بسم الله الرحمن الرحيم

1. بسم الله الرحمن الرحيم

2. بتن گوگردیSulfur concrete

3. تکنولوژی توليد بتن گوگردی و ساخت • با توجه به توليد کنوني ساليانه 33 ميليون تن سيمان در کشور و پيش بيني توليد ساليانه 70 ميليون تن در برنامه چهارم توسعه دولت (تا پايان سال 1388)، و همچنين علاقمندي توليد کنندگان سيمان به صادرات آن به کشورهاي همسايه، به نظر مي رسد علاوه بر ظرفيت سازي در اين صنعت، تنظيم ميزان مصرف و شيوه هاي بهينه کردن آن از راهکارهاي اساسي برون رفت از بحران در اين صنعت است. • با توجه باينکه کشور ما داراي معادن گوگرد فراوان بوده و همچنين حجم بسيار زيادي گوگرد نيز از تصفيه گازهاي ترش بدست مي آيد، ميتوان از سيمان گوگردي استفاده نمود. تکنولوژي توليد اين سيمان چند دهه است که بدست کشورهائي مانند آمريکا و کانادا مي باشد. • تمامي مواد لازم جهت توليد اين سيمان و همچنين قطعات لازم جهت ساخت ماشين آلات آن در داخل کشور تهيه مي گردد.

4. سيمان گوگردي سيماني است که از ترکيب گوگرد و مواد مضاف در يک فرآيند حرارتي بدست مي آيد. • در صورت توليد سيمان گوگردي و مصرف آن در کارهاي آبي خصوصا" سدسازي، لوله هاي فاضلاب، کانالهاي آبياري، شمعهاي بتني، اسکله ها و ديوارهاي ساحلي و...، سهم بيشتري از توليدات سيمان کشور صرف کارهاي ساختماني شده و از هزينه هاي احداث کارخانه هاي سيمان کاسته خواهد شد. براساس محاسبات انجام شده سرمايه گذاري کارخانه هاي سيمان گوگردي کمتر از 10 درصد سرمايه گذاري کارخانه هاي سيمان معمولي است و مدت زمان لازم براي ساخت و بهره برداري آن نيز يک چهارم ساخت کارخانه هاي سيمان معمولي است که البته بايد گيرايي سريع و مقاومت بالاي آن در مقابل فشار را نيز به مزاياي آن افزود.

5. طبق گزارشات کارشناسان سيمان، براي توليد هر تن سيمان معمولي 125 کيلو وات ساعت انرژي برقي لازم است. اگر ميزان مصرف برق روزانه يک واحد مسکوني 5 کيلو وات ساعت در نظر گرفته شود، ميزان برق روزانه مصرفي يک کارخانه سیمان به ظرفیت 3000 تن در روز، معادل مصرف برق روزانه بيش از 75000 واحد مسکوني مي باشد. در صورتي که براي توليد سيمان گوگردي از هر نوع سوختي مي توان استفاده نمود و بنابراين استفاده از انرژي الکتريکي که براي کارخانه هاي سيمان ضروري است حذف شده و مي توان آن را براي مصارف ديگري مورد استفاده قرار داد. در صورت عدم تمايل به سرمايه گذاري جهت تاسيس کارخانه هاي بزرگ، مي توان اين محصول را در کارگاههاي کوچک نيز توليد نمود.

6. براي توليد سيمان گوگردي لازم است افزودني هاي را به گوگرد اضافه کرد و آن را به عمل آورد تا بتوان به صورت سيمان گوگردي استفاده کرد و انجام اين عمليات به هر ظرفيت و در هر کارگاهي امکان پذير است . براي مصرف سيمان گوگردي در داخل بتن دو راه وجود دارد: روش اول اين است که ابتدا سيمان را گرم کرده و پس از رسيدن به حالت مذاب آن را به داخل مخلوط شن و ماسه گرم شده مي افزائيم و در روش دوم آن را به صورت پودر جامد درآورده و پس از گرم کردن شن و ماسه در داخل بتونير، آن را به مخلوط گرم شده مي افزائيم تا پس از دريافت حرارت لازم از مخلوط و رسيدن به درجه حرارت معين به صورت مذاب درآمده و به تشکيل مخلوط بتن گوگردي منجر شود.

7. به علت خاصيت چسبندگي سريع و بادوام اين سيمان به فلزات و غير فلزات مي توان آن را براي پوشش خارجي فلزات و غير فلزات به کار برد و مانع از پوسيدگي و يا زنگ زدن آنها در برابر عوامل جوي شد. به کارگيري سيمان گوگردي با توجه به مزاياي گوناگون آن خصوصا" در مناطق ساحلي با ماسه بادي فراوان و يا مناطقي که دچار کم آبي هستند، ضروري است.

8. يكي از مواد تركيبي است كه از تركيب مصالحسنگي و سيمان گوگردي بدست مي آيد وعلت سا ختمان خا ص خود در خانواده بـــتن هاقرار ميگيرد. به اين ترتيب در بسيــاري از مواردميتواند به عنوان جانشين مناســب براي (بتن یا سيمــــان پرتلند) مورد استفاده قرار گيرد.اين ماده تركيبي از مصـــالح سنگي، گوگــرد، فيلر و مواد مضــــاف(SMZ or SRX)  ميباشد.

9. خواص فيزيکي بتن گوگردي: •  1. مقاومت زياد در برابر خوردگي در محيط هاي نمكي      و اسيدي •  2.   سر عت فوق العاده در حصول مقاو مت نهايي •  3.   مقاومت زياد در برابر خستگي •  4.  دوام خوب و خاصيت ارتجاعي •  5.  عدم نفوذ آب به داخل سطح نهائي بتن گوگردی در اسید پس از سه سال بتن معمولی دراسید پس از سه هفته

10. سطح نهائی بتن گوگردی

11. عوامل موثر در خواص مكانيكی بتن گوگردي: • الف: در صد گوگرد مصرفي • ب: ماده مضاف جهت عمل آوري گوگرد(Modifier) • ج:كيفيت مصالح سنگي استفاده شده در تهيه بتن • ه :ويبره

12. فرمولاسيون سيمان هاي گوگردي • بتن گوگردي محصول جديدي است كه با وجود اين كه ظاهري نهايي مانند بتن حاصل از سيمان پرتلند دارد،اما طرز توليد، نگهداري و استفاده از آن متفاوت است.بتن هاي گوگردي يك عنوان كلي است كه براي مجموعه اي از محصولات استفاده مي شود كه از نظرنوع ونسبت تر كيبات استفاده شده متفاوت مي باشند . اين مواد كلاً جزء دسته مواد ترموپلاستيك بوده كه ازتركيبات گرمايي نوع خاصي از گوگرد، تركيبات معدني و افزودني هاي مورد نياز بدست مي آيد و بطور كليشامل اجزاء ذيل است:

13. solfur سولفور • Aggregates مواد متراكم ريزدانه و درشت دانه • Filler مواد پركننده • Additives مواد افزودني

14. مخلوط اوليه شامل حدود 25 - 15 درصد سولفور، حدود 45- 25 درصد مواد متراكم ريزدانه و حدود 10- 15 درصد نيز مواد افزودنيو filler به آن اضافه می کنند. نوع، شكل و درجه بندي مواد متراكم موجود در فرمولاسيون بايد بنحوي انتخاب گردد تا بتوان حداقل فضای خالی void content در سيستم را ايجاد نمود.

15. بعد از انتخاب مواد متراكم، پركننده هاي معدني و مواد افزودني براي يك فرمولاسيون موردنظر لازم است كه ميزان بهينه سولفور در فرمولاسيون تعيين گردد . روش بدين منوال است كه نسبت حجمي پركننده معدني (f) به سولفور (s) یعنی f/s مشخصي را در نظر قرارگرفته و سپس با طراحي آزمايشات تجربي ميزانسولفور جهت فرمولاسيون را بدست مي آوريم.

16. براي كار در محيط هاي خورنده آزمايش تغيير وزن مواد متراكم ريزدانه و مواد متراكم درشت دانه موجود درفرمولاسيون در تماس مستقيم محيط موردنظر در درجه حرارت كار واقعي انجام مي پذيرد . دستورعمل و حدمجاز براي حداكثر كاهش وزن مواد متراكم ريز دانه و مواد متراكم درشت دانه در مدت 7 روز غوطه وري درمحيط مايع موردنظر در جدول شماره 1 به ترتيب داده شده است:

17. جدول شماره 1- آزمايش مقاومت خوردگي مواد متراكم در فرمولاسيون

18. انتخاب هر كدام از مواد متراكم، پركننده و خصوصاً مواد افزودني و نسبت اين مواد در فرمولاسيون بايد بهنحوي صورت گيرد تا محصول نهايي از قابليت مناسب برخوردار بوده و داراي خواص فيزيكي، شيميايي ومكانيكي خاص جهت كاربرد موردنظر باشد.

23. نقش مواد مضاف ( Modifier) اين مواد براي اصلاح خواص گوگرد(تمايل گوگرد به بازگشت سريع به حالت پايدار كه شكننده ميبا شد)بكار ميرود. اين مواد از جنس پليمر هيدروكربن اولفيني مي باشند. نوع ايراني اين مواد SMZاست كه اختراع سيد محمد ضرغامي مخترع ايراني مي باشد. نوع خارجي اين مواد SRX است كه اختراع A.H.Vroom مخترع كانادايي مي باشد.

24. بتن گوگردي اصلاح شده توليد بتن هاي خاص جهت مصارف ويژه از مباحث موردتوجه از جنبه هاي علمي و كاربردي بوده و از ارزشاقتصادي قابل توجه برخوردار است . اصلاح بتن مبتني بر اصلاح ساختار سيمان بوده بنحوي كه با استفاده ازمواد افزودني خاص در حين اختلاط بتوان خواص مورد نظر را در محصول نهايي ارتقاء بخشيد. بتن هاي گوگردي به تنهايي و بدون افزودني هايي كه به منظور بهبود خواص آن در فرمولاسيون منظور ميگردد از كارايي چنداني خصوصاً بعنوان ماده مقاوم در محيطهاي اسيدي و نمكهاي شيميايي برخوردار نبوده لذادر فرمولاسيون نهايي انواع افزودني وجود دارد كه عمدتاً در راستاي پايداري آن در سيستم هاي فرسايندهاضافه مي گردد . افزودني ديگري در راستاي كاهش انباشتگي حين فشار انقباض حرارتي كه در اثناي سفتشدن بتن وجود دارد، در فرمولاسيون منظور مي گردد . همچنين در راستاي حفاظت بتن حين سيكل هايمتوالي انجماد – ذوب( Freeze-Thow) استفاده از ماده افرودني مناسب از جمله تمهيدات خاصي است كه در ساخت بتنهاي گوگردي اعمال مي گردد. با استفاده از تكنولوژي آرمه هاي اليافي ويژه (Reinforocement) بتن هاي گوگردي از قابليت تقويتبه منظور ارتقاء سختي و بهبود قابليت جلوگيري از پيشرفت شكاف در بدنه بتني برخوردارمي باشد . در بسياري از كاربردها تقويت با آرمه هاي اليافي استفاده گرديده و از شبكه هاي فلزي كه خوردگيسيستم بتني در محيط هاي سولفوره را تسريع مي نمايند بي نياز مي سازد.

25. منابع ذخيره اسيد • تيرهاي پيش ساخته و قطعات بتني • ساخت و يا ترميم سکوهاي بتني

26. ترميم جدولهاي کنار خيابان • خط کشي خيابانها • ديوارهاي پيش ساخته

27. حوضچه هاي فاضلاب • فونداسيون پيش ساخته از بتن گوگردي • ساخت و ترميم سازه هاي آبي

28. ساخت و يا ترميم پلهاي هوائي • روکش لوله هاي فاضلاب • ساخت و ترميم اسکله ها

29. دستگاه تولید سیمان گوگردی

31. 1. عليرغم سيمان معمولی هيچگونه نيازی به آب ،جهت ساخت بتن ندارد. • 2. سرعت گيرش بتن گوگردی حدود يک ساعت می باشد در حاليکه سيمان معمولی 28 روز به طول می انجامد . • 3. کليه دستگاهها و تجهيزات در داخل کشور توليد شده و نيازی به خروج ارز ندارد . • 4. حدود 30 سال است که اين سيمان در دنيا استفاده می شود ( آمريکا ، کانادا و...) و دارای استاندارد ACI می باشد . • 5. امکان بازيافت مجدد بتن گوگردی ( عليرغم بتنن های معمولی ) وجود دارد. • 6. کليه مواد اوليه و افزودنی ها ، همگی در داخل کشور تهيه می گردد .

32. 7. اين صنعت در واقع صنعت پاک و غير آلاينده محسوب می شود و از مواد زائد صنعت نفت استفاده می نمايد ، در حال حاضر مقادير زيادی گوگرد در پالايشگاهها انباشته شده که بسيار مضر برای محيط زيست می باشد . • 8. گيرايی بسيار سريع موجب تسريع اجرای کارهای عمرانی و کاهش هزينه می شود. • 9. امکان استفاده از همه نوع مصالح موجود در منطقه جهت توليد اين بتن ( عليرغم بتن معمولی ) وجود دارد. • 10. با توجه به چسبندگی اين بتنبه بتن معمولی و دوام آن در مقابل خوردگی امکان استفاده وترکيب مشترک وجود دارد که سبب پايداری بتن می گردد • 11. مقاومت بالا در مقابل بسياری از خوردگی ها خصوصا" اسيدها را دارا می باشد. • 12. مقاومت فشاری حدود دو برابر سيمان معمولی ( به مقياس مگا پاسگال ) است.

33. 13. مقاومت کششی و ضريب گسيختگی حدود 3 برابر سيمان معمولی می باشد. • 14.ضريب الاستيسيته بالاتر از سيمان معمولی است. • 15. هدايت حرارتی پايين تر از سيمان معمولی می باشد. • 16. تا دمای 80 درجه سانتی گراد کاملا" مقاوم می باشد ، بنابراين در فضای آزاد مشکلی نخواهد داشت ، البته با پوششی از بتن معمولی می توان مقاومت حرارتی آن را معادل بتن معمولی ساخت . • 17. کاربرد بسيار وسيعی در کارهای آبی خصوصا" سازه های دريائی ، اسکله ، سد و ديوار ساحلی دارد . • 18. هزينه احداث کارخانه با ظرفيت مشابه کارخانجات سيمان معمولی حدود يک دهم می باشد .

34. 19. انرژی برق مصرفی کارخانجات سيمان گوگردی حدود يک صدم کارخانجات سيمان معمولی بوده و بيشتر از سوختهای فسيلی ، عمدتا" گاز (که مزيت نسبی کشور محسوب می شود ) استفاده می گردد . • 20. لازم به ذکر است که اين بتن نه تنها معارض سيمان معمولی نمی باشد بلکه به دليل مصرف زياد سيمان در کشور می تواند بعنوان مکمل سيمان معمولی در بازار مورد استفاده قرار گيرد . • 21. کليه آزمايشات استاندارد مربوطه به اين بتن در داخل کشور انجام شده و نمونه های کاربردی و دستگاههای پروتوتايپ توليد اين بتن نيز ساخته شده است . • 22. در مناطقی که استفاده از قير امکان پذير نمی باشد می توان برای جاده سازی از اين بتن استفاده نمود ( نظير ساير نقاط دنيا ) .

35. 23. بعلت چسبندگی بسيار بالای اين بتن به فلزات ، می توان از آن به عنوان روکش پلهای فلزی استفاده نمود ( آسفالتهای معمولی در مقابل حرارت و کشش مقاومت چندانی ندارند ). • 24. با توجه به عايق بودن در مقابل رطوبت ، می توان از آن به عنوان ايزولاسيون استفاده نمود .

36. Comparison with 62.0 MPa (5,000 psi) portland cement concrete

37. Comparison with 62.0 MPa (5,000 psi) portland cement concrete

38. Typical Physical Test Results

39. نتايج آزمايش فيزيکی بتن گوگردي • ضريب انبساط خطی برابر  • چسبندگی به بتن بسيار بالاتر  • چسبندگی با آرماتوربالاتر  • خزشپائين تر  • ضريب ارتجاعیبالاتر  • ايجاد ترک کششيبالاتر  • خاصيت ارتجاعیبالاتر  • مقاومت فشاریبالاتر 

40. مقايسه بتنگوگردی با بتن معمولی • مقاومت دربرابر سايشبسيار بالاتر  • نفوذ پذيریبسيار کمتر  • مقاومت در برابر خستگیبسيار بالاتر  • مقاومت در برابر آتشاندکی پائين تر  • مقاومت در برابر خوردگیبسيار بالاتر  • دوام در چرخه حرارتیبرابر يا بالاتر  • هدايت حرارتپائين تر

41. ACI 548.2R.88 Forming and reinforcement • 2.4.4. Both wood and metal forms can be used. Petroleum based form release agents should be used on wall pours but are not necessary on slab forms. When forming large surface areas (I.e. walls) with reusable metal forms, they should be preheated to prevent formation of a skin of sulfur cement caused by flash setting of the sulfur concrete when it contacts a cold form.

42. Forming and reinforcement • Sulfur concrete can be reinforced with grade 60 reinforcing steel (ASTM A 615, A 616, A 617, and A 706) (modified sulfur does not react with steel), epoxy coated reinforcing steel (ASTM A 775), or with glass fibers. Standard details for steel in Portland cement concrete is recommended for design with sulfur concrete.

43. 1. آيا براي بتن گوگردي استاندارد وجود دارد؟آري براي بتن گوگردي استاندارد ACI وجود دارد. • 2. ميزان مصرف سيمان گوگردي در بتن گوگردي چه مقدار است؟بين 25 تا 30 درصد بستگي به دانه بندي مصالح مصرف شده در بتن گوگردي دارد. درشت دانه کمتر و ريزدانه بيشتر. • 3. چه کشورهائي ميتوانند بتن گوگردي مصرف کنند؟هر کشوري که داراي معادن گوگرد و يا توليد گوگرد از گازهاي ترش باشد و يا بتواند گوگرد ارزان به کشور خودش وارد کند ميتواند آن را بعنوان سيمان گوگردي مصرف نمايد و در کارهاي عمراني بکار بگيرد.

44. 4. ساخت کارخانه سيمان گوگردي ارزان تر است يا کارخانه سيمان معمولي؟ساخت کارخانه سيمان گوگردي بمنظور توليد سيمان گوگردي ارزان تر از کارخانه سيمان معمولي تمام ميشود ولي براي ساخت کارخانه سيمان گوگردي لازم است که گوگرد لازم براي توليد سيمان گوگردي در محل وجود داشته باشد و يا هزينه حمل آن از لحاظ اقتصادي مناسب باشد تا قيمت سيمان گوگردي توليد شده قابل رقابت با سيمان معمولي باشد و يا قيمت واردات آن نسبت به قيمت سيمان وارداتي اختلاف مناسبي داشته باشد. • 5. آيا در معادني که گوگرد وجود دارد ميتوانيم علاوه بر استفاده از گوگرد ، مصالح موجود در آن را نيز در توليد بتن گوگردي استفاده نموده و بعنوان مصالح ساختماني آن را مورد استفاده قرار دهيم؟اگر ميزان گوگرد موجود در معدن بين 25 تا 30 درصد باشد ميتوانيم آن را براي توليد مصالح بکار بگيريم و اگر کمتر باشد بايد به آن گوگرد اضافه کنيم تا بتوانيم بعنوان مصالح مورد استفاده قرار دهيم و لي اگر ميزان گوگرد موجود در معدن بيش از 30 درصد باشد ميتوانيم مازاد آن را بيرون آورده و بصورت سيمان گوگردي تبديل نموده در جاي ديگر مصرف کنيم. نوع مصالح موجود در معدن مثل شن و ماسه و خاک و نوع و درصد هريک از آنها در مصالح معدن لازم است مورد بررسي قرار گيرد تا کاربرد مصالح ساخته شده مشخص شود.

45. 6.آيا در سيمان گوگردي از سيمان معمولي هم استفاده ميشود؟در تهيه سيمان گوگردي از سيمان معمولي استفاده نميشود. • 7. آيا براي توليد بتن گوگردي از آب استفاده ميشود؟براي توليد بتن گوگردي از سيمان گوگردي و مصالح بتني استفاده ميشود و نيازي به اضافه کردن آب در اين نوع بتن نميباشد زيرا اين بتن از طريق گرم کردن مصالح بتني و سيمان گوگردي و مخلوط کردن آنها با يکديگر بدست مي آيد. • 8. نحوه توليد بتن گوگردی به چه صورت است ؟در اين نوع بتن گرم کردن سيمان گوگردي سبب ميشود که گوگرد در درجه حرارت 120 درجه بصورت مذاب در آمده و سبب خميري شکل شدن مصالح بتني شود و پس از اختلاط کامل آن را در قالب ميريزند تا پس از سرد شدن محکم شده و شکل قالب را بخود بگيرد.

46. 9. آيا غير از شن و ماسه که در بتن مصرف ميشود ميتوانيم از مصالح ديگري که در يک منطقه موجود است استفاده کنيم؟در ساخت بتن گوگردي ميتوان از مصالحي نظير ماسه بادي، پوکه، خاک سنگ، خاک رس، سنگ لاشه، خرده سنگ، ذغال سنگ و خرده چوب و نظاير آن استفاده نمود ولي مشخصات بتن گوگردي توليد شده نظير مقاومت، ميزان نفوذ آب، وزن، رنگ و غيره با توجه به مصالح مصرفي تفاوت ميکند. با توجه به شرايط هر پروژه ، نوع مصالح مصرفي جهت توليد بتن گوگردي قابل تغيير ميباشد. • 10. از کجا ميتوان دريافت که مصالح توليد شده توسط بتن گوگردي را ميتوان جايگزين مصالح توليد شده توسط بتن معمولي نمود؟استاندارد تهيه شده براي اين بتن مقايسه کامل بين بتن معمولي و بتن گوگردي را انجام داده که لازم است به آن استاندارد مراجعه شود.

47. 11. تاثير حرارت روي بتن گوگردي چيست؟در صورت گرم کردن بتن گوگردي اين بتن در درجه حرارت 80 درجه سانتيگراد به بالا بتدريج مقاومت خود را از دست ميدهد و در درجه حرارت 120 درجه خميري شکل ميشود. بهمين دليل چنانچه بخواهند آن را براي ساختمان بکار گيرند لازم است يک پوشش از بتن معمولي يا گچ و يا سنگ روي آن بعنوان عايق کشيده شود.

48. منبع :ايران سازه، وبسايت تخصصي مهندسي عمران