ماده ي مرتبه اي توليد شده در اين اختراع، آلياژ مرتبه اي مس - فولاد است. براي توليد اين آلياژ، از روش ذوب دوباره ي سرباره اي الكتريكي (ESR) استفاده شد. براي توليد آلياژ مرتبه اي مس - فولاد، ميلگردي از جنس فولاد ساده ي كربني با قطر 6 سانتي متر و طول 20 سانتي متر به قطعه اي با همين ابعاد از جنس مس خالص تجاري جوش داده شد. قطعه ي حاصل (به قطر 6 سانتي متر و طول 40 سانتي متر) به عنوان الكترود اوليه ي فرايند ذوب دوباره استفاده شد. از آنجايي كه چگالي مس بيشتر از فولاد است و به منظور جلوگيري از اختلاط دو قطعه در هم، فرايند ذوب از سمت قطعه مسي آغاز شد و به سمت قطعه ي فولادي ختم شد. بدين ترتيب، پس از ذوب، قطعه اي با دو ناحيه ي مجزاي مسي و فولادي توليد شد كه در آن از سمت مرز مس - فولاد به درون فولاد، غلظت مس مرتبا كم مي شود و همچنين از سمت مرز مس - فولاد به درون مس، غلظت اتم هاي آهن مرتبا كم مي شود. سختي آهن خالص در حدود 180 ويكرز (در فاصله ي صفر ميلي متر از سطح) و سختي مس خالص در حدود 90 ويكرز (در فاصله ي 50 ميلي متر از سطح) است. نفوذ اتم هاي مس به درون فولاد و برعكس نفوذ اتم هاي آهن به درون مس باعث تغييرات مداوم ريز سختي در طول ناحيه ي مرتبه اي مس فولاد شده است. تغييرات سختي به حدي است كه در مرز مس فولاد به حدود 500 ويكرز مي رسد. تغييرات سختي ايجاد شده در اين آلياژ مربوط به ميزان نفوذ عناصر آلياژي است. در طول ناحيه ي مرتبه اي شاهد ناحيه اي هستيم كه در يك سمت آهن آهن خالص قرار داشته و در سمت ديگر آن مس خالص قرار دارد. اين تغييرات همانند تغييرات درصد عناصر آلياژي در دياگرام دوتايي مس - آهن است. آلياژ مس - فولاد مرتبه اي توليدي داراي تغييرات مداوم خواص مكانيكي در طول ناحيه ي مرتبه اي بوده و تركيب آن نيز مطابق دياگرام دوتايي آهن - مس تغيير مي نمايد. اين تغييرات مداوم خواص مكانيكي، تنش باقي مانده در سطح مشترك و امكان رشد ترجيحي ترك را از بين مي برد.

خلاصه سيمان ژئوپلميري تركيبي از مصالح ژئولوژي طبيعي سيليكات و آلومينا است و از اين جهت ژئوپليمر ناميده ميشود. حلال قليايي هيدروكسيد پتاسيم (ضايعات صنايع شيميايي و پتروشيمي ) به طور جداگانه تهيه مي گردند. سپس آن را به چسب سيليكات سديم اضافه مي كنند و اين حلال با پودر خاكسترهاي صنعتي و كشاورزي مشابه با تركيب آب با سيمان مخلوط ميشود. تفاوت عمده بين ژئوپليمرها و سيمان پرتلند در اين است كه مكانيزم آن از طريق هيدراسيون صورت نمي گيرد بلكه با واكنش ژئوپليمريزاسيون در زماني كوتاه اتفاق مي افتد. اين در حالي است كه هيدراسيون سيمان اصولا تا يك ماه ادامه داشته و تا يك سال كامل مي شود. ژئوپليمريزاسيون واكنشي بين كاتيون هاي شيميايي جهت تشكيل سيليكات آلومينيوم است. ژئوپليمرها مي توانند در زمان كوتاهي به استحكام بالاتري نسبت به بتن ساخته شده از سيمان پرتلند دست پيدا كنند. همچنين اين مواد جذب كمتري نسبت به بتن معمولي دارند. هزينه توليد ژئوپليمرها نسبت به بتن مقرون به صرفه تر بوده و همچنين آلودگي محيط زيست محيطي كمتري ايجاد مي كند. به علاوه ژئوپليمرها را مي توان به طور كامل از پسماندهاي كشاورزي و صنعتي تهيه نمود در حالي كه از اين پسماندها مي توان به عنوان جايگزين تنها بخشي از سيمان پرتلند استفاده نمود. در كنار تمام اين ويژگي ها براي بدست آوردن خواص بهينه ژئوپليمرها نياز به دماي پخت بالاتر از دماي محيط و معمولا در كوره اي مناسب است. در اين پروژه امكان سنجي استفاده از مواد زائد خاكستر كوره وخاكستر شلتوك برنج براي توليد ژئوپليمر با استحكام بالا مورد بررسي قرار مي گيرد. همچنين براي بهبود خواص ژئوپليمر امكان استفاده از نانوذرات آلومينايي و سيليسي با مقادير مناسب بررسي خواهند شد. در نهايت ميزان بهينه سنگدانه با توجه به نتايج حاصل ارائه خواهند شد.

سيمانهاي ژئوپليمري با روشي متفاوت نسبت به سيمان پرتلند توليد مي شوند. آنها احتياج به دماي بالا, مقدار سوخت زياد و كوره و تجهيزات جانبي ندارند. معرفي اين سيمان هاي ژئوپليمري حاوي CO2 كم, نه تنها براي استفاده هاي زيست محيطي است بلكه در مهندسي عمران نيز مقدار انتشار CO2 حاصل از صنايع سيمان و بتن را تا ٪۸۰ كاهش مي دهد. سيمان پرتلند معمولي ماده مهمي در توليد بتن است كه به عنوان چسبي جهت اتصال سنگدانه به هم به كار مي رود. هر چند به كار گيري سيمان سبب آلودگي محيط زيست و كاهش مواد خام (سنگ آهك) مي شود. توليد سيمان پرتلند معمولي نيازمند سوزاندن مقدار زيادي سوخت و تجزيه سنگ آهك است كه سبب توليد مقدار زيادي دي اكسيد كربن مي شود. به همين منظور بتن هاي ژئوپليمري براي كاهش مشكلات بالا معرفي شده است. بتن هاي ژئوپليمري همچنين خواص مطلوبي مانند استحكام فشاري بالا و خزش كم و مقاومت خوب در برابر اسيد و انقباض كم از خود نشان مي دهند. نقش چسب در بتن ژئوپليمري را خاكستر بادي كه مانند سيمان پرتلند معمولي داراي خواص پوزولاني بوده و غني از آلومينا و سيليكات است. ايفا مي كند. بنابراين بتن هاي ژئوپليمري با پايه خاكستر بادي راه حل مناسبي براي غلبه بر ازدياد ميزان خاكستر بادي روي زمين است. در بتن هاي ژئوپليمري با پايه خاكستر بادي, سيليس و آلومينا در ماده اوليه وجود داشته و با تركيب شدن با فعال كننده هاي قليايي, ژلي تحت عنوان آلومينوسيليكات ايجاد مي كند. اين ژل, سنگدانه ها و ساير مواد واكنش نيافته در مخلوط را به هم متصل كرده و بتن ژئوپليمري توليد مي كند. علاوه بر اين واكنش به پارامترهايي نظير اندازه سنگدانه ها , تركيب شيميايي خاكستر بادي, مقدار فازهاي ناخواسته در خاكستر بادي, طبيعت و غلظت pH فعال كننده بستگي دارد. در اين پروژه امكان سنجي استفاده از مواد زائد خاكستر كوره و خاكستر شلتوك برنج براي توليد ژئوپليمر با حداقل جذب آب مورد بررسي قرار مي گيرد. در نهايت ميزان بهينه هر يك از مواد مصرفي با توجه به نتايج حاصل ارائه خواهند شد. جهت بهينه نمودن شرايط آزمايش و دستيابي به بهترين نتيجه با استفاده از كمترين تعداد نمونه ها، از روش طراحي آزمون تاگوچي استفاده خواهد شد. هدف به دست آوردن تركيب بهينه جهت دارا بودن كمترين جذب آب است دماي ۹۰ درجه سانتي گراد همواره به عنوان دماي بهينه پخت براي دستيابي به حداقل جذب آب به دست آمد. درصد جذب آب بهينه در نمونه هاي بدون نانو ذرات در رژيم هاي آبي ۲ و ۷ روزه به ترتيب برابر ۶۶/9 و ۰۱/11 درصد به دست آمد. استفاده از سود با غلظت هاي متوسط و كم (۵ و ۸ مولار) در عمده ژئوپليمرهاي مورد بررسي، باعث دستيابي به حداقل جذب شد. درصد جذب آب بهينه در رژيم هاي آبي ۲ و ۷ روزه درصد جذب آب بهينه در نمونه هاي بدون نانو ذرات در رژيم هاي آبي ۲ و ۷ روزه به ترتيب برابر ۶۶/9 و ۰۱/11 درصد هر دو در غلظت سود ۸ مولار به دست آمد.

سيمان ژئوپليمري تركيبي از مصالح ژئولوژي طبيعي سيليكات و آلومينا استو از اين جهت ژئوپليمر ناميده مي شود. حلال قليايي هيدروكسيد سديم و هيدروكسيد پتاسيم (ضايعات صنايع شيميايي و پتروشيمي) به طور جداگانه تهيه مي گردند. سپس آن را به چسب سيليكات سديم اضافه مي كنند و اين حلال با پودر خاكسترهاي صنعتي و كشاورزي (مشابه با تركيب آب با سيمان) مخلوط مي شود. تفاوت عمده بين ژئوپليمرها و سيمان پرتلند در اين است كه مكانيزم آن از طريق هيدراسيون صورت نمي گيرد بلكه با واكنش ژئوپليمريزاسيون در زماني كوتاه اتفاق مي افتد. ايندر حالي است كه هيدراسيون سيمان اصولا تا يك ماه ادامه داشته و تا يك سال كامل مي شود. ژئوپليمريزاسيون واكنشي بين كاتيون هاي شيميايي جهت تشكيل سيليكات آلومينيوم است. ژئوپليمرها مي توانند در زمان كوتاهي به استحكام بالاتري نسبت به بتن ساخته شده از سيمان پرتلند دست پيدا كنند. همچنين اين مواد جذب آب كمتري نسبت به بتن معمولي دارند. هزينه توليد ژئوپليمرها نسبت به بتن مقرون به صرفه تر بوده و همچنين آلودگي زيست محيطي كمتري ايجاد مي نمايند. به علاوه ژئوپليمرها را مي توان به طور كامل از پسماندهاي كشاورزي و صنعتي تهيه نمود در حالي كه از اين پسماندها مي توان به عنوان جايگزين تنها بخشي از سيمان پرتلند استفاده نمود. در كنار تمام اين ويژگي ها، براي به دست آوردن خواص بهينه ژئوپليمرها، نياز به دماي پخت بالاتر از دماي محيط و معمولا در كوره اي مناسب است. در اين پروزه امكان سنجي استفاده از مواد زائد خاكستر كوره و خاسكرت شلتوك برنج براي توليد ژئوپليمر با استحكام بالا مورد بررسي قرار مي گيرد. همچنين، براي بهبود خواص ژئوپليمر، امكان استفاده از نانوذرات آلومينايي و سيليسي با مقادير مناسب بررسي خواهند شد. در نهايت ميزان بهينه هر يك از مواد مصرفي با توجه به نتايج حاصل ارائه خواهند شد. جهت بهينه نمودن شرايط آزمايش و دستيابي به بهترين نتيجه با استفاده از كمترين تعداد نمونه ها، از روش طراحي آزمون تاگوچي استفاده خواهد شد. هدف به دست آوردن تركيب بهينه جهت دارا بودن بالاترين استحكام است. دماي 90 درجه سانتي گراد همواره به عنوان دماي بهينه پخت براي دستيابي به حداكثر استحكام به دست آمد. در نمونه هاي حاوي نانوذرات به ترتيب برابر 31/0 و 38/5 مگاپاسكال به دست آمد. استفاده از سود با غلظت هاي متوسط و كم (5 و 8 مولار) در عمده ژئوپليمرهاي مورد بررسي، باعث دستيابي به حداكثر استحكام شد. بهترين استحكام فشاري در رژيم هاي آبيس 2 و 7 روزه در نمونه هاي حاوي نانوذرات به ترتيب برابر 31/0 و 38/5 مگاپاسكال هر دو در غلظت سود 8 مولار به دست آمد. استفاده از 3 درصد نانو سيليس باعث ايجاد حداكثر استحكام در نمونه هاي حاوي نانوذرات شد. اين امر بدان دليل بود كه ذرات نانوسيليس به صورت آمور ف و نانو آلومينا كريستالي هستند. ذرات آمورف در ايجاد استحكام نقش دارند و ذرات كريستالي مي توانند به عنوان نانو پركننده عمل نمايند.

سيمان زئوپليمري تركيبي از مصالح ژئولوژي طبيعي سيليكات و آلومينا است و از اين جهت ژئوپليمر ناميده مي شود. حلال قليايي هيدروكسيد سديم و هيدروكسيد پتاسيم (ضايعات صنايع شيميايي و پتروشيمي) به طور جداگانه تهيه مي گردند. سپس آن را به چسب سيليكات سديم اضافه مي كنند و اين حلال با پودر خاكسترهاي صنعتي و كشاورزي (مشابه باتركيب آب با سيمان) مخلوط مي شود. تفاوت عمده بين ژئوپليمرها و سيسمان پرتلند در اين است كه مكانيزم آن از طريق هيدراسيون صورت نمي گيرد بلكه با واكنش ژئوپليمريزاسيون در زماني كوتاه اتفاق مي افتد. اين در حالي است كه هيدراسيون سيمان اصولا تا يك ماه ادامه داشته و تا يك سال كامل مي شود. ژئوپليمريزاسيون واكنشي بين كاتيون هاي شيميايي جهت تشكيل سيليكات آلومينيوم است. ژئوپليمرها مي توانند در زمان كوتتاهي به استحكام بالاتري نسبت به بتن ساخته شده از سيمان پرتلند دست پيدا كنند. همچنين اين مواد جذب آب كمتري نسبت به بتن معمولي دارند. هزينه توليد زئوپليمرها نسبت به بتن مقورن به صرفه تر بوده و همچنين آلودگي زيست محيطي كمتري ايجاد مي نمايند. به علاوه ژئوپليمرها را مي توان به طور كامل از پسماندهاي كشاورزي و صنعتي تهيه نمود در حالي كه از اين پسماندها مي توان به عنوان جايگزين تنها بخشي از سيمان پرتلند استفاده نمود. در كنار تمام اين ويژگي ها ، براي به دست آوردن خواص بهينه ژئوپليمرها، نياز به دماي پخت بالاتر از دماي محيط و معمولا در كوره اي مناسب است. در اين پروژه امكان سنجي استفاده از مواد زائد خاكستر كوره و خاكستر شلتوك برنج براي توليد ژئوپليمر با استحكام بالا مورد بررسي قرار مي گيرد. در نهايت ميزان بهينه هر يك از مواد مصرفي با توجه به نتايج حاصل ارائه خواهند شد. جهت بهينه نمودن شرايط آزمايش و دستيابي به بهترين نتيجه با استفاده از كمترين تعداد نمونه ها، از روش طراحي آزمون تاگوچي استفاده خواهد شد. هدف به دست آوردن تركيب بهينه جهت دارا بودن آلاترين استحكام است. براي ژئوپليمرهاي توليد شده، دماي 90 درجه سانتي گراد همواره به عنوان دماي بهينه پخت براي دستيابي به حداكثر استحكام به دست آمد. بهترين استحكام فشاري در رژيم هاي آبي 2 و 7 روزه به ترتيب برابر 19/6 و 22/7 مگاپاسكال به دست آمد. استفاده از سود با غلظت هاي متوسط و كم (5 و 8 مولار) در عمده ژئوپليمرهاي مورد بررسي، باعث دستيابي به حداكثر استحكام شد. در نمونه ها بهترين استحكام فشاري در رژيم هاي آبي 2 و 7 روزه به ترتيب برابر 19/6 (در غلظت سود 5 مولار) و 22/7 (در غلظت سود 8 مولار) مگاپاسكال در غلظت سود 8 مولار به دست آمد.

مي توان با استفاده از تركيبي از ذرات خاكستر شلتوك برنج و خاكستر كوره با نسبت مناسب به همراه نانو سيليس و نانو آلومينا، ژئوپليمرهايي با قابليت جذب آب كم توليد نمود. افزودن نانوذرات به بهبود اين خاصيت كمك مي كند. با استفاده از تركيبي از ذرات خاكستر شلتوك برنج و خاكستر كوره به عنوان پايه و چسب سيليكات سديم به همراه سود به عنوان فعال كننده قليايي، ژئوپليمرهايي قابليت جذب آب كم توليد نمود. براي ژئوپليمرهاي توليد شده، دماي 90 درجه سانتي گراد همواره به عنوان دماي بهينه پخت براي دستيابي به حداقل جذب آب به دست آمد. درصد جذب آب بهينه در نمونه هاي حاوي نانوذرات به ترتيب برابر 8/12 و. 8/88 درصد به دست آمد. استفاده از سود با غلظت هاي متوسط و كم (5 و 8 مولار) در عمده ژئوپليمرهاي مورد بررسي، باعث دستيابي به حداقل جذب شد. درصد جذب آب بهينه در رژيم هاي آبي 2 و 7 روزه در نمونه هاي حاوي نانوذرات به ترتيب برابر 8/12 (در غلظت سود 12 مولار) و 8/88 (در غلظت سود 5 مولار) درصد به دست آمد. زمان پخت در كوره در محدوده مورد بررسي 8-2 ساعت فاكتور چندان مهمي در جذب آب نمونه هاي ژئوپليمري مورد بررسي نبود. استفاده از 2 درصد نانو سيليس به همراه 1 درصد نانو آلومينا سبب حصول كمترين جذب آب در نمونه هاي حاوي نانوذرات شد. اين امر بدان دليل بود كه ذرات نانو سيليس به صورت آمورف و نانو آلومينا كريستالي هستند. ذرات آمورف در ايجاد استحكام نقش دارند و ذرات كريستالي مي توانند به عنوان نانو پركننده عمل نمايند.