انتشار یافته بواسطه تولید صنعت سیمان، ۵۰% از فرآیند شیمیایی، ۴۰% از احتراق سوخت، ۵% از حمل و نقل و ۵% باقیمانده از الکتریسته استفاده شده، در عملیات صنعتی حاصل می‌شود (شکل ۳). واکنش شیمایی تولید کلینکر سیمان از سنگ‌آهک (غالبا ترکیب کربنات کلسیم:  )   اکسید کلسیم cao)) و دی‌اکسید کربن () را تولید می‌کند که در استوکیومتری ذیل بیان شده است:

تبدیل شیمیایی سنگ آهک به اکسید کلسیم تولید اصلی دی اکسید کربن را آشکار می‌سازد. معادله شیمیایی ناشی از آن بیان می‌دارد که برای هر تن از  تولید شده از سنگ آهک، ۵۷۹ کیلوگرم از گاز co₂ منحصراً از واکنش شیمیایی، بدون توجه به فرآیند به کار برده شده یا کارآیی سوخت، انتشار می‌یابد.

سیمان سبز: یافتن راهکاری برای تحصیل صنعت سیمان بصورت پایدار

۲- چسب‌های جایگزین در صنعت سیمان

توانایی محدود در زمینه کاهش انتشار دی اکسید کربن در سیمان پرتلند معمولی همراه با افزایش مقررات دولتی در زمینه انتشار، امر توسعه چسب‌های جایگزین را الزامی ساخته است. استراتژیهای مربوط به راه حل این معضل محدوده‌ای از اقدامات‌ جایگزینی و اقلام واحد و منطقه‌ای را در بر دارند. استراتژی‌های محلی یا منطقه‌ای یک پتانسیل برای اجتناب از مسائل محیطی جدید و پیش بینی نشده در ارتباط با تقاضای گسترده جهانی تداوم یافته در زمینه طراحی مخلوطی منحصربفرد را پیشنهاد می‌‌نمایند. یک مسئله حیاتی دیگر آن است که آیا می‌بایست نسبت به جستجوی مواد چسبنده از مواد خام، محصولات فرعی صنعت یا منابع ساخت بشر اقدام نمود یا خیر.

تحصیل مخلوط‌های سیمان منطقه‌ای اگرچه بصورت اولیه جذاب بنظر می‌رسند ممکن است سرانجام نتیجه رضایت‌بخشی را نداشته باشند. اولاً درخواست برای سیمان‌های منطقه‌ای آن است که مواد خام و بازیافتی را بتوان در امر تولید سیمان جایگزین مورد استفاده قرار داد. این مورد برای گزینه‌های جدید سیمان که ممکن است بسادگی نتوان از آنها بواسطه مرکز تجمع مواد خام استفاده نمود مجاز شمرده شود. برای مثال بوکسیت، سنگ معدنی منیزیم، سنگ معدنی فسفات یا آلیاژ آهن و کربن ( که ۷۵% ذخایر جهان در ترکیه یافت می‌شود). علاوه بر آن از مسایل پیش بینی نشده محیطی، در ارتباط با یک مخلوط سیمان گسترده جهانی، از طریق تحصیل راه‌حل‌های محلی، می‌توان اجتناب نمود. علیرغم این صفات احتمالی مثبت، مسائل مرتبط با مقررات، استانداردها و طبیعت محافظه کارانه صنعت تولید، این مضمون را در بر دارد که راهکارهای مختلف در این باره احتمالاً موفقیت آمیز نمی‌باشند.

در صورتی که لازم باشد نسبت به جایگزین نمودن یک چسب مشخص با OPC اقدام نمود، می‌بایست آن را از موادی تولید نمود که به آسانی در سراسر جهان و به مقادیر زیاد یافت می‌شوند. فرصت پیش روی برای استفاده از محصولات جانبی صنعتی یک گزینه جالب توجه دیگر است، اما دوباره باید این مطلب را در نظر داشت که این محصولات فرعی باید به طور یکنواخت در موقعیت  خاص خود وجود داشته باشد. سیمان پورتلند آهکی مقبولیت گسترده‌ای در جهان یافته است و علت آن نیز توزیع گسترده آن می‌باشد. داده‌های بدست آمده از موسسه برآورد زمین شناسی آمریکا، مواد مختلفی را شناسایی کرده است که در سراسر جهان و در مقادیر زیاد در دسترس هستند که به صورت واقع بینانه بیانگر منابع اولیه برای سیمان‌های هیدرولیک می‌باشند. این مواد و مواد معدنی اولیه در جدول ۱ نشان داده شده‌اند.

سیمان سبز: یافتن راهکاری برای تحصیل صنعت سیمان بصورت پایدار

۳- سیمان‌ها فعال شده قلیایی

سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی یک راه حل برای کاهش دی اکسید کربن در ارتباط با سیمان‌های پرتلند معمولی می‌باشد. این خانوده سیمان‌ها توسط فاز چسبنده‌ آلومیون سیلیکات، ناشی از واکنش بین منابع مواد غنی از آلومینا و یک سیلیکات قلیایی مشخص می‌شوند. بر اساس ترکیبات مختلف سیمانهای فعال‌ شده قلیایی به گروه‌های ژئو سیمانها، خاکستر بادی قلیایی، سرباره فعال شده قلیایی و سیمان‌های آلومینات تقسیم بندی می‌شوند.

نامگذاری کنونی در حول سیمان‌های فعال شده قلیایی معرف مشکلات بالقوه مختلفی در زمینه تشریح این سیمانها می‌باشد. اولاً، عبارت ژئو پلیمر در تعریف بین ظوابط مهندسی و شیمی متغیر می‌باشد. در مهندسیی یک ژئو پلیمر به عنوان یک ماده سرامیک ناشی از فعالیت‌ قلیایی مواد آلومینو سیلیکات در دماهای پایین (کمتر از ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) می‌باشد، که معادل بی‌شکل ژئولیت‌های ساختگی می‌باشد. این تعریف به صورت گسترده متفاوت از چیزی است که یک شیمیدان به عنوان یک ژئوپلیمر، از لحاظ زمین شناسی، آن را می‌شناسد، ماده‌ای که از رزین‌های آلی، ماده آلی بی شکل، ماکرو مولکولها یا اده پایه فیبرها گرفته شده است. بنابر این شرایط ژئو پلیمری باید به عنوان یک طبقه بندی عمومی برای مواد کامپوزیت‌ با محدودیتهایی بر ترکیبیشان و محتوی Al-Si استفاده شود.

دوماً، طبقه بندی بر مبنای- طبیعی یا پوزولان در مقابل سیمان‌های فعال قلیایی معرف عدم درک بالقوه دیگری می‌باشد. همانگونه که از نام آن بر می‌آید، سیمانهای پوزولان توسط سنگ آهک یا سیلیکات قلیایی فعال‌ شده و تنها شامل منبعی می‌باشد که در طبیعت پوزولونیک می‌باشد. بنابراین مواد غیر پوزولونیک اغلب مناسب سرباره کوره دمشی است حتی موقعی که توسط یک محلول قلیایی فعال‌ شده است که شامل این طبقه نمی‌شود. علاوه بر این،  فعال شدگی سنگ آهک پوزولانها به هنگامی که هدف نهایی کاهش انتشار دی اکسید کربن باشد بصورت غیرسودمند خواهد بود. بنابراین عبارت سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی بیشتر حالت فراشمول را دارد چرا که منابع اولیه پوزولونیک یا غیر پوزولونیک را در  بر می‌گیرد، تا زمانی که فرایند سیمان سازی از میان فعال سازی قلیایی به دست ‌آید.

۱-۳ جنبه‌های محیطی سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی

درخواست استفاده از سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی از نظر محیطی بدین علت است که مواد خام بیشمار و محصولات ضایعاتی زیادی را می‌توان به عنوان ماده اولیه بکار گرفت. منابع مواد احتمالی شامل خاکستر بادی، سرباره کوره دمشی، متاکائولین (کائولین تصفیه شده)،‌ لجن‌های قلیایی، (مثلا گل قرمز) و مواد غیر پوزولونیک دیگر می‌باشند. به هر حال هر منبع ماده اصلی،‌ مخصوصا محصولات فرعی صنعتی ‌می‌تواند به صورت قابل توجهی در روال کان شناسی دارای تغییر باشند. این تفاوت‌های اصلی از انواع روش‌های جمع‌آوری و فرآیندهای مرتبط با آن،‌ منابع سوخت متناسب، استاندارهای صنعتی،‌ قوانین محیطی و بسیاری فاکتورهای دیگر می‌باشد. تغییر هر یک از این مواد چالش‌های قابل توجهی را برای سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی بوجود می‌آورند، چرا که روال کان‌شناسی بطور قدرتمندی بر روی میکروساختار، تنظیم رفتار،‌خواص فیزیکی شیمیایی و مکانیکی ماده سیمانی حاصل شده تاثیر می‌‌گذارد. دل‌نگرانیهای موجود در زمینه عملکرد سازگار و رفتار پایدار این اقلام به عنوان موانع عمده‌ فرا روی موفقیت بکارگیری گسترده سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی می‌باشد.

۲-۳ خلاصه سیمانهای فعال‌ شده قلیایی

سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی مطلوب هستند زیرا آنها می‌توانند از منبع مواد بیشماری نظیر خاکستر بادی، سرباره کوره دمشی و متاکائولین استفاده کنند. فعالیت این مواد بواسطه نیاز به دماهای بعمل‌آوری افزایش یافته محدود می‌شود. نقص عمده این نوع از سیمان‌ها عدم اطمینان از واکنش‌پذیری در پی اضافه نمودن فعال کننده است که منجر به بروز نتایج متغیری شده است. در حالی که ارزش استحکام خاکستر بادی، سرباره و متاکائولین قابل مقایسه با سیمان پرتلند معمولی هستند، تغییر پذیری این مقادیر به معنای نیاز شدید برای تحصیل استانداردها و سازمان دهی آنها است، تا آنکه جامعه مهندسی بتواند اطمینان شایسته‌ای را به این مواد بدست آورد. قیمت‌ بالا برای متاکائولین تاکنون مانع عمده دیگری برای استفاده گسترده از این ماده می‌باشد.

سیمان سبز: یافتن راهکاری برای تحصیل صنعت سیمان بصورت پایدار

۴-  اهداف تحقیق

هدف این پروژه افزایش دانش موجود در زمینه سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی است تا آنکه بتوان بدرستی جایگزین پایداری را برای این مقوله متصور شد. مسایل اصلی که در این تحقیق عنوان شده‌اند بشرح ذیل می‌باشند. اولاً، نگرانیهایی در زمینه عملکرد و رفتار سازگار این سیمانها وجود دارد. ویژگی خاکستر بادی نیز از جمله چالشهای باقیمانده می‌باشد. هدف این مبحث، از طریق آزمایش، تعیین بهترین اعمال و استانداردها برای استفاده موفقیت آمیز از سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی می‌باشد. دوماً، کاهش دی اکسید کربن از طریق استفاده سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی بشدت وابسته به مقدار محلول فعال گشته بکار گرفته شده می‌باشد. در صورتی که مقادیر زیاد محلول برای دستیابی به سیمان‌های واکنش پذیر رده بالا مورد نیاز باشد، ممکن است که هر یک از موارد احتمالی ذخیره دی اکسید کربن نادیده گرفته شود. بنابر این توانایی دستیابی به قدرت مکانیکی مورد نیاز با مقدار حداقل محلول فعال، برای حصول موفقیت سیمانهای فعال شده قلیایی بعنوان جایگزینی مطمئن برای کاهش دی اکسید کربن در مقایسه با سیمان پرتلند بسیار حیاتی می‌باشد. بنابر ین لازم است تا نسبت به طراحی یک ترکیب بهینه از مقادیر واقعی عناصر با استفاده از علم مهندسی اقدام نمود تا خواص مهندسی مورد کفایت این مبحث بدست آید و بر این اساس تنها میزان اندکی از دی‌اکسید کربن تولید شود. این هدف از جمله دیگر اهداف این مبحث می‌باشد.

هدف نهایی این مبحث آن است تا یافته‌های تحقیق را در معرض عموم و صنعت ساختمان قرار دهد. بر این اساس، آزمایش‌های میدانی در کالیفرنیا انجام گرفته است، بیشتر در ناحیه خلیج، تا استفاده مناسب از مواد نشان داده شده و محصول نهایی بدینوسیله عرضه شود. این روال همچنین بعنوان ادوات آموزشی جهت اطلاع رسانی به عمومی در مورد مقادیر زیاد دی اکسید کربن مرتبط با سیمان پرتلند معمولی مد نظر می‌باشد. در نهایت، آزمایش‌های میدانی فرصت منحصر بفردی را در اختیار قرار داده است تا بدینوسیله نسبت به ارزیابی مقاومت چنین ماده‌ای در محیط واقعی اقدام شود.

سیمان سبز: یافتن راهکاری برای تحصیل صنعت سیمان بصورت پایدار

خلاصه اهداف

۱- تعیین بهترین فعالیت‌ها و استانداردها برای استفاده از سیمان‌های فعال‌ شده قلیایی

۲- توسعه مناسب‌ترین طراحی ترکیبی دوستدار محیط

۳- انجام آزمایش‌های میدانی در جائیکه عموم/پیمانکاران بتوانند کاربرد واقعی سیمان سبز را  مشاهده نمایند.

همه آزمایشات را می‌توان در دانشگاه کالیفرنیا برکلی با مشارکت دپارتمان مهندسی راه و ساختمان و محیط زیست انجام داد. بر این اساس، فضای کاری در بخش گروه مواد مهندسی عمران در حال حاضر فراهم می‌باشد. آنالیز داده‌ها را می‌توان با استفاده از ابزارهای آنالیز پیشرفته (مانند پراش اشعه X و میکروسکوپ الکترون اسکنر) در زمین و اداره علمی جهانی در برکلی CU انجام داد.

زمان انجام این تحقیقات یکسال پس از دریافت بودجه مربوطه می‌باشد. آزمایش‌ها و نتایج واقعی به ضرورت در طول زمان عوض می‌شوند. با این حال تخصیص یک سال کامل برای انجام این تحقیق و تکمیل آن مطلوب می‌باشد