دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک پرداخت و دانلود پایین مطالب:
فرمت فایل:word(قابل ویرایش)
تعداد صفحه:15
چکیده :
آجر یکی از پرمصرف ترین مصالح بنایی در ایران است . از آنجا که آجر معمولی وزن زیادی دارد باعث سنگین شدن ساختمان و در نتیجه آسیب پذیری آن در برابر نیروهای زلزله می شود . سعی بر این است که با کاهش چگالی آجر علاوه بر سبک کردن ، خصوصیات عایق حرارتی آن نیز بهبود یابد . یکی از موادی که به عنوان افزودنی تخلخل زا به مواد اولیه آجر اضافه می شود فوم پلی استایرن است.
برای آنکه مقاومت فشاری و جذب آب آجر سبک در حد قابل قبول برای آجرنما باقی بماند ، مقدار افزودنی فوم پلی استایرن باید حدود 1 درصد باشد . با افزودن 5/1 درصد وزنی فوم پلی استایرن به خاک آجرپزی ، چگالی بدنه به 98/0 گرم بر سانتیمتر مکعب و مقاومت فشاری به 98 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع و جذب آب به 25 درصد وزنی رسید . چنین‌آجری به عنوان آجر معمولی باربر قابل استفاده است. با افزودن 2 درصد وزنی فوم پلی استایرن به خاک ، چگالی بدنه به حدود 9/0 گرم بر سانتیمتر مکعب کاهش یافت ، در حالی که مقاومت فشاری به حدود 69 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع رسید . این نوع‌آجر را می توان به عنوان‌آجر معمولی غیرباربر استفاده نمود . هدایت حرارتی آجرهای سبک ساخته شده به 5/1 درصد وزنی فوم پلی استایرن ، 36/0 وات بر متر بر درجه سانتیگراد به دست آمد که در مقایسه با‌آجرهای معمولی به میزان یک سوم کاهش یافته است .
تحقیقات انجام شده در سایر کشورها
هوادار کردن با پلاستیک ها یکی از روش های سبک سازی آجر و بلوک های سفالی درکشورهای صنعتی است. روش سبک سازی با فوم پلی استایرن دارای حق امتیازی به نام پروتون است که درآن از فوم پلی استایرن برای ایجاد تخلخل درشت استفاده می شود]2[.
برخی از کارخانه های تولید آجر از فوم پلی استایرن پیش ساخته استفاده می کنند ولی برای انبوه، دارا بودن سیستم تولید فوم، اساسی است.(شکل 1)
تهیه و نگهداری فوم پلی استایرن مشمول برخی اندازه گیری های مطمئن است که دستورالعمل آن به وسیله مراجع مشاور، کمپانی های بیمه و اداره های آتش نشانی تهیه شده است. چنین ملاک هایی باید هنگام طراحی درنظر گرفته شود. ماده خام، چگالی انبوهی تقریباً kg/m3 700 دارد و در بشکه های 125 کیلو گرمی یا کارتن مقوایی یک تنی عرضه می شود. استایروپور 500 P یک نام تجارتی نمونه وار است. بشکه ها و کارتن ها را می توان به ترتیب تقریباً 6 ماه و 4 هفته نگهداری کرد، بدون آنکه از مواد افزودنی هواساز چیزی را از دست بدهند]2[.
پلی استایرن منبسط شده در 100 تا 700 درجه سلسیوس تجزیه حرارتی می شود، بدون آنکه خاکستری بر جای گذارد. گازهای استایرن و بنزن که در فرآیند آزاد می شوند.
1-1 مواد خام و افزودنی
در تحقیقی که هاک و جانگ انجام دادند، مواد خام و افزودنی های به کار رفته به شرح زیر است :
خاک آجرپزی B ، خاکی با مقدار کمی کربنات و مواد رسی شامل قسمتهای مساوی کانی های رس ایلیتی و کائولینیتی است. آجر پخته شده با این خاک دارای رنگ قرمز است.
خاک آجرپزی J ، خاک رس مارنی با مقدار زیاد کلسیت که در آن ماده رسی عمدتاً از نوع ایلیت است. آجر پخته شده با این خاک رنگ زرد دارد.
خاک آجرپزی L ، شبیه خاک رس مارنی J است با این تفاوت که دارای مقدارزیادی مونت موریلونیت در بخش رسی می باشد. رنگ پخت آن صورتی مایل به زرد است.
فوم پلی استایرن ، با قطر تقریبی 1 تا 2 میلیمتر
لجن کاغذ سازی ، مواد زایدی است که در فاضلاب تولید کاغذ وجود دارد و به صورت کیک های فیلتری که بخشی از آب آن گرفته شده در دسترس است. میزان آب ممکن است بین50 تا80 درصد وزنی باشد. معمولاً ماده جامد به طور عمده از الیاف کاغذ و باقی مانده ای که اصطلاحاً فیلر گفته می شود، مانند کائولن، آهک یا چاک تشکیل می گردد.
خاکستر بادی، مورد استفاده در آزمایش حاوی مقدار کمی کربنات کلسیم و تقریباً 9 درصد وزنی کربن سوختنی است. مشخصه شایان ذکر دیگر، مقدار نسبتاً زیاد (حدود 5 درصد وزنی) قلیایی های K2O و Na2O است که به صورت گدازآور عمل می کنند.
چاک پودر شده ، با هدف به دست آوردن بافت متخلخل ریز بدنه سرامیکی استفاده شد که نرمی بسیار زیاد و به همان نسبت سطح واکنش بزرگ دارد.
ماسه کوارتزی، به عنوان ماده باز کننده استفاده شد که تا حدود 95 درصد آن را دانه هایی با قطرهای 2/0 تا 6/0 میلیمتر تشکیل می داد.
اطلاعات ارائه شده در مورد ترکیب اجزای بدنه رسی برحسب درصدهای مواد خشک است. بلوک ها و آجرهای رسی سبک آزمایشگاهی با سوراخ های قائم در دو قالب ساخته شدند :
اندازه کوچک : ابعاد 70 × 40 × 80 میلیمتر، حجم سوراخ ها حدود 40 درصد، ضخامت جدار 6 میلیمتر.
اندازه بزرگ : ابعاد 90 ×90 ×180 میلیمتر، حجم سوراخ ها حدود 5/44 درصد، ضخامت جدار 5، 7 و 9 میلیمتر.
شکل دهی با یک اکسترودر آزمایشگاهی مجهز به خلاء انجام شد. خشک کردن ابتدا به آرامی در دمای اتاق و سپس در محفظه خشک کن در دمای 5- یا +105 درجه سلسیوس انجام گرفت. از کوره های الکتریکی برای پخت استفاده شد. برنامه های پیش گرمکن برای هر پیمانه خاک رس مربوط تنظیم شد. به منظور ارزیابی رفتار شکل دهی و قابلیت اکسترود کردن در اکسترودر مارپیچی با استفاده از یک قالب اکسترودر، آجر سوراخدار با ضخامت جدار کم مورد آزمایش قرار گرفت.
1-2 شکل دهی
فوم پلی استایرن فقط باید قبل از اکسترودر به گل افزوده شود، زیرا چنانچه در مراحل آماده سازی قبلی اضافه شود، جدایش نامطلوب یا کاهش اندازه اتفاق خواهد افتاد. این بدان معنی است که عمل آوری اولیه برای توزیع یکنواخت دانه های پلی استایرن در گل در مقایسه با مواد تخلخل زای نسبتاً جامد که می توانند بدون مشکل سرتاسر فرآیند آماده سازی را طی کنند، چندان مناسب نیست. عامل دیگر این است که بدنه های رسی دارای مواد افزودنی پلی استایرن نیاز به اکسترود شدن در یک حالت نسبتاً خمیری دارند، زیرا در غیر این صورت اثر تخلخل زایی مورد نیاز به طور معکوس تحت تاثیر تراکم پذیری دانه های پلی استایرن قرار می گیرد. به عبارت دیگر، پایداری خشت به طور طبیعی در یک محدوده بسیار کوچک کاهش می یابد.
در مورد فوم پلی استایرن نظر بر این است که حجم زیاد ذرات فوم، حالت روانی بدنه رسی را طی شکل دهی در اکسترودر بهبود می بخشد. این الیاف مشابه لجن کاغذ سازی ساختار خشت را تثبیت نموده و بنابراین پایداری آن را افزایش می دهند.
1-3 خشک کردن
مواد افزودنی فوم پلی استایرن جمع شدگی خشک شدن را تنها به مقدار ناچیزی کاهش می دهد، چون دانه های پلی استایرن بنابر تراکم پذیری زیاد، به مقدار کمی مانع از فرآیند جمع شدگی می شوند.همچنین یرای مقادیر مواد افزودنی از 5/0 تا 5/1 درصد وزنی، در مقدار آب مورد نیاز برای اختلاط هیچ تغییر محسوسی به وجود نمی آید.
مواد ضایعاتی سوختنی که با 20 درصد وزنی مورد آزمایش قرار گرفت، جمع شدگی خشک کردن را بطور متوسط 2/1 درصد کاهش داد. با وجود این، مقدار آب مورد نیاز برای اختلاط به حدود 12 درصد وزنی افزایش یافت که به طور مشابه از نظر انرژی خشک کردن، عیب محسوب می شود.
خاکستر بادی که در مقادیر تا 30 درصد وزنی مورد آزمایش قرار گرفت، جمع شدگی خشک شدن را به حداکثر 3/1 درصد کاهش و نیاز به آب اختلاط را به حدود 8 درصد وزنی افزایش داد .
1-4 خواص محصول
قبلاً اشاره شد که مواد افزودنی آزمایش شده عمدتاً به منظور عمل به عنوان مواد تخلخل زا در بدنه سرامیکی، به هدف کاهش چگالی بدنه و درنتیجه ضریب هدایت حرارتی استفاده شد. بنابراین باید چگونگی بهینه سازی بدنه رسی مشخص می شد تا با کاهش چگالی بدنه، افت مقاومت نسبتاً کمی ایجاد شود. بدین ترتیب، آجرهای سبک مورد استفاده در بنایی، نه تنها عایق حرارتی بهتری می شوند بلکه همچنان وظیفه باربری را انجام می دهند]3[.
اگر افزودنی های محتمل برای تخلخل زایی بدنه سرامیکی از این دیدگاه مورد بررسی قرار گیرد، آنگاه می توان دریافت که این مواد به 3 گروه تقسیم می شود :
گروه اول ، شامل مواد سوختنی مانند فوم پلی استایرن
گروه دوم، محصولات فرعی صنعتی حاوی مواد سوختنی و مواد معدنی، برای مثال : لجن کاغذ سازی
گروه سوم ، مواد معدنی مانند سنگ آهک یا خاکسترها
به طور کلی انتظار می رود که هنگام استفاده از مواد سوختنی، مقدار کاهش در مقاومت به طور اساسی تحت تاثیر شکل واندازه ذرات است و بنابراین تعیین و کنترل آن نسبتاً ساده می باشد. برخلاف آن، شرایط به دست آمده با افزودنی های معدنی یا مواد حاوی اجزای معدنی پیچیده تر است، چون وجود آنها ممکن است به طور قابل ملاحظه ای دوره واکنش سینتر شدن را طی پخت تغییر دهد و نوع متفاوتی از خمیره بدنه سرامیکی به وجود آید. از طرف دیگر، این مواد امکان تاثیر مثبت بر مقاومت ساختار بدنه سرامیکی را فراهم می سازد و بنابراین ممکن است به مقاومت بیشتری برای چگالی یکسان بدنه های سرامیکی دست یافت]3[.
1- ساختار فوم پلی استایرن و روش های تولید آن
پلی استایرن یک پلیمر آلی است که از پلیمر کردن ملکول استایرن با سازوکارهای مختلف پلیمریزاسیون به دست می آید. این پلیمر علاوه بر شکل معمولی با چگالی زیاد، با انجام شدن فرآیندهای نسبتاً ساده روی آن، قابل تبدیل به مواد اسفنجی با چگالی های بسیار کم است. پلی استایرن اسفنجی کاربردهای بیشماری در صنایع مختلف، مانند بسته بندی، ظروف یکبار مصرف و مصالح ساختمانی پیدا کرده است.
2-1 استایرن و روش های سنتز آن
استایرن به نام های وینیل بنزن، فنیل اتیلن و سینامن نیز شناخته شده و دارای فرمول شیمیایی C6H5CH:CH2 است. استایرن مایعی روغنی، معطر و بیرنگ است. نقطه جوش آن 2/145 درجه سانتیگراد و وزن مخصوص آن در 25 درجه سانتیگراد 9045/0 گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد]5[.این ماده در زمره پر مصرف ترین مواد شیمیایی است به نحوی که در 1996، تولید سالانه جهانی آن 18700 هزار تن بوده است. این ترکیب عمدتاُ از هیدروژن گیری از اتیل بنزن در 650- 550 سلسیوس به دست می آید]6 و 10[.
در واقع استایرن نخستین بار از صمغ برخی درختان جداسازی و پس از آن مشاهده شد که این مولکول خودبخود به یک جامد صمغی شکل تبدیل می شود. در آن زمان، یعنی سال 1840 کسی توجیه مناسبی برای این مشاهدات نداشت خصوصاً آن که ترکیب درصدهای شیمیایی آن پس از جامد شدن تغییری نمی کرد. پس از کشف پدیده پلیمر شدن توسط هرمان اشتاودینگر درحدود یک قرن بعد، این ماده پلی استایرن نامیده شد]6[.
2-2 فوم پلی استایرن
پلی استایرن انبساطی در واقع قبل از تبدیل به شکل نهایی خود، دارای دو شکل است:
الف:ذرات و قطعات پلی استایرن یا ترکیبات پلی استایرنی حاوی چند درصد از یک عامل منبسط کننده مانند حلال های سبک آلی که به نحوی به آن افزوده شده است (EPS).
ب: دانه های پلی استایرن توسط بخار به فوم تبدیل می شوند، درحالیکه در مورد دوم لازم است پلیمر اکسترود یا تزریق شود. در اینجا روش های تهیه ذرات قابل تبدیل به فوم و روش ها و دستگاه های تبدیل این ذرات به فوم تشریح شده است.
2-3 ساختار فوم پلی استایرن
ساختار فوم پلی استایرن شامل سه جزء پلیمر، عامل انبساط و مواد افزودنی به شرح زیر است :
پلیمر : پلی استایرن علی رغم سادگی ساختمان شیمیایی اش دارای شکل های متفاوت است وقابل کوپلیمر شدن بامنومرهای دیگر نیزهست. پلی استایرن به کار رفته در دانه های منبسط شونده معمولاً دارای وزن مولکولی بین 180 تا 270 هزار می باشد. پلی استایرن خالص به سه حالت می تواند باشد :
- پلی استایرن آمورف یا آتاکتیک :این نوع پلیمرعمدتاً ازروش رادیکالی بدست می آید و درآن ترتیب قرارگیری فضایی حلقه های فنیل روی زنجیر نامنظم واتفاقی می باشد.
- پلی استایرن ایزوتاکتیک: این نوع پلی استایرن از روش های پلیمریزاسیون فضاویژه به دست می آید و در آن موقعیت فضایی تمامی حلقه های فنیل یکسان است.
- پلی استایرن سیندیوتاکتیک: این پلیمر نیز از روش های پلیمریزاسیون فضاویژه به دست می آید و آرایس و جایگیری حلقه های فنیل روی زنجیره پلیمر به صورت یک در میان می باشد. به دلایل متفاوت اقتصادی و فنی، این پلیمردر تولید فوم به کار برده نشده است.
- پلی استایرن اشعه دیده : شبکه ای کردن پلی استایرن انبساطی با تشعشع های یونیزه کننده، دمای مجاز بهره برداری فوم را به وقدار زیادی افزایش می دهد. برای مثال، فوم های پایدار تا 166 درجه سیلسیوس از این طریق ساخته شده اند ]6[.
- آمیزه های پلی استایرن : اگر پلی استایرن با درصد کمی از پلیمرهای دیگر مخلوط شود، فوم حاصل می تواند دارای خواص جالب توجهی باشد. برای مثال، اختلاط 5% پلی اتیلن با 95% پلی استایرن انبساطی و اکسترود کردن مخلوط و فرو نشاندن ذرات اکسترود شده و قالبگیری، تولید فومی می کند که مقاومت زیادی در برابر حلال ها و عبور بخار آب دارد. در واقع یک پوشش پلی اتیلنی روی فوم تشکیل می شود.
- کوپلیمرهای استایرنی : کوپلیمرهای استفاده شده به سه دسته تقسیم می شوند : معمولی ( شبکه ای نشده )، شبکه ای شده و پس واکنش شده.
دسته اول : جایگزین کردن 20 تا 30% از منومراستایرن با اکریلونیتریل مقاومت خیلی زیادی در برابر بنزین و روغن های روان کنند، به فوم به دست آمده می دهد.
دسته دوم : پلی استایرن اندکی شبکه ای شده توسط 01/0 تا 25/0% دی وینیل بنزن و منبسط شده با دی اکسید کربن یا گازهای دیگر، قابلیت انبساط فوم را بالا برده و آن را در برابر فروپاشی در دماهای زیاد مقاوم می سازد.
دسته سوم : دمای سرویس دهی پلی استایرن از طریق هیدروژنه کردن آن، قبل از تشکیل فوم به مقدار زیاد افزایش می یابد. آلکیله کردن پلی استایرن در حضور کاتالیزور مناسب آن را غیرقابل ذوب می سازد. از این طریق فوم به دست آمده در دماهای زیاد بسیار پایدار خواهد بود.
2- جمع بندی تحقیقات انجام شده و ارزیابی اقتصادی
چنانچه افزودنی های قابل سوختن به مواد اولیه آجرپزی اضافه شود، حجم فضاهای خالی را می توان به طریق کنترل شده ای افزایش داد. با افزایش حجم فضاهای خالی، وزن آجر کم می شود.کاهش وزن آجر باعث کم شدن وزن دیوار و سقف می گردد و درنتیجه از جرم ساختمان کاسته می شود. با کاهش جرم ساختمان مقاومت آن در برابر زلزله زیاد می گردد. با رشد سریع و فزاینده شهرها کم کردن جرم ساختمانها اهمیت بیشتری یافته است. زیرا باید ساختمانهای بلندتر بنا شود و لازم است که از وزن ساختمان ها بویژه در طبقات بالاتر کاسته شود. علاوه بر این، سبک سازی آجر خواص مشخصی ازجمله کاهش ضریب هدایت حرارتی و در نهایت صرفه جویی در مصرف انرژی پدید می آورد. مزیت دیگر آجرهای سبک کاهش وزن جابجایی و بنابراین هزینه های کمتر حمل و نقل است.
یکی از موادی که می توان به عنوان افزودنی تخلخل زا در آجرپزی مصرف نمود، فوم پلی استایرن است. فوم پلی استایرن را باید درست در دهانه ورودی دستگاه اکسترودر به گل افزود، زیرا چنانچه در مراحل آماده سازی قبلی اضافه شود، جدایش نامطلوب یا کاهش اندازه دانه های فوم اتفاق خواهد افتاد. این بدان معنی است که عمل آوری اولیه برای توزیع یکنواخت دانه های پلی استایرن در گل در مقایسه با مواد تخلخل زای نسبتاً صلب که می توانند بدون مشکل سرتاسر فرآیند آماده سازی را طی کنند کمتر میسر است. از طرف دیگر، بدنه های رسی دارای مواد افزودنی پلی استایرن نیاز به اکسترود شدن در یک حالت نسبتا خمیری دارند، زیرا در غیر این صورت اثر تخلخل زایی مورد نیاز به طور معکوس تحت تاثیر تراکم پذیری دانه های پلی استایرن قرار می گیرد.
4- نتیجه گیری
یکی از موادی که می توان به عنوان افزودنی تخلخل زا در آجرپزی مصرف نمود، فوم پلی استایرن است. این ماده برای تخلخل زایی درشت مورد استفاده قرار می گیرد. فوم پلی استایرن را باید درست در دهانه ورودی دستگاه اکسترودر به گل افزود، زیرا چنانچه در مراحل آماده سازی قبلی اضافه شود، جدایش نامطلوب یا کاهش اندازه دانه های فوم اتفاق خواهد افتاد. برای تولید انبوه آجر بهتر است از سیستم ایجاد فوم در کارخانه آجر استفاده شود. خاک رس های پرمایه دارای ماسه نسبتا کم برای مخلوط کردن با پلی استایرن مناسب ترین خاک است، زیرا پلی استایرن یک ماده غیر چسبنده بسیار موثر است. مشخص شده است که مواد به کار رفته برای ایجاد تخلخل عموماً دارای تاثیر مطلوبی در رفتار خشک شدن بدنه های رسی است. فوم پلی استایرن، ساختار خشت را تثبیت نموده و بنابراین پایداری آن را افزایش می دهد. برای تولید آجر سبک با استفاده ازفوم پلی استایرن ازهمان خشک کن ها وکوره های ساخت آجرهای بنایی استاندارد استفاده میشود. زمان خشک شدن با افزودن پلی استایرن معمولاً کوتاه می گردد. فرآیند واقعی پخت تحت تاثیر مقدار کم محتویات قابل احتراق قرار نمی گیرد، بنابراین اقدامات کنترلی خاصی نباید انجام شود.
با افزودن فوم پلی استایرن، کاهش مقاومت فشاری باید به حدی باشد که از حدود مجاز استاندارد کمتر نشود. اگر منظور تولید آجر نماست از نظر مقاومت نمی توان بیش از 5/1 درصد فوم پلی استایرن به خاک رس افزود، زیرا مقاومت از 100 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ( حداقل مجاز مقاومت فشاری برای آجرنما ) کمتر می شود. افزودن حتی 2 درصد پلیمر، مقاومت را در حدی نگاه داشته که همچنان قابل مصرف به عنوان آجر معمولی مورد استفاده در دیوار باربر است، زیرا حداقل مجاز مقاومت برای آجر معمولی مصرفی در دیوار باربر 60 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است.
سبک سازی آجر با 5/1 درصد فوم پلی استایرن، ضریب هدایت حرارتی را به یک سوم آجر معمولی رسانده است. بدین ترتیب که ضریب هدایت حرارتی را به یک سوم آجر معمولی رسانده است. بدین ترتیب که ضریب هدایت حرارتی آجر سبک با 5/1 درصد فوم پلی استایرن 36/0وات بر متر برکلوین به دست آمد، در حالی که هدایت حرارتی آجر معمولی حدود 1 وات بر متر بر کلوین می باشد.
