سیمان و ترکیبات آن در ساختمان سازی

آنچه باید بدانید »

۱۴۰۱/۴/۲۱ سه شنبه

(3)

(0)

سیمان

1) سیمان

یا سمنت واژه ای است که از لغت سمنتوم رو می‌گرفته شده و قدمت آن به پیش از میلاد می‌رسد. مصرف آن در ساختمان پانتئون شهر رم واقع در ایتالیا، که مربوط به ۲۷ سال قبل از میلاد است، دیده شده است. در ساختمان گنبد این بنا که ۴۳ متر قطر دارد مخلوطی از خرده سنگ و آهک پخته به کار رفته است، ولی کشف سیمان به شکل امروز مربوط است به یک نفر بنای انگلیسی به نام ژوزف اسپدین که از پختن آهک و خاک رس در حرارت بالا و آسیاب کردن آن موفق شد ابتدایی ترین نوع سیمان را کشف و آن را در تاریخ ۲۱ اکتبر ۱۸۲۴ به نام خود در انگلستان ثبت کند. نام محل به دست آمده را سیمان پرتلند گذاشت. علت این نامگذاری همان طوری که گفته شد به این دلیل بود که سیمان از سمنتوم رومی گرفته شده است و پرتلند نام جزیره ایست در انگلستان که رنگ سیمان پس از سخت شدن به رنگ سنگ های ساحلی این جزیره در می‌آید. به همین دلیل نام پرتلند را به دنبال سیمان برای آن انتخاب نموده اند. البته قبل از ژوزف اسیدین اشخاص دیگری در فرانسه و انگلستان از پختن خاک رس و سنگ آهک مصالح مشابهی به دست آوردند، ولی هیچ کدام کار خود را دنبال نکرده و محصول خود را به ثبت نرساندند، ژوزف اسپدین نخستین شخصی بود که سیمان را در اوایل قرن نوزدهم در انگلستان به ثبت رسانید و آن را ابتدا برای ساخت فانوس دریایی مورد استفاده قرارداد.سیمان دارای آن چنان جامعیتی است که می‌تواند شامل انواع چسب ها از جمله چسب های مایع که در چسبانیدن قطعات سنگ یا سنگ و فلزات به یکدیگر به کار می‌روند نیز بشود. نمونه ای از این چسب ها در صنعت سیمان در کار گذاشتن آجر نسوز در کوره سیمان مورد مصرف دارد و خاصیت اصلی آن این است که آجر نسوز (که یک جسم سرامیکی است) را به بدنه کوره (آهن) می‌چسباند، همچنین انواع سیمان های دیگر که در دندانپزشکی مورد مصرف دارند، از جمله چسب ها است. آنچه که از کلمه سیمان در این متن مورد نظر است، آن نوع از سیمان است که دارای ریشه آهکی است. به عبارت دیگر سیمان هایی که ماده اصلی تشکیل دهنده آنها آهک و ماده اولیه اصلی آنها سنگ آهک است. بنا به مطالعات پدید آمده قدمت استفاده از سیمان در رم قدیم بوده است به طوری که مخلوطی از خرده سنگ و آهک پخته درست می‌کردند و از ترکیب این مخلوط با آب، بتن حاصل شده است و از بتن به دست آمده در مراحل اجرائی کارهای ساختمانی استفاده می‌شده است.

2) ترکیبات سیمان

مواد خام اصلی مورد مصرف برای ساخت سیمان عبارتند از: آهک، سیلیس، آلومینا و اکسید آهن، که بیشترین مواد تشکیل دهنده آن آهک و سیلیس است. این مواد را به نسبت ها و درصدهای معین با هم مخلوط و آسیاب کرده و در کوره می‌پزند، در زیر به بررسی خصوصیات و ویژگی های هر یک از اکسیدهای اصلی تشکیل دهنده مواد اولیه در ساخت سیمان می‌پردازیم.

- آهک زنده یا اکسید کلسيم

(CaO) آهک از مهم ترین و اصلی ترین مواد مورد استفاده در ساخت سیمان است، اکسید کلسیم از پختن سنگ آهک یا کربنات کلسیم در حرارت حدود هزار درجه سانتی گراد به دست می‌آید. این عمل به طور جداگانه صورت نمی‌گیرد، بلکه در فرایند تولید سیمان و در موقع حرارت دادن پودر مخلوط آهک و خاک رس ابتدا ذرات آهک (کربنات کلسیم در حرارت حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد مطابق واکنش زیر پخته شده و تبدیل به اکسید کلسیم و یا آهک زنده می‌شود. در این گرما آب شیمیایی خاک رس نیز از آن

جدا می‌شود. در درجه حرارت بیشتر از ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد، اکسید کلسیم (آهک زنده) با اکسیدهای سیلسیم، آلومینیوم و آهن ترکیب شده و اکسیدهای مرکب تشکیل می‌شوند.

- سیلیس (SiO2)

این ماده که در اغلب سنگ های طبیعی یافت می‌شود، یکی از مواد اصلی در ساخت سیمان پرتلند است. وقتی سیلیس حرارت داده می‌شود در ساختمان کریستالی آن یک سری تغییرات به وجود می‌آید. در کوره سیمان پزی بیش از ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد سیلیس با آهک ترکیب می‌شود و دو کلسیم سیلیکات (CS) و سه کلسیم سیلیکات (CS) تشکیل می‌شود. خاک رس معمولی دارای مقادیر زیادی سیلیس است. میزان سیلیس مورد نیاز ۱۷ تا ۲۶ درصد وزن سیمان است که چنانچه نتوان این مقادیر را با استفاده از خاک رس معمولی تأمین کرد، می‌توان آن را با استفاده از سایر منابع تأمین نمود.

- آلومینا (Al2O3)

آلومینا، همان اکسید آلومینیوم خالص است که مقادیر زیادی از آن در خاک رس وجود دارد. خالص ترین نوع خاک رس (Al2O3, 2SiO2,2H2O) است که در آن آلومینا حدود ۴۰ درصد وزن مولکولی کل این ماده را دارد. آلومینا در سیمان پزی اثر گداز آور و در هنگام پخت سیمان، درجه آب شدن و پخت مواد خام را کاهش می‌دهد. از نظر شیمی سیمان، در اثر حرارت داخل کوره دوار با آهک ترکیب شده و تشکیل سه کلسیم آلومینات را می‌دهد. وجود این اکسید مرکب در داخل سیمان تولیدی باعث می‌شود که سیمان زود گیر تر شود و در هنگام ترکیب سیمان با آب حرارت بیشتری ایجاد شود. ملات سیمانی که فاقد اکسید سه کلسیم آلومینات باشد در برابر آب دریا و آب های سولفات دار مقاوم است و خراب نمی‌شود.

- اکسید آهن (Fe203)

اکسید فریک نیز همانند آلومینا در سیمان پزی نقش گداز آور را دارد و باعث کاهش درجه آب شدن مواد خام در داخل کوره سیمان پزی می‌شود. این اکسید در داخل کوره و در هنگام پخت به همراه آلومینا با آهک ترکیب شده و تشکیل اکسید مرکب چهار کلسیم آلومنیو فریت را می‌دهد، اکسید آهن زیاد سیمان را کندتر می‌کند و رنگ سیمان را نیز تیره می‌کند به همین دلیل برای ساخت سیمان سفید از این اکسید استفاده نمی‌شود. اکسید آهن جزء اصلی تشکیل دهنده اغلب سنگ آهن ها است، از این رو اکسید فریک کم و بیش در اغلب کانی ها خصوصا خاک رس وجود آن در اغلب مواد اولیه ساخت سیمان به طور اجتناب ناپذیر در سیمان پرتلند تولیدی نیز اکسید مرکب آن به وجود می‌آید که رنگ سیمان را تیره می‌کند. سیمان سفید فاقد اکسید آهن است. به علاوه، در فرایند پخت کلینکر سیمان اکسید سیمان به سهولت تشکیل شود. لذا از این نظر نیز ساخت سیمان فاقد اکسید آهن (سیمان سفید مشکلاتی را به وجود می‌آورد و هزینه تولید افزایش می‌یابد.

3)خواص ترکیبات اصلی سیمان

سیلیکات ها یعنی CS و C,S ترکیبات اصلی و مهم سیمان می‌باشند و در حقیقت

مقاومت سیمان هیدراته شده به آنها بستگی دارد. اکسیدهای تشکیل دهنده این سیلیکات ها تأثیرات مهمی روی شکل اتمی و کریستالی و خواص هیدرولیکی آنها دارند. در حقیقت حضورC:A در سیمان سودمند نیست. این ترکیب نقشی در مقاومت سیمان، به جز کمی در سن اولیه آن، نداشته و بعد از سخت شدن سیمان در صورت حمله سولفاتی با تشکیل سولفو آلومینات کلسیم (اترینگایت) سبب خرابی بتن می‌گردد. ولی C:A در فرایند تولید در ترکیب اکسید کلسیم با اکسید سیلیسیم سهولت ایجاد کرده و سودمند است. CAF که به میزان کمی به وجود می‌آید در مقابل سه ترکیب دیگر نقش عمده ای در خواص سیمان ندارد. به هر حال این ترکیب با سنگ گچ سیمان، سولفوفریت کلسیم تشکیل می‌دهد که این ماده هیدراتاسیون سیلیکات ها را تسریع می

کند.

4) انواع روش های ساخت سیمان

-روش تر

– روش نیمه تر

- روش نیمه خشک

- روش خشک

5) معادلات بوگ

محاسبه مربوط به میزان ترکیبات سیمان حاصل از اکسیدهای اصلی تشکیل دهنده آن توسط «بوگ» انجام سیلیس و اکسیدهای معدنی در دمای ۱۴۰۰ درجه تا ۱۵۰۰ درجه سانتی گراد ساخته می‌شود. به جسم حاصل، پس از حرارت دیدن کلینگر می‌گویند و از آسیاب کردن آن سیمان به دست می‌آید. اندازه دانه های کلینگر ۲۰ میلی متر است.

6)اجزای تشکیل دهنده سیمان

- مصالح آهکی (حدود ۶۰٪ إلى ۶۷٪)؛

- رس (حدود ۳٪ إلى 7٪)؛

- سیلیس (۱۷٪ الى ۲۷٪)؛

- اکسیدهای معدنی؛

- اکسید آهن (۵/۰٪ إلى ۶٪) ;Fc20

- اکسید سدیم (۲٫۰٪ إلى ۳/۱٪) Na2O

- اکسید منیزیم (۱/۰٪ إلى ۵/۴٪) MnO

- اکسید پتاسیم (۲٫۰٪ إلى ۳/۱٪) KO

- اکسید آلومینیوم (۳٪ إلى 8٪),Al2O

نام گالری فیلم و نام ویدیو

مرتبط با این بخش