دراسة اضافة العامل المنشط للسطح دوداكيل بنزين سلفونات الامونيوم إلى خلطة الاسمنت العراقي

لأسطح , الأوسط , الامونيوم , العالم , اضافة , بنزين , دراسة , دوداكيل , سلفونات , إلى

حمل المرجع من المرفقات

Study of the effect of adding catalyst for benzene sulfonate, ammonium surface dodakil on the twin problems of cement compressive mixed with wet processing.

Rhyming Abdul Jalil Abdullah

University of Basrah-Polymer Research Center-Department of material science. E-mail:Nadhim_2007@yahoo.com




الخلاصة
تم في هذه الدراسة اضافة العامل المنشط للسطح دوداكيل بنزين سلفونات الامونيوم(Dodecyl Benzene Ammonium Sulphonate) وبنسب وزنية مختلفة تراوحت من (1%-8%) إلى خلطة الاسمنت العراقي (المنتج من معمل ام قصر) لغرض دراسه خواصه. تم معالجة العينات الجديدة باستخدام طريقة (المعالجة الرطبهMoisture Curing) و كانت جميع العينات المحضرة لهذا الغرض تحتوي على نسبة ثابتة (1/3) (اسمنت /رمل)،و بعد إجراء الفحوصات المختبرية عليها من خلال النتائج التجريبية المستحصل تم تقييم الخلطة الاسمنتية الجديدة وعلى وجه الخصوص الخلطة الإسمنتية المتكونة من نسبة (2%) من النسبة الوزنية (مضاف/اسمنت)كونها أفضل نسبة خلط تمتلك خواص ميكانيكيةمقاربة لنماذج الحالة النقية, وان لهذه العوامل المنشطة للسطوح تاثيرا عكسيا على الخواص الميكانيكية يعتمد على نسبة المضاف وزمن المعالجة وان لهذه العوامل المنشطة للسطوح تاثيرا مشابها لتأثير الملدنات على الشبيكة الاسمنتية ويزيد من قابلية التشغيل للخلطة الإسمنتية المحضرة مما يجعلها مناسبة للتطبيقات العملية وبمدى أوسع وخصوصا في حفر ابار النفط .
المقدمة:
تعرف المضافات الأسمنتية بأنها المواد التي تضاف إلى الخرسانة أو المونة أو عجينة الأسمنت خلال عملية الخلط لغرض تحسين خاصية معينة أو عدد من الخواص لها عندما تكون بحالة طرية أو خلال مرحلة تصلبها(Setting) أو معالجتها (Curing)(1). هناك أنواع أخرى من المواد التي تضاف إلى الأسمنت خلال عملية صناعته وتسمى بالمزائج (Additives) أما كعامل مساعد في عملية التصنيع (كتسهيل عملية الطحن) أو للحصول على نوع معين من الأسمنت لإنتاج خرسانة بخواص محددة (2).
أدخلت البوليمرات كمضافات للخرسانة بصورة واسعة من خلال إدخالها كمكونة أساسية ضمن الخلطة الخرسانية أو كمضافات ذائبة في الماء بنسب قليلة لتحسين صفة أو أكثر في الخرسانة الطرية Fresh Concrete أو الخرسانة المتصلبة Hardened Concrete، إذ مثلت على سبيل المثال خرسانة مكونة من راتنجات فقط ودرست مقاومتها للحوامض والقواعد والدهون المستخدمة في الصناعة(3)، ودرس استخدام راتنجات اليوريا-فورملديهايد بدلا من الأسمنت لربط الركام Aggregate(4)، وتضمنت البحوث تأثير راتنجات الميلامين المسلفنة كملدنات فائقة للخرسانة المحتوية على صخور الجير المكسرة Limestone Crushed(5)، فضلا عن دراسة توافق راتنجات البولي استر-ستايرين مع خرسانة الأسمنت البورتلاندي (6)، ومن المضافات المهمة التي تستخدم مع الأسمنت المواد المنشطة للسطوح(Surfactant) والتي لها استخدامات اقتصادية كبيرة وخصوصا في المجالات النفطية مثل كواسر الاستحلاب (De-Emulsifiers)(7). تتكون المنشطات من تركيب جزيئي ذي نوعين من المجاميع اصل طرفية أحدهما مُحب للماء (Hydrophilic) والآخر مُحب للدهون (Hydrophobic) أو (Lipophilic) ويكون عادةً الجزء المُحب للماء ذو تركيب قطبي مثل حامض كربوكسيلي أو سلفونات أو كحولات، أما الجزء الكاره للماء (المُحب للدهون) يتألف من سلسلة هيدروكاربونية اليفاتية طويلة أو حلقية أو متفرعة أو هيدروكاربونية اليفاتية (8).
في العقدين الأخيرين تم تكريس الجهود من قبل العلماء والمختصين في مجال المنشطات السطحية على اعتماد عامل الشكل الهندسي للجزيئة والتحوير في طبيعة التركيب وأنبثق عنه تكوين نوع جديد من المنشطات التوائمية (Gemini Surfactant)(9) أو ما يعرف بجزيئة المنشط المضاعف وما لها من تأثير على صفات المنشطات السطحية بالمقرنة مع المنشط التقليدي ومنها تركيز المذيلة الحرج (CMC)(Critical Micel Concentration) والذوبانية (Solubility) والتوصيلية (Conductivity) وغيرها من الصفات (10).
يتم اختيار نسب هذه المواد في الخلطة الخرسانية حسب نوع العمل المطلوب والمواد المتوفرة ومع خلط هذه المواد مع بعضها يتم الحصول على الخرسانة التي تبدأ بالتصلب التدريجي مع الوقت حتى تصبح صلبة وقوية وتتفاوت قوتها حسب المكونات الأساسية وكذلك حسب طريقة الرج والمعالجة(11).
كما بينت الدراسات الحديثة ان لمقللات الشد السطحي تأثير كبير وواسع على خواص الخلطة الأسمنتية الكيماوية والفيزياوية من خلال تحديد سلوكية المضافات داخل الشبيكة الأسمنتية أو الخرسانة وتحديد كمية الماء الأنسب لهذه الخلطة عند طريق أحاطة الشحنات الكهربائية للسلاسل الهيدروكاربونية لمقللات الشد السطحي للشحنات الكهربائية الموجودة على حبيبات الأسمنت مولدة قوة تجاذب بين هذه الشحنات ولهذا السبب تفضل المقللات الأيونية لكونها ذات فعالية اكبر في هذا المجال(13,12)، وفي نفس الوقت تعمل هذه المقللات على تكوين فقاعات هوائية رقيقة جدا أثناء عملية الصب حيث تعمل هذه الفقاعات الهوائية على أيجاد فراغات داخل الشبيكة الأسمنتية تكفي لتجميع جزيئات الماء الزائدة وبذلك تقل الحاجة إلى كمية الماء اللازم للوصول إلى التصلب النهائي للخليط الأسمنتي(14)، حيث إن ازدياد نسبة الماء يقلل من الخواص المرغوبة للخليط الأسمنتي أو الخرسانة(15,16).
استخدمت العوامل المنشطة للسطوح صوديوم دوديسلفايت مع خلطة أسمنتية ودراسة خواص الخلطة الفيزياوية والكيماوية، وبينت الدراسة إن تعمل علىتحديد المحتوى الهوائي داخل الشبيكة الأسمنتية يعتمد كليا على تركيز هذه المقللات وان هنالك نسبة حرجة لكل نوع من مقللات الشد السطحي(17,18)، وبينت دراسات أخرى استخدام مقللات الشد السحطي المعقدة تعمل على تحسين مقاومة الخلطة الأسمنتية أو الخرسانية تجاه المياه أو الصقيع(19). وتوالت البحوث في استخدام المواد البوليمرية لتتوسع وتشمل استخدام مونمرات الميثال مثل اكريليت ومونمر الستايرين(13)، في حين أستخدم كل من العالمين فيوجكي وأوماها البولي ستايرين لتطوير الأسمنت حيث ازدادت مقاومة الانضغاط من 200 نيوتن/متر مربع إلى 280 نيوتن/ متر مربع (11)، درس كل من الزيدي وشحاتة استخدام راتنجات اليوريا فورمالديهايد في تطوير الأسمنت ودرسا تأثير درجة الحرارة ضمن المدى 90-150 درجة مئوية وتأثير نوع وزمن المعالجة بأنواعها الجافة والرطبة والمعالجة بالماء حيث بينت نتائجهما ان أفضل نسبة كانت هي 8% من راتنجات اليوريا فورمالديهايد حيث كانت مقاومة الانضغاط عند 7 أيام من المعالجة الرطبة ودرجة حرارة 110 درجة مئوية كانت 37 ميكا باسكال(4) ، في حين إن مقاومة الانضغاط القياسية هي 23 ميكا باسكال وتوالت البحوث الكثيرة مستخدمة أنواعا أخرى من البوليمرات و المضافات.ان لطريقة المعالجة بعد التصلب الأبتدائي للخلطة الاسمنتية أثر كبير في خواصها من خلال السيطرة على سرعة التفاعلات داخل العجينة وبالتالي توزيع وحجم الفراغات الهوائية المتكونة (تجانس الشبيكة النهائي)، والمعالجة الرطبة هي من اهم وامثل الطرق في المعالجة والتي تمنح محتوى مائي وهوائي متوازن في محيط العجينة الاسمنتية بالاضافة الى تبريد الخليط الذي يساعد على ابطاء التفاعل ومن ثم الحصول على تجانس اكبرمن خلال توزيع وحجم الفقاعات الهوائية وبالتالي الفراغات الشبيكية(1-2,7).

الجانب العملي:
استخدم في هذه الدراسة الأسمنت العراقي البورتلاندي الأعتيادي والمنتج من قبل معمل أم قصر للأسمنتUM_QASIR CEMENT FACTORY حيث بعد معالجته بمرشح600µm، ويوضح الجدول (1) الخواص الفيزيائية للأسمنت المستخدم والتي تم أختيارها طبقا للمواصفة( B.S.4450: PART 3:1978 ) وتم أجراء جميع هذه التحليلات الكيميائية للاسمنت المستخدم بالأستعانة بمختبر الكيمياء الأنشائية قسم الهندسة الكيميائية /كلية الهندسة /جامعة البصرة طبقا للمواصفات التالية: (B.S.4450: PART 2:1972) ويوضح الجدول(2) الخواص الكيميائية للاسمنت المستخدم. أما بالنسبة للرمل المستخدم في هذا البحث كانت مقالع منطقة الزبير في محافظة البصرة وتم أعتماد حجم حبيبات رمل 600 µm بعد ترشيحه بمرشح حجم 600 µm حيث يبين الجدول (3) الخواص العامة الرمل المستخدم في البحث.
تم في هذا البحث تحضير المادة المنشطة للسطح (Dodecyl Benzene Ammonium Sulphonate) بواسطةأستخدم دورق كروي ثلاثي الفتحات ومحرك ميكانيكي ومكثف وحمام زيتي وقمع فصل وربطت الأدوات السابقة الذكر لتحضير مادة (Alkyl Benzene Sulphonic Acid) ذات قابلية الذوبان العالية في الماء من خلال التحكم بثلاث متغيرات أساسية ممثلة بـ(النسبة المولية للمواد المتفاعلة، درجة الحرارة وزمن التفاعل).
وبعد التوصل الى الظروف الملائمة، حضرت المادة (Alkyl Benzene Sulphonic Acid) من تفاعل (Linear Alkyl Benzene (10g)) و (Fuming Sulphonic Acid (40g)) وذلك من خلال أضافة حامض الكبريتيك الداخن تدريجياً من قمع الفصل الى دورق التفاعل مع تحريك المزيج بمحرك ميكانيكي وبأستخدام حمام زيتي بدرجة حرارة 150درجة مئوية ولمدة ثلاث ساعات، بعدها حصلنا على سائل كثيف ذي لون أخضر غامق وذي قابلية ذوبان عالية بالماء، بعدها أضيف محلول هيدروكسيد الأمونيوم لتكوين الملح المقابل له وهو(Dodecyl Benzene Ammonium Sulphonate) بعدها تم التشخيص حيث قيسطيف الأشعة تحت الحمراء للمواد المنشطة للسطوح بهيئة رقائق سائلة تنشر فوق أقراص من كلوريد الصوديوم.
يوضح الجدول (4) مواقع الامتصاص لهذه الحزم (14-15) والتي تتميز بوجود بعض المجاميع الفعالة التي تشير الى طبيعة تركيبها أعتماداً على طريقة التحضير المبينة في الفقرة.

تمت عملية خلط المزيج (اسمنت + رمل + مضاف + ماء) باستخدام خلاطا ميكانيكيا لغرض الحصول على مزيج متجانس بدرجة عالية من التجانس. استخدام المزيج في الحصول على مكعبات ذات طول ضلع 50mm يستخدم في قياس الخواص الميكانيكية وحسب المخطط أدناه:

Filler + Cement + Sand + Water + Mixing for 5 minutes = Surfactant Modified Iraqi Cement
حيث كان نسبة الماء المستخدم في البحث هي(%w0.65) من وزن الاسمنت المستخدم, سبقت عملية صب القوالب طلاء السطح الداخلي للقوالب بطبقة رقيقة من زيت المحركات بعد ذلك صب المزيج الناتج في قوالب حديدية مكعبة الشكل من نوع واحد من العينات المحضرة وبطول ضلع 50 mm، وصب المزيج في القالب المكعب وعلى دفعتين ويجب معالجة كل طبقة باستخدام قضيب من الفولاذ وبمعدل 35 ضربة وبعد إتمام عملية الصب يتم إزالة الفاصل من الخلطة الأسمنتية ويسوى سطح المكعب وبعد مرور 24 ساعة يتم فتح القوالب المكعبةوهذه المكعبات خاصة بقياس مقاومة الانضغاط (Compressive Strength)، ويبين الشكل (1) أشكال القوالب المستخدمة في عملية التحضير. بعدها استخرجت النماذج المحضرة لغرض معالجتهاCuring بعد التصلب باستخدام الرطوبة، حيث توضع النماذج المعدة للقياس في قطعة صوفية من القماش الرطب وبشكل محكم وتترك طوال فترات المعالجة المختلفة(3،7،21) يوم إلى حين وقت القياس. تم أعتماد البيانات التي حصلنا عليها من معدل القراءة لثلاث قياسات والتي اجريت بعمر (3،7،21) أيام من المعالجة لكل عينة.

المصدر: ملتقى شذرات