یکشنبه , 13 آذر 1401 - 7:08 بعد از ظهر

اطلاعات کمیاب از سیمان

اطلاعات کمیاب از سیمان

در این مقاله می خواهیم اطلاعات کمیاب از سیمان را برایتان به صورت صفر تا صدی بازگو کنیم . تا انتها با ما باشید تا در مورد سیمان به صورت کامل و دقیق اطلاعات مفیدی را نیاز دارید بدانید به دست بیاورید .

تاریخچه سیمان

منشا سیمان های هیدرولیک به یونان و روم باستان باز می گردد. مواد مورد استفاده آهک و خاکستر آتشفشانی بود که در مجاورت آب به آرامی با آن واکنش نشان داد و توده سختی را تشکیل داد. این ماده سیمانی ملات و بتن رومی بیش از 2000 سال پیش و کارهای ساختمانی بعدی در اروپای غربی را تشکیل داد. خاکستر آتشفشانی استخراج شده در نزدیکی شهر فعلی Pozzuoli ایتالیا، به ویژه غنی از مواد معدنی آلومینوسیلیکات ضروری بود که باعث پیدایش سیمان پوزولانای کلاسیک دوران روم شد. تا به امروز اصطلاح پوزولانا یا پوزولان یا به خود سیمان یا هر آلومینوسیلیکات ریز تقسیم شده اطلاق می شود که با آهک در آب واکنش می دهد و سیمان تشکیل می دهد. (اصطلاح سیمان، در عین حال، از کلمه لاتین caementum گرفته شده است، که به معنای خرده سنگ هایی است که در ملات رومی استفاده می شود – نه خود ماده اتصال دهنده.)

سیمان پرتلند

سیمان پرتلند جانشین یک آهک هیدرولیکی است که برای اولین بار توسط جان اسمیتون در سال 1756 هنگامی که او برای برپایی فانوس دریایی Eddystone در سواحل پلیموث، دوون، انگلستان فراخوانده شد، توسعه یافت. توسعه بعدی که در حدود سال 1800 در انگلستان و فرانسه اتفاق افتاد، ماده ای بود که از سوزاندن گره های سنگ آهک رسی به دست می آمد. اندکی پس از آن در ایالات متحده، ماده مشابهی با سوزاندن ماده ای طبیعی به نام «سنگ سیمانی» به دست آمد. این مواد متعلق به کلاسی به نام سیمان طبیعی هستند که با سیمان پرتلند مرتبط هستند اما به آرامی می سوزند و ترکیب کنترل شده ای ندارند.

اختراع سیمان پرتلند

اختراع سیمان پرتلند معمولاً به جوزف آسپدین از لیدز، یورکشایر، انگلستان نسبت داده می شود که در سال 1824 برای ماده ای که از مخلوط مصنوعی سنگ آهک و خاک رس تولید می شد، حق اختراع گرفت. او این محصول را “سیمان پرتلند” نامید زیرا شباهت خیالی این ماده در هنگام گیرش به سنگ پرتلند، سنگ آهکی که برای ساخت و ساز در انگلستان استفاده می شود، دارد. محصول آسپدین ممکن است خیلی کم سوخته باشد تا سیمان پرتلند واقعی باشد، و نمونه اولیه آن شاید همان چیزی باشد که آیزاک چارلز جانسون در جنوب شرقی انگلستان در حدود سال 1850 تولید کرد. ساخت سیمان پرتلند به سرعت در سایر کشورهای اروپایی و آمریکای شمالی گسترش یافت. در طول قرن بیستم، تولید سیمان در سراسر جهان گسترش یافت. تا سال 2019، چین و هند به رهبران جهان در تولید سیمان تبدیل شدند و پس از آن ویتنام، ایالات متحده و مصر قرار گرفتند.

مواد خام سیمان

سیمان پرتلند اساساً از ترکیبات آهک (اکسید کلسیم، CaO) مخلوط شده با سیلیس (دی اکسید سیلیکون، SiO2) و آلومینا (اکسید آلومینیوم، Al2O3) تشکیل شده است. آهک از مواد خام آهکی (شامل آهک) و سایر اکسیدها از ماده آرژیلوس (رسی) به دست می آید. مواد خام اضافی مانند ماسه سیلیس، اکسید آهن (Fe2O3) و بوکسیت – حاوی آلومینیوم هیدراته، Al(OH)3 – ممکن است در مقادیر کمتر برای به دست آوردن ترکیب مورد نظر استفاده شوند.

 

 

رایج ترین مواد خام آهکی، سنگ آهک و گچ است، اما از مواد دیگر مانند رسوبات مرجانی یا صدفی نیز استفاده می شود. خاک رس، شیل، تخته سنگ، و گل مصب رودخانه مواد خام معمولی آرژیلاس هستند. مارن، خاک رس آهکی فشرده و سنگ سیمانی حاوی هر دو اجزای آهکی و آرژیلوس به نسبت هایی است که گاهی اوقات ترکیبات سیمان را تقریب می زند. ماده خام دیگر سرباره کوره بلند است که عمدتاً از آهک، سیلیس و آلومینا تشکیل شده و با مواد آهکی با محتوای آهک بالا مخلوط می شود. کائولن، یک خاک رس سفید که حاوی اکسید آهن کمی است، به عنوان جزء آرژیلاس برای سیمان پرتلند سفید استفاده می شود. ضایعات صنعتی، مانند خاکستر بادی و کربنات کلسیم حاصل از تولیدات شیمیایی، از دیگر مواد خام احتمالی هستند، اما استفاده از آنها در مقایسه با مواد طبیعی ناچیز است.

مقدار منیزیم (اکسید منیزیم، MgO) مواد خام باید کم باشد زیرا حد مجاز در سیمان پرتلند 4 تا 5 درصد است. سایر ناخالصی‌های موجود در مواد خام که باید به شدت محدود شوند، ترکیبات فلوئور، فسفات‌ها، اکسیدها و سولفیدهای فلزی و قلیایی‌های زیاد هستند.

یکی دیگر از مواد اولیه ضروری گچ است که حدود 5 درصد از آن در هنگام آسیاب به کلینکر سیمان سوخته اضافه می شود تا زمان گیرش سیمان کنترل شود. سیمان پرتلند همچنین می تواند در فرآیند ترکیبی با اسید سولفوریک با استفاده از سولفات کلسیم یا انیدریت به جای کربنات کلسیم ساخته شود. دی اکسید گوگرد تولید شده در گازهای دودکش در هنگام سوختن با فرآیندهای معمولی به اسید سولفوریک تبدیل می شود.

استخراج و فرآوری

مواد خام مورد استفاده در ساخت سیمان در مورد سنگ های سخت مانند سنگ های آهک، تخته سنگ و برخی از شیل ها و در صورت لزوم با کمک انفجار استخراج می شود. برخی از ذخایر با روش های زیرزمینی استخراج می شوند. سنگ های نرم تری مانند گچ و خاک رس را می توان مستقیماً توسط بیل مکانیکی حفر کرد.

مواد حفاری شده توسط کامیون ها، واگن های باری راه آهن، تسمه نقاله یا طناب ها به کارخانه سنگ شکن منتقل می شوند. آنها همچنین می توانند در حالت مرطوب یا دوغاب توسط خط لوله حمل شوند. در مناطقی که سنگ‌های آهکی با محتوای آهک به اندازه کافی در دسترس نیستند، می‌توان از برخی فرآیندهای غنی‌سازی استفاده کرد. شناورسازی کف سیلیس یا آلومینا اضافی را حذف می‌کند و بنابراین سنگ آهک را ارتقا می‌دهد، اما این فرآیند پرهزینه است و تنها زمانی استفاده می‌شود که اجتناب‌ناپذیر باشد.

تولید سیمان

در ساخت سیمان پرتلند چهار مرحله وجود دارد:

  1. (1) خرد کردن و آسیاب کردن مواد خام،
  2. (2) مخلوط کردن مواد به نسبت صحیح،
  3. (3) سوزاندن مخلوط آماده شده در کوره، و
  4. (4) آسیاب کردن مواد سوخته شده.

محصولی که به نام کلینکر شناخته می شود همراه با حدود 5 درصد گچ (برای کنترل زمان گیرش سیمان). سه فرآیند تولید به عنوان فرآیندهای تر، خشک و نیمه خشک شناخته می شوند و زمانی که مواد خام خیس شده و به عنوان دوغاب به کوره داده می شوند، خشک آسیاب شده و به صورت پودر خشک تغذیه می شوند یا به صورت خشک آسیاب می شوند و سپس خشک می شوند، نامیده می شوند. مرطوب می شود تا گره هایی تشکیل شود که به کوره تغذیه می شوند.

آیا تولید سیمان آلودگی دی اکسید کربن اضافه می کند ؟

تخمین زده می شود که حدود 4 تا 8 درصد از انتشار دی اکسید کربن (CO2) جهان از تولید سیمان ناشی می شود که آن را به یکی از عوامل اصلی گرمایش جهانی تبدیل می کند. برخی از راه‌حل‌های این انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش‌های دیگر مشترک هستند، مانند افزایش بهره‌وری انرژی کارخانه‌های سیمان، جایگزینی سوخت‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر، و جذب و ذخیره CO2 منتشر شده. علاوه بر این، با توجه به اینکه بخش قابل توجهی از انتشار بخش ذاتی تولید کلینکر است، سیمان‌های جدید و فرمول‌های جایگزین که نیاز به کلینکر را کاهش می‌دهند، حوزه مهمی هستند.

 

خرد کردن و آسیاب کردن

همه به جز مواد نرم ابتدا خرد می شوند، اغلب در دو مرحله، و سپس آسیاب می شوند، معمولاً در آسیاب های چرخان، استوانه ای یا لوله ای حاوی باری از توپ های آسیاب فولادی. این آسیاب بسته به فرآیند مورد استفاده به صورت مرطوب یا خشک انجام می شود، اما برای آسیاب خشک ابتدا ممکن است نیاز باشد که مواد اولیه در خشک کن های استوانه ای و چرخشی خشک شوند.

مواد نرم با هم زدن شدید با آب در آسیاب‌های شستشو شکسته می‌شوند و دوغاب ریز تولید می‌کنند که برای حذف ذرات بزرگ از روی صفحه‌ها عبور داده می‌شود.

مخلوط کردن

اولین تقریب از ترکیب شیمیایی مورد نیاز برای یک سیمان خاص با استخراج انتخابی و کنترل مواد خام تغذیه شده به کارخانه خرد کردن و آسیاب به دست می آید. کنترل دقیق تر با کشیدن مواد از دو یا چند دسته حاوی مخلوط های خام با ترکیب کمی متفاوت به دست می آید. در فرآیند خشک این مخلوط ها در سیلوها ذخیره می شوند. مخازن دوغاب در فرآیند مرطوب استفاده می شوند. اختلاط کامل مواد خشک در سیلوها با هم زدن و گردش شدید ناشی از هوای فشرده تضمین می شود. در فرآیند مرطوب، مخازن دوغاب توسط وسایل مکانیکی یا هوای فشرده یا هر دو هم زده می شوند. دوغاب که حاوی 35 تا 45 درصد آب است، گاهی اوقات فیلتر می شود و محتوای آب را به 20 تا 30 درصد کاهش می دهد و سپس کیک صافی به کوره می رسد. این باعث کاهش مصرف سوخت برای سوختن می شود.

سوزش

اولین کوره هایی که در آنها سیمان به صورت دسته ای سوزانده می شد، کوره های بطری و به دنبال آن کوره های محفظه ای و سپس کوره های شفت پیوسته بودند. کوره شفت به شکل مدرن هنوز در برخی کشورها استفاده می شود، اما وسیله غالب سوزاندن کوره دوار است. این کوره‌ها – تا 200 متر (660 فوت) طول و شش متر قطر در کارخانه‌های فرآیند مرطوب، اما کوتاه‌تر برای فرآیند خشک – از یک پوسته استوانه‌ای فولادی تشکیل شده‌اند که با مواد نسوز پوشانده شده‌اند. آنها به آرامی روی محوری می چرخند که چند درجه به سمت افقی متمایل است. خوراک مواد خام، وارد شده در انتهای بالایی، به آرامی به سمت پایین کوره به سمت پایین، یا پختن، حرکت می کند. سوخت برای شلیک ممکن است زغال سنگ، نفت یا گاز طبیعی پودر شده باشد که از طریق لوله تزریق می شود. دما در انتهای پخت بسته به مواد خام سوزانده شده از حدود 1350 تا 1550 درجه سانتیگراد (2460 تا 2820 درجه فارنهایت) متغیر است. نوعی مبدل حرارتی معمولاً در قسمت پشتی کوره تعبیه می‌شود تا انتقال حرارت به مواد خام ورودی را افزایش داده و در نتیجه حرارت از دست رفته در گازهای زائد را کاهش دهد. محصول سوخته به صورت گره های کوچک کلینکر از کوره خارج می شود. اینها به کولرها منتقل می شوند، جایی که گرما به هوای ورودی منتقل می شود و محصول خنک می شود. کلینکر ممکن است بلافاصله آسیاب شود تا سیمان شود یا برای استفاده بعدی در انبارها ذخیره شود.

در فرآیند نیمه خشک، مواد خام به شکل گره هایی حاوی 10 تا 15 درصد آب، قبل از عبور به کوره دوار کوتاهتر، روی یک رنده زنجیره ای متحرک تغذیه می شوند. گازهای داغی که از کوره می آیند از طریق گره های خام روی رنده مکیده می شوند و گره ها را از قبل گرم می کنند.

انتشار گرد و غبار از کوره های سیمان می تواند یک مزاحمت جدی باشد. در مناطق پر جمعیت معمولاً و اغلب اجباری است که سیکلون گیرها، سیستم های کیسه-فیلتر یا رسوب دهنده های گرد و غبار الکترواستاتیک بین خروجی کوره و پشته دودکش قرار داده شوند. بیش از 50 درصد از انتشارات تولید سیمان به طور ذاتی با تولید کلینکر مرتبط است و محصول جانبی واکنش شیمیایی است که فرآیند فعلی را هدایت می کند. پتانسیل ترکیب کلینکر با مواد جایگزین برای کاهش نیاز به خود کلینکر و در نتیجه کمک به کاهش اثرات آب و هوایی فرآیند ساخت سیمان وجود دارد.

کارخانه های سیمان مدرن مجهز به ابزار دقیق برای کنترل فرآیند سوزاندن هستند. مواد خام در برخی از گیاهان به طور خودکار نمونه برداری می شود و یک کامپیوتر ترکیب مخلوط خام را محاسبه و کنترل می کند. بزرگترین کوره های دوار خروجی بیش از 5000 تن در روز دارند.

سنگ زنی

کلینکر و مقدار لازم گچ را در آسیاب های افقی مشابه آسیاب های مورد استفاده برای آسیاب کردن مواد خام به صورت پودر ریز آسیاب می کنند. این مواد ممکن است مستقیماً از آسیاب عبور کند (سوز کردن مدار باز)، یا مواد درشت تر ممکن است از محصول آسیاب شده جدا شده و برای آسیاب بیشتر به آسیاب برگردانده شود (سوز کردن مدار بسته). گاهی اوقات مقدار کمی از کمک آسیاب به مواد خوراک اضافه می شود. برای سیمان های حباب کننده هوا (که در قسمت زیر بحث شده است) یک عامل حباب کننده هوا نیز به همین ترتیب ساخته می شود.

سیمان تمام شده به صورت پنوماتیک به سیلوهای ذخیره سازی پمپ می شود که از آن برای بسته بندی در کیسه های کاغذی یا برای ارسال در ظروف فله برداشته می شود.

سیمان های اصلی: ترکیب و خواص

سیمان پورتلند

ترکیب شیمیایی
سیمان پرتلند از چهار ترکیب اصلی تشکیل شده است: سیلیکات تری کلسیم (3CaO · SiO2)، سیلیکات دی کلسیم (2CaO · SiO2)، تری کلسیم آلومینات (3CaO · Al2O3) و یک آلومینوفریت تترا کلسیم (4CaO · Al2O3Fe2O3). در یک علامت اختصاری که با نمادهای اتمی معمولی متفاوت است، این ترکیبات به عنوان C3S، C2S، C3A و C4AF تعیین می شوند، که در آن C مخفف اکسید کلسیم (آهک)، S برای سیلیس، A برای آلومینا و F برای اکسید آهن است. مقادیر کمی آهک و منیزیم غیرترکیب به همراه مواد قلیایی و مقادیر جزئی دیگر عناصر نیز وجود دارد.

هیدراتاسیون

مهمترین ترکیبات هیدرولیکی سیلیکات های کلسیم، C2S و C3S هستند. پس از مخلوط شدن با آب، سیلیکات های کلسیم با مولکول های آب واکنش داده و هیدرات سیلیکات کلسیم (3CaO · 2SiO2 · 3H2O) و هیدروکسید کلسیم (Ca[OH]2) تشکیل می دهند. به این ترکیبات نمادهای مختصر C-S-H (نمایش داده شده با فرمول متوسط ​​C3S2H3) و CH داده شده است، و واکنش هیدراتاسیون را می توان به طور خام با واکنش های زیر نشان داد:
2C3S + 6H = C3S2H3 + 3CH
2C2S + 4H = C3S2H3 + CH
در مرحله اولیه هیدراتاسیون، ترکیبات اصلی حل می شوند و انحلال پیوندهای شیمیایی آنها مقدار قابل توجهی گرما ایجاد می کند. سپس، به دلایلی که به طور کامل شناخته نشده است، هیدراتاسیون متوقف می شود. این دوره سکون یا غیرفعال در محل قرارگیری بتن بسیار مهم است. بدون یک دوره خواب، کامیون های سیمان وجود نخواهد داشت. ریختن باید بلافاصله پس از مخلوط کردن انجام شود.

پس از دوره خواب (که می تواند چندین ساعت طول بکشد)، سیمان شروع به سخت شدن می کند، زیرا CH و C-S-H تولید می شود. این ماده سیمانی است که سیمان و بتن را به هم متصل می کند. با ادامه هیدراتاسیون، آب و سیمان به طور مداوم مصرف می شوند. خوشبختانه، محصولات C-S-H و CH تقریباً همان حجم سیمان و آب اصلی را اشغال می کنند. حجم تقریباً حفظ شده است و انقباض قابل کنترل است.

اگرچه فرمول های بالا C-S-H را به عنوان یک استوکیومتری خاص در نظر می گیرند، با فرمول C3S2H3، به هیچ وجه یک ساختار منظم از ترکیب یکنواخت را تشکیل نمی دهد. C-S-H در واقع یک ژل آمورف با استوکیومتری بسیار متغیر است. برای مثال، نسبت C به S بسته به طراحی مخلوط و شرایط پخت، می تواند از 1:1 تا 2:1 متغیر باشد.

خواص ساختاری

استحکام ایجاد شده توسط سیمان پرتلند به ترکیب آن و ظرافتی که به آن آسیاب می شود بستگی دارد. C3S عمدتاً مسئول استحکام ایجاد شده در هفته اول سخت شدن و C2S برای افزایش بعدی مقاومت است. ترکیبات آلومینا و آهن که فقط در مقادیر کمتری وجود دارند، سهم مستقیم کمی در استحکام دارند.

سیمان و بتن در اثر حمله برخی از عوامل شیمیایی طبیعی یا مصنوعی ممکن است دچار زوال شوند. ترکیب آلومینا در خاک های حاوی نمک های سولفات یا در آب دریا آسیب پذیرترین ترکیب در برابر حمله شیمیایی است، در حالی که ترکیب آهن و دو سیلیکات کلسیم مقاومت بیشتری دارند. هیدروکسید کلسیم آزاد شده در طی هیدراتاسیون سیلیکات های کلسیم نیز آسیب پذیر است

حمله کردن از آنجایی که سیمان هنگام هیدراته شدن، گرما را آزاد می کند، بتن قرار داده شده در توده های بزرگ، مانند سدها، می تواند باعث شود که دمای داخل جرم تا 40 درجه سانتیگراد (70 درجه فارنهایت) بالاتر از دمای بیرونی باشد. سرد شدن بعدی می تواند دلیل ترک خوردگی باشد. بالاترین گرمای هیدراتاسیون توسط C3A نشان داده می شود و به ترتیب C3S، C4AF و C2S به ترتیب نزولی به دنبال دارد.

انواع سیمان پرتلند

پنج نوع سیمان پرتلند در ایالات متحده توسط انجمن آزمایش و مواد آمریکا (ASTM) استاندارد شده است: معمولی (نوع I)، اصلاح شده (نوع II)، با مقاومت اولیه (نوع III)، کم حرارت (نوع) IV) و مقاوم در برابر سولفات (نوع V). در کشورهای دیگر، نوع II حذف شده است و نوع III سخت شدن سریع نامیده می شود. نوع V در برخی از کشورهای اروپایی به سیمان فراری معروف است.

سیمان های رنگی از آسیاب 5 تا 10 درصد رنگدانه های مناسب با سیمان پرتلند سفید یا خاکستری معمولی ساخته می شوند. سیمان های حباب هوا با افزودن مقدار کمی، حدود 0.05 درصد، یک عامل آلی که باعث حباب های بسیار ریز هوا در بتن می شود، در هنگام آسیاب کردن ایجاد می شود. این امر باعث افزایش مقاومت بتن در برابر آسیب یخ زدگی در آب و هوای سرد می شود. در هنگام ساخت بتن، عامل حباب کننده هوا می تواند به عنوان یک ماده جداگانه به مخلوط اضافه شود.

سیمان های کم قلیایی، سیمان های پرتلند هستند که محتوای قلیایی آنها بیشتر از 0.6 درصد نیست. اینها در بتن ساخته شده با انواع خاصی از سنگدانه ها استفاده می شود که حاوی شکلی از سیلیس است که با مواد قلیایی واکنش می دهد و باعث انبساط می شود که می تواند بتن را مختل کند.

سیمان بنایی عمدتاً برای ملات استفاده می شود. آنها از مخلوطی از سیمان پرتلند و سنگ آهک آسیاب شده یا مواد پرکننده دیگر همراه با یک عامل هواگیر یا یک افزودنی دفع کننده آب تشکیل شده اند. سیمان ضد آب نامی است که به سیمان پرتلندی گفته می شود که ماده ضد آب به آن اضافه شده است. سیمان آبگریز از آسیاب کردن کلینکر سیمان پرتلند با یک ماده تشکیل دهنده فیلم مانند اسید اولئیک به منظور کاهش سرعت زوال زمانی که سیمان در شرایط نامساعد ذخیره می شود، به دست می آید.

سیمان چاه نفت برای سیمان کاری در حفاری چاه های نفت که در معرض دما و فشار بالا هستند استفاده می شود. آنها معمولاً از سیمان پرتلند یا پوزولانی (نگاه کنید به زیر) با کندگیرهای آلی ویژه تشکیل شده اند تا از گیرش خیلی سریع سیمان جلوگیری کنند.

سیمان سرباره

سرباره دانه بندی شده حاصل از سرد شدن سریع سرباره های مذاب مناسب از کوره بلند، اساس گروه دیگری از سیمان های ساختمانی را تشکیل می دهد. مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره دانه‌بندی شده، حاوی حداکثر 65 درصد سرباره، در کشورهای انگلیسی زبان به عنوان سیمان کوره بلند پرتلند (سرباره) شناخته می‌شود. Eisenportlandzement و Hochofenzement آلمان به ترتیب تا 40 و 85 درصد سرباره دارند. مخلوط‌هایی با نسبت‌های دیگر در کشورهای فرانسوی‌زبان با نام‌هایی مانند ciment portland de fer، ciment métallurgique mixte، ciment de haut fourneau و ciment de liatier au clinker یافت می‌شوند. خواص این سیمان های سرباره به طور کلی شبیه به سیمان پرتلند است، اما محتوای آهک کمتری دارند و سیلیس و آلومینا بیشتری دارند. آنهایی که محتوای سرباره بالاتری دارند مقاومت بیشتری در برابر حملات شیمیایی دارند.

نوع دیگری از سیمان حاوی سرباره، سیمان سوپر سولفاته است که از سرباره دانه بندی شده مخلوط با 10 تا 15 درصد گچ سخت سوخته یا انیدریت (سولفات کلسیم بی آب طبیعی) و چند درصد سیمان پرتلند تشکیل شده است. خواص مقاومتی سیمان سوپر سولفاته مشابه سیمان پرتلند است، اما مقاومت آن در برابر بسیاری از انواع حملات شیمیایی افزایش می یابد. سیمان پوزولانی مخلوطی از سیمان پرتلند و یک ماده پوزولانی است که ممکن است طبیعی یا مصنوعی باشد. پوزولانای طبیعی عمدتاً موادی با منشاء آتشفشانی هستند، اما شامل برخی از خاکهای دیاتومه هستند. مواد مصنوعی شامل خاکستر بادی، خاک رس سوخته و شیل هستند. پوزولاناها موادی هستند که اگرچه به خودی خود سیمانی نیستند، اما حاوی سیلیس (و آلومینا) به شکل واکنشی هستند که می توانند در حضور آب با آهک ترکیب شوند و ترکیباتی با خواص سیمانی ایجاد کنند. مخلوط‌های آهک و پوزولانا هنوز هم کاربرد دارند، اما تا حد زیادی توسط سیمان پوزولانی مدرن جایگزین شده‌اند. هیدراته شدن بخش سیمان پرتلند، آهک مورد نیاز برای ترکیب با پوزولانا را آزاد می کند.

سیمان با آلومینا بالا

سیمان با آلومینا بالا سیمانی با سخت شدن سریع است که از ذوب در دمای 1500 تا 1600 درجه سانتیگراد (2730 تا 2910 درجه فارنهایت) مخلوطی از بوکسیت و سنگ آهک در یک کوره طنین دار یا الکتریکی یا در یک کوره دوار ساخته می شود. همچنین می توان آن را با پخت در حدود 1250 درجه سانتیگراد (2280 درجه فارنهایت) ساخت. بوکسیت های مناسب حاوی 50 تا 60 درصد آلومینا، تا 25 درصد اکسید آهن، حداکثر 5 درصد سیلیس و 10 تا 30 درصد آب هیدراته هستند. سنگ آهک باید فقط حاوی مقادیر کمی سیلیس و منیزیم باشد. سیمان حاوی 35 تا 40 درصد آهک، 40 تا 50 درصد آلومینا، تا 15 درصد اکسید آهن و ترجیحاً بیش از 6 درصد سیلیس نیست. ترکیب سیمانی اصلی آلومینات کلسیم (CaO · Al2O3) است.

سیمان با آلومینا بالا در عرض 24 ساعت نسبت بالایی از استحکام نهایی خود را به دست می آورد و در برابر حملات شیمیایی مقاومت بالایی دارد. همچنین می توان از آن در پوشش های نسوز کوره ها استفاده کرد. شکل سفید سیمان، حاوی حداقل نسبت اکسید آهن و سیلیس، دارای خواص نسوز برجسته است.

سیمان های منبسط کننده و غیر منقبض شونده

سیمان های منبسط شده و غیر منقبض کننده در اثر هیدراتاسیون اندکی منبسط می شوند، بنابراین انقباض کوچکی را که هنگام خشک شدن بتن تازه برای اولین بار رخ می دهد، جبران می کند. سیمان منبسط کننده برای اولین بار در سال 1945 در فرانسه تولید شد. نوع آمریکایی مخلوطی از سیمان پرتلند و عامل انبساطی است که با کلینکر کردن مخلوط گچ، بوکسیت و گچ ساخته می شود.

چه کسی سیمان را اختراع کرد؟

جوزف آسپدین
اختراع سیمان پرتلند معمولاً به جوزف آسپدین از لیدز، یورکشایر، انگلستان نسبت داده می شود که در سال 1824 برای ماده ای که از مخلوط مصنوعی سنگ آهک و خاک رس تولید می شد، حق اختراع گرفت.

1. بتن پرمصرف ترین ماده در جهان است

شاید تعجب آور نباشد که بتن به طور باورنکردنی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع بیش از هر ماده دیگری در جهان استفاده می شود – شاید به این دلیل که سنگدانه ها و آب مورد استفاده برای ایجاد بتن تقریباً در همه جا موجود است. با این حال شاید تعجب برانگیزتر باشد اگر بدانیم که سالانه 20 میلیارد تن استفاده می شود و چین بزرگترین مصرف کننده بتن در جهان است و مسئول نیمی از بتن جهان در سال است!

2. بتن و سیمان یکی نیستند

اینکه فکر کنیم “بتن” و “سیمان” یکسان هستند مانند این است که بگوییم آرد همان کیک است. فقط حدود 10-15 درصد بتن را سیمان تشکیل می دهد که خود بیشتر از آهک تشکیل شده است. بین 60 تا 65 درصد از سنگدانه هایی مانند شن یا ماسه و 15 تا 20 درصد آب است.

3. رومیان باستان بتن را به کمال رساندند – و هنوز هم پابرجاست

دوازده میلیون سال پیش به طور طبیعی در اسرائیل شکل گرفت و مصریان باستان از نوعی بتن در اهرام جیزه استفاده می کردند. اما این رومیان بودند که مهارت بتن را به دست آوردند. مشهورترین آن، پانتئون در رم است که در حدود سال 120 پس از میلاد ساخته شد، هنوز هم بزرگترین سازه بتنی بدون تکیه گاه در جهان است.

4. سیمان پرتلند از سنگ آهکی با رنگ مشابه نامگذاری شده است

سیمان پرتلند که در سال 1824 توسط جوزف آسپدین ابداع شد، امروزه به طور گسترده به عنوان سنگدانه برای اکثر بتن ها استفاده می شود. آسپدین سنگ آهک و خاک رس را حرارت داد تا رنگی تولید کند که می تواند برای سنگ آهک محبوب پورتلند، دورست، عبور کند. او به سرعت متوجه شد که می توان از آن برای ساخت خانه استفاده کرد و این ماده را به ثبت رساند.

5. از بتن برای شناسایی هواپیماهای دشمن در جنگ جهانی دوم استفاده می شد

قابل توجه است که در آغاز جنگ جهانی دوم از “آینه های صوتی” بتنی برای ارائه هشدار اولیه در مورد نزدیک شدن هواپیما استفاده شد. در ابتدا میکروفون‌هایی به آن‌ها متصل بودند و برد شنیداری چشمگیر حدود 27 مایل داشتند.

 

6. استحکام فشاری فوق العاده بالا

بتن معمولاً بین 3000 تا 7000 psi (فشار در هر اینچ مربع) می رسد، اگرچه می تواند به 20000 psi برسد. این واقعیت که کولوسئوم، دیوار هادریان و قنات در Pont du Gard در جنوب فرانسه هنوز پابرجا هستند، گواهی بر ساخته شدن با استفاده از بتن است. هنگامی که با فولاد تقویت می شود، حتی محکم تر و سفت تر می شود.

7. بتن توسط رومیان نامگذاری شد

کلمه “concrete” از کلمه لاتین Concretus گرفته شده است که به طور تقریبی به معنای “رشد با هم” است.

8. بتن برای پل های بزرگراه و ساختمان های بلند استفاده می شود

تقریباً در تمام پل‌های بزرگراه‌ها از بتن برای عرشه استفاده می‌شود، زیرا هم نگهداری آسان‌تر و هم ارزان‌تر از فولاد است. همچنان در ساخت ساختمان های بلند استفاده می شود. بلندترین سازه بتنی جهان هتل و برج بین المللی ترامپ است که 423 متر ارتفاع دارد.

9. بتن برای چندین دهه به تقویت خود ادامه می دهد

پس از حدود چهار هفته، بتن به حدود 90 درصد مقاومت نهایی خود رسیده است. با این حال، به دلیل تبدیل هیدروکسید کلسیم به کربنات کلسیم، به دلیل جذب دی اکسید کربن در طول زمان، برای چندین دهه پس از آن به تقویت خود ادامه می دهد. برخی از باکتری ها نیز به تقویت بتن کمک می کنند!

10. برای ساختن بزرگترین سد جهان 16 میلیون متر مکعب سیمان مصرف شد

سد Three Gorges در استان هوبی چین بزرگترین ریزش بتن در یک پروژه است – اما این یک بار ریختن نبود. در طول 17 سال ساخت، تقریباً یک میلیون متر مکعب سیمان در سال مورد نیاز بود.

در اینجا در EKA Concrete ما در عرضه بتن با کیفیت بالا برای طیف وسیعی از کاربردها در هر دو بخش خانگی و تجاری تخصص داریم. برای کسب اطلاعات بیشتر یا دریافت قیمت رایگان، به سادگی با ما تماس بگیرید.

آیا سیمان سمی است؟

سیمان مشکلات زیادی ایجاد می کند: بسیار سمی است، باعث تحریک چشم، پوست و مجاری تنفسی می شود و حاوی اکسید کلسیم، خورنده برای بافت انسان، و کروم است که می تواند واکنش های آلرژیک شدید ایجاد کند.

مطلب پیشنهادی

بازرسی جوش

بازرسی جوش و مراحل آن

سازه هاي جوش داده شده نظیر سایر قطعات مهندسی به بازرسی درمراحل مختلف وساخت همین …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *