دراسة امكانية تحضير طابوق محروق باستخدام مخلفات صناعية وبنائية

Abstract

الخلاصة تناول هذا البحث دراسة تأثير استخدام : مخلفات البناء مثل: (كسر الطابوق وانقاض البناء) ، غبار السمنت ( ناتج عرضي لمعامل السمنِت) كبديل جزئي عن التربة على خواص الطابوق الفخاري ، لغرض التقليل من الاثار السلبية على البيئة وتقليل استهلاك الترب الصالحة للزراعة الملائمة لصناعة الطابوق . صنع طابوق مختبري باستخدام نوعين من التربة احدهما تربة صالحة لصناعة الطابوق رمزها R) ) ممزوجة واخرى ذات نسبة رمل عالية رمزها M)) غير صالحة لصناعة الطابوق باضافة غبار السمنت بنسبة (2،5،10)% ومخلفات البناء بنسبة (10،20،30)% من وزن التربة وبطريقة البثق والكبس ثم الحرق بدرجات حرارة (1000،900،800) ° م . تشير النتائج بشكل عام الى ان استخدام غبار السمنت والمخلفات كبديل جزئي عن التربة بطريقة البثق ولكلا النوعين من التربة آنفا تؤدي الى انخفاض مقاومة الانضغاط والكثافة وزيادة نسبة الامتصاص والتزهر بزيادة نسبة الاضافة وبزيادة درجة حرارة الحرق مقارنة بالمرجعية. اعتمدت طريقة الكبس للتربة (M) فقط والحرق بدرجة حرارة (800 (° م لتحسين خصائص التربة لانها اعطت افضل النتائج مقارنة ببقية الدرجات وبطريقة البثق.

الكلمات المفتاحية : غبار السمنت (CKD) ، مخلفات البناء ، كاربونات الكالسيوم ، الطابوق الفخاري .

المقدمة تصنف المخلفات المستخدمة في هذا البحث ( غبار السمنت ، مخلفات البناء ) كنفايات صلبة وتعتبر مصادر رئيسة في زيادة معدلات التلوث البيئي . فيما يخص غبار السمنت يعتبر ناتج عرضي من صناعة السمنت له تأثيرات سلبية على البيئة حيث تطرح معامل السمنت في العالم (30) مليون طن لكل سنة . واحتواءه على مـواد قلويـة عاليـة وهي ( Na2O ،K2O) ومواد اخرى غير مرغوب بها مثل الكبريتات والكلوريدات ( المبينة في الجدول رقم (1) ) ولذلك لا يمكن ٳرجاعه الى الافران . ويمكن تعريف غبار السمنت (Cement Klin Dust) ( CKD ) انه مادة صلبة قلوية بشكل مسحوق مكونة من مواد خام محروقة بشكل جزئي.تشير نتائج التركيب المعدني باستخدام حيود الاشعة السينية الى ان الطور الغالب هو الكالسايت (كاربونات الكالسيوم ) ثم طور الكوارتز والدولومايت والمبينة في الشكل رقم (1) . ان الصفات الفيزيائية والكيميائية والتركيب المعدني لغبار السمنت (CKD) يختلف من معمل الى آخر اعتمادا على عدة عوامل أهمها نوع المواد الخام المستعملة ، تصميم الفرن ، نوع العمليات التي تحدث داخل الفرن ، طريقة تجمع غبار السمنت ونوع الوقود المستخدم . اما المخلفات الانشائية تعرف انها مخلفات صلبة غير خطرة تتولد من نشاطات البناء ، الهدم ، الانشاء ، التطوير والتصليح ، وتشكل نفايات الانقاض في بغداد نسبة مئوية كبيرة من النفايات الصلبة حيث تتراوح بين (20-40) % من مجموع نسب النفايات الصلبة. تشير وثائق اتحاد تطوير الطابوق في المملكة المتحدة BDA)) الى ان الطابوق يتميز بالعمر التشغيلي الطويل ٳذ انه لا يتحلل ولا تنبعث الغازات منه ولهذاالسبب هناك امكانية في ءاعادة استخدامه في تطبيقات مختلفة مثل : (ركام خشن في صناعة الكونكريت ، السدود ، الطرق الفرعية ، ملاعب التنس والطرق الزراعية ) .

الجزء العملي - المواد المستخدمة في البحث نوعان من التراب : غير صالح لصناعة الطابوق احدهما نسبة رمل عالية (M) والاخرى ات نسبة اطيان عالية (N) من مقالع معمل الطابوق القادسية التابعة للشركة العامة للصناعات الانشائية في محافظة الديوانية . وتم استخدام المضافات من مخلفات بنائية ( متمثلة بكسر طابوق كناتج عرضي من صناعة الطابق وكسر الطابوق مع مونة السمنت من مخلفات الهدم ) ومخلفات صناعية ( متمثلة بغبار السمنت كناتج عرضي من معمل سمنت الكوفة ) - اجريت الفحوصات الكيميائية والفيزيائية لمخلفات البناء وغبار السمنت ونماذج التربة ذات نسبة رمل عاليةM)) والتربة ذات نسبة اطيان عالية ( N ) والتربة الممزوجةR) ) بنسبة (1:1) (M : N) على التوالي. - اجري فحص حيود الاشعة السينية لغبار السمنت ومخلفات البناء. - عملت خلطات مرجعية واخرى مع اضافة غبار السمنت ومخلفات البناء بنسب (10،5،2)% و (30،20،10)% على التوالي من وزن التربة الممزوجة ( (Rبطريقة البثق وخلطات من التربة ذات نسبة رمل عالية M)) بطريقتي البثق والكبس. - استخدم جهازالبثق لتحضير عينات طابوق مختبري كهربائي بابعاد (72, 38 ,25) ملم . جففت النماذج في جو المختبر لمدة (72) ساعة. جففت في مجفف كهربائي مختبري بشكل تدريجي بدرجة حرارة (110)° م لمدة اربعة ايام . حرقت بدرجات حرارة ( 1000 ، 900 ، 800 )° م خلال أربع ساعات ومدة ٳنضاج ساعة واحدة . - شكلت النماذج بطريقة الكبس باستخدام قالب اسطواني ابعاده (50) ملم قطرا و(50) ملم ارتفاعا وتسليط ضغط بمقدار MP (104) .جففت النماذج في جو المختبر لمدة (48) ساعة في مجفف كهربائي مختبري بشكل تدريجي بدرجة حرارة (110) °م لمدة ثلاثة أيام وحرقت بدرجة (800) °م خلال أربع ساعات وبفترة إنضاج ساعة واحدة. - أجريت الفحوصات التالية على عينات الطابوق المحروق :( قوة الانضغاط ، الامتصاص، التزهر والكثافة) .

النتائج والمناقشة تشير النتائج بشكل عام والمبينة في الاشكال رقم (3) و (4) و (5) و (6) الى أن استخدام التربتين الممزوجة R)) والتربة ذات نسبة رمل عالية (M)وباضافة غبار السمنت بنسب (2% ، 5% ، 10%) والمخلفات بنسب (30 ، 20 ، 10) % كبديل جزئي عن التربة وبطريقة البثق الى انخفاض مقاومة الانضغاط والكثافة وزيادة المسامية ونسبة الامتصاص بزيادة نسبة الاضافة وبزيادة درجة حرارة الحرق مقارنة بالمرجعية واعطت اضافة غبار السمنت بنسبة (2) % والمخلفات بنسبة (10) % من وزن التربة الممزوجة R) ) وباستخدام طريقة البثق عند الحرق بدرجة (800) °م اقل انخفاض في مقاومة الانضغاط والكثافة واقل زيادة في نسبة الامتصاص مقارنة بدرجتي الحرق (900) °م و (1000) °م وببقية نسب الاضافة . لوحظ انخفاض واضح في قيم القوة باستخدام التربة M)) مقارنة بالتربة الممزوجة ولتحسين خصائص العينات المنتجة باستخدام طريقة البثق للتربة M)) اعتمدت طريقة الكبس حيث أعطت أضافة غبار السمنت بنسبة (2)% من وزن التربة أفضل زيادة في مقاومة الانضغاط والكثافة وانخفاض في نسبة الامتصاص وبإضافة المخلفات بنسبة (10)%أعطت زيادة في مقاومة الانضغاط والكثافة وانخفاض في نسبة الامتصاص مقارنة بطريقة البثق لنفس النسبة والمبينة في الشكلين (7) و (8) على التوالي . النتائج المبينة آنفا تأثرت بنوعية المواد الاولية (التراب) ونوع المضافات المستخدمة هناك تغاير في سلوك التربتين المستخدمة إذ ان التربة الممزوجة المرجعية (R ) المستخدمة تحتوي على نسبة أطيان جيدة ، وان الحرق بدرجة (1000) °م اعطى أعلى مقاومة الانضغاط وأعلى كثافة وأقل نسبة امتصاص مقارنة بدرجتي الحرق (800) °م و (900) °م ، يعود ذلك الى ان ارتفاع درجة الحرارة يساعد على حدوث عملية التلبيد التي تبدأ بدرجة (1000) م5 حيث يتكون السائل الزجاجي الذي يعمل على ربط الجزيئات للجسم وهذا يؤدي الى تحسين خصائص الطابوق . في حين ان زيادة نسبة الرمل في التربة المرجعية (M) تؤدي الى انخفاض القوة والكثافة وزيادة نسبة الامتصاص والتزهر وقد أعطت عند الحرق بدرجة (800) °م افضل النتائجمقارنة بدرجتي الحرق (800) °م و (900) °م ، التأثيرات السلبية للتربة الرملية Mيعود الى زيادة الحجم الذي يرافق عملية تحول معدني الكوارتز او ما يسمى بالتحولات الطورية التي تطرأ على السيلكا حيث يكون شكل السليكا عند درجة الحرارة الاعتيادية الفا كوارتز وعند رفع درجة الحرارة الى (750) °م يتحول الى بيتا كوارتز مع زيادة في الحجم مقدارها (2)% وعند الاستمرار بالحرق يتحول البيتا كوارتز الى تريديمات عند درجة حرارة اكثر من (900) °م مع زيادة في الحجم مقدارها (12)% وهذه التغيرات الحجمية التي تكون داخل النموذج اثناء عملية التلبيد تؤدي الى تكون تشققات مجهرية تنعكس على خواص الطابوق ، اضافة الى ذلك أن نوعي التربة المستخدمة تحوي على كاربونات الكالسيوم قريب من الحدود العليا والمحتوى العالي من ((CaCO3 له تأثيرسلبي على تكوين الاطوارالمعدنية كما ان وجود غبار السمنت وبسبب تركيبه الكيميائي يقلل من قوة التلاصق في البنية الداخلية للطابوق حيث ان اثناء التعامل الحراري بدأ بتفكك كاربونات الكالسيوم (CaCO3) بحدود درجة حرارة (700 - 850) °م وصاحب هذا التفكك تصاعد غاز ثاني اوكسيد الكاربون واوكسيد الكالسيوم الحر والاخير يعتبر مركب غير مرغوب به وبوجود الرطوبة في الجو أو الماء يكون هيدروكسيد الكالسيوم والمركب الاخير تمتاز حجم جزيئاته كونها ضعف حجم جزيئات اوكسيد الكالسيوم الحر مسببا ايضا الاجهادات التي تؤدي الى حصول تشققات بالاضافة الى انه يسبب انخفاض المدى الحراري لمرحلة تلبيد التربة . تشير نتائج التركيب المعدني لمخلفات البناء باستخدام حيود الاشعة السينية المبينة في الشكل رقم (2) الى ان المكون الرئيس هو الكوارتز ،يليه طور الاوجيت (Augite) والكلسايت ، كذلك تشير نتائج التحليل الكيميائي لمخلفات البناء المبينة في الجدول رقم (2) الى ء احتوائها على نسبة عالية من السيلكا لوجود السمنت والرمل في مونة الربط.كما كانت هنالك تأثيرات سلبية عند زيادة نسبة السيلكا وكذلك زيادة نسبة الاملاح بشكل كبريتات والذي يؤدي بدوره الى تحرر كميات كبيرة من الغازات في عملية الحرق تؤدي الى حدوث تشققات ،ان استخدام عملية الكبس ساعد على قوة تماسك الجزيئات نتيجة زيادة التصاقها مع بعض وملء الثقوب والفجوات والتي تسرع في حدوث التفاعلات الكيميائية أثناء عملية الحرق .

الاستنتاجات 1- أشارت النتائج بشكل عام الى انخفاض مقاومة الانضغاط والكثافة وزيادة نسبة الامتصاص والتزهر بزيادة نسبة الاضافة لغبار السمنت ومخلفات البناء كبديل جزئي عن التربة وبزيادة درجة حرارة الحرق مقارنة بالمرجعية بطريقة البثق عند استخدام التربتين الممزوجة R)) والتربة ذات نسبة رمل عالية M)) . 2- لتحسين خصائص التربة (M) اعتمدت طريقة الكبس لهذه التربة فقط وبدرجة حرارة حرق (800 °م) لانها اعطت نتائج افضل مقارنة بدرجتي حرق (900 °م – 1000°م). 3- اعطت طريقة الكبسنتائج أفضل (ولكافة نسب الاضافة) وبدرجة حرارة حرق (800 °م) من مخلفات البناء وغبار السمنت مقارنة بطريقة البثق.

المصادر 1- خلدون عباس وآخرون "التقويم الجيري لاستخدام الرواسب الطينية التيوجيينية في تصنيع طابوق البناء" مجلة الجيولوجيا والتعدين العراقية المجلد (3) العدد (2) , لعام / 2007 . 2-Tarun R. Naik, FethullahCanpolat, and Yoon-moon Chun., " Uses Of CKD other Than for Flue Gas Desulfurization" The University Of Wisconsin-Mil Waukee ,2003. 3- BRICK DEVELOPMENT ASSOCIATION,BDA ," Comment on the Use of Reclaimed Clay Brick ", Supported by Citb Association Brick Contractor Work,U.K , January 2014

جدول رقم (1) يبين نتائج التحليل الكيميائي لغبار السمنت جدول رقم (2) يبين نتائج التحليل الكيميائي لمخلفات البناء ت اسماء المواد الداخلة بتكوين الاسمنت النسبة المئوية % 1. أوكسيد الكالسيوم CaO 43.14 2. ثاني أوكسيد السيليكون SiO2 12.98 3. ثالث أوكسيد الالمنيومAl2O3 3.96 4. ثالث أوكسيد الحديد Fe2O3 2.4 5. ثالث أوكسيد الكبريت SO3 8.37 6. أوكسيد المغنيسيومMgO 2.09 7. أوكسيد البوتاسيوم K2O 2.60 8. أوكسيد الصوديوم Na2O 1.25 9. الكلوريدCL 0.22 10. الفقدان بالحرق 22.94 ت اسماء الاكاسيد النسبة المئوية % 1 ثاني أوكسيد السليكونSiO2 50.02 2 أوكسيد الكالسيومCaO 12 3 أوكسيد المغنيسيوم MgO 6.2 4 ثالث أوكسيد الالمنيوم Al2O3 13.61 5 ثالث أوكسيد الحديدFe2O3 7,05 6 ثالث أوكسيد الكبريتSo3 3.5 7 الفقدان بالحرق 6.5

شكل (1) : يبين أطوار غبار السمنت شكل (2) : يبين أطوار مخلفات البناء

شكل (3) : يبين العلاقة بين قوة الانضغاط ونسبة الاضافة لنماذج M عند درجات حرق مختلفة وبطريقة البثق شكل(4) : يبين العلاقة بين قوة الانضغاط ونسبة الاضافة لنماذج R عند درجات حرق مختلفة وبطريقة البثق

شكل(5): يبين العلاقة بين قوة الانضغاط ونسبة الاضافة لنماذج M عند درجات حرق مختلفة وبطريقة البثق شكل (6): يبين العلاقة بين قوة الانضغاط ونسبة الاضافة لنماذج Rعند درجات حرق مختلفة وبطريقة البثق

شكل (7): يبين مقارنة قوة الانضغاط بطريقتي البثق والكبس بأضافة غبار السمنت عند الحرق بدرجة 800 °م لنماذج M شكل(8):يبين مقارنة قوة الانضغاط بطريقتي البثق والكبس باضافة مخلفات البناء عند الحرق بدرجة800 °م لنماذج M