يحظى استخدام المواد الأسمنتية التكميلية بقبول جيد، حيث أنه يؤدي إلى العديد من التحسينات الممكنة في المواد الخرسانية المركبة، فضلاً عن الاقتصاد الكلي. وقد أدركت العديد من الحكومات في جميع أنحاء العالم شيئًا فشيئًا ضرورة تكييف وفرض استخدام هذه المنتجات التكميلية الصديقة للبيئة على مصنعي الخرسانة لديها. هذه المقالة عبارة عن محاولة لقياس قوة خبث الفرن العالي المحبب المطحون (GGBFS) بمستويات إحلال مختلفة وتقييم كفاءته في الخرسانة. لقد برز الأسمنت مع استبدال خبث الفرن العالي الحبيبي المطحون كبديل رئيسي للخرسانة التقليدية وجذب انتباه صناعة الخرسانة بسرعة نظرًا لما يحققه من توفير في الأسمنت وتوفير في الطاقة وتوفير في التكاليف وفوائد بيئية واجتماعية واقتصادية. ونظرًا لأن حجم حبيبات الخرسانة GGBFS أقل من حجم حبيبات الأسمنت البورتلاندي العادي، فإن قوتها في الأعمار المبكرة منخفضة، ولكنها تستمر في اكتساب القوة على مدى فترة طويلة. ما هي فوائد هذا المنتج بالنسبة للحكومة والبيئة والمصنعين والمقاولين؟

ما هو GGBFS؟

خبث الفرن العالي هو منتج ثانوي لتصنيع الحديد. يتم تغذية خام الحديد وفحم الكوك والحجر الجيري في الفرن، ويطفو الخبث المنصهر الناتج فوق الحديد المنصهر عند درجة حرارة تتراوح بين 1,500 و1,600 درجة مئوية. ويتكون الخبث المنصهر من 30-40% من ثاني أكسيد السيليكون T (SiO 2) وحوالي 40% من أكسيد الكالسيوم، وهو قريب من التركيب الكيميائي لأسمنت بورتلاند. بعد سحب الحديد المنصهر من الحديد المنصهر، يتم بعد ذلك سحق الخبث المنصهر المتبقي، الذي يتكون أساسًا من بقايا السيليس والألمنيوم، بسرعة في الماء، مما يؤدي إلى تكوين حبيبات زجاجية. يتم تجفيف هذه الحبيبات الزجاجية وطحنها إلى الحجم المطلوب وتُعرف باسم خبث الفرن العالي المحبب المطحون (GGBFS). ويتطلب إنتاج خبث الفرن العالي المحبب المطحون طاقة إضافية قليلة مقارنة بالطاقة اللازمة لإنتاج الأسمنت البورتلاندي.

ويؤدي استبدال الأسمنت البورتلاندي بالأسمنت GBFS إلى انخفاض كبير في انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون. وبالتالي فإن مادة GBFS هي مادة بناء صديقة للبيئة يمكن استخدامها لتحل محل 80% من الأسمنت البورتلاندي عند استخدامها في الخرسانة. وتتميز خرسانة GGBS بخصائص أفضل في عدم نفاذية المياه بالإضافة إلى تحسين مقاومة التآكل وهجوم الكبريتات. ونتيجة لذلك، يتم تعزيز العمر التشغيلي للهيكل وتقليل تكلفة الصيانة. يؤدي الخبث البديل الصديق للبيئة ذو الحجم الكبير إلى تطوير الخرسانة التي لا تستخدم النفايات الصناعية فحسب، بل توفر أيضًا موارد طبيعية وطاقة كبيرة. وهذا بدوره يقلل من استهلاك الأسمنت.

يتميز بديل GGBFS الأمثل كمادة تدعيم بما يلي:
- شمولية عالية

- القوة حرارة ترطيب منخفضة

- مقاومة الهجوم الكيميائي

- قابلية تشغيل أفضل

- متانة جيدة

- فعالية التكلفة

فوائد استخدام ggbfs في الخرسانة

الاستدامة ذُكر أن تصنيع طن واحد مقدمة إلى GGBFS من أسمنت بورتلاند يتطلب حوالي 1.5 طن من استخراج المعادن إلى جانب 5000 ميجا جول من الطاقة، ويولد 0.95 طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون. ونظراً لأن GGBFS هو منتج ثانوي لتصنيع الحديد، فقد ذُكر أن إنتاج طن واحد من GGBFS يولد حوالي 0.07 طن فقط من مكافئ ثاني أكسيد الكربون ويستهلك حوالي 1,300 ميجا جول من الطاقة فقط.

القوة

تكتسب خرسانة GGBFS قوة أكثر ثباتًا من الخرسانة المكافئة المصنوعة من الأسمنت البورتلاندي. بالنسبة لنفس القوة خلال 28 يوم&rquo&rquo؛ فإن خرسانة GGBFS تتمتع بقوة أقل في الأعمار المبكرة ولكن على المدى الطويل تكون قوتها أكبر. يوضح الجدول القوة المكتسبة من ثلاث خلطات مختلفة من الخرسانة.

اللون

خبث الفرن العالي المحبب المطحون يكون لونه أبيض مصفر. كما يظهر هذا اللون الأكثر بياضًا في الخرسانة المصنوعة من خرسانة GGBFS، خاصةً عند الاستبدال بنسبة أكبر من 50%. إن المظهر الأكثر جمالية للخرسانة المصنوعة من خرسانة GGBFS يساعد على تخفيف التأثير البصري للمنشآت الكبيرة مثل الجسور والجدران الاستنادية. أما بالنسبة للخرسانة الملونة، فغالباً ما تنخفض متطلبات الصباغ مع خرسانة GGBFS وتكون الألوان أكثر إشراقاً.

ضبط الوقت

يتأثر وقت تثبيت الخرسانة بالعديد من العوامل، خاصةً درجة الحرارة ونسبة الماء/الإسمنت. في حالة استخدام GGBFS، يتم تمديد وقت التثبيت قليلاً، ربما لمدة 30 دقيقة تقريبًا. يكون التأثير أكثر وضوحًا في المستويات العالية من GGBFS ودرجات الحرارة المنخفضة. يعتبر وقت التثبيت الممتد مفيدًا حيث تظل الخرسانة قابلة للتشغيل لفترات أطول، مما يؤدي إلى تقليل عدد الوصلات. وهذا مفيد بشكل خاص في الطقس الحار.

المتانة

الخرسانة التي تحتوي على GGBFS أقل نفاذية وأكثر ثباتاً كيميائياً من الخرسانة العادية. ويعزز ذلك من مقاومتها للعديد من أشكال الهجوم الضار على وجه الخصوص:
• التفكك بسبب هجوم الكبريتات
• التآكل المرتبط بالكلوريد في التسليح
• التشقق الناتج عن تفاعل السيليكا القلوية

الاتساق

في حين أن الخرسانة التي تحتوي على GGBS لها قوام مماثل أو محسن قليلاً للخرسانة الأسمنتية البورتلاندية المكافئة، فإن الخرسانة الطازجة التي تحتوي على GGBS تتطلب طاقة أقل للحركة. وهذا يجعل من السهل وضعها وضغطها، خاصةً عند الضخ أو استخدام الاهتزاز الميكانيكي. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تحتفظ بقابليتها للتشغيل لفترة أطول.

ارتفاع درجة الحرارة في سن مبكرة

يولد الاختزال الذي ينطوي عليه إعداد وتصلب الخرسانة حرارة كبيرة ويمكن أن ينتج عنه ارتفاع كبير في درجة الحرارة، خاصةً في صب المقاطع السميكة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى التشقق الحراري. إن استبدال الأسمنت البورتلاندي بالأسمنت البورتلاندي GGBS يقلل من ارتفاع درجة الحرارة ويساعد على تجنب التشقق الحراري في سن مبكرة. كلما زادت النسبة المئوية من GGBS، كلما انخفض معدل تطور الحرارة وقلت نسبة ارتفاع درجة الحرارة القصوى. يوضح الرسم البياني أدناه الفرق بين الحرارة الناتجة عن الأسمنت العضوي ومزيج من الأسمنت العضوي ومزيج من الأسمنت العضوي و GGBS.