از فرآیند تولید تا تحولی شگرف در صنعت بتن و پایدارسازی سازهها
سرباره کوره آهنگدازی یا GGBS که مخفف عبارت Granulated Ground Blast-Furnace Slag است، یکی از ارزشمندترین مواد مکمل سیمانی (SCM) در جهان محسوب میشود که انقلابی در صنعت ساختوساز به ویژه در تولید بتن های پایدار و با عملکرد بالا ایجاد کرده است. این محصول، در واقع یک محصول جانبی غیرفلزی و غیرسمی از فرآیند تولید آهن در کورههای بلند (Blast Furnace) است. زمانی که سنگ آهن، کک و کمکذوبها (fluxes) مانند سنگ آهک در دمای بسیار بالا (حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد) ذوب میشوند، دو محصول اصلی تشکیل میشود: چدن مذاب که در کف کوره جمع میشود، و سرباره مذاب که بر روی سطح چدن شناور میشود.
کوره بلند ذوب آهن
کلید تولید GGBS با کیفیت بالا، سرد کردن سریع و ناگهانی این سرباره مذاب است. این کار معمولاً با استفاده از جریان پرفشار آب انجام میپذیرد. این عمل که به آن “گرانوله کردن” (Granulation) میگویند، باعث میشود سرباره مذاب قبل از اینکه فرصت کریستاله شدن پیدا کند، به ذرات ریز شیشهای و آمورف با ساختار ناپایدار و پرانرژی تبدیل شود. محصول حاصل از این مرحله، سرباره گرانوله شده (Granulated Slag) نام دارد که شبیه به ذرات ماسه ریز است. این ماده سپس در آسیابهای گلولهای (Ball Mills) یا آسیابهای غلتکی عمودی (VRM) تا رسیدن به نرمی و ظرافت مورد نظر، آسیاب و پودر میشود. محصول نهایی، پودر بسیار نرمی به رنگ سفید مایل به خاکستری یا کرم است که به آن GGBS میگویند.
کیفیت و عملکرد GGBS به شدت به درجه نرمی آسیاب شدن آن وابسته است که معمولاً با شاخصی به نام “بلین” (Blaine) اندازهگیری میشود. بلین در واقع معیاری برای سنجش سطح ویژه (Surface Area) پودر است و بر حسب سانتیمتر مربع بر گرم (cm²/g) یا متر مربع بر کیلوگرم (m²/kg) بیان میشود. هرچه عدد بلین بالاتر باشد، ذرات ریزتر بوده و سطح بیشتری برای واکنش شیمیایی فراهم میکنند. برای GGBS، عدد بلین معمولاً بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ متر مربع بر کیلوگرم است که حتی از نرمی سیمان پرتلند معمولی (که حدود ۳۰۰ تا ۳۵۰ m²/kg است) نیز بیشتر میباشد. این نرمی فوقالعاده، یکی از کلیدیترین عوامل موثر در خواص پوزولانی و سیمانی latent این ماده است.
GGBS یک ماده سیمانی مکمل (SCM) با خاصیت هیدرولیکی نهفته محسوب میشود، به این معنی که به تنهایی و با آب واکنش کمی نشان میدهد، اما در محیط قلیایی ایجاد شده توسط سیمان پرتلند، فعال شده و واکنشهای شیمیایی قدرتمندی را آغاز میکند. مکانیسم عملکرد آن بدین صورت است که در بتن، GGBS با هیدروکسید کلسیم (Ca(OH)₂) که محصول جانبی hydration سیمان است، واکنش داده و ترکیبات اضافی سیلیکات کلسیم هیدراته (C-S-H) تولید میکند. C-S-H همان ژلی است که مسئول اصلی مقاومت و انسداد بتن است. این فرآیند که به “واکنش پوزولانی” معروف است، منجر به ایجاد بتن با microstructure بسیار فشرده، یکنواخت و کمتراوا میشود.
مصارف و مزایای استفاده از GGBS بسیار گسترده و چشمگیر است. مهمترین کاربرد آن، جایگزینی بخشی از سیمان پرتلند در بتن است که معمولاً بین 2۰ تا 5۰ درصد و در برخی موارد خاص حتی تا 70 درصد نیز میرسد. این جایگزینی منجر به ایجاد مزایای بیشماری میشود: افزایش قابل توجه مقاومت نهایی بتن (به ویژه مقاومت درازمدت)، کاهش شدید نفوذپذیری بتن در برابر آب و یونهای مخرب کلراید و سولفات که عامل اصلی خوردگی آرماتورها هستند، افزایش فوقالعاده دوام بتن در برابر حملات شیمیایی (اسیدی و سولفاتی) و فرآیندهای مخرب فیزیکی مانند حملات سایشی و فرسایشی، کاهش قابل ملاحظه حرارت hydration که در بتنریزی های حجیم (مانند فونداسیونهای بزرگ، سدها و پایه پلها) از ترکخوردگی ناشی از حرارت جلوگیری میکند.
بهبود کارپذیری و قابلیت پرداخت بتن تازه به دلیل ذرات نرم و کروی شکل. علاوه بر این، GGBS رنگ بتن سخت شده را روشنتر میکند و آن را به رنگ سفید مایل به کرم درمیآورد که برای کاربردهای نما و معماری بسیار مطلوب است.
از دیدگاه کلانتر و زیستمحیطی، استفاده از GGBS گامی بزرگ به سوی صنعت ساختوساز پایدار است. این ماده یک محصول بازیافتی است که مصرف آن نیاز به استخراج مواد خام طبیعی (مانند سنگ آهک برای تولید سیمان) را کاهش میدهد. تولید سیمان پرتلند فرآیندی بسیار انرژیبر و منتشرکننده گاز CO₂ است، در حالی که تولید GGBS تنها به انرژی مورد نیاز برای آسیاب کردن محدود میشود و انتشار کربن آن در مقایسه با سیمان تا ۹۰ درصد کمتر است. بنابراین، استفاده از GGBS ردپای کربن پروژههای عمرانی را به شدت کاهش داده و به مبارزه با تغییرات آبوهوایی کمک میکند.
در نتیجه، سرباره کوره آهنگدازی (GGBS) تنها یک ماده مکمل نیست، بلکه یک راهبرد هوشمندانه برای دستیابی به بتنهایی با دوام استثنایی، عملکرد برتر و سازگاری کامل با محیط زیست است. این ماده بهطور گسترده در پروژههای زیربنایی بزرگ مانند پلها، تونلها، سازههای دریایی، تصفیهخانهها، پیهای حجیم و همچنین در تولید بتنهای پیشساخته و مصالح ساختمانی استفاده میشود و آینده صنعت بتن را به سوی توسعه پایدار سوق میدهد.
