نیازمندی های صنعت بتن
نیازمندی های صنعت بتن

سیمان پرتلند و سیمان هیدرولیکی آمیخته

سیمان پرتلند (شکل 2-1) مسلماً یکی اجزای بی­ بدیل می­باشد که به عنوان مواد چسبنده در ساخت بتن سیمان هیدرلیک استفاده می ­شود. انتخاب سیمان پرتلند با داشتن خواص شیمیایی و فیزیکی مناسب برای استفاده در بتن با مقاومت بالا یکی از پر اهمیت‌ترین ملاحظات است. امّا اغلب در فرآیند انتخاب مصالح کم اهمیت پنداشته می‌شود.

در انتخاب مواد سیمانی نه فقط مقاومت بلکه باید تمامی عملکردهای مورد نیاز مورد توجه قرار بگیرند. برای جلوگیری از مشکلات مربوط به برهمکنش مواد افزودنی شیمیایی و دیگر فرآورده های سیمانی، می­بایست در ابتدا سازگاری سیمان مورد تایید قرار بگیرد. تولید کنندگان در ساخت بتن به خاطر تجربه می­ توانند در مرحلۀ اوّل از چگونگی معیار انتخاب مواد سیمانی آگاه شوند. آنهایی که تجربه کافی ندارند این مهم را به ­بهای سنگین خواهند آموخت.

چگالی ظاهری سیمان پرتلند و مواد مکمل سیمانی

عملکرد سیمان پرتلند، در بتن با مقاومت بالا می‌تواند تغییرات گسترده ای داشته باشد، انتخاب مواد سیمانی مناسب، مهم‌ترین گام برای تولید موقفیت ­آمیز بتن با مقاومت بالا است. در این قسمت، اصول اوّلیۀ چگونگی تولید سیمان پرتلند بررسی خواهد شد؛ همچنین، به حالات مختلفی که می­تواند خواص سیمان پرتلند را تغییر دهد و به خواص با اهمیت سیمان که با عملکرد و به ویژه مقاومت بتن در ارتباط است، پرداخته می‌شود.

وزن مخصوص ظاهری مواد سیمانی

چگالی ظاهری

مواد

15/3

سیمان پرتلند

30/2 تا 60/2

 Fخاکستر بادی کم کلسیم، کلاس

65/2 تا 75/2

Cخاکستر بادی پر کلسیم، کلاس  

80/2 تا 90/2

سیمان سرباره

20/2 تا 25/2

میکروسیلیس

7/2 تا 75/2

متاکائولن

تصویر ریزنگار سیمان پرتلند

سیمان پرتلند

سیمان پرتلند به سیمانی اطلاق می­شود که از مخلوط کردن مواد آهکی و رُسی و یا هر ماده دارای اکسیدهای سیلیسی، آلومینیمی و یا آهنی و پختن آنها تا دمای تولید کلینکر و سپس آسیاب کردن کلینکر، حاصل می­شود. طبق تعاریف استاندارد­های قدیمی انگلستان و استاندارد‌های جدید اتحادیه اورپا و استاندارد‌های آمریکا پس از مخلوط فوق، تنها ممکن است مقداری سنگ گچ، آب و مواد تسهیل کننده­ آسیاب کردن به این مخلوط، اضافه شود (2010Neville, ).

سیمان پرتلند ‌به‌وسیله ­حرارت دادن منابعی از آهک، آهن، سیلیس، آلومینا و آسیاب کردن و مخلوط کردن با یک خوراک خام و یا ”طرح اختلاط“ در یک کوره دوار در حرارت 1400 Cº 1550 ‌به‌طور‌ شیمیایی تبدیل شده و­ به‌دست می­آید. محصول دانه ای سرد شده، یک کلینکر چند فازه و پیچیده است که عمدتاً شامل تعدادی از ترکیبات کلسیم سیلیکات و ترکیبات آلومینات می‌باشد که توام با مقدار کمی از کلسیم سولفات تا رسیدن به یک پودر آسیاب می­شود (1976،Hall ).

در علوم شیمی سیمان، ترکیب شیمیایی سیمان پرتلند به‌صورت سنّتی با نماد اکسید نشان داده می‌شود. این فرم از ”اختصار نویسی“ برای هر اکسید یک حرف بزرگ است. لیست اختصارات مورد استفاده در علوم شیمی سیمان و ترکیبات اصلی شکل گرفته در کلینکر سیمان پرتلند در جداول نشان داده شده­اند. کلینکر سیمان پرتلند متشکل از مخلوط از دو فاز کریستال کلسیم سیلیکات، C3S و C2S ساکن در فاز درون شبکه و یا ”گدازش­­“ متشکل از A3C و AF4C می‌باشد.

همان طور که در شکل مشاهده می‌شود، هر ترکیب یک واکنش­پذیری هیدراسیون منحصر به­فرد است. عوامل اصلی مرتبط با فرآیند که با ویژگی­ های سیمان پرتلند مشارکت می­کنند عبارتند از: دمای سوزاندن، استمرار سوزاندن، دسترسی به اکسیژن، مدت سرد سازی و دمای آسیاب کردن. عوامل ذکر شده بر روی شکل گیری ناخالصی­ ها شدیداً تأثیر گذارند، نا خالصی­ هایی مانند سولفات قلیایی، پریکلاز و آهک مرده بر مقاومت و پایداری حجمی تأثیر­گذار هستند.

اختصارات مورد استفاده در شیمی سیمان.

علامت اختصاری

فرمول شیمیایی

مواد

C

CaO

کلسیم اکسید

S

SiO2

سیلیس

A

Al2O3

آلومینا

F

Fe2O3

آهن

T

TiO2

تیتانیوم

M

MgO

منیزی

K

K2O

پتاسیم

N

Na2O

سدیم

Ŝ

SO3

سولفور

H

H2O

آب

ترکیبات اصلی در کلینکر سیمان پرتلند.

علامت اختصاری

فرمول شیمیایی

مواد

C3S

3 CaO · SiO2

تری کلسیم سیلیکات

C2S

2 CaO · SiO2

دی کلسیم سیلیکات

C3A

3 CaO · Al2O3

تری کلسیم آلومینات

C4AF

4 CaO · Al2O3·Fe2O3

تترا کلسیم آلومینات فریت

  

چهار ترکیب اصلی سیمان دارای خواص ذیل است  (200Kosmatka و همکاران):

تری کلسیم سیلیکات (C3S): هیدراته­شدن و سخت شدن سریع که تا حد زیادی مسئول گیرش و مقاومت اوّلیه می‌باشد. ‌به‌طور‌ کلی با افزایش درصد C3S مقاومت اوّلیه بتن سیمان پرتلند افزایش می‌یابد.

دی کلسیم سیلیکات (C2S): هیدراته­شدن و سخت شدن تدریجی که در افزایش مقاومت فراتر از یک هفته مشارکت می‌کند.

تری کلسیم آلومینات (C3A): سبب رها شدن مقدار زیادی از حرارت در چند روز ابتدائی هیدراسیون و سخت شدن می­شود و همچنین کمی در افزایش مقاومت اوّلیه مشارکت می­کند. سیمان با درصد کمی از C3A باعث افزایش پایداری بیشتر در محیط سولفاته می‌شود.

کلینکر سیمان پرتلند (انجمن سیمان پرتلند)
تترا کلسیم آلومینو فریت (C4AF): محصول به‌دست آمده از ترکیبی از مواد خام آهن و آلومینیوم برای کاهش دمای کلینکرینگ (تشکیل کلینکر) در حین تولید سیمان است و مشارکت کمی در مقاومت سیمان دارد. دلیل اصلی ایجاد رنگ خاکستری سیمان به دلیل تترا کلسیم آلومینو فریت و هیدرات­های آن می‌باشد.
اشتراک گذاری Telegram Facebook WhatsApp Twitter