تحقیق انواع سیمان

-1- مراحل ساخت سیمان پرتلند

از تعریف كلی سیمان مشخص می گردد كه سیمان ماده ای متشكل از مواد آهكی نظیر سنگ آهك یا گچ و مواد شامل اكسیدهای سیلیسیم و آلومینیوم یعنی رسها و شیل‌ها می باشد. مراحل مختلف ساخت سیمان شامل آسیاب مواد خام و تبدیل آنها به پودر، مخلوط نمودن آنها با درصدهای معین و پختن آنها در یك كوره گردنده در حرارت حدود 1400 درجه سانتیگراد.

در این درجه حرارت مواد در نقطه نزدیك ذوب، با هم تركیب شده و به كلینكر تبدیل می گردند. سپس كلینكر سرد شده و با مقداری سنگ گچ، به صورت پودری بسیار ریز آسیاب می شود. نتیجه عملیات فوق منجر به تولید سیمان معروف به پرتلند می گردد. مرحله مخلوط كردن و آسیاب نمودن مواد خام ممكن است بصورت خشك و یا تر انجام شود. مخلوط فوق به داخل كوره گردانده ای كه ممكن است به قطر 7 متر و طول 250 متر ساخته شود، ریخته می شود.

كوره فوق كه كمی شیبدار می باشد، از انتها و طرف بالا با مواد خام تغذیه شده و از ابتدا و طرف پایین سوخت به صورت پودر زغال یا مواد دیگر نظیر گاز با هوا به داخل آن دمیده می شود. دمای كوره به حدود 1500 درجه سانتیگراد رسیده و با مصرف 100 تا 250 كیلوگرم زغال، حدود یك تن سیمان تولید می گردد.

در طول كوره، مواد خام به درجات حرارت بالاتری رسیده و به مرور در آنها تغییرات شیمیایی یك سری فعل و انفعال شیمیایی در مواد بوجود آمده و سرانجام در داغ ترین قسمت كوره حدود 20 تا 30 درصد مواد بصورت مایع در آمده و اكسیدهای كلسیم، سیلیسیم، و آ‌لومینیوم مجدداً با یكدیگر تركیب می شوند. مواد فوق سپس به گلوله هایی با قطر بین 2 تا 25 میلیمتر بنام كلینكر تبدیل می شوند.

كلینكر سپس سرد شده و هوای گرم شده مجدداً همراه سوخت مصرف می شود. كلینكر سرد شده كه به صورت گلوله های سختی در آمده است با كمی سنگ گچ كه به منظور جلوگیری از گیرش سریع سیمان به آن اضافه می شود، آسیاب می گردد. مواد حاصله معروف به سیمان حاوی ¹² 10*1/1 ذره در هر كیلگرم می باشد.

یك كوره گردنده جدید در روش خشك می تواند 200 تن كلینكر در یك روز تولید نماید. جهت درك این رقم باید متذكر شد كه میزان تولید سیمان در سال 1984 بالغ بر 70 میلیون تن در آمریكا و 5/13 میلیون تن در انگلستان و حدود 11 میلیون تن در ایران بوده است.

با توجه به مصرف سیمان كه به علت صادرات و واردات با میزان تولید شده متفاوت است، در سال 1984 مصرف سرانه سیمان در آمریكا 225 كیلوگرم و در انگلستان 244 كیلوگرم بوده است. بالاترین میزان مصرف سرانه برابر 678 كیلوگرم و در ایتالیا بوده است. در كشورهای عربستان سعودی و قطر و امارات متحده عربی این رقم كلاً به 2000 كیلوگرم رسیده است.

1-2- شیمی تركیبات سیمان

مواد خام تشكیل دهنده سیمان اساساً از اكسیدهای كلسیم، سیلیسیم و آهن تشكیل شده اند. این مواد در كوره با هم تركیب شده و به غیر از مقداری آهك آزاد باقیمانده، كه فرصت كافی برای فعل و انفعال نداشته است، تركیبات شیمیایی جدید و پایداری نتیجه می شوند. در هنگام خنك كردن مصالح، براساس سرعت خنك كردن، مواد به شكل بلوری و بی شكل ظاهر می گردند. دانه های بی شكل كه اكثراً شیشه ای هستند و دانه های بلوری شده در حالی كه یك فرمول شیمیایی دارند، دارای خواص متفاوتی می باشند. برای سیمان معمولی، درصد تركیبات حاصل از فعل و انفعالات فوق با داشتن درصد اكسیدهای موجود در كلینكر و با فرض اینكه كریستاله شدن كامل انجام پذیرفته باشد، قابل محاسبه است.

جدول 2-1 چهار تركیب اصلی سیمان با علائم اختصاری مشخصه آنها را نشان می‌دهد. علائم مختصر شده كه توسط شیمی دانهای سیمان پیشنهاد گردیده است به صورت CaO=C، SiO₂=S، Al₂O₃=A، Fe₂O₃=F و H₂O=H می باشند...

...

-3- هیدراتاسیون سیمان

تا اینجا در ارتباط با پودرسیمان مطالبی عنوان گردید. اما مطلب مهم فعل و انفعال سیمان با آب، یا هیدراتاسیون سیمان می باشد. در تركیب آب با سیمان سیلیكاتها و آلومیناتهای سیمان هیدراته شده و به تدریج سخت می شوند. همانطور كه قبلاً بیان شد سیلیكاتهای كلسیم C₂S و C₃S اصلی ترین فعل و انفعال را با آب ایجاد می كنند، لیكن C₃S معمولاً با سرعت بیشتری تركیب می شود. در سیمانهای تجارتی سیلیكاتهای كلسیم نسبت به سایر اكسیدهای موجود در كلینكر ناخالصی بسیار كمی دارند. این ناخالصی ها در خواص سیلیكاتهای هیدراته شده تاثیر بسزایی دارند. C₃S ناخالص الایت (alite) و C₂S ناخالص بلایت (belite) نام دارند.

فعل و انفعال C₃S و آب هیدرات میكروكریستالی C₃S₂H₃ و همچنین هیدروكسید كلسیم كریستالی Ca(OH)₂ تولید می كند. C₂S نیز تركیباتی مشابه تولید می كند، لیكن میزان آهك تولید شده كمتر است. امروزه به سیلیكاتهای كلسیم هیدراته شده C-S-H گفته می شود. (قبلاً بنام “ژل توبرموریتی” بوده است). فعل و انفعالات بصورت زیر خلاصه می گردد.

C₃S:       

C₂S:       

اعداد داخل پرانتز نماینده وزن تركیبات فوق بوده و براین اساس، مشاهده می شود كه سیلیكاتها هر دو تقریباً  به یك میزان آب، برای فعل و انفعال احتیاج دارند. لیكن C₃S تقریباً بیش از 2 برابر C₂S تولید Ca(OH)₂ می كند. مقدار C₃A در اكثر سیمانها بسیار كم بوده و بعد از فعل و انفعال بصورت بلورهای مكعبی در آمده و توسط سیلیكاتهای كلسیم هیدراته شده محاصره می گردد.

فعل و انفعال C₃A خالص با آب، گیرش بسیار سریع داشته و این امر با اضافه كردن گچ كنترل می گردد. به هر حال گیرش C₃A سریعتر از گیرش سیلیكاتهای كلسیم بوده و به صورت فرمول زیر بیان می گردد...

...