مزایا، معایب و کاربرد بتن گوگردی

مقدمه

بتن گوگردی مصالح نسبتاً جدیدی است، گرچه ظاهر آن در نهایت شبیه بتن معمولی است اما ساخت، حمل، کاربرد و آزمایش آن متفاوت است. هدف این راهنما آشنائی مهندسین، پیمانکاران، سازندگان و مصرف‌کنندگان این بتن، کاربردها و کمک برای انتخاب مصالح، نسبت‌های اختلاط و خواص آن جهت استفاده بهینه بتن گوگردی است. بتن گوگردی مصالحی ترموپلاستیک است که با اختلاط سیمان‌های گوگردی به‌صورت گرم با سنگ‌دانه‌های معدنی ساخته می‌شود.

1. بتن ‌گوگردی

بتن گوگردی محصول جدیدی است. باوجوداینکه ظاهری مانند بتن حاصل از سیمان پرتلند دارد، اما تولید، نگهداری و استفاده از آن متفاوت است. تمامی مواد لازم جهت تولید این سیمان و همچنین قطعات لازم جهت ساخت ماشین‌آلات آن در داخل کشور تهیه می‌گردد. سیمان گوگردی سیمانی است که از ترکیب گوگرد و مواد مضاف در یک فرایند حرارتی به دست می‌آید.

برای تولید سیمان گوگردی لازم است افزودنی‌های را به گوگرد اضافه کرد و آن را به عمل آورد تا بتوان به‌صورت سیمان گوگردی استفاده کرد. انجام این عملیات در هر ظرفیت و در هر کارگاهی امکان‌پذیر است.

2. تولید بتن‌ گوگردی

روش اول:

ابتدا سیمان را گرم کرده و پس از رسیدن به حالت مذاب آن را به داخل مخلوط شن و ماسه گرم شده اضافه می‌شود.

روش دوم:

آن را به‌صورت پودر جامد درآورده و پس از گرم کردن شن و ماسه در داخل بتونیر، آن را به مخلوط گرم شده می‌افزاییم.

پس از دریافت حرارت لازم از مخلوط و رسیدن به درجه حرارت معین به‌صورت مذاب درآمده و به تشکیل مخلوط بتن گوگردی منجر شود.

1.2. ساخت بتن ‌گوگردی

فرایند گیرش و سخت‌شدگی بتن گوگردی بسیار سریع است. به‌طوری‌که سخت‌شدگی و کسب مقاومت مطلوب جهت خارج ساختن از قالب‌ها بعد از چند ساعت از قالب‌گیری و سرد شده قالب‌ها، اتفاق می‌افتد. بتن گوگردی برخلاف بتن سیمانی پرتلند، به‌عمل‌آوری خاصی نیاز ندارد. با کاهش دما، نرخ کسب مقاومت بتن گوگردی افزایش می‌یابد. لذا در فصول سرد مثل زمستان نیز امکان بتن‌ریزی وجود دارد.

حتی بتن گوگردی را می‌تواند در تمام طول سال زیر دمای صفر نگه داشت. برای ساخت بتن گوگردی، نیازی به آب نیست. باتوجه‌به محدودیت منابع آب در ایران، به‌خصوص هنگام ساخت سازه‌هایی که از منابع آبی به‌دور هستند و همچنین مشکلات حمل آب به این مکان‌ها، بتن گوگردی از این نظر، اهمیت خاصی پیدا می‌کند. بتن گوگردی دوام نسبتاً خوبی در برابر ذوب و یخ‌بندان دارد. لذا در مناطق سردسیر با افزایش‌دادن درصد گوگرد می‌توان از آن استفاده نمود.

بتن و ترکیبات گوگردی به علت پایداری و واکنش‌ناپذیر بودن با آب، بر کیفیت آب تأثیر قابل‌توجهی ندارند. همچنین ایمنی سازه‌های ساخته شده از کامپوزیت‌های گوگردی، مثل ایمنی در برابر تأثیر اشعه‌های فعال، تأثیر بارندگی، دما، جریان‌های سطحی، هوازدگی شیمیایی، فعالیت‌های بیولوژیکی خاک و … از نظر زیست‌محیطی به اثبات رسیده است.

3. خاصیت بتن ‌گوگردی

بتن گوگردی همچنین دارای خواص فرسودگی و مقاومت در برابر اسیدها و نمک‌ها و بسیاری ترکیبات دیگر است. به‌خوبی کارکرده و به‌راحتی مواد آن قابل‌تعمیر و جایگزینی است. بتن گوگردی دارای خواص نامطلوبی نیز است. مقاومت آن زمانی که در برابر تغییر در درجه حرارت‌های بالا بسیار ضعیف است تحت بعضی شرایط خیس می‌گردد. این مواد همچنین شکننده هستند. تمام این خصوصیات از جهت بعضی جزئیات و اصلاح‌کننده‌ها مورد آزمایش قرار گرفته‌اند و مشاهده گردیده که می‌توان بر این خواص غیرقابل‌قبول، غلبه نمود.

4. کاربرد بتن ‌گوگردی

مواد ساختمانی بتن گوگردی امروزه دارای کاربردهای بسیار ویژه‌ای در میان صنایع و حمل‌ونقل هستند. این مواد ساختاری جدید ترموپلاستیک هستند و می‌توانند فشار کششی بیش از ۹۰۰ psi را در بیش از یک روز تحمل کنند. این مواد در برابر رطوبت نفوذناپذیر بوده و بسیار در برابر حمله اسیدهای معدنی و نمک‌ها مقاوم است.

این محصول به‌خاطر مزیت‌ها و خواصی که نسبت به نوع سنتی دارد؛ از آن در بخش‌های مختلف صنعت به‌صورت گسترده‌ای استفاده می‌شود. موارد زیر مهم‌ترین کاربردهای این محصول است:

• کف‌پوش مقاوم در برابر مواد شیمیایی

این محصول در برابر مواد شیمیایی بسیار مقاوم است و می‌توان از آن به‌عنوان کف‌پوش در کارخانه‌های شیمیایی، آزمایشگاه‌ها و سایر محیط‌های صنعتی استفاده کرد.

• لوله‌های مقاوم در برابر اسید

از بتن گوگردی می‌توان برای ساخت لوله‌هایی که در برابر اسیدها و سایر مواد خورنده مقاوم هستند، استفاده کرد.

• سازه‌های دریایی

این محصول در برابر آب‌شور بسیار مقاوم است و می‌توان از آن در ساخت سازه‌های دریایی مانند اسکله و دیوارهای دریایی استفاده کرد.

• حفاظ در برابر تشعشع

این نوع بتن دارای خواص حفاظتی عالی در برابر تشعشع است و می‌تواند در نیروگاه‌های هسته‌ای، تأسیسات پزشکی و سایر کاربردهایی که حفاظت در برابر تشعشع موردنیاز است استفاده شود.

• کاربردهای در دمای بالا

این محصول می‌تواند دمای بالا را تحمل کند و در ساخت کوره‌ها و سایر کاربردهای با دمای بالا استفاده می‌شود.

• راه‌سازی

چسبندگی گوگرد باعث شده بتوان از آن به‌عنوان چسبنده برای مصالح راه‌سازی مانند آسفالت و شن استفاده کرد.

1.4. مزایای و معایب بتن ‌گوگردی

بزرگ‌ترین مزیت ناشی از کاربرد بتن گوگردی، همانا دوام آن در سازه‌ها و تأسیسات بتنی بخصوص در تأسیسات صنعتی است که محیط‌های اسیدی و بازی دارند و یا محیط‌هایی که به علت داشتن شرایط اسیدی و بازی به ابنیه بتنی ضرر و زیان وارد می‌کنند.

1. مزیت دیگر بتن گوگردی همانا گیرش و کسب تاب نهایی در کمترین زمان ممکن است که در کمتر از یک روز خواهد بود. ابنیهٔ ساخته شده بدون هیچ‌گونه هزینه و عملیات پرورش بتن مورداستفاده قرار می‌گیرد.
2. دارای تاب فشاری و کششی و مقاومت بهتر در خستگی نسبت به بتن سیمانی است
3.  بتن گوگردی مقاومت بسیار عالی در برابر هجوم اسیدها و نمک ها دارد.
4. بتن گوگردی دارای سرعت گیرش فوق العاده است و ظرف 24 ساعت حدود 70 – 80 درصد تاب نهایی خود را کسب می‌کند.
5.  بتن گوگردی می‌تواند سال‌ها در شرایط یخبندان دوام بیاورد.
6. دارای قابلیت عبور آب کمتری است.
7. عدم نیاز به آب شیرین در تولید.
8. کاهش مصرف انرژی در مقایسه با بتن سیمانی (انرژی الکتریکی مصرفی سیمان حدود125 t / kwh  با اضافه حدود 90 لیتر سوخت است)
9. کاهش سرمایه گذاری
10. امکان کاربرد در ساخت اسکله ها و عملیات دریایی
11. اگر چه درجه حرارت زیاد (بالاتر از 120سانتی گراد) مجددا ذوب می‌شود ولی در شرایط معمولی محیط درست نظیر بتن معمولی عایق حرارت و صوت است.
12. اگر چه در حرارت بالا تولید و در حرارت محیط جامد می‌گردد ولی هیچ محدودیتی در کاربرد آن در محیط های بسیار گرم و یا بسیار سرد ندارد (در محیط 55الی 40- درجه سانتیگراد قابل تولید و کاربرد است)
13. دارای چسبندگی خوب با میلگرد فولادی است.

به هر حال استفاده از بتن گوگردی نیازمند دقت‌ها و مراقبت‌های بیشتری در اندازه‌گیری، جابجایی، کاربرد و استفاده آن است. از آنجایی که تولید بتن گوگردی مستلزم حرارت دادن در درجه حرارت معین 141 – 127 درجه سانتیگراد است، باید سعی شود تا کمترین تبخیر صورت پذیرد. تهویه مناسب در هنگام ساخت و عملیات بتن‌ریزی مخلوط داغ حائز اهمیت است. لذا استفاده از لباس، عینک، کلا ه و دستکش ایمنی الزامی است. اگر سولفور بیش از درجه حرارت ذوب آن حرارت داده شود، بتن گوگردی دچار افت مقاومت می‌گردد و خطر احتراق در کارگاه تولید دارد.

• از مزایای اصلی استفاده از بتن های سولفوره خاصیت آن در مقابل محیطهای خورنده است که از جمله می توان به موارد ذیل اشاره نمود:

1. مزیت در استفاده از پوشانده کف و محیطهایی که با مواد خورنده در تماس می‌باشند بصورت پوشش های مقاوم کف و همچنین ساختارهای سیمانی
2. قطعات از پیش قالب گیری شده بتن های سولفوره در منطقه بارگیری اسید در کارخانجات تولیدی. این قطعات را می توان بصورت پوشش در روی سیمان معمولی بکار گرفت .
3. قطعات از پیش قالب گیری شده و بتن های سولفوره در ساختار سل های الکترولیت در حوضچه های leaching اسیدی
4. ساخت مخازن اسیدی
5. کف های عمومی در محیط های اسیدی و خورنده
6. دیگر مزایای اقتصادی بتن گوگردی
7. با توجه باینکه بتن گوگردی برای احداث سریع جاده سازی نیز کاربرد دارد، قرار است از این بتن برای جاده سازی در روستاها با استفاده از مصالح موجود در محل و همچنین احداث باند فرودگاه و کارهای عمرانی دیگر استفاده شود.
8. از مزایای مهم این بتن همکاری دوجانبه ای است که با بتن معمولی میتواند داشته باشد باین معنی که با ترکیب این دو بتن خیلی از مشکلات را میتوان حل کرد. برای نمونه در صورت کشیدن بتن گوگردی یا سیمان گوگردی بر روی بتن معمولی میتوانیم از نفوذ آبهای شور به داخل بتن که سبب تخریب آن میشود بکاهیم.
9. در صورت کشیدن بتن معمولی روی بتن گوگردی میتوانیم مقاومت کافی برای بتن گوگردی در مقابل حرارت ایجاد نموده و مقاومت در محیط بعلت آتش سوزی را کاهش دهیم و یا حذف نمائیم.
10. از مزایای عمده دیگر این بتن مقاومت خوبی است که با ماسه بادی از خود نشان میدهد و این امر به ما کمک میکند تا در مناطق محروم کشور که کمبود آب داریم و ماسه بادی هم اغلب فراوان است امکان احداث سازه های بتنی را بوجود آوریم و یا با استفاده از ماسه بادی جاده سازی را رونق بخشیم.
11. استفاده از این بتن برای جاده سازی با خاک در هر منطقه میتواند مفید واقع شود مشروط بر اینکه پوششی از آسفالت معمولی را روی آن برای مشابهت با جاده های معمولی داشته باشیم و از نفوذ آب به داخل آن جلوگیری نموده و هزینه جاده سازی را بعلت مقاومت بالائی که این بتن دارد کاهش دهیم و سرعت احداث جاده های روستائی را که مورد نیاز شدید کشور می باشد بالا ببریم.
12. نکته دیگر در مورد بتن گوگردی عدم نیاز آن به آب شیرین می باشد که این امر سبب میشود بعلت وجود سوخت در کلیه نقاط کشور با استفاده از مصالح و سوخت موجود در هر منطقه با انتقال سیمان گوگردی به آن منطقه کلیه کارهای عمرانی در آن منطقه فعال شده و کارهای کشاورزی و صنعتی زیر بنائی در منطقه انجام شود.

• مزایای بتن گوگردی در مقایسه با بتن معمولی:

1. علیرغم سیمان معمولی هیچگونه نیازی به آب ،جهت ساخت بتن ندارد.
2. سرعت گیرش بتن گوگردی حدود یک ساعت می باشد در حالیکه سیمان معمولی 28 روز به طول می انجامد .
3. کلیه دستگاهها و تجهیزات در داخل کشور تولید شده و نیازی به خروج ارز ندارد .
4. حدود 30 سال است که این سیمان در دنیا استفاده می شود ( آمریکا ، کانادا و…) و دارای استاندارد ACI می باشد .
   امکان بازیافت مجدد بتن گوگردی ( علیرغم بتنن های معمولی ) وجود دارد.
5. کلیه مواد اولیه و افزودنی ها ، همگی در داخل کشور تهیه می گردد .
6. این صنعت در واقع صنعت پاک و غیر آلاینده محسوب می شود و از مواد زائد صنعت نفت استفاده می نماید ، در حال حاضر مقادیر زیادی گوگرد در پالایشگاهها انباشته شده که بسیار مضر برای محیط زیست می باشد .
7. گیرایی بسیار سریع موجب تسریع اجرای کارهای عمرانی و کاهش هزینه می شود.
8. امکان استفاده از همه نوع مصالح موجود در منطقه جهت تولید این بتن ( علیرغم بتن معمولی ) وجود دارد
9.  با توجه به چسبندگی این بتن به بتن معمولی و دوام آن در مقابل خوردگی امکان استفاده وترکیب مشترک وجود دارد که سبب پایداری بتن می گردد
10. مقاومت بالا در مقابل بسیاری از خوردگی ها خصوصا” اسیدها را دارا می باشد.
11. مقاومت فشاری حدود دو برابر سیمان معمولی ( به مقیاس مگا پاسگال ) است.
12. مقاومت کششی و ضریب گسیختگی حدود 3 برابر سیمان معمولی می باشد.
13. ضریب الاستیسیته بالاتر از سیمان معمولی است.
14. هدایت حرارتی پایین تر از سیمان معمولی می باشد.
15. تا دمای 80 درجه سانتی گراد کاملا” مقاوم می باشد ، بنابراین در فضای آزاد مشکلی نخواهد داشت ، البته با پوششی از بتن معمولی می توان مقاومت حرارتی آن را معادل بتن معمولی ساخت .
16. کاربرد بسیار وسیعی در کارهای آبی خصوصا” سازه های دریائی ، اسکله ، سد و دیوار ساحلی دارد.
17. هزینه احداث کارخانه با ظرفیت مشابه کارخانجات سیمان معمولی حدود یک دهم می باشد .
18. انرژی برق مصرفی کارخانجات سیمان گوگردی حدود یک صدم کارخانجات سیمان معمولی بوده و بیشتر از سوختهای فسیلی ، عمدتا” گاز (که مزیت نسبی کشور محسوب می شود) استفاده می گردد.
19. لازم به ذکر است که این بتن نه تنها معارض سیمان معمولی نمی باشد بلکه به دلیل مصرف زیاد سیمان در کشور می تواند بعنوان مکمل سیمان معمولی در بازار مورد استفاده قرار گیرد.
20. کلیه آزمایشات استاندارد مربوطه به این بتن در داخل کشور انجام شده و نمونه های کاربردی و دستگاههای پروتوتایپ تولید این بتن نیز توسط این مجموعه ساخته شده است.
21. در مناطقی که استفاده از قیر امکان پذیر نمی باشد می توان برای جاده سازی از این بتن استفاده نمود (نظیر سایر نقاط دنیا).
22. بعلت چسبندگی بسیار بالای این بتن به فلزات ، می توان از آن به عنوان روکش پلهای فلزی استفاده نمود (آسفالتهای معمولی در مقابل حرارت و کشش مقاومت چندانی ندارند).
23. با توجه به عایق بودن در مقابل رطوبت ، می توان از آن به عنوان ایزولاسیون استفاده نمود

جمع‌بندی ونتیجه‌گیری

در مجموع هر ترکیب و هر افزودنی مانند روان کننده بتن که باعث بهبود کیفیت و عملکرد مصالح شود؛ تبدیل به بهترین انتخاب خواهد شد. ازآنجاکه در بتن استحکام و مقاومت حرف اول را می‌زند، متخصصین به دنبال افزودنی‌هایی هستند که این دو فاکتور را بهبود دهد که تنوع آنها بسیار بالا است و باید متناسب با پروژه انتخاب درستی داشت.