تحقیق انواع سیمان
از تعریف کلی سیمان مشخص می گردد که سیمان ماده ای متشکل از مواد آهکی نظیر سنگ آهک یا گچ و مواد شامل اکسیدهای سیلیسیم و آلومینیوم یعنی رسها و شیل‌ها می باشد. مراحل مختلف ساخت سیمان شامل آسیاب مواد خام و تبدیل آنها به پودر، مخلوط نمودن آنها با درصدهای معین و پختن آنها در یک کوره گردنده در حرارت حدود 1400 درجه سانتیگراد.
در این درجه حرارت مواد در نقطه نزدیک ذوب، با هم ترکیب شده و به کلینکر تبدیل می گردند. سپس کلینکر سرد شده و با مقداری سنگ گچ، به صورت پودری بسیار ریز آسیاب می شود. نتیجه عملیات فوق منجر به تولید سیمان معروف به پرتلند می گردد. مرحله مخلوط کردن و آسیاب نمودن مواد خام ممکن است بصورت خشک و یا تر انجام شود. مخلوط فوق به داخل کوره گردانده ای که ممکن است به قطر 7 متر و طول 250 متر ساخته شود، ریخته می شود.
کوره فوق که کمی شیبدار می باشد، از انتها و طرف بالا با مواد خام تغذیه شده و از ابتدا و طرف پایین سوخت به صورت پودر زغال یا مواد دیگر نظیر گاز با هوا به داخل آن دمیده می شود. دمای کوره به حدود 1500 درجه سانتیگراد رسیده و با مصرف 100 تا 250 کیلوگرم زغال، حدود یک تن سیمان تولید می گردد.
در طول کوره، مواد خام به درجات حرارت بالاتری رسیده و به مرور در آنها تغییرات شیمیایی یک سری فعل و انفعال شیمیایی در مواد بوجود آمده و سرانجام در داغ ترین قسمت کوره حدود 20 تا 30 درصد مواد بصورت مایع در آمده و اکسیدهای کلسیم، سیلیسیم، و آلومینیوم مجدداً با یکدیگر ترکیب می شوند. مواد فوق سپس به گلوله هایی با قطر بین 2 تا 25 میلیمتر بنام کلینکر تبدیل می شوند.
کلینکر سپس سرد شده و هوای گرم شده مجدداً همراه سوخت مصرف می شود. کلینکر سرد شده که به صورت گلوله های سختی در آمده است با کمی سنگ گچ که به منظور جلوگیری از گیرش سریع سیمان به آن اضافه می شود، آسیاب می گردد. مواد حاصله معروف به سیمان حاوی 12 10*1/1 ذره در هر کیلگرم می باشد.
یک کوره گردنده جدید در روش خشک می تواند 200 تن کلینکر در یک روز تولید نماید. جهت درک این رقم باید متذکر شد که میزان تولید سیمان در سال 1984 بالغ بر 70 میلیون تن در آمریکا و 5/13 میلیون تن در انگلستان و حدود 11 میلیون تن در ایران بوده است.
با توجه به مصرف سیمان که به علت صادرات و واردات با میزان تولید شده متفاوت است، در سال 1984 مصرف سرانه سیمان در آمریکا 225 کیلوگرم و در انگلستان 244 کیلوگرم بوده است. بالاترین میزان مصرف سرانه برابر 678 کیلوگرم و در ایتالیا بوده است. در کشورهای عربستان سعودی و قطر و امارات متحده عربی این رقم کلاً به 2000 کیلوگرم رسیده است.
مواد خام تشکیل دهنده سیمان اساساً از اکسیدهای کلسیم، سیلیسیم و آهن تشکیل شده اند. این مواد در کوره با هم ترکیب شده و به غیر از مقداری آهک آزاد باقیمانده، که فرصت کافی برای فعل و انفعال نداشته است، ترکیبات شیمیایی جدید و پایداری نتیجه می شوند. در هنگام خنک کردن مصالح، براساس سرعت خنک کردن، مواد به شکل بلوری و بی شکل ظاهر می گردند. دانه های بی شکل که اکثراً شیشه ای هستند و دانه های بلوری شده در حالی که یک فرمول شیمیایی دارند، دارای خواص متفاوتی می باشند. برای سیمان معمولی، درصد ترکیبات حاصل از فعل و انفعالات فوق با داشتن درصد اکسیدهای موجود در کلینکر و با فرض اینکه کریستاله شدن کامل انجام پذیرفته باشد، قابل محاسبه است.
جدول 2-1 چهار ترکیب اصلی سیمان با علائم اختصاری مشخصه آنها را نشان می‌دهد. علائم مختصر شده که توسط شیمی دانهای سیمان پیشنهاد گردیده است به صورت CaO=C، SiO2=S، Al2O3=A، Fe2O3=F و H2O=H می باشند...
...
تا اینجا در ارتباط با پودرسیمان مطالبی عنوان گردید. اما مطلب مهم فعل و انفعال سیمان با آب، یا هیدراتاسیون سیمان می باشد. در ترکیب آب با سیمان سیلیکاتها و آلومیناتهای سیمان هیدراته شده و به تدریج سخت می شوند. همانطور که قبلاً بیان شد سیلیکاتهای کلسیم C2S و C3S اصلی ترین فعل و انفعال را با آب ایجاد می کنند، لیکن C3S معمولاً با سرعت بیشتری ترکیب می شود. در سیمانهای تجارتی سیلیکاتهای کلسیم نسبت به سایر اکسیدهای موجود در کلینکر ناخالصی بسیار کمی دارند. این ناخالصی ها در خواص سیلیکاتهای هیدراته شده تاثیر بسزایی دارند. C3S ناخالص الایت (alite) و C2S ناخالص بلایت (belite) نام دارند.
فعل و انفعال C3S و آب هیدرات میکروکریستالی C3S2H3 و همچنین هیدروکسید کلسیم کریستالی Ca(OH)2 تولید می کند. C2S نیز ترکیباتی مشابه تولید می کند، لیکن میزان آهک تولید شده کمتر است. امروزه به سیلیکاتهای کلسیم هیدراته شده C-S-H گفته می شود. (قبلاً بنام “ژل توبرموریتی” بوده است). فعل و انفعالات بصورت زیر خلاصه می گردد.
C3S:
C2S:
اعداد داخل پرانتز نماینده وزن ترکیبات فوق بوده و براین اساس، مشاهده می شود که سیلیکاتها هر دو تقریباً به یک میزان آب، برای فعل و انفعال احتیاج دارند. لیکن C3S تقریباً بیش از 2 برابر C2S تولید Ca(OH)2 می کند. مقدار C3A در اکثر سیمانها بسیار کم بوده و بعد از فعل و انفعال بصورت بلورهای مکعبی در آمده و توسط سیلیکاتهای کلسیم هیدراته شده محاصره می گردد.
فعل و انفعال C3A خالص با آب، گیرش بسیار سریع داشته و این امر با اضافه کردن گچ کنترل می گردد. به هر حال گیرش C3A سریعتر از گیرش سیلیکاتهای کلسیم بوده و به صورت فرمول زیر بیان می گردد...
...