دانلود مقاله سيمان  با فرمت ورد ودر 78 صفحه قابل ویرایش

قسمتی از متن مقاله

ـ سيمان[1]

به طور كلي به هر ماده‌اي كه خاصيت چسبانندگي داشته باشد و بتواند مواد را به يكديگر بچسباند، سيمان گفته مي‌شود.چسباننده‌ها در صنعت ساختمان بيشتر جهت چسباندن سنگدانه‌ها، قطعات بزرگتر سنگي، آجرها و … به يكديگر به كار مي‌روند. طبيعتاً اولين ماده سيماني كه به استخدام بشر درآمد ، گل بود كه هنوز هم بقاياي ساختمانهاي گلي در مناطق كويري قابل مشاهده است. در طول ساليان مختلف ، مواد گوناگوني به عنوان سيمان به كار رفت و امروزه چسباننده‌هاي بسيار متنوعي شامل انواع ملاتهاي سيماني، ملاتهاي گچي ، چسبهاي پليمري و… در دست است. امروزه عمده ‌ترين سيماني كه مورد استفاده قرار مي‌گيرد، سيمان پرتلند مي‌باشد كه به طور مشروح در ادامه مورد بحث قرار مي‌گيرد.

2ـ1ـ تاريخچه سيمان پرتلند[2]

يكي از مهمترين مشكلات سيمان گلي، عدم مقاومت در برابر آب بود. اين مهم بشر را بر آن داشت تا تحقيقات گوناگوني جهت دسترسي به سيمان ضد آب انجام دهد و نتيجه اين تحقيقات ، كشف سيماني به نام ساروج[3]بود. ساروج تركيبي است از آهك، خاكستر، ماسه، خاك رس و لويي[4] كه در مقايسه با گل در برابر رطوبت مقاوم است. در ايران باستان از ساروج براي ساختن آب انبارها، آبگيرها و ساير سازه‌هايي كه مي‌بايست خاصيت آب‌بندي مي‌داشتند استفاده مي‌شد. امروزه با ابداع سيمان پرتلند، مصرف ساروج تقريباً متوقف شده است. در قرن 18 به سال 1756 ميلادي هنگامي كه جان اسميتون[5]مأمور بازسازي برج چراغ دريايي اديستون[6] گرديد، مطالعاتي را جهت دستيابي به يك سيمان مناسب انجام داد و به اين نتيجه رسيد كه بهترين سيمان وقتي بدست مي‌آيد كه در مخلوط آن از سنگ آهك و خاك رس استفاده شود. در سال 1824، ژوزف آسپدين[7] به اين نتيجه رسيد كه جهت بدست آوردن سيماني مناسب، مخلوط سنگ آهك و خاك رس بايد حرارت داده شود و بالاخره در سال 1845، آيزاك جانسون[8] سيمان پرتلند را به صورتي كه امروزه شناخته مي‌شود ، به نام خود ثبت كرد. امروره شيوه كلي توليد سيمان پرتلند بدين صورت است كه پس از استخراج مواد اوليه (سنگ آهك و خاك رس) و آماده كردن آنها، مخلوط را تا دماي بيش از حرارت مي‌دهند. حاصل اين فرايند كلينكر [9] است كه آن را پس از سرد شدن با 3 الي 4 درصد وزني سنگ گچ آسياب مي‌كنند تا پودر سيمان پرتلند بدست آيد. لازم به ذكر است نام پرتلند به جهت تشابه رنگ و كيفيت سيمان سخت شده با سنگ آهكي كه در اطراف شهر پرتلند در ناحيه دُرست[10] انگلستان وجود دارد، مورد استفاده قرار گرفته است.

2ـ2ـ توليد سيمان پرتلند

به طور كلي توليد سيمان پرتلند مراحل مختلفي دارد كه در ادامه به آن اشاره خواهند شد. لكن پيش از ذكر آنها بيان اين مطلب ضروري است كه صنعت سيمان داراي دو عيب عمده زير است:

1ـ مصرف انرژي بسيار بالا

2ـ ايجاد آلودگي محيط زيست

و محققين و صنعتگران همواره در تلاش جهت تغيير خط توليد به گونه‌اي هستند كه اين معايب تا حد امكان مرتفع گردد.

2ـ2ـ1ـ انتخاب محل براي احداث كارخانه

انتخاب محل مناسب جهت احداث كارخانه توليد سيمان با عوامل چندي در ارتباط است كه عبارتند از :

1ـ كارخانه به معادن مواد اوليه (سنگ آهك و خاك رس) نزديك باشد.

2ـ ظرفيت معادن مواد اوليه پاسخگوي نياز دراز مدت كارخانه باشند.

3ـ كيفيت مواد اوليه در حد قابل قبولي باشد.

4ـ كارخانه به قطبهاي مصرف نزديك باشد.

همانطور كه مشاهده مي‌شود، عوامل يك و چهار مربوط به هزينه حمل و نقل در صنعت سيمان است. از آنجا كه مواد اوليه به كارخانه و سيمان توليدي به قطبهاي مصرف بسيار بالاست، محل كارخانه بايد در جايي باشد كه اين هر دو مسافت حتي‌المقدور كمينه باشند. عوامل دو و سه نيز در ارتباط با انتخاب معادن مناسب جهت قرضه كارخانه است. يك معدن مناسب بايد اولاً از نظر كيفيت داراي مواد قابل قبولي باشد. ثانياً از نظر كميت بتواند حداقل بين 100 تا 150 سال مواد اوليه كارخانه را تأمين نمايد. در غير اين صورت ممكن است ساخت كارخانه از نظر اقتصادي به صرفه نباشد. از آنجا كه در ايران بيشتر سنگها آهكي به صورت رسوبي در قالب كوه هستند و در دشتهاي مجاور اين كوه‌ها معادن خاك رس موجود است. معمولاً حد فاصل اين كوه‌ها و دشتها محل مناسبي جهت احداث كارخانه است.

 

2ـ2ـ2ـ استخراج و انتقال مواد اوليه

جهت استخراج سنگ آهك معمولاً از عمليات آتش باري[11] استفاده مي‌شود. بدين صورت كه با استفاده از مواد منفجره قسمتهاي مورد نظر از كوه را منفجر مي‌كنند و سنگ آهك را به صورت قطعات سنگي درشت بدست مي‌آورند. همچنين در استخراج خاك رس نيز، به دليل سختي نسبتاً پايين معادن آن ، معمولاً از لودر(بيل مكانيكي[12])، بيلهاي مكانيكي پرقدرت[13] و بيلهاي كششي[14] استفاده مي‌شود. پس از استخراج مواد اوليه آنها را با استفاده از واگن، تسمه نقاله يا كاميونهاي ويژه حمل مواد اوليه به كارخانه منتقل مي‌‌كنند.

2ـ2ـ3ـ سنگ شكن[15]

سنگ آهكي كه از معدن بدست مي‌آيد، در بدو ورود به كارخانه ، به قسمت سنگ شكن منتقل مي‌شود. سنگ شكنها كه وظيفه خرد كردن قطعات بزرگ سنگ و ايجاد قطعات كوچكتر را بر عهده دارند، داراي انواع گوناگون همچون سنگ شكنهاي فكي[16]، چكشي[17] و دوراني[18] مي‌باشند. در زير سنگ شكنها ، سرند[19] اوليه وجود دارد كه خرده سنگهاي شكسته در سنگ شكن ، روي آن مي‌ريزند. قطعات مناسب خرده سنگها كه از سرند اوليه عبور كنند، به قسمت دپوي مصالح منتقل مي شوند و قطعات درشتي كه روي سرند باقي مي‌مانند، مجدداً به سنگ شكن باز مي‌ گردند .

2ـ2ـ4ـ دپوي[20]مصالح

مواد اوليه تا زمان مصرف در قسمتي از كارخانه انبار مي‌شوند . از آنجا كه مواد اوليه نسبتاً ناهمگن و غير يكنواخت است و سيمان توليدي بايد كاملاً يكنواخت باشد، شيوه انباشتن و برداشت مصالح به گونه‌اي است كه تا حدودي اين هدف را تامين كند. بدين منظور از روش ًباند همگن سازً استفاده مي‌شود. در اين روش ماشين مخصوصي كه داراي يك بازوي متحرك در بالاست، در طول قسمت دپو بر روي ريل حركت مي‌كند و مواد آماده شده را توسط تسمه نقاله به بالا منتقل كرده ، با استفاده از بازوي متحرك، در كنار مسير حركت خود تخليه مي‌كند. نتيجه اين عمل در طول حركت رفت و برگشتي ماشين، ايجاد يك خاكريز از مصالح مورد نظر در امتداد مسير حركت است. هر ماشين مي‌ تواند دو خاكريز در طرفين خود ايجاد كند و هر كارخانه بسته به حجم توليد، به تعدادي از اين ماشينها مجهز است.

در هر صورت مواد اوليه در لايه‌هاي افقي بر روي هم ذخيره مي‌شوند. در صورت برداشت با مقاطع عمودي، قسمت برداشتي تقريباً شامل كليه لايه‌ها خواهد بود.

؟

2ـ2ـ5ـ آسياب گلوله‌اي

در فرايند آماده سازي مواد اوليه جهت تهيه سيمان، بايد اين مواد كاملاً به شكل پودر درآيند. بدين منظور از آسياب گلوله‌اي[21](ساچمه‌اي) استفاده مي‌شود. آسياب گلوله‌اي استوانه‌اي است كه محور آن با افق زاويه كوچكي مي‌سازد وداراي ابعاد گوناگون همچون 10×4 متر است. داخل اين آسياب ، گلوله‌هايي است كه در قسمتهاي اوليه آن بزرگترند و هرچه به انتهاي آسياب نزديك شود، كوچكتر مي‌گردند. شيوه كار چنين است كه در حاليكه استوانه مي‌چرخد، اين مواد با گلوله‌ها بالا مي‌روند و از بالاترين نقطه سقوط مي‌كنند. توالي اين صعود و سقوط ، منجر به آسياب شدن مواد مي‌شود. مواد اوليه از قسمت ورودي آسياب داخل مي‌شوند و در اثر حركت چرخشي و شيب استوانه به سمت خروجي پيش مي‌روند و به صورت پودر از انتهاي آن خارج مي‌شوند. سنگ آهك و خاك رس هر يك در آسيابهاي جداگانه‌اي آسياب مي‌شوند و پودر آنها در سيلوهاي مخصوص نگهداري مي‌شود. تفاوت آسياب خاك رس با سنگ آهك آنست كه به دليل مرطوب بودن نسبي خاك رس، آسياب كردن آن با حرارت همراه است تا پودر خاك رس به صورت كاملاً خشك بدست آيد.

2ـ2ـ6ـ تهيه خوراك كوره

پس از آماده شدن پودر سنگ آهك وخاك رس ، نوبت به تهيه خوراك كوره مي‌رسد. اين عمل روشهاي گوناگوني دارد و بر همين اساس ، روشهاي مختلف توليد سيمان را دسته‌بندي مي‌كنند. بدين منظور چهار شيوه وجود دارد كه در ادامه به آنها اشاره مي‌گردد.

2ـ2ـ6ـ1ـ روش تر

داخل حوضچه‌هايي را از آب پر مي‌كنند و سنگ آهك ، خاك رس و ديگر تركيبات لازم را به نسبت معين به آن مي‌افزايند . يك بازوي مكانيكي هم‌زن وظيفه اختلاط مواد و جلوگيري از ته نشين شدن آنها را بر عهده دارد. البته ممكن است از دميدن هواي فشرده از زير حوضچه به داخل آن هم استفاده شود. از دوغاب بدست آمده نمونه برداي كرده ، در آزمايشگاه تجزيه مي‌كنند تا نسبت مواد در آن را تشخيص دهند. بدين ترتيب كمبود مواد و تركيبات در دوغاب را تعيين و با استفاده از سيلوهاي كمكي ، مواد لازم را به ميزان كافي اضافه مي‌ كنند تا دوغاب (لجن)[22]با تركيبات مناسب بدست آيد.

دوغاب آماده شده را به كوره پخت سيمان مي‌برند.

2ـ2ـ6ـ2ـ روش نيمه تر

در اين شيوه، دوغاب بدست آمده از روش تر را پيش از آنكه به كوره بفرستند، داخل فيلترهايي به شكل آكاردئون مي‌‌فشارند تا آب آن گرفته شود. حاصل ، خمير سختي خواهد بود كه پس از بريدن آن به شكل استوانه‌هاي كوچك ، اين قطعات بدست آمده را به كوره مي‌فرستند.

؟

2ـ2ـ6ـ3ـ روش نيمه خشك

در اين روش، مواد اوليه را بر روي سيني‌هاي دواري به نام ًدستگاه گلوله سازً ريخته ، چهار الي پنج درصد آب اضافه مي‌كنند . حركت دوراني سيني و رطوبت موجود باعث پيوستن پودر مواد اوليه به يكديگر و ايجاد گلوله‌هايي به نام اماج مي‌شود. اين گلوله‌ها خوراك كوره خواهند بود.

2ـ2ـ6ـ4ـ روش خشك

در اين روش، پودر سنگ آهك و خاك رس به صورت خشك با يكديگر مخلوط مي‌شوند و نمونه‌هايي از‌ آن تهيه مي‌شود. اين نمونه‌‌ها در معرض تابش اشعه X قرار مي‌گيرند و بازتاب اشعه تحليل مي‌شود. از آنجا كه هر ماده بازتاب مخصوصي از اشعه X دارد، با تحليل طيفهاي بازتابي از نمونه مي‌توان درصد مواد گوناگون در نمونه را تعيين و نسبت به تنظيم آنها اقدام كرد. مخلوط حاصل به همان صورت خشك خوراك كوره خواهد بود.

؟

2ـ2ـ 7ـ كوره

هنگاميكه خوراك كوره به هر يك از چهار روش فوق آماده شد، بايد در دماي حدود1400 درجه سانتيگراد حرارت ببيند تا فعل و انفعالات لازم به وجود آيد. بدين منظور از دو نوع كوره استفاده مي‌شود.

2ـ2ـ7ـ1ـ كوره قائم[23]

كوره قائم، استوانه‌‌اي است ايستاده به قطر معمولاً 2 تا 3 متر و ارتفاع 7 الي 10 متر كه داخل آن با لايه‌اي از آجر نسوز پوشيده شده است. خوراك كوره از بالا همراه با درصدي پودر ذغال كك وارد كوره مي‌شود كه ذغال در مجاورت آتش و دميدن هوا از پايين كوره مشتعل گشته، حرارت لازم را تأمين مي‌كند. آنچه به صورت تفاله از پايين كوره خارج مي‌شود، كلينكر نام دارد و جهت توليد سيمان از آن استفاده مي‌شود. در حاليكه اين كوره سيستم بسيار ساده‌اي داشته، زود به بهره برداري مي‌رسد، غير يكنواختي كلينكر توليد شده ، هزينه پرسنلي زياد ، توليد كم و مصرف ذغال كك گران قيمت از مهمترين معايب آن به حساب مي‌آيد. علت عدم يكنواختي كلينكر آنست كه برخي از خواركهاي كوره بيشتر حرارت مي‌بينند و بعضي كمتر.

2ـ2ـ7ـ2ـ كوره گردنده افقي[24]

كوره گردنده افقي استوانه‌اي است فلزي به قطر حدود 3 تا 4 متر و طول كافي كه گاهي تا 160 متر نيز مي‌رسد. محور اين كوره با افق زاويه كوچكي مي‌سازد تا مواد وارد شده از بالا، در اثر حركت دوراني و شيب كوره به سمت پايين آن منتقل شوند. حرارت لازم كوره توسط مشعلي كه در قسمت انتهايي قرار گرفته و جريان‌هاي گرم و حرارت را از انتهاي كوره به سمت ابتداي آن برقرار مي‌كند تأمين مي‌شود. از آنجا كه دما در داخل كوره بسيار زياد است، جهت ‌گيري از انتقال آن به بدنه كوره ، قسمت داخلي آنرا با يك لايه آجر نسوز و همچنين عايق حرارتي (معمولاً پشم شيشه يا پشم سنگ) مي‌پوشانند. در صورت خاموش كردن كوره ، تغييرات دمايي بسيار زياد حاصله (در حدود 1400 درجه)، ايجاد شوك حرارتي مي‌كند و باعث تخريب بخشهاي دروني كوره مي‌شوند. لذا حتي‌المقدور بجز در موارد ضروري يا تعمير نبايد كوره را متوقف نمود.

مواد اوليه از بالا وارد كوره مي‌شوند. در قسمت ابتدايي كوره، مواد در دمايي حدود 800 درجه كاملاً خشك مي‌شوند. در قسمت بعدي و در دمايي حدود 1000 درجه، سنگ آهك كلسينه مي‌شود. يعني آن خارج مي‌شود. در قسمت انتهايي كوره حدود 25% مواد تحت دمايي بيش از 1400 درجه ذوب مي‌شوند كه اين پديده همراه با حركت دوارني كوره باعث چسبيدن ساير مواد به يكديگر و توليد كلينكر مي‌گردد. اين كلينكر به عنوان محصول نهايي كوره از قسمت انتهايي آن خارج مي‌شود.

؟

2ـ2ـ8 ـ جلوگيري از اتلاف انرژي

همانطور كه اشاره شد، در كوره‌هاي گردنده افقي دو جريان مخالف هم برقرار است: 1ـ جريان مواد از بالا به پايين.

2ـ جريان هواي گرم از پايين به بالا

خروج كلينكر از پايين كوره و هواي گرم از بالاي كوره ،‌باعث اتلاف بخش عظيمي از حرارت كوره و انرژي مي‌شود. لزوم مقابله با اين پديده ، به ابداع شيوه‌هاي گوناگوني منجر شد كه در ادامه خواهد آمد.

2ـ2ـ8 ـ1ـ پيش گرم‌كن[25]

پيش گرم كن متشكل از ظروفي به شكل مخروطهاي ناقص معكوس است كه در بالاي ورودي كوره نصب مي‌شوند و مواد پيش از ورود به كوره، داخل آن مي‌گردند. هواي گرم خروجي از بالاي كوره داخل اين ظرفهاي مخروطي شده، باعث گرم شدن مواد اوليه در آن مي‌شود. اين مسأله هم باعث خشك شدن نسبي مواد و هم گرم شدن آنها مي‌گردد و لذا به همين مقدار مي‌توان از طول كوره كاست ! پيش گرم كن مجهز به يك فن دمنده و تيغه‌هايي در مسير است كه جريان هوا پس از تنظيم سرعت توسط فن، در برخورد با تيغه‌ها آشفته شده ، مواد اوليه را در خود شناور نگاه مي‌دارد و گرم مي‌‌كند.

2ـ2ـ8 ـ2ـ پيش كلسينه كن[26]

پيش كلسينه كن همانند پيش گرم كن بر مبناي استفاده هرچه بيشتر از انرژي تلف شده در بالاي كوره ابداع شده است. پيش كلسينه كن بين پيش گرم كن و كوره نصب مي‌شود و درصدي از مواد در اثر حرارت آن كلسينه مي‌شوند. لذا به همين ميزان مي‌توان از طول كوره كاست و در انرژي و هزينه آن صرفه جويي نمود!

2ـ2ـ8 ـ3ـ كولر زنجيري[27]

قبلاً اشاره شد كه بخش قابل توجهي از حرارت و انرژي كوره در قسمت انتهايي به دليل خروج كلينكر داغ صورت مي‌پذيرد. از طرفي كلينكر بدست آمده از كوره ـ كه دمايي بيش از 1400 درجه دارد ـ به همان صورت داغ قابل مصرف نيست و بايد پيش از ادامه فرايند سيمان سرد شود. اين دو نكته سبب بكار گيري سيستمي به نام كولر شد تا هر دو منظور را تأمين كند.

كولرها انواع مختلفي دارند و سيستم عمومي آنها بدين شرح است كه كلينكر داغ از كوره وارد كولر مي‌شود و تحت اثر جريان هواي خنك قرار مي‌گيرد. از طرفي هوايي كه در مجاورت كلينكرهاي داغ گرم شده است، به داخل كوره هدايت مي‌شود و ميزان انرژي لازم جهت گرم كردن را كاهش مي‌دهد. يكي از انواع كولرها، كولر زنجيري است كه در آن ، كلينكرها پس از خروج از كوره بر روي يك شبكه زنجيري ريخته مي‌شوند و از پايين تحت دمش هوا قرار مي‌گيرند. جريان هوا در حركت به بالا از ميان كلينكرها ، آنها را خنك كرده، خود گرم مي‌شود به داخل كوره مي‌رود.

2ـ2ـ8 ـ4ـ كولر اقماري

كولرهاي اقماري عملكردي مشابه كولرهاي زنجيري دارند و به صورت استوانه‌هايي با طول معين در قسمت انتهايي كوره نصب مي‌شوند. اين استوانه‌ها از داخل به درون كوره راه دارند. هنگاميكه كوره مي‌چرخد و كلينكر آماده شده به انتهاي آن مي‌رسد، هر بار كه يكي از استوانه‌ها در پايين كوره قرار مي‌گيرد، مقداري كلينكر داخل آن مي‌ريزد. جريان هوايي كه از درون هر استوانه برقرار است، پس از خنك كردن كلينكرها به مشعل كوره منتقل مي‌شود و از اين طريق باعث صرفه‌جويي در مصرف سوخت كوره مي‌شود.

؟

2ـ2ـ9ـ فيلترهاي الكترواستاتيك

هواي خروجي از بالاي كوره ، پس از عبور از پيش گرم كن، در نهايت وارد جو مي‌شود. اين هوا داراي مقدار قابل ملاحظه‌اي ذرات ريز معلق است كه در صورت عدم بازيافت ، باعث آلودگي محيط زيست مي‌شود. جهت جدا كردن اين ذرات از هوا ، از فيلترهاي گوناگون استفاده مي‌شود. يكي از انواع اين فيلترها ، فيلتر الكترواستاتيك است. در اين سيستم، صفحاتي فلزي با بار مثبت الكترواستاتيكي در مسير خروجي هوا قرار مي‌گيرند و ذرات هوا پيش از ورود به فيلتر به وسيله جريان برق فشار قوي، به بار منفي باردار مي‌شوند. ذرات با بار منفي به سمت صفحات با بار مثبت جذب مي‌شوند و هواي خروجي عاري از آنها مي‌گردد. هنگاميكه ضخامت ذرات روي صفحات به حد معيني برسد، با دستگاه‌هاي لرزاننده صفحات را تميز مي‌كنند. ذرات بدست آمده در صورت دارا بودن قابليت مصرف ، به قسمت خوراك كوره بازگردانده مي‌شوند. لازم به ذكر است اين صفحات در اثر رطوبت و اسيدي بودن گازهاي كوره زنگ مي‌زنند و بايد هر از چندگاهي تعويض شوند.

2ـ2ـ10ـ آسياب نهايي كلينكر

كلينكر خارج شده از كولر دمايي در حدود 300 درجه دارد كه هنوز مناسب ادامه روند توليد سيمان نيست ، لذا آن را در انبارهاي سرپوشيده‌اي به مدت 5 تا 6 روز قرار مي‌دهند تا دماي آن در مجاورت هوا به كمتر از 100 درجه ، يعني حدود60 درجه برسد. حال اين كلينكر را همراه با حدود3% وزني سنگ گچ به وسيله آسيابهاي گلوله‌اي آسياب مي‌كنند و پودر حاصل را با استفاده از سرند الك مي‌نمايند. ذرات درشت‌تر از اندازه الك به آسياب بازگردانده مي‌شوند. آنچه در نهايت بدست مي‌آيد، پودر سيمان پرتلند است كه داراي 10×1 يا 10×11 ذره سيمان است. بعداً خواهيم ديد كه سنگ گچ در زمان گيرش سيمان مؤثر است.

2ـ3ـ انتقال سيمان به محل مصرف

سيمان پس از توليد در سيلوهاي مخصوص ذخيره مي‌شود تا از آنجا به كارگاه منتقل گردد. انتقال سيمان به دو شكل انجام مي‌شود كه عبارتنداز:

1ـ پاكتي

2ـ فله‌اي

در روش پاكتي، سيمان در پاكتهاي استانداردي بسته بندي و راهي بازار مصرف مي‌شود. مطابق استاندارد ، كيسه‌ها بايد در وزنهاي 25 يا50 كيلوگرم و حداقل داراي سه لايه كاغذي باشند كه جهت جلوگيري از نفوذ رطوبت ، بين دو تا از لايه‌ها بايد غيراندود يا يكي از جنس پلاستيك باشد. بر روي پاكتهاي سيمان بايد علامت تجاري كارخانه ، نام توليد كننده، نوع سيمان، وزن كيسه و تاريخ توليد با رنگ مخصوص به تيپ هر سيمان نوشته شده باشد.

در روش فله‌اي، ماشين مخصوص حمل سيمان[28] در زير سيلو بارگيري كرده، بار خود را به سيلوي كرگاه منتقل مي‌كند. هنگام تخليه ماشين حمل سيمان، پس از اتصال لوله رابط به سيلو، با افزايش فشار و برقراري جريان هوا در لوله ، ذارت سيمان همانند سيال به داخل سيلو منتقل مي‌شوند.

2ـ4ـ فساد سيمان

دو عامل باعث فساد سيمان مي‌شود كه عبارتند از:

1ـ جذب رطوبت از محيط

2ـ جذب از هوا

فساد سيمان در اثر رطوبت را هيدراته شدن [29]و در اثر جذب را كربناته شدن[30] گويند. به منظور جلوگيري از فاسد شدن سيمان در كارگاه، نكات چندي در مورد انبار كردن و استفاده از سيمان بايد مدنظر قرار گيرد كه به آنها اشاره مي‌نماييم.

1ـ در صورت انتقال سيمان از كارخانه به كارگاه به صورت كيسه‌اي ، حتماً سطح بارگير تريلي با برزنت يا پلاستيك پوشيده شود.

2ـ هنگام تخليه و انتقال كيسه‌ها از پاره‌ شدن آنها جلوگيري شود.

3ـ كيسه‌هاي رسيده به كارگاه در انبارهاي سرپوشيده نگهداري شوند يا روي آنها روكش پلاستيكي قرار گيرد.

4ـ به هيچ وجه كيسه‌ها روي زمين چيده نشوند. براي قرار دادن كيسه‌ها از سطوح چوبي كه سطح آنها حداقل cm20 از زمين فاصله دارد استفاده شود.

5ـ حداكثر تعداد 12 كيسه سيمان روي يكديگر قرار داده شوند.

6ـ هيچگاه بيش از مقدار مورد نياز و پيش از زمان لازم ملات درست نشود.

در مورد اول و سوم، جذب رطوبت در اثر بارش احتمالي مد نظر بوده است. مورد دوم مربوط به جذب رطوبت و هواست. چهارمين مورد به جذب آب از زمين در اثر عوامل مختلف همچون جاري شدن آب در كارگاه اشاره دارد. در صورت وجود فاصله مناسب بني سطح چوب و زمين، جريان هوا زير كيسه‌ها برقرار شده ، از مرطوب شدن آنها جلوگيري مي‌‌كند (شكل 2ـ6) . عدم رعايت نكته پنجم باعث مي‌شود سيمان در كيسه‌هاي زيرين تحت فشار قرار گيرد و در اثر جذب اندكي رطوبت كلوخه شود (شكل 2ـ6). نكته ششم نيز در اين رابطه است كه اگر احتمالاً يكي از محموله‌هاي رسيده به كارگاه فاسد يا داراي هر ايراد ديگري باشد، بتوان آن محموله را به راحتي شناسايي و جدا كرد . آخرين مسأله به فاسد شدن سيمان و عدم كارايي ملات در اثر سپري شدن زمان گيرش آن اشاره دارد.

؟

2ـ5ـ عناصر و خواص سيمان

در فرايندهاي توليد و مصرف سيمان، به طور عمده در دو مرحله با تغييرات شيميايي مواجه هستيم:

1ـ هنگاميكه مواد در دماي بيش از 1400 درجه كوره با يكديگر فعل و انفعال شيميايي انجام مي‌دهند.

2ـ هنگام مخلوط شدن سيمان با آب و انجام واكنش هيدراتاسيون .

در سيمان عناصر گوناگوني همچون كلسيم، سيليسيم، آلومينيوم ، آهن ، منيزيم، سديم، پتاسيم و گوگرد وجود دارد. البته بيشتر اين عناصر به صورت اكسيد وجود دارند. يعني CaO، . (در شيمي سيمانCaO را با C، را باS، را با A و را با F نمايش مي‌دهند.) به اين تركيبات،اكسيدهاي ساده سيمان گويند. برخي از اين تركيبات در فرايندهاي دروني كوره با يكديگر تركيب شده، اكسيدهاي مركب زير را به وجود مي‌آورند: دي كلسيم سيليكات ، تري كلسيم سيليكات ، تري كلسيم آلومينات ، تتراكلسيم آلومينات فريت مقادير اكسيدهاي ساده و مركب در آزمايشگاه تعيين مي‌شوند . لكن سري فرمولهاي تجربي باجو[31] نيز در محاسبه مقادير اكسيدهاي مركب كاربرد دارند. اين فرمولها عبارتنداز:

هر كدام از اكسيدهاي مركب ، مسؤول بخشي از خواص سيمانند. قسمت عمده سيمان از سيليكاتهاي كلسيم (حدود 50 درصد و بين 20 تا25 درصد ) تشكيل مي‌شود و كليه خواص مفيد همچون چسبندگي ، ثبات ، مقاومت و … مربوط به آنهاست. تفاوت با در آنست كه با آب سريع واكنش داده ، مقاومت اوليه را همراه با حرارت هيدراتاسيون زياد توليد مي‌كند. اما كندتر واكنش نشان داده ، با توليد حرارت هيداراتاسيون كمتر، تأمين مقاومت نهايي سيمان را بر عهده دارد. به عبارتي مقاومت هفت روز اول توسط و مقاومت تا 28 روز و به بعد توسط تأمين مي‌شود. در كوره خود به خود توليد مي‌شود و تنها مي‌توان ميزان آن را كم كرد. اكسيدي است ناپايدار كه در مجاور عوامل سولفاتي فوراً به ماده ديگري به نام اترنژيت تبديل مي‌شود. اترنژيت در اثر جذب آب، افزايش حجم پيدا مي‌كند كه باعث ترك خوردن بتن مي‌شود. اين پديده را اصطلاحاً حمله سولفاتها[32]گويند. با آب به سرعت واكنش داده، گيرش حاصل مي‌ كند. جهت جلوگيري از بروز اين پديده ـ كه به آن گيرش آني مي‌گيرند ـ هنگام آسياب نهايي كلينكر به آن بين 3 تا 4 درصد سنگ گچ مي‌افزايند. سنگ گچ با واكنش ايجاد مي‌كند و سولفو آلومينات كلسيم نامحلول به وجود مي‌آورد و از اين طريق از ظهور گيرش آني جلوگيري مي‌نمايد. بعداً خواهيم ديد جهت تهيه سيمان ضد سولفات (تيپ5) درصد را كاهش مي‌دهند. نقش چنداني در خواص سيمان ندارد و صرفاً به عنوان كاتاليزور حرارتي ايفاي نقش مي‌كند؛ به گونه‌اي كه اگر نباشد، دماي پخت لازم در كوره مقداري بسيار بيشتر ا ز1400 درجه خواهد بود.

2ـ6ـ آزمايشهاي سيمان

پس از توليد سيمان بايد خواص آن آزمايش و با استانداردهاي مربوط سنجيده شود. تنها در اين صورت است كه مي‌توان نسبت به عملكرد مناسب سيمان در عمر مفيد سازه خوش بين بود. بدين منظور آزمايشهاي مختلفي انجام مي‌شود كه در ادامه به برخي از آنها اشاره خواهد شد.

2ـ6ـ1ـ افت سرخ شدن[33]

نمونه‌اي از سيمان را وزن كرده، داخل بوته آزمايش مي‌ريزند و تا دماي حرارت مي‌‌دهند. پس از گداخته شدن سيمان، بوته را از كوره خارج مي‌كنند تا سيستم خنك شود. با توزين مجدد سيمان افت وزني را بر حسب درصد بدست آورده، افق سرخ شدن (افت حرارتي) مي‌نامند كه نبايد از 3% بيشتر باشد.

پيشتر ديديم كه جذب رطوبت و جذب باعث فساد سيمان مي‌شوند. در دماي ، رطوبت و ي احتمالي موجود در نمونه سيمان خارج مي‌شود. هر چه ميزان رطوبت و ي جذب شده و در حقيقت فساد سيمان بيشتر باشد، افت سرخ شدن بيشتر خواهد بود. مي‌‌توان گفت افت سرخ شدن، پارامتري است از ميزان فساد سيمان.

2ـ6ـ2ـ باقيمانده نامحلول [34]

در اين آزمايش كه پارامتري است از ميزان ناخالصيهاي موجود در سيمان، نمونه‌اي از سيمان را وزن كرده ، داخل اسيد فلئوريدريك(HF) مي‌ريزند. از آنجا كه تركيبات سيمان در اين اسيد محلولند، كل نمونه بايد حل شود. هر چه كه حل نشده باقي بماند ، بمنزله ناخالصي سيمان است كه پس از توزين به صورت درصد وزني بيان مي‌شود و نبايد از 75، 0% بيشتر باشد.

2ـ6ـ3ـ درصد

همانطور كه ذكر شد، جهت جلوگيري از گيرش آني سيمان ـ كه به دليل وجود به وقوع مي‌پيوندد ـ متناسب با ميزان به آن سنگ گچ مي‌افزايند . مطابق آيين نامه اگر مقدار ،كوچكتر يا مساوي 8% باشد، ميزان مجاز حداكثر 5،2% و اگر مقدار بيش از 8% باشد، ميزان مجاز حداكثر 3% است.

2ـ6ـ4ـ معادل قليايي

دو اكسيد قليايي در سيمانند كه با وجود مقدار اندك (كمتر از 1%) اثرات بسيار مهمي بر سيمان مي‌گذارند. قلياييها با سنگهاي سيليسي كه سيليس آنها به صورت آمورف (بي‌شكل) است مانند كوارتز، اُپال، كلستونين، بعضي توفها و بعضي چرتها واكنشهاي قليايي ـ سيليسي به وجود مي‌آورند كه اثرات تخريبي آنها در دراز مدت ظاهر مي‌شود. ظهور اين اثرات در بتن ـ كه به موازات رطوبت و گرمي هواي منطقه بستگي داردـ به صورت تركهايي است كه كم كم پيشرفت مي‌ كند و به سرطان بتن معروف است. روشهاي گوناگون جهت جلوگيري از پيشرفت سرطان بتن همچون ايجاد شيار در مسير پيشروي تركها و پر كردن آنها از چسبهاي ارتجاعي وجود دارد. لكن در بسياري از موارد هزينه تعميرات بسيار زياد و غير اقتصادي است. لذا نوع و شرايط بكار گيري سيمان بايد به گونه‌اي باشد كه حتي‌المقدور از بروز واكنشهاي قليايي ـ سيليسي اجتناب شود. بدين منظور بايد اولاً از به كار بردن سنگهاي واكنش‌زا ـ كه در بالا نام برده شد ـ جداً خودداري كرد. ثانياً بر اساس آيين نامه معادل قليايي سيمان بايد از 6،0% كمتر باشد. معادل قليايي سيمان در آزمايشگاه و با استفاده از فرمول ذيل محاسبه مي‌شود.

معادل قليايي سيمان

2ـ6ـ5ـ ضريب اشباع آهكي[35]

ضريب اشباع آهكي (L.S.F)گوياي نسبت سنگ‌ آهك به خاك رس است و از فرمول ذيل محاسبه مي‌شود.

در آزمايشگاه پس از تجزيه سنگ آهك و خاك رس ، مقادير تركيبات مورد نظر در فرمول L.S.F را محاسبه كرده ،ضريب اشباع آهكي را بدست مي‌آورند. مطابق آيين نامه مقدار اين ضريب بايد بين 66،0 و 02،1 باشد:

 

اگر ضريب اشباع آهكي كمتر از 66،0 باشد، بدان معناست كه مقدار سنگ آهك در سيمان كم است و سيمان مقاومت كافي ندارد. اگر اين ضريب از 02،1 تجاوز كند، بدان معني است كه ميزان سنگ آهك بيش از مقدار لازم جهت تركيب با خاك رس است . مازاد سنگ آهك، در اثر حرارت زياد كوره و فعل و انفعالات پيچيده آن به «آهك سوخته شده آزاد» تبديل مي‌شود. تفاوت آهك سوخته شده آزاد با آهك در آنست كه تغيير حجم آهك در مجاورت آب در چند لحظه انجام شده ، پايان مي‌پذيرد؛ حال آنكه اين پديده در مورد آهك سوخته شده آزاد، بسيار آهسته و طي چند سال صورت مي‌گيرد و اگر اين سيمان در ساخت بتن بكار رود، باعث ترك خوردن آن مي‌شود .

 

تغيير وضعيت ژل سيمان از حالت خميري به حالت جامد را گيرش گويند. زمان گيرش سيمان از آن جهت حائز اهميت است كه كليه عمليات انتقال ، پمپ ، در قالب ريختن و احتمالاً پرداخت سطحي بتن فقط در اين بازه زماني ممكن است. به طور كلي دو نوع زمان گيرش در مورد سيمان لحاظ مي‌شود كه عبارتند از :

1ـ زمان گيرش اوليه

2ـ زمان گيرش نهايي

آيين‌نامه حداقل گيرش اوليه را يك ساعت و حداكثر زمان گيرش نهايي را 10 ساعت (براي سيمانهاي معمولي) مي‌داند.

ـ7ـ انواع سيمان

به طور كلي سيمانهاي ساختماني به دو نوع پرتلند و غير پرتلند تقسيم مي‌شوند. در قديم ، قير، گچ و آهك قسمت عمده سيمانهاي غير پرتلند را تشكيل مي‌داد. لكن امروزه انواع مواد پليمري به عنوان سيمانهاي غير پرتلند مورد توجه قرار گرفته‌اند . مواد پليمري داراي خواص بسيار گوناگون و مفيدي هستند. البته پاره‌اي مشكلات خاص خود مانند عدم مقاومت در برابر آتش ، تغيير خواص در دراز مدت واز همه مهمتر قيمت بسيار بالا را هم دارند.

2ـ8 ـ انواع سيمان پرتلند بر مبناي استاندارد ايران

در استاندارد ايران ـ كه بر مبناي استاندارد ASTM تدوين شده ـ سيمان پرتلند به پنج تيپ (نوع) تقسيم مي‌شود كه عبارتند از :

تيپ 1ـ سيمان پرتلند معمولي[1]

تيپ 2ـ سيمان پرتلند اصلاح شده .

تيپ3ـ سيمان پرتلند زود سخت شونده[2].

تيپ 4ـ سيمان پرتلند با حرارت كم[3].

تيپ 5ـ سيمان پرتلند ضد سولفات[4].

تجهيزات لازم براي توليد هر پنج نوع سيمان فوق و خط توليد آنها مشابه است و عمده اختلاف در مقدار مواد اوليه و درجه حرارت كوره مي‌باشد.

2ـ8 ـ1ـ سيمان پرتلند تيپ 1

همانطور كه از نام سيمان پيداست، به طور معمول در كارها از اين نوع سيمان استفاده مي‌شود؛ مگر اينكه ويژگي خاصي مدنظر قرار گيرد. در استاندارد ايران سيمان تيپ 1 به سه دسته تقسيم مي‌شود كه عبارتند از : 325ـ1 ، 425ـ1، 525ـ1. اين تقسيم بندي بر مبناي مقاومت 28 روزه نمونه‌هاي سيماني است:

حداقل مقاومت 28 روزه سيمان پرتلند معمولي 325ـ1، 325 يا Mpa5,32 است.

ً ً 28 ً ً ً ً 425ـ1، ً 425 يا ً 5 ،42 ً .

ً ً 28 ً ً ً ً 525ـ1، ً 525 يا ً 5،52 ً .

2ـ8 ـ2ـ سيمان پرتلند تيپ 2

با اصطلاحاتي كه در خط توليد اين نوع سيمان صورت پذيرفته ، درصد در آن به حداكثر 8% محدود شده است. اين امر با كاستن از ميزان خاك رس در مواد اوليه امكانپذير است. چرا كه حاوي اكسيد آلومينيوم () است كه اين اكسيد در خاك رس وجود دارد. لذا جهت كاهش بايد از ميزان خاك رس كاست.

كم شدن باعث كاهش حرارت هيدراتاسيون و همچنين مقاوم شدن سيمان (و بتن) در برابر حمله سولفاتهاست . زيرا همانطور كه در بخش 2ـ5 گفتيم، در مجاورت آب با سولفاتها تركيب شده ، ماده‌اي به نام اترنژيت به وجود مي‌آورد كه در اثر جذب آب متورم مي‌شود و ايجاد ترك مي‌كند (به اين پديده حمله سولفاتها گويند).

2ـ8ـ3ـ سيمان پرتلند تيپ 3

زمان گيرش اين نوع سيمان، مشابه سيمان پرتلند معمولي است. اما مقاومت اوليه آن به سرعت زياد مي‌شود؛ به گونه‌اي كه در سه روز ، به مقاومت هفت روزه تيپ 1 مي‌رسد. يادآوري مي‌‌كنيم كه سيمان زود سخت شونده با سيمان زودگير[5]تفاوت دارد.مفهوم زودگير يعني زمان گيرش سريع كه با مفهوم كسب مقاومت سريع متفاوت است. در اين نوع سيمان، كسب مقاومت سريع با آزاد شدن گرماي هيدراتاسيون زيادي همراه است و لذا نبايد از اين نوع سيمان در بتن ريزيهاي حجيم[6] استفاده كرد. زيرا بتن در اثر گرماي زياد هيدراتاسيون منبسط مي‌شود و در همان حال گيرش حاصل مي‌كند. اما پس از سرد شدن، پديده انقباض بتن را تحت كشش قرار مي‌دهد و باعث ايجاد تركهايي در آن مي‌شود. براي دستيابي به اين نوع سيمان در مرحله توليد عمدتاً دو كار انجام مي‌شود:

1ـ ميزان در سيمان را افزايش مي‌دهند. همانطور كه در بخش 2ـ5 متذكر شديم، وظيفه تأمين مقاومت اوليه را بر عهده دارد.

2ـ در آسياب نهايي آن را نرمتر از سيمان پرتلند معمولي مي‌كنند (حدود 3200).

در صورت عدم دسترسي به اين نوع سيمان مي‌توان از سيمان پرتلند معمولي 525ـ1 بهره جست.

امروزه مواد ديگري نيز به سيمان اضافه مي‌كنند و سيمانهاي خيلي زود سخت شونده و سوپر سخت شونده بدست مي‌آورند. در مصرف اين نوع سيمانها بايد دقت داشت كه دقيقاً مطابق روش ارائه شده در راهنماي آن عمل شود.