۱ مقدمه

امروزه استفاده از بتن به عنوان سپر محافظ در مقابل پرتوهای پر انرژی گاما بسیار متداول است. معمولا اگر محدودیت فضا در حفاظگذاری مطرح نباشد، بتن معمولی محافظ خوبی برای پرتوهای گاما خواهد بود ولی از آنجاییکه ضخامت بتن رابطه مستقیم با میزان تضعیف پرتو دارد و دیوارهای ضخیم بتنی هزینه زیادی در برداشته و فضای زیادی نیز اشغال میکنند، استفاده از بتنهای سنگین و با چگالی بالا برای کاهش ضخامت دیوارها ترجیح داده میشود .[۱] سرباره سرب که به عنوان محصول جانبی فرآیند تولید سرب خالص از باتریهای فرسوده شناخته میشود، حاوی مقادیر زیادی سرب و سایر فلزات سنگین میباشد از اینرو میتوان از آن به عنوان مصالح اولیه در تولید بتنهای سنگین استفاده نمود. مطالعات انجام شده در زمینه استفاده از سرباره سرب در بتن ۲]و[۳ نشان میدهند که استفاده از این ماده به عنوان سنگدانه در مخلوط های بتنی باعث بهبود مقاومت فشاری و خمشی نمونههای تولیدی میگردد. با توجه به تولید روزافزون سرب از باتریهای فرسوده، حجم زیاد سرباره تولیدی در این فرایند، به یک مشکل مهم زیست محیطی تبدیل شده به همین دلیل کاربرد سرباره به عنوان سنگدانه در تولید بلوکهای بتنی از نقطه نظر زیست محیطی، اهمیت بسیار بالایی داشته در عین حال بتن تولیدی نیز به دلیل وجود عناصر فلزی سنگین با عدد اتمی بالا میتواند به عنوان یک حفاظ موثر در مقابل تابش پرتوهای گاما مورد استفاده قرار بگیرد .[۴]

-۲ روش کار

۵۳۱

وقتی از سرباره سرب به عنوان مصالح اولیه در تولید بتن استفاده میشود، سه معیار اصلی باید مد نظر قرار گیرد: سازگاری سرباره سرب با سایر مواد، ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی بتن تولیدی و هزینه بتن تولیدی.[۴] استفاده موفقیت آمیز از سرباره سرب به عنوان مصالح بتن به برآورده کردن این سه معیار وابسته است. برای این منظور آزمونهای زمان گیرش سیمان، مقاومت فشاری، خمشی و کششی و همچنین ضریب تضعیف پرتو گاما بر روی نمونههای سیمانی با نسبتهای مختلف سرباره سرب دست اول و دست دوم انجام شده است.
-۱-۲ مشخصات مصالح مورد استفاده

مصالح مورد استفاده در این تحقیق شامل: ماسه طبیعی از نوع رودخانهای و با چگالی ۲/۴۷ گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و دانه بندی آن بر اساس استاندارد ASTM C778 میباشد .[۵] سیمان مصرفی، ازنوع سیمان پرتلند تیپ ۲ سبزوار میباشد. سرباره سرب مورد استفاده در تحقیق از گارگاه بازیافت باتریهای فرسوده تهیه شده و مطابق با استاندارد ASTM C778 دانه بندی شده است. سرباره سرب دست اول بدست آمده از فرآیند ذوب باتریهای فرسوده، حاوی ۴۵ درصد سرب بوده لذا با ذوب دوباره، سرب باقیمانده آن را جدا می کنند. سرباره این مرحله که به عنوان سرباره دست دوم شناخته میشود حاوی ۵ درصد سرب میباشد. چگالی سرباره دست اول ۴/۰۸ و چگالی سرباره دست دوم ۲/۷۴ گرم بر سانتیمتر مکعب میباشد. آب مصرفی در آزمایش نیز از آب شرب می باشد.

-۲-۲ زمان گیرش سیمان پرتلند نوع ۲ حاوی پودرسرب

گیرش واژهای است که برای توصیف تغییر وضعیت سیمان از حالت خمیری به حالت جامد به کار میرود .[۶] پیش بینی زمانهای گیرش اولیه و نهایی بتن در برنامه ریزی مراحل مختلف عملیات اجرایی بتن از قبیل حمل، پمپ، ریختن در قالب، متراکم نمودن و پرداخت سطحی بتن به طور کامل موثر است. از اینرو اطلاع از تاثیر سرباره سرب بر زمان گیرش بتن بسیار ضروری به نظر میرسد. برای تعیین زمان گیرش اولیه و نهایی خمیر سیمان از روش سوزن ویکات طبق استاندارد ASTM C191 استفاده میشود .[۷] برای انجام این آزمون از نمونههای خمیرسیمان حاوی ۰ تا ۵ درصد پودر سرب با میزان رطوبت نرمال سیمان، استفاده شده است.

-۳-۲ مقاومت مکانیکی نمونههای سیمانی

مقاومت مکانیکی از جمله ویژگیهای بسیار مهم بتن در کاربردهای سازهای میباشد. به طور کلی مقاومت ملات یا بتن به انسجام خمیر سیمان، چسبندگی سیمان به سنگدانهها و تا حدی به مقاومت خود سنگدانهها بستگی دارد.[۸] به منظور بررسی تاثیر سرباره سرب دست اول و دست دوم بر مقاومت مکانیکی بتن از نمونههای سیمانی تهیه شده از یک قسمت وزنی سیمان، سه قسمت وزنی ماسه و نصف قسمت وزنی آب استفاده شده است. در تهیه این نمونهها به جای ماسه، سرباره سرب نوع اول و نوع دوم با نسبتهای ۴۰ تا ۶۰ درصد جایگزین گردید. جزئیات مربوط به طرح اختلاط نمونههای آزمایش در جدول شماره ۱ آورده شده است.

مقاومت خمشی با استفاده از نمونههای منشوری به ابعاد ۴۰×۴۰×۱۶۰ میلیمتر و بر اساس استاندارد ASTM

۵۳۲

C348 تعیین گردید .[۹] پس از شکستن نمونههای خمشی، طبق استاندارد ASTM C349 از قطعات باقیمانده برای تعیین مقاومت فشاری استفاده شده است .[۱۰]

برای نمونههای با سطح مقطع مربعی نیز مطابق با استاندارد BS I881 (Part 117) مقدار مقاومت کششی ناشی از دونیم شدن (روش برزیلی) تعیین شده است .[۱۱]

جدول :۱ طرح اختلاط نمونههای سیمانی حاوی سنگدانه سرب