پروژه دانشجویی مقاله سیمان و خواصّ آن تحت word دارای 191 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد پروژه دانشجویی مقاله سیمان و خواصّ آن تحت word کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی پروژه دانشجویی مقاله سیمان و خواصّ آن تحت word ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن پروژه دانشجویی مقاله سیمان و خواصّ آن تحت word :
سیمان و خواصّ آن
1ـ مقدمه
جهت احداث هر ساختمان مانند واحدهای مسکونی ، ساختمانهای اداری ، مراکز آموزشی، سدهای خاکی و مخزنی، راه‌های گوناگون، تأسیسات دریایی و … عوامل گوناگون مورد مطالعه قرار می‌گیرند که نتیجه هر مطالعه، انتخاب پرامتر ویژه‌ای در آن زمینه است. از جمله زمینه‌هایی که در هر عملیات ساختمانی باید بررسی شود، مصالح مصرفی آن پروژه است. با عنایت به اهمیت این مطلب، هدف از فراگیری درس مصالح ساختمانی ً آشنایی با روش تولید، خواص و کاربردهای انواع گوناگون مصالح کسب توانایی جهت انتخاب مناسب آنها با توجه به مقتضیات هر پروژه ً می‌باشد.
1ـ1ـ مبنای انتخاب مصالح
پس از مطالعه مشخصات هر پروژه ساختمانی و تعیین نوع و ویژگیهای مصالح مورد نیاز، باید در بین مصالح موجود و توجه به خصوصیات هر یک از آنها، مواد مطلوب را انتخاب نمود. خواص مصالح گوناگون به دو روش زیر بررسی و مطالعه می‌شود و در اختیار مصرف کنندگان قرار می‌گیرد که عبارتند از : 1ـ بر اساس استاندارد 2ـ بر اساس گواهی نامه فنی در روش استاندارد ، خواص مصالح مورد نظر با آزمایشهای گوناگون سنجیده می‌شود و نتایج با ویژگیهای داده شده در استاندارد مقایسه میگردد. برای مثال استاندارد معین میکند که زمان گیرش اولیه سیمان نوع 1 باید 60 دقیقه باشد . حال با روش مشخص شده در استاندارد ، زمان گیرش نمونه سیمان آزمایش و با عدد
فوق مقایسه می گردد. همانطور که ملاحظه می کنید، خواص مورد نظر اینگونه مصالح به صورت اعداد مطلق ارائه شده است. در صورتیکه نتایج آزمایش بر روی نمونه تهیه شده با استاندارد مربوطه مطابقت نداشته باشد، استفاده از آن مصالح مجاز نخواهد بود. در ایران ، مبحث پنج از مجموعه مقررات ملی ساختمانی ایران تحت عنوان ًمصالح و فرآورده‌های ساختمانی ً به تشریح این استانداردها می‌پردازد. گواهی نامه فنی در مورد مصالحی صادر می‌شود که وضعیت مطلوب خواص آنها را نمی‌تواند به صورت اعداد مطلق بیان کرد. به این مثال توجه کنید: تولید کنندگان قفل و دستگیره در، نمونه‌ای از تولیدات خود را جهت صدور گواهی نامه فنی در اختیار آزمایشگاه‌های
تحقیقاتی قرار میدهند. این نمونهها با نمونه‌های سایر تولیدکنندگان به صورت تسریع شده آزمایش می‌شوند و نتایج بدست آمده، عملکرد این محصولات را به صورت مقایسه‌ای نشان می‌دهد و آزمایشگاه این نتایج را به صورت رسمی در قالب گواهی‌نامه فنی ارائه می‌نماید. این گواهی نامه‌ها به همراه کالا به مشتری عرضه می‌شود و مصرف‌کننده با توجه به نیاز خود و عنایت به محتوای گواهی‌نامه مصالح مورد نیاز را انتخاب می‌نماید. به عبارت دیگر، در مورد گواهی‌نامه‌های فنی، انتخاب بر مبنای مقایسه انواع کالا و نیاز مشتری صورت می‌پذیرد.
1ـ2ـ انواع مصالح ساختمانی
در کلی ترین تقسیم بندی، مصالح ساختمانی به سه دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:
1ـ سرامیکها
2ـ فلزات
3ـ مواد آلی
1ـ2ـ1ـ سرامیکها
مشخصات این مصالح عبارت است از :
1ـ به وفور یافت می‌شوند.
2ـ از پوسته خارجی زمین بدست می‌آیند.
3ـ نسبتاً ارزان قیمت هستند.
4ـ پس از استخراج یا مستقیماً مصرف می‌شوند یا با فرایندهایی ساده قابل مصرف خواهند بود.
5ـ معمولاً وزن مخصوص زیادی دارند (سنگین هستند).
6ـ شکننده و تغییر شکل ناپذیرند.
7ـ دارای مقاومت فشاری زیاد و مقاومت کششی اندک هستند. شکنندگی و تغییر شکل ناپذیری این نوع مصالح بدین معناست که در صورت اعمال نیرویی بیشتر از مقاومت آنها ، بدون آنکه تغییر شکل قابل ملاحظه‌ای بدهند، گسیخته می‌شوند. به عنوان مثال یک ماده سرامیکی مانند گچ یا بتن در اثر نیروی خمشی تنها چند درجه خم می‌شود و سپس می‌شکند. یکی دیگر از خصوصیات مهم مصالح سرامیکی مقاومت فشاری نسبتاً زیاد و مقاومت کششی کم آنهاست. مقاومت کششی این مصالح تقریباً 10/1 مقاومت فشاری آنها می باشد. لذا از این مصالح عمدتاً در ساخت اعضایی که تحت فشار قرار می گیرند می‌توان استفاده کرد. مثلاً در یک تیر ساده بارگذاری شده ، قسمتهای فوقانی تیر تحت فشار و بخشهای تحتانی آن تحت کششند. در صورتیکه این تیر به صورت بتن آرمه طراحی و ساخته شود، بتن در قسمت فوقانی تیر جوابگوی بارهای فشاری وارده می‌باشد؛ ولی در قسمت تحتانی تیر نمی‌تواند نیروی کششی وارده را تحمل نماید. لذا در این قسمت از مقاومت کششی فولاد بهره می‌گیرند.
؟
1ـ2ـ2ـ مصالح فلزی
مشخصات این مصالح عبارت است از:
1ـ معمولاً به صورت اکسید و گاهی سولفید در زمین وجود دارند.
2ـ طی فرایندهای پیچیده تر و معمولاً تحت عمل ذوب قابل مصرف می‌شوند.
3ـ از مصالح سرامیکی گرانترند.
4ـ از مقاومت کششی و فشاری تقریباً یکسانی برخوردارند.
5ـ انعطاف پذیرند.
6ـ وزن مخصوص آنها دامنه گسترده‌تری را در بر گرفته، به نوع فلز بستگی دارد. مواد اولیه این فلزات پس از استخراج از زمین به کارخانه ذوب فلزات منتقل شده، طی فرایندهای نسبتاً پیچیده، فلز مورد نظر از آنها استخراج می‌شود.
انعطاف پذیری فلزات به معنی آن است که این مصالح در اثر اعمال نیرو پیش از گسیخته شدن ، تغییر شکل زیادی از خود نشان میدهند. به عبارت دیگر شکل پذیرند.
1ـ2ـ3ـ مواد آلی
در حالیکه اولین ماده آلی که بشر آن را در ساختمان سازی به کار گرفته چوب بود، امروزه مصرف این مصالح مخصوصاً در ایران به طور چشمگیری کاهش پیدا کرده است. از نیمه دوم قرن بیستم، پلیمرها و پلاستیکها وارد صنعت ساختمان شدند و با سرعت شگرفی پیشرفت کردند. پلاستیکها ـ که از واحدهایی به نام مونومر ساخته می‌شوند ـ دارای مواد اولیه بسیار ارزان هستند و در کارخانه‌های پتروشیمی تولید می‌شوند. امتیاز عمده پلاستیکها ، پوشش طیف گسترده‌ای از خواص است. مثلاً دامنه وزن مخصوص پلاستیکها، از حدود 01, 0 وزن مخصوص آب تا حدود 5, 2 برابر وزن مخصوص آب را می‌پوشاند. مقاومت آنها از حدود بسیار اندک شروع می‌شود و تا مقادیر فوق‌العاده زیاد ادامه دارد و … .
2ـ سیمان
به طور کلی به هر ماده‌ای که خاصیت چسبانندگی داشته باشد و بتواند مواد را به یکدیگر بچسباند، سیمان گفته می‌شود.چسباننده‌ها در صنعت ساختمان بیشتر جهت چسباندن سنگدانه‌ها، قطعات بزرگتر سنگی، آجرها و … به یکدیگر به کار می‌روند. طبیعتاً اولین ماده سیمانی که به استخدام بشر درآمد ، گل بود که هنوز هم بقایای ساختمانهای گلی در مناطق کویری قابل مشاهده است. در طول سالیان مختلف ، مواد گوناگونی به عنوان سیمان به کار رفت و امروزه چسباننده‌های بسیار متنوعی شامل انواع ملاتهای سیمانی، ملاتهای گچی ، چسبهای پلیمری و… در دست است. امروزه عمده ترین سیمانی که مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیمان پرتلند می‌باشد که به طور مشروح در ادامه مورد بحث قرار می‌گیرد.
2ـ1ـ تاریخچه سیمان پرتلند
یکی از مهمترین مشکلات سیمان گلی، عدم مقاومت در برابر آب بود. این مهم بشر را بر آن داشت تا تحقیقات گوناگونی جهت دسترسی به سیمان ضد آب انجام دهد و نتیجه این تحقیقات ، کشف سیمانی به نام ساروج بود. ساروج ترکیبی است از آهک، خاکستر، ماسه، خاک رس و لویی که در مقایسه با گل در برابر رطوبت مقاوم است. در ایران باستان از ساروج برای ساختن آب انبارها، آبگیرها و سایر سازه‌هایی که می‌بایست خاصیت آب‌بندی می‌داشتند استفاده می‌شد. امروزه با ابداع سیمان پرتلند، مصرف ساروج تقریباً متوقف شده است. در قرن 18 به سال 1756 میلادی هنگامی که جان اسمیتون مأمور بازسازی برج چراغ دریایی ادیستون گردید، مطالعاتی را جهت
دستیابی به یک سیمان مناسب انجام داد و به این نتیجه رسید که بهترین سیمان وقتی بدست می‌آید که در مخلوط آن از سنگ آهک و خاک رس استفاده شود. در سال 1824، ژوزف آسپدین به این نتیجه رسید که جهت بدست آوردن سیمانی مناسب، مخلوط سنگ آهک و خاک رس باید حرارت داده شود و بالاخره در سال 1845، آیزاک جانسون سیمان پرتلند را به صورتی که امروزه شناخته می‌شود ، به نام خود ثبت کرد. امروره شیوه کلی تولید سیمان پرتلند بدین صورت است که پس از استخراج مواد اولیه (سنگ آهک و خاک رس) و آماده کردن آنها، مخلوط را تا دمای بیش از حرارت میدهند. حاصل این فرایند کلینکر است که آن را پس از سرد شدن با 3 الی 4 درصد وزنی سنگ گچ آسیاب میکنند تا پودر سیمان پرتلند بدست آید. لازم به ذکر است نام پرتلند به جهت تشابه رنگ و کیفیت سیمان سخت شده با سنگ آهکی که در اطراف شهر پرتلند در ناحیه دُرست انگلستان وجود دارد، مورد استفاده قرار گرفته است.
2ـ2ـ تولید سیمان پرتلند
به طور کلی تولید سیمان پرتلند مراحل مختلفی دارد که در ادامه به آن اشاره خواهند شد. لکن پیش از ذکر آنها بیان این مطلب ضروری است که صنعت سیمان دارای دو عیب عمده زیر است:
1ـ مصرف انرژی بسیار بالا
2ـ ایجاد آلودگی محیط زیست
و محققین و صنعتگران همواره در تلاش جهت تغییر خط تولید به گونه‌ای هستند که این معایب تا حد امکان مرتفع گردد.
2ـ2ـ1ـ انتخاب محل برای احداث کارخانه
انتخاب محل مناسب جهت احداث کارخانه تولید سیمان با عوامل چندی در ارتباط است که عبارتند از :
1ـ کارخانه به معادن مواد اولیه (سنگ آهک و خاک رس) نزدیک باشد.
2ـ ظرفیت معادن مواد اولیه پاسخگوی نیاز دراز مدت کارخانه باشند.
3ـ کیفیت مواد اولیه در حد قابل قبولی باشد.
4ـ کارخانه به قطبهای مصرف نزدیک باشد.
همانطور که مشاهده می‌شود، عوامل یک و چهار مربوط به هزینه حمل و نقل در صنعت سیمان است. از آنجا که مواد اولیه به کارخانه و سیمان تولیدی به قطبهای مصرف بسیار بالاست، محل کارخانه باید در جایی باشد که این هر دو مسافت حتی‌المقدور کمینه باشند. عوامل دو و سه نیز در ارتباط با انتخاب معادن مناسب جهت قرضه کارخانه است. یک معدن مناسب باید اولاً از نظر کیفیت دارای مواد قابل قبولی باشد. ثانیاً از نظر کمیت بتواند حداقل بین 100 تا 150 سال مواد اولیه کارخانه را تأمین نماید. در غیر این صورت ممکن است ساخت کارخانه از نظر اقتصادی به صرفه نباشد. از آنجا که در ایران بیشتر سنگها آهکی به صورت رسوبی در قالب کوه هستند و در دشتهای مجاور این کوه‌ها معادن خاک رس موجود است. معمولاً حد فاصل این کوه‌ها و دشتها محل مناسبی جهت احداث کارخانه است.
2ـ2ـ2ـ استخراج و انتقال مواد اولیه
جهت استخراج سنگ آهک معمولاً از عملیات آتش باری استفاده می‌شود. بدین صورت که با استفاده از مواد منفجره قسمتهای مورد نظر از کوه را منفجر میکنند و سنگ آهک را به صورت قطعات سنگی درشت بدست می‌آورند. همچنین در استخراج خاک رس نیز، به دلیل سختی نسبتاً پایین معادن آن ، معمولاً از لودر(بیل مکانیکی )، بیلهای مکانیکی پرقدرت و بیلهای کششی استفاده می‌شود. پس از استخراج مواد اولیه آنها را با استفاده از واگن، تسمه نقاله یا کامیونهای ویژه حمل مواد اولیه به کارخانه منتقل میکنند.
2ـ2ـ3ـ سنگ شکن
سنگ آهکی که از معدن بدست می‌آید، در بدو ورود به کارخانه ، به قسمت سنگ شکن منتقل می‌شود. سنگ شکنها که وظیفه خرد کردن قطعات بزرگ سنگ و ایجاد قطعات کوچکتر را بر عهده دارند، دارای انواع گوناگون همچون سنگ شکنهای فکی ، چکشی و دورانی می‌باشند. در زیر سنگ شکنها ، سرند اولیه وجود دارد که خرده سنگهای شکسته در سنگ شکن ، روی آن می‌ریزند. قطعات مناسب خرده سنگها که از سرند اولیه عبور کنند، به قسمت دپوی مصالح منتقل می شوند و قطعات درشتی که روی سرند باقی می‌مانند، مجدداً به سنگ شکن باز می گردند .
2ـ2ـ4ـ دپوی مصالح
مواد اولیه تا زمان مصرف در قسمتی از کارخانه انبار می‌شوند . از آنجا که مواد اولیه نسبتاً ناهمگن و غیر یکنواخت است و سیمان تولیدی باید کاملاً یکنواخت باشد، شیوه انباشتن و برداشت مصالح به گونه‌ای است که تا حدودی این هدف را تامین کند. بدین منظور از روش ًباند همگن سازً استفاده می‌شود. در این روش ماشین مخصوصی که دارای یک بازوی متحرک در بالاست، در طول قسمت دپو بر روی ریل حرکت میکند و مواد آماده شده را توسط تسمه نقاله به بالا منتقل کرده ، با استفاده از بازوی متحرک، در کنار مسیر حرکت خود تخلیه میکند. نتیجه این عمل در طول حرکت رفت و برگشتی ماشین، ایجاد یک خاکریز از مصالح مورد نظر در امتداد مسیر حرکت است. هر ماشین می تواند دو خاکریز در طرفین خود ایجاد کند و هر کارخانه بسته به حجم تولید، به تعدادی از این ماشینها مجهز است.
در هر صورت مواد اولیه در لایه‌های افقی بر روی هم ذخیره می‌شوند. در صورت برداشت با مقاطع عمودی، قسمت برداشتی تقریباً شامل کلیه لایه‌ها خواهد بود.
؟
2ـ2ـ5ـ آسیاب گلوله‌ای
در فرایند آماده سازی مواد اولیه جهت تهیه سیمان، باید این مواد کاملاً به شکل پودر درآیند. بدین منظور از آسیاب گلوله‌ای (ساچمه‌ای) استفاده می‌شود. آسیاب گلوله‌ای استوانهای است که محور آن با افق زاویه کوچکی می‌سازد ودارای ابعاد گوناگون همچون 10×4 متر است. داخل این آسیاب ، گلوله‌هایی است که در قسمتهای اولیه آن بزرگترند و هرچه به انتهای آسیاب نزدیک شود، کوچکتر می‌گردند. شیوه کار چنین است که در حالیکه استوانه می‌چرخد، این مواد با گلوله‌ها بالا می‌روند و از بالاترین نقطه سقوط میکنند. توالی این صعود و سقوط ، منجر به آسیاب شدن مواد می‌شود. مواد اولیه از قسمت ورودی آسیاب داخل می‌شوند و در اثر حرکت چرخشی و شیب
استوانه به سمت خروجی پیش می‌روند و به صورت پودر از انتهای آن خارج می‌شوند. سنگ آهک و خاک رس هر یک در آسیابهای جداگانه‌ای آسیاب می‌شوند و پودر آنها در سیلوهای مخصوص نگهداری می‌شود. تفاوت آسیاب خاک رس با سنگ آهک آنست که به دلیل مرطوب بودن نسبی خاک رس، آسیاب کردن آن با حرارت همراه است تا پودر خاک رس به صورت کاملاً خشک بدست آید.
2ـ2ـ6ـ تهیه خوراک کوره
پس از آماده شدن پودر سنگ آهک وخاک رس ، نوبت به تهیه خوراک کوره می‌رسد. این عمل روشهای گوناگونی دارد و بر همین اساس ، روشهای مختلف تولید سیمان را دسته‌بندی میکنند. بدین منظور چهار شیوه وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره میگردد.
2ـ2ـ6ـ1ـ روش تر
داخل حوضچه‌هایی را از آب پر میکنند و سنگ آهک ، خاک رس و دیگر ترکیبات لازم را به نسبت معین به آن می‌افزایند . یک بازوی مکانیکی هم‌زن وظیفه اختلاط مواد و جلوگیری از ته نشین شدن آنها را بر عهده دارد. البته ممکن است از دمیدن هوای فشرده از زیر حوضچه به داخل آن هم استفاده شود. از دوغاب بدست آمده نمونه بردای کرده ، در آزمایشگاه تجزیه میکنند تا نسبت مواد در آن را تشخیص دهند. بدین ترتیب کمبود مواد و ترکیبات در دوغاب را تعیین و با استفاده از سیلوهای کمکی ، مواد لازم را به میزان کافی اضافه می کنند تا دوغاب (لجن) با ترکیبات مناسب بدست آید.
دوغاب آماده شده را به کوره پخت سیمان می‌برند.
2ـ2ـ6ـ2ـ روش نیمه تر
در این شیوه، دوغاب بدست آمده از روش تر را پیش از آنکه به کوره بفرستند، داخل فیلترهایی به شکل آکاردئون می‌‌فشارند تا آب آن گرفته شود. حاصل ، خمیر سختی خواهد بود که پس از بریدن آن به شکل استوانه‌های کوچک ، این قطعات بدست آمده را به کوره می‌فرستند.
؟
2ـ2ـ6ـ3ـ روش نیمه خشک
در این روش، مواد اولیه را بر روی سینی‌های دواری به نام ًدستگاه گلوله سازً ریخته ، چهار الی پنج درصد آب اضافه میکنند . حرکت دورانی سینی و رطوبت موجود باعث پیوستن پودر مواد اولیه به یکدیگر و ایجاد گلوله‌هایی به نام اماج می‌شود. این گلوله‌ها خوراک کوره خواهند بود.
2ـ2ـ6ـ4ـ روش خشک
در این روش، پودر سنگ آهک و خاک رس به صورت خشک با یکدیگر مخلوط می‌شوند و نمونه‌هایی از آن تهیه می‌شود. این نمونهها در معرض تابش اشعه X قرار می‌گیرند و بازتاب اشعه تحلیل می‌شود. از آنجا که هر ماده بازتاب مخصوصی از اشعه X دارد، با تحلیل طیفهای بازتابی از نمونه می‌توان درصد مواد گوناگون در نمونه را تعیین و نسبت به تنظیم آنها اقدام کرد. مخلوط حاصل به همان صورت خشک خوراک کوره خواهد بود.
؟
2ـ2ـ 7ـ کوره
هنگامیکه خوراک کوره به هر یک از چهار روش فوق آماده شد، باید در دمای حدود1400 درجه سانتیگراد حرارت ببیند تا فعل و انفعالات لازم به وجود آید. بدین منظور از دو نوع کوره استفاده می‌شود.
2ـ2ـ7ـ1ـ کوره قائم
کوره قائم، استوانهای است ایستاده به قطر معمولاً 2 تا 3 متر و ارتفاع 7 الی 10 متر که داخل آن با لایه‌ای از آجر نسوز پوشیده شده است. خوراک کوره از بالا همراه با درصدی پودر ذغال کک وارد کوره می‌شود که ذغال در مجاورت آتش و دمیدن هوا از پایین کوره مشتعل گشته، حرارت لازم را تأمین میکند. آنچه به صورت تفاله از پایین کوره خارج می‌شود، کلینکر نام دارد و جهت تولید سیمان از آن استفاده می‌شود. در حالیکه این کوره سیستم بسیار ساده‌ای داشته، زود به بهره برداری می‌رسد، غیر یکنواختی کلینکر تولید شده ، هزینه پرسنلی زیاد ، تولید کم و مصرف ذغال کک گران قیمت از مهمترین معایب آن به حساب می‌آید. علت عدم یکنواختی کلینکر آنست که برخی از خوارکهای کوره بیشتر حرارت می‌بینند و بعضی کمتر.
2ـ2ـ7ـ2ـ کوره گردنده افقی
کوره گردنده افقی استوانهای است فلزی به قطر حدود 3 تا 4 متر و طول کافی که گاهی تا 160 متر نیز می‌رسد. محور این کوره با افق زاویه کوچکی می‌سازد تا مواد وارد شده از بالا، در اثر حرکت دورانی و شیب کوره به سمت پایین آن منتقل شوند. حرارت لازم کوره توسط مشعلی که در قسمت انتهایی قرار گرفته و جریان‌های گرم و حرارت را از انتهای کوره به سمت ابتدای آن برقرار میکند تأمین می‌شود. از آنجا که دما در داخل کوره بسیار زیاد است، جهت گیری از انتقال آن به بدنه کوره ، قسمت داخلی آنرا با یک لایه آجر نسوز و همچنین عایق حرارتی (معمولاً پشم شیشه یا پشم سنگ) می‌پوشانند. در صورت خاموش کردن کوره ، تغییرات دمایی بسیار زیاد حاصله (در حدود 1400 درجه)، ایجاد شوک حرارتی میکند و باعث تخریب بخشهای درونی کوره می‌شوند. لذا حتی‌المقدور بجز در موارد ضروری یا تعمیر نباید کوره را متوقف نمود.
مواد اولیه از بالا وارد کوره می‌شوند. در قسمت ابتدایی کوره، مواد در دمایی حدود 800 درجه کاملاً خشک می‌شوند. در قسمت بعدی و در دمایی حدود 1000 درجه، سنگ آهک کلسینه می‌شود. یعنی آن خارج می‌شود. در قسمت انتهایی کوره حدود 25% مواد تحت دمایی بیش از 1400 درجه ذوب می‌شوند که این پدیده همراه با حرکت دوارنی کوره باعث چسبیدن سایر مواد به یکدیگر و تولید کلینکر میگردد. این کلینکر به عنوان محصول نهایی کوره از قسمت انتهایی آن خارج می‌شود.
؟
2ـ2ـ8 ـ جلوگیری از اتلاف انرژی
همانطور که اشاره شد، در کوره‌های گردنده افقی دو جریان مخالف هم برقرار است: 1ـ جریان مواد از بالا به پایین.
2ـ جریان هوای گرم از پایین به بالا
خروج کلینکر از پایین کوره و هوای گرم از بالای کوره ،باعث اتلاف بخش عظیمی از حرارت کوره و انرژی می‌شود. لزوم مقابله با این پدیده ، به ابداع شیوه‌های گوناگونی منجر شد که در ادامه خواهد آمد.
2ـ2ـ8 ـ1ـ پیش گرم‌کن
پیش گرم کن متشکل از ظروفی به شکل مخروطهای ناقص معکوس است که در بالای ورودی کوره نصب می‌شوند و مواد پیش از ورود به کوره، داخل آن می‌گردند. هوای گرم خروجی از بالای کوره داخل این ظرفهای مخروطی شده، باعث گرم شدن مواد اولیه در آن می‌شود. این مسأله هم باعث خشک شدن نسبی مواد و هم گرم شدن آنها میگردد و لذا به همین مقدار می‌توان از طول کوره کاست ! پیش گرم کن مجهز به یک فن دمنده و تیغه‌هایی در مسیر است که جریان هوا پس از تنظیم سرعت توسط فن، در برخورد با تیغه‌ها آشفته شده ، مواد اولیه را در خود شناور نگاه می‌دارد و گرم میکند.
2ـ2ـ8 ـ2ـ پیش کلسینه کن
پیش کلسینه کن همانند پیش گرم کن بر مبنای استفاده هرچه بیشتر از انرژی تلف شده در بالای کوره ابداع شده است. پیش کلسینه کن بین پیش گرم کن و کوره نصب می‌شود و درصدی از مواد در اثر حرارت آن کلسینه می‌شوند. لذا به همین میزان می‌توان از طول کوره کاست و در انرژی و هزینه آن صرفه جویی نمود!
2ـ2ـ8 ـ3ـ کولر زنجیری
قبلاً اشاره شد که بخش قابل توجهی از حرارت و انرژی کوره در قسمت انتهایی به دلیل خروج کلینکر داغ صورت می‌پذیرد. از طرفی کلینکر بدست آمده از کوره ـ که دمایی بیش از 1400 درجه دارد ـ به همان صورت داغ قابل مصرف نیست و باید پیش از ادامه فرایند سیمان سرد شود. این دو نکته سبب بکار گیری سیستمی به نام کولر شد تا هر دو منظور را تأمین کند.
کولرها انواع مختلفی دارند و سیستم عمومی آنها بدین شرح است که کلینکر داغ از کوره وارد کولر می‌شود و تحت اثر جریان هوای خنک قرار می‌گیرد. از طرفی هوایی که در مجاورت کلینکرهای داغ گرم شده است، به داخل کوره هدایت می‌شود و میزان انرژی لازم جهت گرم کردن را کاهش می‌دهد. یکی از انواع کولرها، کولر زنجیری است که در آن ، کلینکرها پس از خروج از کوره بر روی یک شبکه زنجیری ریخته می‌شوند و از پایین تحت دمش هوا قرار می‌گیرند. جریان هوا در حرکت به بالا از میان کلینکرها ، آنها را خنک کرده، خود گرم می‌شود به داخل کوره می‌رود.
2ـ2ـ8 ـ4ـ کولر اقماری
کولرهای اقماری عملکردی مشابه کولرهای زنجیری دارند و به صورت استوانه‌هایی با طول معین در قسمت انتهایی کوره نصب می‌شوند. این استوانه‌ها از داخل به درون کوره راه دارند. هنگامیکه کوره می‌چرخد و کلینکر آماده شده به انتهای آن می‌رسد، هر بار که یکی از استوانه‌ها در پایین کوره قرار می‌گیرد، مقداری کلینکر داخل آن می‌ریزد. جریان هوایی که از درون هر استوانه برقرار است، پس از خنک کردن کلینکرها به مشعل کوره منتقل می‌شود و از این طریق باعث صرفه‌جویی در مصرف سوخت کوره می‌شود.
؟
2ـ2ـ9ـ فیلترهای الکترواستاتیک
هوای خروجی از بالای کوره ، پس از عبور از پیش گرم کن، در نهایت وارد جو می‌شود. این هوا دارای مقدار قابل ملاحظه‌ای ذرات ریز معلق است که در صورت عدم بازیافت ، باعث آلودگی محیط زیست می‌شود. جهت جدا کردن این ذرات از هوا ، از فیلترهای گوناگون استفاده می‌شود. یکی از انواع این فیلترها ، فیلتر الکترواستاتیک است. در این سیستم، صفحاتی فلزی با بار مثبت الکترواستاتیکی در مسیر خروجی هوا قرار می‌گیرند و ذرات هوا پیش از ورود به فیلتر به وسیله جریان برق فشار قوی، به بار منفی باردار می‌شوند. ذرات با بار منفی به سمت صفحات با بار مثبت جذب می‌شوند و هوای خروجی عاری از آنها میگردد. هنگامیکه ضخامت ذرات روی صفحات به حد معینی برسد، با دستگاه‌های لرزاننده صفحات را تمیز میکنند. ذرات بدست آمده در صورت دارا بودن قابلیت مصرف ، به قسمت خوراک کوره بازگردانده می‌شوند. لازم به ذکر است این صفحات در اثر رطوبت و اسیدی بودن گازهای کوره زنگ می‌زنند و باید هر از چندگاهی تعویض شوند.
2ـ2ـ10ـ آسیاب نهایی کلینکر
کلینکر خارج شده از کولر دمایی در حدود 300 درجه دارد که هنوز مناسب ادامه روند تولید سیمان نیست ، لذا آن را در انبارهای سرپوشیده‌ای به مدت 5 تا 6 روز قرار میدهند تا دمای آن در مجاورت هوا به کمتر از 100 درجه ، یعنی حدود60 درجه برسد. حال این کلینکر را همراه با حدود3% وزنی سنگ گچ به وسیله آسیابهای گلوله‌ای آسیاب میکنند و پودر حاصل را با استفاده از سرند الک می‌نمایند. ذرات درشت‌تر از اندازه الک به آسیاب بازگردانده می‌شوند. آنچه در نهایت بدست می‌آید، پودر سیمان پرتلند است که دارای 10×1 یا 10×11 ذره سیمان است. بعداً خواهیم دید که سنگ گچ در زمان گیرش سیمان مؤثر است.
2ـ3ـ انتقال سیمان به محل مصرف
سیمان پس از تولید در سیلوهای مخصوص ذخیره می‌شود تا از آنجا به کارگاه منتقل گردد. انتقال سیمان به دو شکل انجام می‌شود که عبارتنداز:
1ـ پاکتی
2ـ فله‌ای
در روش پاکتی، سیمان در پاکتهای استانداردی بسته بندی و راهی بازار مصرف می‌شود. مطابق استاندارد ، کیسه‌ها باید در وزنهای 25 یا50 کیلوگرم و حداقل دارای سه لایه کاغذی باشند که جهت جلوگیری از نفوذ رطوبت ، بین دو تا از لایه‌ها باید غیراندود یا یکی از جنس پلاستیک باشد. بر روی پاکتهای سیمان باید علامت تجاری کارخانه ، نام تولید کننده، نوع سیمان، وزن کیسه و تاریخ تولید با رنگ مخصوص به تیپ هر سیمان نوشته شده باشد.
در روش فله‌ای، ماشین مخصوص حمل سیمان در زیر سیلو بارگیری کرده، بار خود را به سیلوی کرگاه منتقل میکند. هنگام تخلیه ماشین حمل سیمان، پس از اتصال لوله رابط به سیلو، با افزایش فشار و برقراری جریان هوا در لوله ، ذارت سیمان همانند سیال به داخل سیلو منتقل می‌شوند.
2ـ4ـ فساد سیمان
دو عامل باعث فساد سیمان می‌شود که عبارتند از:
1ـ جذب رطوبت از محیط
2ـ جذب از هوا
فساد سیمان در اثر رطوبت را هیدراته شدن و در اثر جذب را کربناته شدن گویند. به منظور جلوگیری از فاسد شدن سیمان در کارگاه، نکات چندی در مورد انبار کردن و استفاده از سیمان باید مدنظر قرار گیرد که به آنها اشاره می‌نماییم.
1ـ در صورت انتقال سیمان از کارخانه به کارگاه به صورت کیسه‌ای ، حتماً سطح بارگیر تریلی با برزنت یا پلاستیک پوشیده شود.
2ـ هنگام تخلیه و انتقال کیسه‌ها از پاره شدن آنها جلوگیری شود.
3ـ کیسه‌های رسیده به کارگاه در انبارهای سرپوشیده نگهداری شوند یا روی آنها روکش پلاستیکی قرار گیرد.
4ـ به هیچ وجه کیسه‌ها روی زمین چیده نشوند. برای قرار دادن کیسه‌ها از سطوح چوبی که سطح آنها حداقل cm20 از زمین فاصله دارد استفاده شود.
5ـ حداکثر تعداد 12 کیسه سیمان روی یکدیگر قرار داده شوند.
6ـ هیچگاه بیش از مقدار مورد نیاز و پیش از زمان لازم ملات درست نشود.
در مورد اول و سوم، جذب رطوبت در اثر بارش احتمالی مد نظر بوده است. مورد دوم مربوط به جذب رطوبت و هواست. چهارمین مورد به جذب آب از زمین در اثر عوامل مختلف همچون جاری شدن آب در کارگاه اشاره دارد. در صورت وجود فاصله مناسب بنی سطح چوب و زمین، جریان هوا زیر کیسه‌ها برقرار شده ، از مرطوب شدن آنها جلوگیری میکند (شکل 2ـ6) . عدم رعایت نکته پنجم باعث می‌شود سیمان در کیسه‌های زیرین تحت فشار قرار گیرد و در اثر جذب اندکی رطوبت کلوخه شود (شکل 2ـ6). نکته ششم نیز در این رابطه است که اگر احتمالاً یکی از محموله‌های رسیده به کارگاه فاسد یا دارای هر ایراد دیگری باشد، بتوان آن محموله را به راحتی شناسایی و جدا کرد . آخرین مسأله به فاسد شدن سیمان و عدم کارایی ملات در اثر سپری شدن زمان گیرش آن اشاره دارد.
؟
2ـ5ـ عناصر و خواص سیمان
در فرایندهای تولید و مصرف سیمان، به طور عمده در دو مرحله با تغییرات شیمیایی مواجه هستیم:
1ـ هنگامیکه مواد در دمای بیش از 1400 درجه کوره با یکدیگر فعل و انفعال شیمیایی انجام میدهند.
2ـ هنگام مخلوط شدن سیمان با آب و انجام واکنش هیدراتاسیون .
در سیمان عناصر گوناگونی همچون کلسیم، سیلیسیم، آلومینیوم ، آهن ، منیزیم، سدیم، پتاسیم و گوگرد وجود دارد. البته بیشتر این عناصر به صورت اکسید وجود دارند. یعنی CaO، . (در شیمی سیمانCaO را با C، را باS، را با A و را با F نمایش میدهند.) به این ترکیبات،اکسیدهای ساده سیمان گویند. برخی از این ترکیبات در فرایندهای درونی کوره با یکدیگر ترکیب شده، اکسیدهای مرکب زیر را به وجود می‌آورند: دی کلسیم سیلیکات ، تری کلسیم سیلیکات ، تری کلسیم آلومینات ، تتراکلسیم آلومینات فریت مقادیر اکسیدهای ساده و مرکب در آزمایشگاه تعیین می‌شوند . لکن سری فرمولهای تجربی باجو نیز در محاسبه مقادیر اکسیدهای مرکب کاربرد دارند. این فرمولها عبارتنداز:
هر کدام از اکسیدهای مرکب ، مسؤول بخشی از خواص سیمانند. قسمت عمده سیمان از سیلیکاتهای کلسیم (حدود 50 درصد و بین 20 تا25 درصد ) تشکیل می‌شود و کلیه خواص مفید همچون چسبندگی ، ثبات ، مقاومت و … مربوط به آنهاست. تفاوت با در آنست که با آب سریع واکنش داده ، مقاومت اولیه را همراه با حرارت هیدراتاسیون زیاد تولید میکند. اما کندتر واکنش نشان داده ، با تولید حرارت هیداراتاسیون کمتر، تأمین مقاومت نهایی سیمان را بر عهده دارد. به عبارتی مقاومت هفت روز اول توسط و مقاومت تا 28 روز و به بعد توسط تأمین می‌شود. در کوره خود به خود تولید می‌شود و تنها می‌توان میزان آن را کم کرد. اکسیدی است ناپایدار که در مجاور عوامل سولفاتی فوراً به ماده دیگری به نام اترنژیت تبدیل می‌شود. اترنژیت در اثر جذب آب، افزایش حجم پیدا میکند که باعث ترک خوردن بتن می‌شود. این پدیده را
اصطلاحاً حمله سولفاتها گویند. با آب به سرعت واکنش داده، گیرش حاصل می کند. جهت جلوگیری از بروز این پدیده ـ که به آن گیرش آنی می‌گیرند ـ هنگام آسیاب نهایی کلینکر به آن بین 3 تا 4 درصد سنگ گچ می‌افزایند. سنگ گچ با واکنش ایجاد میکند و سولفو آلومینات کلسیم نامحلول به وجود می‌آورد و از این طریق از ظهور گیرش آنی جلوگیری می‌نماید. بعداً خواهیم دید جهت تهیه سیمان ضد سولفات (تیپ5) درصد را کاهش میدهند. نقش چندانی در خواص سیمان ندارد و صرفاً به عنوان کاتالیزور حرارتی ایفای نقش میکند؛ به گونه‌ای که اگر نباشد، دمای پخت لازم در کوره مقداری بسیار بیشتر ا ز1400 درجه خواهد بود.
2ـ6ـ5ـ ضریب اشباع آهکی
ضریب اشباع آهکی (L.S.F)گویای نسبت سنگ آهک به خاک رس است و از فرمول ذیل محاسبه می‌شود.
در آزمایشگاه پس از تجزیه سنگ آهک و خاک رس ، مقادیر ترکیبات مورد نظر در فرمول L.S.F را محاسبه کرده ،ضریب اشباع آهکی را بدست می‌آورند. مطابق آیین نامه مقدار این ضریب باید بین 66،0 و 02،1 باشد:
اگر ضریب اشباع آهکی کمتر از 66،0 باشد، بدان معناست که مقدار سنگ آهک در سیمان کم است و سیمان مقاومت کافی ندارد. اگر این ضریب از 02،1 تجاوز کند، بدان معنی است که میزان سنگ آهک بیش از مقدار لازم جهت ترکیب با خاک رس است . مازاد سنگ آهک، در اثر حرارت زیاد کوره و فعل و انفعالات پیچیده آن به «آهک سوخته شده آزاد» تبدیل می‌شود. تفاوت آهک سوخته شده آزاد با آهک در آنست که تغییر حجم آهک در مجاورت آب در چند لحظه انجام شده ، پایان می‌پذیرد؛ حال آنکه این پدیده در مورد آهک سوخته شده آزاد، بسیار آهسته و طی چند سال صورت می‌گیرد و اگر این سیمان در ساخت بتن بکار رود، باعث ترک خوردن آن می‌شود .
2ـ6ـ11ـ زمان گیرش
تغییر وضعیت ژل سیمان از حالت خمیری به حالت جامد را گیرش گویند. زمان گیرش سیمان از آن جهت حائز اهمیت است که کلیه عملیات انتقال ، پمپ ، در قالب ریختن و احتمالاً پرداخت سطحی بتن فقط در این بازه زمانی ممکن است. به طور کلی دو نوع زمان گیرش در مورد سیمان لحاظ می‌شود که عبارتند از :
1ـ زمان گیرش اولیه
2ـ زمان گیرش نهایی
آیین‌نامه حداقل گیرش اولیه را یک ساعت و حداکثر زمان گیرش نهایی را 10 ساعت (برای سیمانهای معمولی) می‌داند.
زمان گیرش با دستگاهی به نام ویکات (به نام شیمی‌دان فرانسوی) مطابق شکل 2ـ12 سنجیده می‌شود. این دستگاه شامل یک بازوی متحرک متصل به میله‌ای عمودی است که تشکیلات سوزن همراه با عقربه نفوذ بر روی این بازو نصب است و در کنار آن صفحه مدرج عمودی قرار دارد. در کنار میله عمودی و زیر بازوی متحرک یک مخلوط ناقص بر روی صفحه پایه قرار دارد. تشکیلات سوزن شامل میله‌ای عمودی است که در یک طرف آن سوزنی با سطح مقطع دایره به قطر mm10 و در سر دیگر سوزنی به مساحت 1 قرار دارد. از طرف با قطر mm10 برای تعیین میزان آب متعارف استفاده می‌شود(بخش 2ـ6ـ10) .
؟
جهت تعیین زمان گیرش اولیه ، خمیری از سیمان مورد نظر با درصد آب متعارف می‌سازند و از لحاظ اختلاط آب و سیمان ، زمان سنج را به کار می‌اندازند. سپس ظرف مخروطی را از خمیر حاصل پر کرده ، سطح آن را صاف میکنند و نوک سوزن به سطح قاعده 1 را بر سطح آن به صورت مماس قرار میدهند. آنگاه پیچ میله را شل میکنند تا سوزن تحت وزن خود و میله(gr300) به داخل خمیر سیمان فرو رود. میزان نفوذ سوزن در خمیر سیمان از روی صفحه مدرج قرائت می‌شود(ممکن است سوزن به طور کامل در خمیر فرو رود). این آزمایش در فواصل زمانی معین تکرار و هر بار میزان نفوذ سوزن در خمیر سیمان یادداشت می‌شود. مطابق تعریف، زمان گیرش اولیه زمانی است که سوزن با سطح مقطع 1 به اندازه mm2 در خمیر سیمان نفوذ کند. با رسم نمودار میزان نفوذ ـ زمان می‌تواند زمان گیرش اولیه را بدست آورد(شکل 2ـ13).
؟
جهت بدست آوردن زمان گیرش نهای ،به شیوه‌ای مشابه فوق و با استفاده از سوزن مخصوص به خود عمل می‌شود. سوزن گیرش نهایی همانند سوزن گیرش اولیه با این تفاوت است که یک کلاهک به گونه‌ای بر روی آن نصب شده که قاعده آن mm5,0 تا سر سوزن فاصله دارد (شکل 2ـ14).
؟
مطابق تعریف ، زمان گیرش نهایی زمانی است که نوک سوزن مخصوص به اندازه mm5,0 در خمیر نفوذ کند یا قاعده کلاهک بر روی سطح خمیر بنشیند.
؟
در اینجا متذکر می‌شویم که در زمان بتن ریزی ممکن است با دو نوع گیرش مواجه شویم که عبارتنداز : 1ـ گیرش آنی 2ـ گیرش کاذب
گیرش آنی در اثر کمبود سنگ گچ در سیمان و واکنش سریع با آب است که برگشت پذیر نمی‌باشد. اما گیرش کاذب به علت داغ بودن کلینکر هنگام آسیاب و تبدیل سنگ گچ به گچ در اثر تبخیر شدن دو ملکول آب سنگ گچ است که این گچ در مجاورت آب سفت می‌شود. لکن چون میزان گچ در مقایسه با حجم بتن اندک است، توانایی سفت کردن کل بتن را ندارد و شبکه‌های سفت شده در اثر هم زدن بتن با بیل یا هر وسیله دیگر گسسته شده، گیرش از بین می‌رود. در حقیقت گیرش کاذب برگشت پذیر است.
2-6ـ12ـ نرمی ذرات
نرمی ذرات پارامتری است از ریزی و درشتی ذرات سیمان. هر چه ذرات سیمان ریزتر باشد، سطح مخصوص آنها بیشتر و در نتیجه واکنش آنها با آب و کسب مقاومتشان سریعتر و حرارت هیدراتاسیون آنها بیشتر است. بنا به تعریف سطح مخصوص سیمان (با واحد ) عبارتست از مجموع سطوح ذارت موجود در یک گرم سیمان. در قدیم جهت بررسی اندازه ذرات سیمان از الک استفاده می‌شد. عمده ترین ایرادهای این روش عبارتنداز:
1ـ پودر نرم سیمان چشمه‌های الک را می‌بندد و موجب کم شدن دقت آزمایش میگردد.
2ـ چشمه‌های الک نمی‌توانند اندازه دقیق دانه‌ها را تعیین کنند.
ـ7ـ انواع سیمان
به طور کلی سیمانهای ساختمانی به دو نوع پرتلند و غیر پرتلند تقسیم می‌شوند. در قدیم ، قیر، گچ و آهک قسمت عمده سیمانهای غیر پرتلند را تشکیل می‌داد. لکن امروزه انواع مواد پلیمری به عنوان سیمانهای غیر پرتلند مورد توجه قرار گرفته‌اند . مواد پلیمری دارای خواص بسیار گوناگون و مفیدی هستند. البته پاره‌ای مشکلات خاص خود مانند عدم مقاومت در برابر آتش ، تغییر خواص در دراز مدت واز همه مهمتر قیمت بسیار بالا را هم دارند.
2ـ8 ـ انواع سیمان پرتلند بر مبنای استاندارد ایران
در استاندارد ایران ـ که بر مبنای استاندارد ASTM تدوین شده ـ سیمان پرتلند به پنج تیپ (نوع) تقسیم می‌شود که عبارتند از :
تیپ 1ـ سیمان پرتلند معمولی
تیپ 2ـ سیمان پرتلند اصلاح شده .
تیپ3ـ سیمان پرتلند زود سخت شونده .
تیپ 4ـ سیمان پرتلند با حرارت کم .
تیپ 5ـ سیمان پرتلند ضد سولفات .
تجهیزات لازم برای تولید هر پنج نوع سیمان فوق و خط تولید آنها مشابه است و عمده اختلاف در مقدار مواد اولیه و درجه حرارت کوره می‌باشد.
2ـ8 ـ1ـ سیمان پرتلند تیپ 1
همانطور که از نام سیمان پیداست، به طور معمول در کارها از این نوع سیمان استفاده می‌شود؛ مگر اینکه ویژگی خاصی مدنظر قرار گیرد. در استاندارد ایران سیمان تیپ 1 به سه دسته تقسیم می‌شود که عبارتند از : 325ـ1 ، 425ـ1، 525ـ1 این تقسیم بندی بر مبنای مقاومت 28 روزه نمونه‌های سیمانی است:
حداقل مقاومت 28 روزه سیمان پرتلند معمولی 325ـ1، 325 یا Mpa5,32 است.
ً ً 28 ً ً ً ً 425ـ1، ً 425 یا ً 5 ،42 ً .
ً ً 28 ً ً ً ً 525ـ1، ً 525 یا ً 5،52 ً .
2ـ8 ـ2ـ سیمان پرتلند تیپ 2
با اصطلاحاتی که در خط تولید این نوع سیمان صورت پذیرفته ، درصد در آن به حداکثر 8% محدود شده است. این امر با کاستن از میزان خاک رس در مواد اولیه امکانپذیر است. چرا که حاوی اکسید آلومینیوم ( ) است که این اکسید در خاک رس وجود دارد. لذا جهت کاهش باید از میزان خاک رس کاست.
کم شدن باعث کاهش حرارت هیدراتاسیون و همچنین مقاوم شدن سیمان (و بتن) در برابر حمله سولفاتهاست . زیرا همانطور که در بخش 2ـ5 گفتیم، در مجاورت آب با سولفاتها ترکیب شده ، ماده‌ای به نام اترنژیت به وجود می‌آورد که در اثر جذب آب متورم می‌شود و ایجاد ترک میکند (به این پدیده حمله سولفاتها گویند).
2ـ8ـ3ـ سیمان پرتلند تیپ 3
زمان گیرش این نوع سیمان، مشابه سیمان پرتلند معمولی است. اما مقاومت اولیه آن به سرعت زیاد می‌شود؛ به گونه‌ای که در سه روز ، به مقاومت هفت روزه تیپ 1 می‌رسد. یادآوری می‌‌کنیم که سیمان زود سخت شونده با سیمان زودگیر تفاوت دارد.مفهوم زودگیر یعنی زمان گیرش سریع که با مفهوم کسب مقاومت سریع متفاوت است. در این نوع سیمان، کسب مقاومت سریع با آزاد شدن گرمای هیدراتاسیون زیادی همراه است و لذا نباید از این نوع سیمان در بتن ریزیهای حجیم استفاده کرد. زیرا بتن در اثر گرمای زیاد هیدراتاسیون منبسط می‌شود و در همان حال گیرش حاصل میکند. اما پس از سرد شدن، پدیده انقباض بتن را تحت کشش قرار می‌دهد و باعث ایجاد ترکهایی در آن می‌شود. برای دستیابی به این نوع سیمان در مرحله تولید عمدتاً دو کار انجام می‌شود:.
1ـ میزان در سیمان را افزایش میدهند. همانطور که در بخش 2ـ5 متذکر شدیم، وظیفه تأمین مقاومت اولیه را بر عهده دارد.
2ـ در آسیاب نهایی آن را نرمتر از سیمان پرتلند معمولی میکنند (حدود 3200).
در صورت عدم دسترسی به این نوع سیمان می‌توان از سیمان پرتلند معمولی 525ـ1 بهره جست.
امروزه مواد دیگری نیز به سیمان اضافه میکنند و سیمانهای خیلی زود سخت شونده و سوپر سخت شونده بدست می‌آورند. در مصرف این نوع سیمانها باید دقت داشت که دقیقاً مطابق روش ارائه شده در راهنمای آن عمل شود.
2ـ 8ـ4ـ سیمان پرتلند تیپ 4
در این نوع سیمان از طریق کم کردن میزان ،حرارت هیدراتاسیون را تا حد زیادی کاسته‌اند و از آن در بتن ریزیهای حجیم استفاده میکنند. البته میزان تولید این نوع سیمان در دنیا کم است و سعی می‌شود از سیمانهای جایگزین (همچون تیپ 5) استفاده شود.
در اینجا مناسب است بگوییم جهت کاستن حرارت هیدراتاسیون در بتن ریزی روشهای دیگری نیز وجود دارد که عبارتند از :
پیش سردکن: در این روش بجای آب از پودر یخ استفاده می‌شود . همچنین سعی بر آنست که سنگدانه‌ها حتی المقدور خنک باشند. بدین جهت شن و ماسه را از درون تونلهای خنک کننده عبور میدهند. به موازات آنها از میزان مصرف سیمان در بتن نیز تا حد امکان می‌کاهند. پس سردکن : در این روش ، لوله‌های مسی یا گلوانیزه مناسبی را در لابلای محدوده بتن ریزی قرار میدهند و هنگام بتن ریزی و در طول زمان عمل‌آوری، از میان آنها آب یا هوای سرد عبور میدهند. این لوله‌ها در بتن مدفون شده ، در آن باقی می‌ماند.
2ـ8 ـ5ـ سیمان پرتلند تیپ 5
در این نوع سیمان ـ که با هدف استفاده در جاهایی که در معرض حملات سولفاتی است ساخته می‌شود ـ درصد به حداکثر 5% محدود شده است. از آنجا که حرارت هیدارتاسیون این نوع سیمان بسیار کمتر از حرارت هیدراتاسیون سیمان پرتلند معمولی است، می‌توان از آن در بتن ریزیهای حجیم استفاده کرد.
تذکر این نکته ضروری است که سرعت کسب مقاومت این نوع سیمان کمتر از تیپ 1 است؛ به طوری که در 28 روز، حدود 91% مقاومت 28 روزه سیمان تیپ 1 را بدست می‌آورد. لذا در برخی آیین‌نامه‌ها مقاومت 42 روزه این نوع سیمان به جای مقاومت 28 روزه آن لحاظ می‌شود.
2ـ9ـ بحثی پیرامون حمله سولفاتها
تا مدتها پس از بکارگیری سیمان پرتلند معمولی در بتن، در برخی مناطق بتن کم کم سفید شده ، پودر می‌شد و می‌ریخت. این معنا توسط یک مهندس سوئدی به نام شلتون کشف شد. شلتون نشان داد در مناطقی که مواد سولفاتی وجود دارد، سولفاتها پس از نفوذ به درون بتن با ترکیب شده ، ماده‌ای به نام اترنژیت یا اترینگات به وجود می‌آورند . این ماده جدید در اثر جذب آب متورم و باعث ایجاد ترک در بتن می‌شود که به این روند، حمله سولفاتها گویند. برمبنای این کشف، کاهش میزان در سیمان و تولید سیمانهایی چون سیمان پرتلند تیپ 5 به عنوان راه حل مقابله با حمله سولفاتها ارائه شد. در روند حمله سولفاتها، نکته مهم آنست که تخریب بتن در اثر پدیده
شیمیایی ترکیب سولفات نیست؛ بلکه به علت پدیده فیزیکی انبساط اترنژیت در اثر جذب آب است! بعدها مشخص شد که سولفاتها علاوه بر ترکیب با ، به نیز حمله کرده ، در ترکیب با آن تولید سنگ گچ میکنند که این محصول هم در مجاورت آب و با جذب رطوبت، منبسط می‌شود و در بتن ایجاد ترک میکند. از طرفی دیده می‌شد که استفاده از سیمان ضد سولفات(تیپ 5) در مناطقی نظیر حاشیه خلیج فارس ـ که مواد سولفاتی به وفور وجود دارد ـ بر خلاف انتظار جوابگو نبوده، بتن تخریب می‌شود که نمونه این پدیده درتیرهای برق مشهود بود. با بررسیهای دقیقتر مشخص شد این تخریب در اثر حمله کلریدهاست نه سولفاتها؛ بدین شرح که با کاهش میزان ، در کنار افزایش مقاومت در برابر سولفاتها، نفوذپذیری نیز زیاد می‌شود و کلریدها راحت‌تر به داخل بتن راه می‌یابند. کلریدها به میلگرد حمله میکنند و در آنها خوردگی به وجود
می‌آورند که در نهایت منجر به تخریب بتن می‌شود و از آنجا که در مناطق حاشیه خلیج فارس کلریدها نیز به میزان زیاد در محیط وجود دارند، این مشکل ظهور می‌کرد. جهت رفع این معضل، پیشنهاد شد در این مناطق از سیمانهایی استفاده شود که درصد در آنها از 8% کمتر باشد؛ ولی کمتر از 5% نشود. یعنی%8 %5 که هم در برابر سولفاتها مقاومت کند و هم قابلیت نفوذ زیادی نداشته باشد. به طور کلی چنین نیست که هر جا مسأله وجود سولفاتها در محیط مطرح باشد، از سیمان تیپ 5 استفاده شود . نوع سیمان مناسب در ارتباط با مقدار سولفات محیط مطابق جدول 2ـ1 می‌باشد. همچنین در مقابله با حمله سولفاتها ، علاوه بر انتخاب سیمان مناسب، باید به نکات دیگری نیز توجه داشت که در پدیده بسیار مؤثرند:
1ـسولفاتها تنها در حالت محلول قادر به حمله به بتن هستند. لذا یکی از راه‌های مقابله با حمله سولفاتها دور نگاهداشتن بتن از رطوبت است. نمونه این عملیات قلوه چینی پیرامون پی ساختمانها جهت جلوگیری از نفوذ آب به پی است. همچنین در ساخت بتن نباید از آب دارای سولفاتها استفاده کرد.
2ـ تر و خشک شدن متناوب ، حمله سولفاتها را تشدید میکند. این پدیده به ویژه در سازه‌های بتنی کنار دریا که تحت تأثیر جذر و مد هستند مشاهده می‌شود. 3ـ از آنجا که هر چه میزان آب به سیمان (W/C) در بتن بیشتر باشد، نفوذپذیری و پیرو آن حمله سولفاتها و کلریدها بیشتر است، حتی‌المقدور باید مقدار آب را تا حد امکان کاست و به جای آن از مواد روان کننده استفاده کرد.
میزان سولفات محیط بر
حسب درصد کمتر از 1،0% بین ا,0 تا 2,0% بین 2,0 تا2% بیش از 2%
نوع سیمان تیپ1 تیپ2 تیپ5 تیپ 5+مواد پوزولانی
جدول 2ـ1 : نوع سیمان مناسب در ارتباط با میزان سولفات محیط
اصولاً بتن در معرض دو گانه حمله است:
1ـ حمله داخلی .
2ـ حمله خارجی.
در حمله داخلی، مواد مخرب با مواد اولیه وارد بتن می‌شوند و گریزی از حضور آنان نیست. مثلاً سولفات از طریق سنگ گچ موجود وارد بتن می‌شود. ممکن است آب مصرفی خود دارای مواد واکنش‌زا باشد و … . تنها راه مقابله با این حملات، دقت در انتخاب مواد اولیه و خشک نگه داشتن بتن حاصله است. اینگونه حملات طی سالیان طولانی و آهسته آهسته ظاهر می‌شوند. در حمله خارجی، مواد مخرب از خارج به درون بتن نفوذ کرده، آن را تحت تأثیر قرار میدهند. مانند حمله کلریدها در خلیج فارس. این گونه حملات طی مدت زمان بسیار کوتاه تری (بین 6 ماه تا یک سال) ظهور میکنند و راه‌های مقابله با آن قبلاً شرح داده شد.
2ـ10ـ دیگر انواع سیمانهای پرتلند
2ـ10ـ1ـ سیمانهای پرتلند پزولانی
پزولانها مواد سیلیسی یا سیلیس آلومیناتی هستند که خود قابلیت چسبندگی ندارند؛ اما به صورت پودر در کنار رطوبت با آهک ترکیب می‌شوند و ترکیبات سیلیکات کلسیم به وجود می‌آورند که خاصیت چسبندگی دارند. در تهیه سیمانهای پرتلند پزولانی، درصد مشخصی از مواد پزولانی را به سیمان پرتلند می‌افزایند و با سیمان حاصل، خواص جدیدی را تأمین میکنند. یکی از مهمترین خواص این سیمانها مقاومتشان در برابر حمله سولفاتها می‌باشد. پودر سیمان پرتلند در مجاورت آب ، ژل سیمان را به وجود می‌آورد. ماده‌ای است که در ژل سیمان یافت می‌شود و معایبی را به همراه دارد که عبارتند از:
1ـ آب هنگام خروج از لوله‌های مویین بتن، مقداری را در خود حل و به خارج منتقل میکند. در مجاورت هوا با ترکیب می‌شود و را به وجود می‌آورد که پس از تبخیر آب آن به صورت سفیدکهایی بر سطح بتن ظاهر می‌شود.
2ـ جای هایی که به صورت فوق از بتن خارج می‌شوند، خالی می‌ماند که این خود، عاملی در جهت افزایش نفوذپذیری بتن است.
3ـ بستر مناسبی برای حمله سولفاتها به وجودمی‌آورد. زیرا سولفاتها به حمله کرده، گچ به وجود می‌آورند . این گچ در اثر جذب رطوبت متورم می‌شود و همان مسأله حمله سولفاتها به وقوع می‌پیوندد. پزولانها با موجود در سیمان ترکیب می‌شوند و سیلیکات کلسیم به وجود می‌آورند که ماده‌ای است با خاصیت چسبندگی . در حقیقت پزولانها یک ماده مضر در سیمان را به ماده‌ای مفید تبدیل میکنند. تا مدتها گمان بر آن بود که مقابله با حمله سولفاتها فقط از طریق کاستن میزان و استفاده از سیمان تیپ 5 میسر است. اما امروزه می‌دانند که میزان زیاد نیز بستر مناسبی جهت حمله سولفاتها فراهم میکند و راه مقابله با آن استفاده از سیمان پرتلند پزولانی است. بر مبنای همین اصل ، همانگونه که در جدول 2ـ1 نیز مشاهده کردید، اگر درصد سولفات محیط بیش از 2% باشد، در کنار استفاده از سیمان تیپ 5 باید از مواد پزولانی
استفاده کرد. سیمانهای پزولانی بر اساس میزان پزولان موجود در آنها به صورت ًسیمان پزولانی X%ًبیان می‌شوند. آیین نامه حداکثر میزان مجاز پزولان در سیمان پرتلند پزولانی را 15% می‌داند . البته در برخی سیمانها میزان پزولان تا مقادیری بسیار بیش از این هم می‌باشد؛ اما چنین سیمانهایی پرتلند محسوب نمی‌شوند. بلکه ًسیمانهای پزولانیً با خواص مربوط به خود هستند. حرارت هیدراتاسیون پرتلند پزولانی بسیار پایینتر از سیمانهای پرتلند معمولی است و لذا در بتن ریزیهای حجیم همچون سد سازیها کاربرد دارند. اما در زمستان که خطر یخ زدگی وجود دارد نباید از آنها استفاده کرد. همچنین مقاومت آنها تا پیش از یک سال کمتر از مقاومت سیمانهای عادی می‌باشد (نمودار شکل 2ـ21) و لذا از سیمانهای پرتلند پزولانی در قسمتهایی که نیاز به کسب مقاومت سریع است نمی‌توان استفاده کرد. مواد پزولانی به دو گونه در طبیعت یافت می‌شوند:
؟
پزولانهای طبیعی ، شامل خاکسترهای آتشفشانی است که از دهانه کوه‌های آتشفشان خارج می‌شود و در اطراف این کوه‌ها به صورت پوکه جمع می‌شود. شاید قدیمیترین خاکستر آتشفشانی که در صنعت سیمان به کار گرفته شد، خاکسترهای موجود در دهکده پزولان در دامنه کوه آتشفشان وزوو در ایتالیا باشد ـ و نام پزولان نیز از همین جا کسب شده است ـ . استاندارد شماره 3433 ایران خواص پزولانهای طبیعی را به دقت بیان کرده است که در هر مورد، پزولان مورد نظر باید تجزیه و با استاندارد تطبیق داده شود. از مهمترین مشکلات پزولانهای طبیعی . غیر یکنواختی آنهاست که در تولید سیمان یکنواخت ایجاد مشکل میکند. امروزه پزولانهای طبیعی کاربرد چندانی ندارند. پزولانهای مصنوعی گونه دیگری از پزولانها هستند که برخلاف پزولانهای طبیعی، کاربردهای متعددی دارند. دو نوع عمده آنها عبارتنداز:
1ـ خاکستر بادی .
2ـ دوده سیلیسی .
- ۹۵/۰۶/۰۴