هميشه زماني که صحبت از سيمان مي شود اين سئوال مطرح است که سيمان چيست و چگونه اکسير آباداني دست يافته است و آن را به اشکال مختلف به کار مي برد. با اندکي مطالعه و تحقيق بر آن شدم تا علاوه بر تعريفي از اين ماده، تقويم پيدايش و سير تکامل فرمول هاي مختلف آن را بيان کنم تا شايد در جهت بالا بردن سطح کمي و کيفي کادر فني و مجرب صنايع سيمان کشور به کار آيد و نکته مهمتر اينکه در فکر توسعه موارد مصرف اين ماده اعجاب انگيز برآئيم تا اجراي پروژه هاي کشاورزي، عمراني، صنعتي و ... هرچه سريعتر با بهترين کيفيت به اجرا برسد.
سيمان چيست؟
سيمان گردي است نرم، جاذب آب و اينکه قابليت به هم چسباندن ذرات را به يکديگر به وجود مي آورد که در نتيجه جسم صلب و يکنواختي را پديد مي آورد. براين اساس سيمان ترکيبي است از اکسيد کلسيم (آهک) با ساير اکسيدها نظير اکسيد آلومينيوم اکسيد سيليسم، اکسيد آهن، اکسيد منيزيم و اکسيدهاي قليائي که ترکيبي با آب را دارا مي باشد و در مجاورت با هوا و همچنين در زير آب به تدريج سخت مي گردد و داراي مقاومت بالائي مي شود به طوريکه در زماني حدود 28 روز که در زير آب باشد داراي مقاومتي حداقل 250 کيلو گرم بر سانتي متر مربع مي گردد.
بنا به مطالعات پديد آمده قدمت استفاده از سيمان در رم قدم بوده است به طوريکه مخلوطي از خرده سنگ و آهک پخته درست مي کردند و از ترکيب اين مخلوط با آب، بتن حاصل گرديده است و از بتن بدست آمده در مراحل اجرائي کارهاي ساختماني استفاده مي شده است.
تاريخچه سيمان:
در اواخر قرن هيجدهم به منظور آشنائي با خواص هيدروليکي ملاتهاي ساختماني گامهاي موثري توسط مهندس انگليسي جواني به نام جان اسميتون ( John Smeaton ) برداشته شد و در سال 1769 ميلادي مطالعاتي در زمينه خواص ترکيبي موجود در خاک رس، گيرش هيدروليکي و خاصيت سخت شدن اين ترکيبات به عمل آمد که در نتيجه مواد جديد حاصله، سيمان ( Cement ) نامگذاري گرديد.
پس از نتايج بدست آمده در سال 1802 ميلادي اولين کارخانه سيمان در انگليس بنا شد که به جهت سعي و تلاش يک شيميدان معروف به نام فردريچ جان ( friedrich John ) با بالا بردن کيفيت پخت سيمان و همچنين ازدياد درجه حرارت دماي کوره و خردايش بهتر مواد، سيمان مرغوبتري را بدست آورد. و اما 23 سال بعد يعني در سال 1825 يک بناي جوان آجرچين بنام ژوزف آسپدين ( Joseph Aspdin ) موفق شد از پخت مخلوط سنگ آهک و خاک رس (به صورت دو غالب) در درجه حرارت بالا به نوعي آهک آبي بي نظير دست پيدا کند و اين شخص، اين محصول را سيمان پرتلند ناميد و اولين کارخانه سيمان پرتلند را بنا کرد و همچنين اين روش را به نام خودش به ثبت رسانيد. بنابراين اولين کارخانه سيمان در کشور انگلستان تاسيس گرديد، خالي از لطف نيست که بدانيم اولين کارخانه سيمان آلمان در سال 1855 توسط دکتر هرمان بليب تره ( Dr.Hermann Bleibtrev ) در اشتاين اجرا گرديده است. و همچنين اولين کوره دوار سيمان در دنيا در سال 1903 ميلادي در کارخانه سيمان Adler شروع به کار کرد حال پس از تعريف مختصري از سيمان و تاريخچه آن به بررسي تقويم تاريخي بدست آمدن سيمان و بتون به نامهاي غير از اينها در ادوار گذشته قبل و بعد از ميلاد مسيح مي پردازيم تا بدانيم که انسان گذشته نيز به منظور استقامت بخشيدن به محل زندگي خود و همچنين سازه هاي جانبي دست ساز خودشان اهميت ويژه اي قائل بوده است.
سيمان پرتلند نوع 1 ( سيمان پرتلند معمولي ) P.C - type I :
در مواردي به کار مي رود که هيچ گونه خواص ويژه مانند ساير انواع سيمان مورد نظر نيست.
سيمان پرتلند نوع 2 ( P.C - type II ) :
براي استفاده عمومي و نيز استفاده ويژه در مواردي که گرماي هيدراتاسيون متوسط مورد نظر است.
سيمان پرتلند نوع 3 ( P.C - type III ):
براي استفاده در مواقعي که مقاومت هاي بالا در کوتاه مدت مورد نظر است.
سيمان پرتلند نوع 5 ( P.C - type V ) :
در مواقعي که مقاومت زياد در مقابل سولفات ها مورد نظر باشد استفاده مي شود.
سيمان سفيد ( White Cement ) :
براي استفاده در سطح ساختمان ها و مواقعي که استفاده از سيمان هاي بدون رنگ با مقاومت هاي بالا مورد نياز باشد. از اين سيمان در توليد انواع سيمان هاي رنگي استفاده مي شود
سيمان سرباره اي ضد سولفات :( SR. slag Cement ) :
در مواقعي که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و يا حرارت هيدراتا سيون متوسط مورد نظر است، استفاده مي گردد
سيمان پرتلند - پوزولاني ( P.P.Cement ) :
در ساختمان هاي بتني معمولي و بيشتر در مواردي که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و حرارت هيدراتاسيون متوسط مورد نظر باشد استفاده مي شود.
سيمان پرتلند - آهکي ( P.K.Z.Cement ):
اين نوع سيمان در تهيه ملات و بتن در کليه مواردي که سيمان پرتلند نوع 1 به کار مي رود قابل استفاده است. دوام بتن را در برابر يخ زدن، آب شدن و املاح يخ زا و عوامل شيميايي بهبود مي دهد.
سيمان بنائي ( Masonry Cement ) :
براي استفاده در مواقعي که ملات بنائي با مقاومت هاي کمتر از سيمان پرتلند نوع 1 مورد نياز است.
سيمان نسوز 450 ( Rf Cement 450 ) :
حاوي بيش از 40% Al2O3 با اتصال هيدروکسيلي و فازهاي کلسيم آلومينات، براي مصرف به عنوان ماده نسوز در صنايع حرارتي استفاده مي شود.
سيمان نسوز 500 ( Rf Cement 500 ) :
حاوي بيش از 70% Al2O3 با اتصال هيدروکسيلي و فازهاي CA2,CA براي مصرف به عنوان ماده نسوز با درصد خلوص بالا در صنايع حرارتي و آتمسفرهاي CO.H2 به کار مي رود.
سيمان نسوز 550 ( Rf Cement 550 ):
اين سيمان ها براي درزگيري چاه هاي نفت به کار مي روند. عمده اين نوع سيمان ها ديرگير بوده و در برابر دماها و فشارهاي بالا مقاوم مي باشند. اين سيمان ممکن است در حفره چاه هاي آب و فاضلاب نيز به مصرف برسد.
سيمان
سيمان ماده‌اي چسبنده است که قابليت چسبانيدن ذرات به يکديگر و بوجود آوردن جسم يک پارچه از ذرات متشکله را دارند و از ترکيب مصالح آهکي، رس، سيمان داراى آن چنان جامعيتى است که مى تواند شامل انواع چسبها از جمله چسبهاى مايع که در چسبانيدن قطعات سنگ يا سنگ و فلزات به يکديگر بکار مى روند نيز بشود.
نمونه اى از اين چسبها در صنعت سيمان در کار گذاشتن آجر نسوز در کوره سيمان مورد مصرف دارد و خاصيت اصلى آن اين است که آجر نسوز ( که يک جسم سراميکى است ) را به بدنه کوره ( آهن ) مى چسباند، همچنين انواع سيمان هاى ديگر که در دندانپزشکى مورد مصرف دارند، از جمله چسب ها مى باشد. آنچه که از کلمه سيمان در اين متن مورد نظر است، آن نوع از سيمان ها است که داراى ريشه آهکى مى باشند. به عبارت ديگر سيمان هايى که ماده اصلى تشکيل دهنده آنها آهک و ماده اوليه اصلى آنها سنگ آهک است. بر اين اساس سيمان ترکيبى است از اکسيد کلسيم ( آهک ) با ساير اکسيدها نظير اکسيد آلومينيم، اکسيد سيليسيم، اکسيد آهن، اکسيد منيزيم و اکسيدهاى قليايى که ميل ترکيب با آب داشته و در مجاورت هوا و در زير آب بمرور سخت مى گردد و داراى مقاومت مى شود.
با توجه به مشخصه فوق سيمان مى تواند داراى ترکيبات متفاوتى باشد و اصولا جزوملاتهاى آبى محسوب مى گردد. ملاتهاى آبى از دوران گذشته شناخته شده بودند، از جمله اين ملاتها آهک است که مصرى ها و يونانى ها با مخلوط کردن آن با خاکستر آتش فشانى، خاک آجر و آب به نوعى آهک آبى دست مى يافتند که خاصيت سخت شدن و فشار پذيرى داشت. با بکار بردن اين ساروج رومى ها توانسته اند ساختمانهاى عظيمى بسازند که هنوز بقاياى آنها پس از گذشت چند هزار سال پا بر جا و قابل مشاهده است.
1- مواد اوليه سيمان پرتلند
مواد اوليه سيمان پرتلند اساسا شامل مواد آهکى و رسى مى باشند. بدين معنى که در تهيه سيمان پرتلند از مواد خامى استفاده مى شود که حاوى کربنات کلسيم و ترکيبات آلومينيوسيليکات ها باشند.
2-استخراج مواد اوليه
معادن مواد اوليه سيمان، خصوصا سنگ آهک، خاک رس، مارل، سنگ گچ و امثال آنها به صورت معدن رو
شده و به نام معادلات بوگ معروف مي باشد. اين معادلات درصد ترکيبات اصلي سيمان را نمايش مي دهد.
C 3 S = 4.0710( CaO)-7.6024(SiO 2)-1.4297( Fe 2 O 3)-6.7187( Al 2 O 3
C 2 S = 8.6024( SiO 2)+1.0785( Fe 2 O 3)+5.0683( Al 2 O 3)-3.0710( CaO
C 3 A = 2.6504( Al 2 O 3)-1.6920( Fe 2 O 3
C 4 AF = 3.0432(Fe 2 O 3
خواص ترکيبات اصلي سيمان
سيليکات ها يعني C 2 S و C 3 S ترکيبات اصلي و مهم سيمان مي باشند و در حقيقت مقاومت سيمان هيدراته شده به آنها بستگي دارد. اکسيدهاي تشکيل دهنده اين سيليکات ها تاثيرات مهمي روي شکل اتمي و کريستالي و خواص هيدروليکي انها دارند. در حقيقت حضور C 3 A در سيمان سودمند نيست. اين ترکيب نقشي در مقاومت سيمان، به جز کمي در سن اوليه آن، نداشته و بعد از سخت شدن سيمان در صورت حمله سولفاتي با تشکيل سولفوآلومينات کلسيم (اترينگايت) سبب خرابي بتن مي گردد. ولي C 3 A در فرايند توليد در ترکيب اکسيدکلسيم با اکسيدسيليسيم سهولت ايجاد کرده و سودمند است. C 4 AF که به ميزان کمي به وجود مي آيد در مقابل سه ترکيب ديگر نقش عمده اي در خواص سيمان ندارد. به هرحال اين ترکيب با سنگ گج سيمان، سولفوفريت کلسيم تشکيل مي دهد که اين ماده هيدراتاسيون سيليکات ها را تسريع مي کند.
مراحل توليد سيمان
سيمان ها مواد چسبنده اى هستند که قابليت چسبانيدن ذرات به يکديگر و بوجود آوردن جسم يک پارچه از ذرات متشکله را دارند. اين تعريف از سيمان باگيرش تنظيم شده .
روشهاي ساخت سيمان
1. روش تر
2. روش نيمه تر
3. روش نيمه خشک
4. روش خشک
شيمي ترکيبات سيمان
مواد خام تشکيل دهنده سيمان اساسا از اکسيدهايکلسيم و سيليسيم و آهن تشکيل شده است. اين مواد در کوره با هم ترکيب شده و غير از مقداري آهک آزاد باقي مانده، که فرصت کافي براي فعل و انفعال نداشته است، ترکيبات شيميايي جديد و پايداري نتيجه مي شوند. در هنگام خنک کردن مصالح، براساس سرعت خنک کردن، مواد به صورت بلوري و بي شکل ظاهر مي گردند. دانه هاي بي شکل که اکثرا شيشه اي هستند و دانه هاي بلوري شده، درحالي که يک فرمول شيميايي دارند، داراي خواص متفاوتي هستند. براي سيمان معمولي، درصد ترکيبات حاصل از فعل و انفعالات فوق با داشتن درصد اکسيدهاي موجود در کلينکر و با فرض اينکه کريستاله شدن کامل انجام پذيرفته باشد قابل محاسبه است.[5] چهارترکيب اصلي سيمان عبارتند از:تري کلسيم سيليکات، دي کلسيم سيليکات، تري کلسيم آلومينات، تترا کلسيم آلومينو فريت؛ که به ترتيب با علائم اختصاري به صورت:
C 4 AF C 3 A C 2 S C 3 S ناميده مي شوند.
معادلات بوگ
محاسبه مربوط به ميزان ترکيبات سيمان حاصل از اکسيدهاي اصلي تشکيل دهنده آن توسط «بوگ» انجام سيليس و اکسيدهاي معدني در دماي 1400 درجه تا 1500 درجه ? سانتيگراد ساخته ميشود. به جسم حاصل، پس از حرارت ديدن کلينگر مي‌گويند و از آسياب کردن آن سيمان بدست آيد. اندازه ? دانه‌هاي کلينگر 20 ميلي‌متر ميباشد.
اجزاي تشکيل دهنده سيمان
مصالح آهکي (حدود 60 ? الي 67 ? )
رس (حدود 3 ? الي 7 ? )
سيليس (17 ? الي 27 ? )
اکسيدهاي معدني[2]
اکسيد آهن (0/5 ? الي 6 ? ) Fe2O3
اکسيد سديم (0/2 ? الي 1/3 ? ) Na2O
اکسيد منيزيم (0/1 ? الي 4/5 ? ) MnO
اکسيد پتاسيم (0/2 ? الي 1/3 ? ) K2O
اکسيد آلومينيوم (3 ? الي 8 ? ) Al2O3
انواع سيمان
سيمان پرتلند تيپ I
سيمان پرتلند تيپ II
سيمان پرتلند تيپ III
سيمان پرتلند تيپ IV
سيمان پرتلند تيپ V
سيمان پوزولان
سيمان آميخته
سيمان برقي (پرآلومين)
سيمان رنگي
سيمان سفيد
سيمان سرباره‌اي ضد سولفات
سيمان پرتلند آهکي
سيمان بنائي
سيمان نسوز
سيمان چاه نفت
سيمان پرتلند ضدآب
باز مى باشد. در استخراج موادى نظير سنگ آهک، سنگ آهن و سنگ گچ نيز به چال زنى و انجام انفجار بوسيله ديناميت مى باشد.
3-خرد کردن مود اوليه
الف) سنگ شکن هاى متحرک
ب) سنگ شکن هاى ثابت
4- مخلوط کردن اوليه و ذخيره سازى
قبل از اينکه مواد خرد شده در سنگ شکن، راهى آسياب مواد جهت پودر شدن شوند، بداخل سالنى ريخته مى شوند تا بدينوسيله هم مقدمتا با يکديگر مخلوط شوند و هم اينکه، اين سالن نقش انبار و ذخيره سازى را دارا است.
5- خشک کردن مواد اوليه
در برخى کارخانجات سيمان، بدليل موقعيت خاص جغرافيايى و باران خيز بودن منطقه برخى از مواد اوليه ( خصوصا خاک رس ) ، داراى رطوبتى هستند که استفاده مستقيم از آنها امکان پذير نمى باشد.
6- پودر کردن مخلوط مواد خام
در روش خشک توليد سيمان، ضرورت دارد که مواد خام قبل از ورود به کوره به صورت پودر در آيند.
الف) آسياب مواد خام گلوله اى
ب) آسيابهاى غلطکى
7- تنظيم مواد خام
8- سيلوهاى مواد خام
عمل عمده اى که در يکنواخت کار کردن کوره و بالا بردن کيفيت کلينکر و در نهايت سيمان موثر است، يک نواختى ترکيب خوراک کوره، خوب مخلوط شدن و همگن بودن آن مى باشد.
9- پيش گرم کن
10- کوره دوار
قسمت اصلى عمل پختن در کوره صورت مى گيرد. کوره سيمان، يک استوانه فلزى است که طول و قطر آن، متناسب با ظرفيت کارخانه مى باشد.
11- خنک کن ( کولر )
کلينکر خروجى از کوره داراى درجه حرارتى حدود 1000 تا 1200 درجه مى باشد. بازيابى اين مقدار حرارت و همچنين مشکل بودن جابجا کردن کلينکر داغ،
ضرورت سرد کردن آنرا ايجاب مى نمايد. خاصيت اساسى ديگر سرد کردن کلينکر، تکميل و تشکيل کريستالهاى کلينکر و بالا رفتن کيفيت آن مى باشد.
12- سيلو ( انبار ) کلينکر
کلينکر خروجى از خنک کن قبل از ورود به آسياب سيمان، در سيلو، يا انبار، يا سالن ذخيره مى گردد.
13- آسياب سيمان
14- سيلوهاى سيمان
15- بارگير خانه
روشهاي ساخت سيمان
روشهاى مختلفى براى توليد سيمان وجود دارد. اصولا چهار روش براى توليد سيمان وجود دارد :
1- روش تر
2- روش نيمه تر
3- روش نيمه خشک
4- روش خشک
روش تر و نيمه تر
در روش تر و نيمه تر خاک رس مصرفى در دستگاه دوغاب ساز ( Wash mill ) ، تبديل به دوغاب مى گردد. سپس دوغاب خاک رس به همراه سنگ آهک در آسياب مواد خام مخلوط و نرم گشته و تبديل به دوغاب با غلظت بيشترى مى شود. پس از تنظيمات لازم توسط آزمايشگاه، بعنوان خوراک کوره مورد مصرف قرار مى گيرد. در روش نيمه تر، مواد خروجى از آسياب مواد به صورت دوغاب است و قبل از ورود به کوره بوسيله فيلتر پرس آب آن گرفته مى شود و بصورت کيک يا آماج ( حبه ) به کوره تغذيه مى گردد.
روش نيمه خشک
در روش نيمه خشک مواد اوليه بصورت خشک با يکديگر مخلوط گشته و به آسياب مواد خام تغذيه مى گردند. مواد خروجى از آسياب مواد به صورت پودر است. قبل از تغذيه اين پودر به کوره مقدارى آب روى آن پاشيده مى شود و آن را به صورت آماج يا حبه در آورده و به کوره تغذيه مى نمايند.
در روش خشک مواد اوليه خشک وارد آسياب مى شود.
پودر خروجى از آسياب مواد، پس از تنظيم، به عنوان خوراک کوره مصرف مى گردد.
روش هاى مختلفى براى توليد سيمان هاى مختلف وجود دارد که عمدتا بستگى به تکنولوژى مورد استفاده و جنس سيمان دارد، تکنولوژى مورد استفاده براى توليد سيمان به مرور دستخوش تحول و پيشرفت بوده است. هم اکنون صنعت سيمان با برخوردارى از آخرين تکنيک هاى اعجاب انگيز، با استفاده از روش خشک و به کمک سيستم هاى اتوماتيک، شاهد پيشرفت هاى شگرف در طول تاريخ 160 ساله توليد صنعتى خود مى باشد. روش توليد برخى سيمان ها نظير سيمان آلومينايى کاملا متفاوت با روش توليد سيمان پرتلند مى با شد
سيمان پرتلند
سيمان پرتلند طبق تعريف ASTM C 150 ، نوعي سيمانهيدروليک است که از پودر کردن کلينکري که عمدتاً از اکسيدهاي سيليسي، آلومينيومي و آهني که عامل تشکيل ترکيبات سيليکاتي و آلوميناتي سيمان پرتلند مي باشند، بدست مي‌آيد.
تاريخچه
گرچه استفاده از سيمان (هيدروليک و غيرهيدروليک) به چندين هزار سال قبل بازمي‌گردد، اما اولين بار در سال 1824 ميلادي ژوزف اسپين معمار بريتانيايي طرح اصلاحي خود را براي آهک هيدروليک تحت عنوان سيمان پرتلند به ثبت رساند. وي نام پرتلند را به علت تشابه سيمان حاصل با رنگ کانسارهاي آهکي
جزيره پرتلند در انگلستان انتخاب کرد.
انواع
استاندارد ASTM C 150 و AASHTO M 85 مشخصات 8 نوع مختلف سيمان پرتلند را براي کاربردهاي مختلف آورده‌اند.
انواع سيمان پرتلند و کاربرد آنها
نوع سيمان پرتلند | کاربرد |
-
| پرتلند معمولي |
-
| پرتلند اصلاح‌شده (داراي مقاومت متوسط در برابر سولفات‌ها) |
-
| پرتلند زودگير (داراي استحکام اوليه بالا) |
-
| پرتلند با گرمازايي کم
(داراي گرماي هيدراتاسيون پايين) |
-
| پرتلند مقاوم در برابر سولفات (داراي مقاومت خوب در برابر سولفات‌ها) |
-
| نوع 1 به همراه عامل هوادهنده |
-
| نوع 2 به همراه عامل هوادهنده |
-
| نوع 3 به همراه عامل هوادهنده |
ترکيب شيميايي
تصوير شماتيک سطح‌مقطع يک دانه سيمان
فازهاي اصلي تشکيل دهنده ? سيمان پرتلند
تري‌کلسيم سيليکات (آليت) [5] ( C 3 S ) 20-75 درصد
دي‌کلسيم سيليکات (بليت)[6] ( C 2 S) 15-46 درصد
تري‌کلسيم آلومينات[7] ( C 3 A) 4-13 درصد
تتراکلسيم آلومينوفريت[8] ( C 4 AF) 8-12 درصد است.
نسبت اين فازها بسته به نوع و کاربرد سيمان متغير است.
اکسيدهاي تشکيل دهنده سيمان پرتلند
اکسيد کلسيم شصت تا شصت و هفت درصد ترکيبات سيمان را تشکيل مي دهد.
اکسيد سيليسيم ، اکسيد آلومينيوم ، اکسيد آهن ، اکسيد منيزيم
اکسيد گوگرد که معمولا به جاي سنگ گچ، سولفات مورد نياز تترا کلسيم آلومينو فريت را براي تشکيل سولفو فريت کلسيم به منظور تسهيل هيدراتاسيون سيمان، تامين مي کند. (براي پايين آوردن ميزان پسماند نامحلول که توسط اسيد کلريدريک مشخص مي شود از اين ترکيب به جاي سنگ گچ استفاده مي شود.)
قليايي هاي سيمان:
شامل اکسيد پتاسيم و اکسيد سديم مي باشد که با پاره اي از مواد سنگي در بتن ترکيب شده و سبب خرابي بتن و تغيير در ميزان افزايش مقاومت آن مي شوند. در نتيجه مقدار کم اين ترکيبات نيز بايستي کنترل و به آن اهميت داده شود.
افزودني ها (که بعد از توليد کلينکر سيمان به آن اضافه ميشود)
سولفات کلسيم :
اين ترکيب حداکثر به ميزان 3 درصد وزني در سيمان پرتلند استفاده ميشود، اين ماده با تتراکلسيم آلومينوفريت ترکيب شده و مقدار کمي سولفوفريت کلسيم ايجاد مي کند که اين ماده هيدراتاسيون سيليکات ها را تسريع مي کند. ضمنا تماس اين سولفات با ترکيب تري آلومينات کلسيم موجب ايجاد سولفو آلومينات کلسيم (اترينگايت) مي شود که موجب افزايش حجم ملات مي گردد. اين افزايش حجم در هنگامي که ملات در حالت خميري است بي ضرر است، اما در صورتي که پس از گيرش ملات ايجاد شود باعث ايجاد سلسله ترک هاي متوالي و تخريب بتن مي گردد.
در نتيجه ميزان سنگ گچي که به سيمان اضافه مي شود بسيار مهم بوده و بستگي به ميزان تري آلومينات کلسيم و قليايي هاي سيمان دارد. بالا رفتن ريزي سيمان باعث افزايش ميزان سنگ گچ مورد نياز مي شود و افزايش سنگ گچ بنوبه خود سبب انبساط بيش از حد و خرابي سيمان سخت شده مي گردد. ميزان بهينه سنگ گچ بر اساس حرارت ايجاد شده از فعل و انفعالات سيمان تعيين مي شود، و پيشرفت مناسب فعل و انفعالات ما را مطمئن مي سازد که وقتي همه سنگ گچ ترکيب مي شود مقدار کمي تري آلومينات کلسيم باقي مي ماند. آزمايش مشخصي جهت نشان دادن عدم سلامت سيمان به علت وجود سولفات کلسيم اضافي وجود ندارد ولي مقدار آن با روش تجزيه شيميايي به آساني قابل محاسبه است. استاندارد BS12 مقدار مناسب سنگ گچ را به صورت ميزان SO 3 موجود توصيه مي کند
انواع افزودني هاي شيميايي که به سه گروه اصلي زير تقسيم مي شوند:
1- تندگير کننده ها که ترکيباتي هستند مانند: کلرور کلسيم، کربنات سديم، کلرور آلومينيوم، کربنات پتاسيم، فلوئورور سديم، آلومينات سديم و نمک هاي آهن مي باشند.
2- کندگير کننده ها: نظير مشتقات هيدروکربني نمک هاي محلول روي، شکر و براتهاي محلول
3-تقليل دهندگان آب: نظير اسيد هيدروکسي کربوکسيليک و اسيد ليگنوسولفونيک
ايمني
سيمان پرتلند خورنده است. تماس آن با چشم، پوست و دستگاه تنفسي باعث ايجاد ناراحتي ميشود. در مورد چشم اين امر ممکن است موجب سوزش شيميايي و حتي در موارد شديدتر منجر به کوري شود. تماس مکرر و دراز مدت آن با پوست موجب آماس ميشود
سيمان هاي پرتلند ضد آب:
اين سيمان به رنگ سفيد، خاکستري توليد مي شود. اين نوع سيمان، انتقال مويينه آب را تحت فشار ناچيز يا بدون فشار، کاهش مي دهد ولي جلوي انتقال بخار آب را نمي گيرد.
سيمان هاي با گيرش تنظيم شده:
سيمان با گيرش تنظيم شده به گونه اي کنترل و ساخته مي شود که مي تواند بتني با زمان هاي گيرش از چند دقيقه تا يک ساعت توليد کند.
سيمان هاي رنگي:
اين سيمان ها بيشتر جنبه تزئيني و آرايشي دارند و در نماسازي سيماني و توليد بتن نمادار به مصرف مي رسند.
سيمان پرتلند پوزولاني معمولي ,
مخلوطي است از حداقل 5 و حداكثر 15 درصد پوزولان طبيعي و دست كم 85 درصد كلينكر يا سيمان پرتلند با نرمي مشخص كه در مجاورت آب به صورت جسم چسبندهاي در كارهاي ساختماني مصرف ميگردد . اين سيمان با نماد " پ پ " نشان داده مي شود ...
افزايش روز افزون جمعيت و نياز به فضاهاي مسکوني، اداري، ورزشي، آموزشي و... امري عادي واجتناب ناپذير ميباشد . در اين راستا ساخت و سازها ، عمليات ساختماني که به صورت ساخت اوليه ، مرمت ، بازسازي موقت ، بازسازي کامل بناها انجام ميگيرد نيازمند علم و دانش فني ، مصالح استاندارد ، اکيپ اجرائي ماهر و تخصص ، آگاهي و شناخت بروز افراد شاغل در بخش ساختمان است .
با توجه به اينکه بتن ، مصالح مناسبي براي امر ساخت و ساز بوده و اهميت بسيار بالايي دارد . شرايط توليد ، مواد اوليه ، مواد ثانويه و مواد مضاف بتن و مهمتر از همه سيمان و جايگزين هاي مناسب براي آن در توليد بتن بايستي مورد مطالعه کاملاً علمي، فني و مهندسي قرار گيرد ، تا هم از نظر بهبود مشخصات بتن و افزايش مقاومت آن پيشرفت هايي حاصل شود ، هم از نظر اقتصادي در هزينه ها صرفه جويي گردد يکي از بهترين راهکارهاي موجود ، يافتن جايگزينهاي مناسب براي سيمان مصرفي در بتن است و در اين زمينه استفاده از منابع و مصالح طبيعي با حفظ محيط زيست و منابع ارزشمند کشور ايده بسيار کارآمد و پرثمري ميباشد .
چنانچه توليد سيمان با شرايط فوق گامي در جهت پيشرفت جامعه بحساب مي ايد ، استفاده و بکارگيري آگاهانه و بجا از آن توسط مهندسين و افراد شاغل در بخش ساخت و ساز کشور نتايج مطلوب تري بدست مي آورد .
سيمان پرتلند پوزولاني و ارزيابي واکنش زائي
سيمان پرتلند پوزولاني معمولي , مخلوطي است از حداقل 5 و حداكثر 15 درصد پوزولان طبيعي و دست كم 85 درصد كلينكر يا سيمان پرتلند با نرمي مشخص كه در مجاورت آب به صورت جسم چسبندهاي در كارهاي ساختماني مصرف ميگردد . اين سيمان با نماد " پ پ " نشان داده ميشود
. پوزولان يک ماده طبيعي يا مصنوعي حاوي سيليس فعال يا سيليس آلوميناتي است که به تنهايي ارزش چسبندگي ندارد ، ولي بصورت پودر شده و درحضوررطوبت و در دماي معمولي با هيدراکسيد کلسيم واکنش شيميائي حاصل کرده و ترکيباتي را که خواص چسبندگي دارد ، بوجود مي آورد . ماده پوزولاني بايستي بصورت آسياب شده باشد تا درحضور آب با آهک ، سيليکاتهاي کلسيم پايدار با خواص چسبندگي ايجاد کند .
مواد پوزولاني از خاکستر آتشفشاني غيربلورين- پوزلاني اصلي - پودرسنگ ، سنگهاي رسي و چرتهاي اوپاليني ، خاک دياتومه اي کلسينه شده ، خاک رس پخته شده ، خاکستر بادي ودوده سيليسي و غيره بدست مي آيد.
جهت ارزيابي درجه فعاليت واکنش زائي مواد پورولاني با سيمان ، آئين نامه ASTM.C- 618-78 سنجش ضريب فعاليت پوزولاني را توصيه مي نمايد که اين ضريب از تعيين مقاومت مخلوطها با جايگزين نمودن مقدار معيني از سيمان با مواد پوزولاني بدست مي ايد.
مقايسه مقاومت
روند توسعه مقاومت سيمان پرتلند پوزولاني به درجه فعال بودن پوزولان و نسبت سيمان پرتلند در مخلوط بستگي دارد . در سيمان پرتلند پوزولاني هيدراسيون بکندي انجام و حرارت هيدراسيون کمتر دارد و براي بتن هاي حجيم مناسب است . مقاومت اوليه بتن حاوي سيماني که بخشي از آن با مواد پوزولاني جاگزين شده باشد ، کمتر از مقاومت مربوطه بتن حاوي سيمان خالص است و نياز به يک عمل آوري و مراقبت نسبتا" طولاني دارد ولي مقاومت نهائي آن تقربيا" با مقاومت سيمان پرتلند خالص يکسان وبلکه قدري بيشتر است .
مشخصات و خواص سيمان پرتلند پوزولاني
آئين نامه ASTM . C595-79 سيمان پرتلند پوزولاني را بعنوان نوع IP براي کاربردهاي عمومي ساختمانهاي بتني و نوع P را براي مصرف در موارديکه مقاومت اوليه زياد مواد نياز نباشد مانند پايه هاي پل ، سدها ، و شالوده هاي تکي توصيف نموده است .
چگالي سيمان پرتلند عموما" حدود 15/3 است و چگالي سيمانهاي پرتلند پوزولاني حدود 9/2 ميباشد . چگالي سيمان ، که با روش ASTM . C188 تعيين ميشود ، نشانگر کيفيت سيمان نيست و عمدتا" در محاسبات مربوط به تعيين نسبت اجزاي مخلوط بتن بکارمي ايند .
سيمان پرتلند پوزولاني معمولي در حال حاضر با كيفيتي مطلوب و خواص مناسب با مشخصات برتر از شاخص هاي مطرح در استاندارد ملي ايران به شماره 3432 به صورت انبوه در کارخانجات سيمان کشورتوليد مي گردد . اين نوع سيمان حاوي حداکثر 15% پوزولان طبيعي بوده و از خواص ويژه و كاربردي متنوعي برخوردار مي باشد . از خواص ويژه آن به موارد ذيل اشاره مي شود .
دوام و پايايي بتن ساخته شده با سيمان پوزولاني در برابر محيط هاي خورنده و آبهاي شور نسبت به سيمان هاي معمولي ميزان حرارت هيدراتاسيون اين نوع سيمان نسبت به سيمانهاي معمولي پايين تر بوده و در بتن ريزيهاي نسبتاً حجيم كاربرد دارند
در طي زمان وجود پوزولان باعث جذب Ca(OH)2 آزاد شده از فازهاي سيمان شده و از افزايش پوكي و تخلخل تدريجي بتن مي كاهد .
در مواقعي كه شن و ماسه مصرفي استعداد واكنش خطرناك قليايي ـ سيليكاتي را داشته باشند تاحد زيادي از تشكيل اين واكنش خطرناك بين سنگدانه و قليايي هاي سيمان جلوگيري مي كند . اين نوع سيمان ها ضد سولفات اصلاح شده مي باشند .
بتن اين نوع سيمان ها آب بيشتر در خود نگهداشته و آب انداختگي كمتري از خود نشان مي دهند .
مصرف اين سيمان در هواي گرم و مرطوب ، مطلوب مي باشد . به خاطر ويژگي حرارت هيدراتاسيون پايين و ماهيت پوزولان اين نوع سيمان ديرگير بوده و مي بايد مدت بيشتري بعد از بتن ريزي نگهداري شود تا نتيجه ايده آل حاصل گردد .
در بتن ريزي در شرايط آب و هواي سرد به خاطر ويژگي حرارت هيدراتاسيون كمتر ، بايد بتن تازه در برابر يخ زدن محافظت شود تا نتيجه ايده آل حاصل گردد و قالب برداري ديرتر انجام گيرد .
در مواقعي كه براي ساخت قطعات پيش ساخته مانند موزائيك و بلوك استفاده مي شود بايستي به علت ديرگير بودن اين سيمان مدت نگهداري آن طولاني تر باشد .
در عمليات بتن ريزي در دماي کمتر از شش درجه سانتيگراد بايستي از مواد افزودني مناسب استفاده شود .
مقايسه مشخصات شيميايي سيمان پرتلند پوزولاني استاندارد هاي ملي ايران و ASTM
پارامتر | مقدار در استاندارد
ملي ايران 3432 | مقدار در استاندارد آمريكا
ASTM C595-79 |
Mgo ( درصد ) | حداكثر 5 | حداكثر 5 |
SO3( درصد ) | حداكثر 4 | حداكثر 4 |
افت حرارتي ( درصد ) | حداكثر 5 | حداكثر 5 |
يون كلر ( درصد ) | حداكثر 1/0 | ــــ |
مقايسه مشخصات فيزيكي سيمان پرتلند پوزولاني استاندارد هاي ملي ايران و ASTM
پارامتر | مقدار در استاندارد
ملي ايران 3432 | مقدار در استاندارد آمريكا
ASTM C595-79 |
سطح مخصوص ( ) | 3000 | ــــ |
انبساط اتوكلاو ( % ) | حداكثر 5/0 | حداكثر 8/0 |
زمان گيرش اوليه ( دقيقه ) | حداقل 60 | حداقل 45 |
زمان گيرش نهايي ( دقيقه | حداكثر 420 | حداكثر 420 |
مقاومت فشاري 3روزه( ) | حداقل 100 | حداقل 125 |
مقاومت فشاري 7روزه( ) | حداقل 175 | حداقل 193 |
سيمان پرتلند پوزولاني ويژه
سيمان پرتلند پوزولاني ويژه طبق استاندارد ملي ايران به شماره 3432 داراي 15 تا 40 درصد مواد پوزولاني مي باشد . كاربرد اين مقدار پوزولان خواص بسيار مطلوبي به اين سيمان مي دهد كه كاربردهاي ويژه اي را براي آن ايجاد مي نمايد . اين سيمان با نماد " پ پ و " نشان داده ميشود اين سيمان داراي كاربرد گسترده به سبب خواص برتر ذيل مي باشد :
1- دوام و پايداري بتن حاصل در محيط هايي با خورندگي زياد حاوي غلظت بالاي كلر و سولفات بسيار مطلوب مي باشد .
2- به سبب حرارت هيدراتاسيون اوليه كم داراي كاربرد گسترده اي در بتن ريزيهاي حجيم مي باشد .
3- Ca(OH)2 سبب جذب نسبتاً كامل حاصل ازهيدراتاسيون وحذف نسبتاً كامل تخلخل بتن ميگردد .
4- قابليت مصرف بسيار گسترده در مواردي دارد كه شن و ماسه مستعد ايجاد واكنش سيليكاتي ـ قليائي دارند و انجام اين واكنشها را به شدت محدود مي كند .
5- اين نوع سيمان ها قابليت مصرف بالائي در محيط هاي بسيار گرم و مرطوب دارند و نياز به خنك سازي و كاهش درجه حرارت بتن و صرف هزينه زياد در اين مورد براي بتنهاي ساخته شده از اين سيمانها وجود ندارد .
6- با توجه به ماهيت پوزولان و حرارت هيدراتاسيون كم در مورد كاربرد اين سيمانها در هواي سرد و مصارف معمولي بايد زمان بيشتري را براي نگهداري بتن صرف نمود .
مشخصات شيميايي سيمان پرتلند پوزولاني ويژه
مشخصه شيميايي الزامي | معيار استاندارملي به شماره
3432 براي سيمان پوزولاني ويژه |
Mgo ( درصد ) | حداكثر 6 |
SO3( درصد ) | حداكثر 4 |
افت حرارتي ( درصد ) | حداكثر 5 |
يون كلر ( درصد ) | حداكثر 1/0 |
مشخصات فيزيكي سيمان پرتلند پوزولاني ويژه
مشخصه شيميايي الزامي | معيار استاندارملي
به شماره 3432 براي سيمان پوزولاني ويژه |
سطح مخصوص ( ) | 3200 |
انبساط اتوكلاو ( % ) | حداكثر 5/0 |
زمان گيرش اوليه ( دقيقه ) | حداقل 45 |
زمان گيرش نهايي ( دقيقه ) | حداكثر 420 |
مقاومت فشاري 3روزه( ) | ـــــ |
مقاومت فشاري 7روزه( ) | حداقل 150 |
مقاومت فشاري 28روزه( ) | حداقل 275 |
مقدار پوزولان ( % ) | 40-16 |
حرارت هيدراتاسيون ( )
در سن 3 روزه | _ |
در سن 7 روزه | 60 |
در سن 28 روزه | 70 |
تعيين ميزان پوزولان در سيمان پوزولاني :
براي تعيين پوزولان موجود در سيمان پوزولاني نخست بايد مقدار CaO در نمونه مورد نظر تعيين شود و سپس با استفاده از فرمول زير ميزان پوزولان موجود در نمونه محاسبه گردد .
در اين معادله فرض بر آن است كه مقدار CaO كلينكر سيمان پرتلند مورد مصرف در توليد سيمان پوزولاني 65 درصد ميباشد و نمونه افت حرارتي نداشته باشد . در معادله بالا : درصد پوزولان در سيمان
سيمان چاه نفت (استاندارد API 10 ):
اين نوع سيمان شامل چندين گروه بوده و به گونه‌اي طراحي شده كه شرايط دما و فشار بالاي ايجاد شده در تزريق چاه نفت را جواب گو باشد. اين سيمان دوغاب با لزجت كم و گيرش کند ايجاد مي‌كند كه به منظور سهولت فشار پمپاژ در چاه هاي عميق تا حد ممكن روان باقي بماند. مقدار کمي C3A دارد. درشت دانه است و نمي‌تواند شامل مواد كمکي براي آسياب كردن باشد.
سيمان منبسط شده انواع M,K,S :
اين نوع سيمانها براي جلوگيري از انقباض بتن و به حداقل رساندن ترک خوردگي استفاده ميشود. مقاومت آنها در مقابل سولفات‌ها كم است و فقط براساس سفارش توليد ميگردد.
سيمان پر آلومينيوم :
اين نوع سيمان به جاي سليكات‌هاي كلسيم داراي آلومينات‌هاي كلسيم است. مقاومت اوليه زيادي دارد (24 ساعته) و داراي خواص نسوز است. اگر بتن ساخته شده با اين نوع سيمان در طول 24 ساعت پس از مخلوط كردن و ريختن سرد.
سيمان پلاستيک :
سيمان پلاستيک از آسياب كردن يک عامل روان کننده معدني با کلينکر سيمان پرتلند كه با مشخصات نوع II,I استاندارد ASTM مطابقت داشته باشد، حاصل ميگردد. آيين نامه UBC استفاده از عوامل روان كننده را حداکثر تا 12 درصد كل حجم مجاز مي‌داند. سيمان پلاستيک الزامات مذکور در C150 ASTM به جز باقي مانده غير محلول، حباب هوا و مواد افزودني بعدي براي كلسينه سازي به علاوه مقررات خاص UBC را برآورده مي‌سازد. سيمان پلاستيک براي پلاسترهاي
سيمان پُرتلند و اندود گچ و سيمان به کار مي‌رود و به دليل مقدار زياد هواي ايجاد شده براي بتن توصيه نمي‌گردد.
از اين نوع سيمان براي ساخت بتن هايي که احتمال نشست هاي غير متقارن در آن ها مي رود هم مي توان استفاده کرد.
سيمان هاي سفيد و رنگي ( ASTM C150 ):
اين نوع سيمان با مشخصات سيمان پرتلند نوع III,I مطابقت دارد. با اين تفاوت كه با انتخاب مواد اوليه مناسب، از ورود مواد رنگي نظير اکسيدهاي آهن و منيزيم و غيره به فرآيند ساخت جلوگيري ميشود. براي ساختن سيمان هاي رنگي، مواد رنگي معدني بي اثر شيميايي را به سيمان مي افزايند. با سيمان پرتلند نيز مي‌توان سيمان هاي رنگي قرمز، قهوه‌اي و سياه ساخت. سيمان هاي سفيد و رنگي بيشتر براي کارهاي تزئيني مصرف مي‌شوند رنگ سيمان بايد در برابر عوامل جوي و نور پايدار باشد. مواد رنگي متداول عبارتند از:
1- اکسيد آهن براي رنگ هاي قرمز، زرد، قهوه‌اي و سياه.
2- اکسيد منگنز براي رنگهاي سياه و قهوه‌اي.
3- اکسيد و هيدروکسيد کروم براي رنگ سبز و آبي.
4- كبالت براي رنگ آبي.
5- اولترامارين براي رنگ سرمه‌اي.
6- دوده براي رنگ سياه.
8- کهرباي خام و سوخته براي رنگ قهوه‌اي.
9- گل اخرا براي رنگ زرد.
ميزان رنگ حدود (5%) تا (10%) وزني سيمان است.
سيمان بنايي ( ASTM C91Masonry cement ) :
سيمان بنايي سيماني است كه در بيشتر کشورهاي صنعتي جهان به منظور مصرف در ملات ها و کارهاي بنايي ساخته ميشود. اکثر كارخانه‌ها فرمول خاص خود را براي ساختن اين سيمان رعايت كرده و آن را مخفي نگه مي‌دارند و منتشر نمي‌كنند.
اين سيمان در سه نوع M,S,N توليد ميشود كه نوع M بيشترين مقاومت را براي ملاتهاي بنايي ايجاد مي‌كند.
اين سيمان معمولاً از مخلوط كردن حدود (50%) کلينکر سيمان پرتلند و حدود (45%) گرد سنگ آهک مرغوب و قدري سنگ گچ و برخي مواد افزودني با مقاومت کمتر از سيمان پرتلند ولي داراي خواص مطلوب جهت کارهاي بنايي ساخته ميشود. بعضي سيمان هاي بنايي، آميخته‌اي از سيمان پرتلند و آهک مرده و مواد افزودني هستند.
ارسال مقاله توسط عضو محترم سايت با نام کاربري : masoudranjbar
/س