بررسی سیمان
بررسی سیمان
پیش گفتار بررسی سیمان:
در اکثر مقاله ها فقط مقدمه ایی از سیمان را گفته اند اما در این مقاله به بررسی سیمان به صورت کامل پرداخته شده است.
با ما در این مقاله همراه باشید تا بررسی سیمان بپردازیم.
بررسی سیمان
1.سیمان چیست؟
2.روش ساخت سیمان
3.انواع سیمان
4.سیمان هوشمند
1.سیمان چیست
در ابتدای بررسی سیمان یک تعرف جامع از سیمان ارائه میدهیم :
سیمان ، مواد های چسبنده اى هستند که قابلیت چسبانیدن ذرات به یکدیگر و بوجود آوردن جسم یک پارچه از ذرات متشکله را دارند.
این تعریف از سیمان داراى آن چنان جامعیتى است که مى تواند شامل انواع چسب ها از جمله چسب هاى مایع که در چسبانیدن قطعات سنگ یا سنگ و فلزات به یکدیگر بکار مى روند نیز بشود.
نمونه اى از این چسب ها در صنعت سیمان در کار گذاشتن آجر نسوز در کوره سیمان مورد مصرف دارد و خاصیت اصلى آن این است که آجر نسوز (که یک جسم سرامیکى است) را به بدنه کوره (آهن) مى چسباند، همچنین انواع سیمان هاى دیگر که در دندانپزشکى مورد مصرف دارند، از جمله چسبها مى باشد.
آنچه که از کلمه سیمان در این متن مورد نظر است، آن نوع از سیمانها است که داراى ریشه آهکى مى باشند.
به عبارت دیگر سیمانهایى که ماده اصلى تشکیل دهنده آنها آهک و ماده اولیه اصلى آنها سنگ آهک است.
بر این اساس سیمان ترکیبى است از اکسید کلسیم (آهک) با سایر اکسید ها نظیر اکسید آلومینیم، اکسید سیلیسیم، اکسید آهن، اکسید منیزیم و اکسیدهاى قلیایى که میل ترکیب با آب داشته و در مجاورت هوا و در زیر آب بمرور سخت مىگردد و داراى مقاومت مىشود.
با توجه به مشخصه فوق سیمان مى تواند داراى ترکیبات متفاوتى باشد و اصولا جزو ملات هاى آبى محسوب مىگردد.
ملات هاى آبى از دوران گذشته شناخته شده بودند، از جمله این ملات ها آهک است که مصرى ها و یونانى ها با مخلوط کردن آن با خاکستر آتش فشانى، خاک آجر و آب به نوعى آهک آبى دست مىیافتند که خاصیت سخت شدن و فشار پذیرى داشت.
با بکار بردن این ساروج رومىها توانسته اند ساختمان هاى عظیمى بسازند که هنوز بقایاى آنها پس از گذشت چند هزار سال پا بر جا و قابل مشاهده است.
2.روش ساخت سیمان
در بررسی سیمان و تولید آن میتوانیم به موارد زیر اشاره کنیم.
اصولاً چهار روش براى تولید سیمان وجود دارد:
روش تر
روش نیمه تر
روش نیمه خشک
روش خشک
روش تر و نیمه تر:
در روش تر و نیمه تر خاک رس مصرفى در دستگاه دوغاب ساز (Wash mill) ، تبدیل به دوغاب مىگردد. سپس دوغاب خاک رس به همراه سنگ آهک در آسیاب مواد خام مخلوط و نرم گشته و تبدیل به دوغاب با غلظت بیشترى مىشود.
پس از تنظیمات لازم توسط آزمایشگاه، بعنوان خوراک کوره مورد مصرف قرار مىگیرد.
در روش نیمه تر، مواد خروجى از آسیاب مواد به صورت دوغاب است و قبل از ورود به کوره بوسیله فیلتر پرس، آب آن گرفته مىشود و بصورت کیک یا آماج (حبه) به کوره تغذیه مىگردد.
روش نیمه خشک:
در روش نیمه خشک مواد اولیه بصورت خشک با یکدیگر مخلوط گشته و به آسیاب مواد خام تغذیه مىگردند.
مواد خروجى از آسیاب مواد به صورت پودر است.
قبل از تغذیه این پودر به کوره مقدارى آب روى آن پاشیده مى شود و آنرا به صورت آماج یا حبه در آورده و به کوره تغذیه مى نمایند.
روش خشک:
در روش خشک مواد اولیه خشک وارد آسیاب مىشوند، پودر خروجى از آسیاب مواد، پس از تنظیم، به عنوان خوراک کوره مصرف مىگردد.
روشهاى مختلفى براى تولید سیمانهاى مختلف وجود دارد که عمدتا بستگى به تکنولوژى مورد استفاده و جنس سیمان دارد، تکنولوژى مورد استفاده براى تولید سیمان به مرور دستخوش تحول و پیشرفت بوده است.
هم اکنون صنعت سیمان با برخوردارى از آخرین تکنیکهاى اعجاب انگیز، با استفاده از روش خشک و به کمک سیستمهاى اتوماتیک، شاهد پیشرفتهاى شگرف در طول تاریخ 160 ساله تولید صنعتى خود مىباشد.
روش تولید برخى سیمانها نظیر سیمان آلومینایى کاملا متفاوت با روش تولید سیمان پرتلند مى باشد.
3.انواع سیما
مهم ترین بخش بررسی سیمان برشمردن انواع سیمان های رایج در ایران است.
سیمان فله ای و سیمان پاکتی
هر دو نوع سیمان، یعنی سیمان سفید و سیمان پاکتی در دو نوع پاکتی و فله ای عرضه می گردند.
علت این امر، نوع خریداران آن می باشند.
توجه به این نکته ضروری است که کیفیت سیمان پاکتی و سیمان فله ای تفاوتی با هم ندارند.
معمولا خریدار سیمان پاکتی، سازندگان پروژه های ساختمانی و یا عمرانی با حجم کوچک می باشند.
اما قیمت سیمان فله ای، به دلیل خرید در حجم بالا و عدم وجود هزینه بسته بندی، معمولا پایین تر از قیمت سیمان پاکتی است.
خریداران سیمان فله، معمولا سازندگان پروژه های بزرگ ساختمانی و پروژه های عمرانی بزرگ می باشند.
سیمان سفید و انواع آن
سیمان سفید، در انواع مختلفی عرضه می گردد.
نوع فله ای آن در بازار موجود است.
اما نوع بسته بندی شده آن دارای انواع مختلفی است.
سیمان سفید پاکتی 25 کیلویی، سیمان سفید پاکتی 40 کیلویی و سیمان سفید پاکتی 50 کلیویی انواع مختلف سیمان سفید هستند که در بازار تولید می گردند.
دلیل اینکه سیمان سفید در پاکت های 25 کیلویی، 40 کیلویی و سیمان پاکتی 50 کلیویی عرضه می شود، این است که مصرف سیمان سفید به نسبت سیمان سیاه بسیار کمتر است.
معمولا سیمان سفید در بند کشی ها، نما کاری و ساخت موزاییک کاربرد ویژه دارد.
سیمان سیاه و انواع آن
سیمان سیاه، همانند سیمان سفید در دو نوع سیمان سیاه فله و سیمان سیاه پاکتی عرضه می گردد.
سیمان سیاه فقط در پاکت های 50 کیلویی عرضه می گردد.
سیمان پاکتی 50 کیلویی و سیمان فله هر دو دارای کیفیت های مختلفی هستند که مقاومت اصلی ترین شاخصه آن است.
سیمان تیپ 1 یا سیمان پرتلند
مصرف سیمان تیپ 1، در مصارف معمولی که نیاز به سیمان با خواص ویژه نیست استفاده می گردد.
سیمان تیپ 1 در ساخت پیاده رو، لوله های آب، روسازی جاده ها و امثال اینها کاربرد دارد. سیمان تیپ 1 در محیط هایی با خوردندگی بالا استفاده نمی شوند.
این نوع سیمان در دو نوع سیمان فله تیپ 1 و سیمان پاکتی 50 کلیویی تیپ 1 عرضه می گردد.
سیمان تیپ 2
سیمان تیپ 2، مقاومت فشاری کمتری نسبت به سیمان تیپ 1 داراست اما دارای مقاومت خورندگی بیشتری است.
سیمان تیپ 2 معمولا در مواردی که سطح خوردنگی متوسط مورد نظر است کاربرد دارد. معمولا سیمان تیپ 2 کند تر از سیمان تیپ 1 سفت می شود و حرارت کمتری هم در حین خشک شدن تولید می کند.
سیمان تیپ 2 برای ساختمان حجیم توصیه شده و برای بتن ریزی در محیط های سرد توصیه نمی شود.
این نوع سیمان در دو نوع سیمان فله تیپ 2 و سیمان پاکتی 50 کلیویی تیپ 2 عرضه می گردد.
سیمان تیپ 3
این سیمان تقریبا شبیه به سیمان تیپ 1 می باشد.
اما به دلیل اینکه آسیاب سیمان تیپ 3 بسیار بیشتر و ریز تر از سیمان تیپ 1 است، زود تر سفت می شود (به اصطلاح می گیرد).
مصرف سیمان تیپ 3 معمولا در فضاهای سرد و یا در مواقعی که قالب را زود جدا میکنند کاربرد دارد.
این نوع سیمان در دو نوع سیمان فله تیپ 3 و سیمان پاکتی 50 کلیویی تیپ 3 عرضه می گردد.
سیمان تیپ 4
سیمان تیپ 4 کندگیر بوده و با سرع پایینی سفت می شود.
این نوع سیمان حرارت کمتری در گرفتن تولید می کند.
مصرف سیمان تیپ 4 در جایی است که حرارت تولید شده بتن اهمیت زیادی دارد. سیمان تیپ 4 در ساخت ساختمان های حجیم کاربرد دارد.
علت این امر این است که در ساختمان های حجیم که حجم بتن بالاست، بالا رفتن حرارت می تواند آسیب رسان و حتی خطرناک باشد.
به همین خاطر سیمان تیپ 4 برای این مصارف مناسب است.
این نوع سیمان در دو نوع سیمان فله تیپ 4 و سیمان پاکتی 50 کلیویی تیپ 4 عرضه می گردد.
سیمان تیپ 5
سیمان تیپ 5 به سیمان ضد سولفات هم شناخته می شود.
سیمان تیپ 5 معمولا در جاهایی که سازه در تماس مدارم با آب با املاح سولفات فراوان است استفاده می گردد.
این نوع سیمان در دو نوع سیمان فله تیپ 5 و سیمان پاکتی 50 کلیویی تیپ 5 عرضه می گردد.
سیمان پوزولان
سیمان پزولان، معمولا شبیه سیمان است.
معمولا در سیمان پزولان حداثر تا 15 درصد سیمان بکار می رود.
سیمان پزولان در ساخت ملات و مصارف معمولی کاربرد دارد.
به دلیل واکنش کند سیمان پزولانی، این سیمان در پروژه های حجیم و یا در محیط های گرم کاربرد زیادی دارد.
همچنین سیمان پزولانی به دلیل آب اندازی کمتر باعث کم شدن ترک های سطحی می شود. این سیمان برای مصارف معمول مناسب است.
این نوع سیمان در دو نوع سیمان فله پزولانی و سیمان پاکتی 50 کلیویی پزولانی عرضه می گردد.
4.سیمان هوشمند
در انتهای مقاله بررسی سیمان به شرحی از سیمان هوشمند میپردازیم :
بتن مادهای با ساختار نانو، چند فازی و با اجزای مختلف است.
این ساختار شامل فازهای نامنظم کریستالی از ابعاد میکرومتر تا نانومتر میشود.
فاز غیربلوری و نانوساختار کلسیم-سیلیکات-هیدرات (C-H-S) در بتن باعث ایجاد چسبندگی اجزای بتن میشود.
در حال حاضر فناوری نانو در طراحی و ساخت بتن کاربردهای فراوانی پیدا کرده است. با استفاده از این فناوری تکنیکهای دستکاری ساختار در مقیاس نانومتری برای ایجاد نسل جدید و مناسب کامپوزیتهای سیمانی با رفتار مکانیکی ایدهآل و حتی ایجاد خواص جدیدی مثل مقاومت الکتریکی پایین، هوشمند بودن، خود تمیزشوندگی، خود ترمیمکنندگی در بتن به دست آمده است.
نانو ذرات سیلیس
میکروسیلیس یکی از موادی است که در دهههای اخیر استفاده از آن در بتن بهطور جدی مورد توجه مهندسان ساختمان قرار گرفته است.
بهدلیل خواص منحصر به فرد میکروسیلیس، استفاده از آن برای بهبود خواص مکانیکی و افزایش دوام بتن در کشورهای پیشرفته رو به افزایش است.
تحقیقات نشان داده که اضافه کردن نانو ذرات سیلیس در بتن باعث افزایش مقاومت بیشتر نسبت به میکرو ذرات سیلیس میشود.
مهمترین دلیل افزایش مقاومت فشاری بتن بهکمک نانوذرات سیلیس، نقش پرکنندگی این ذرات در بین منافذ خمیر سیمان است.
ذرات نانوسیلیس ریزدانگی و چسبندگی سطحی بسیار بالایی دارند.
از این رو با استفاده از نانوذرات سیلیس میتوان میزان تراکم ذرات را در بتن افزایش داد که این مسئله به افزایش چگالی میکرو و نانوساختارهای تشکیل دهنده بتن و در نتیجه بهبود ویژگیهای مکانیکی میانجامد.
استفاده از نانوذرات سیلیس در سیمان علاوهبر نقش پرکنندگی منافذ باعث استحکام ساختار بتن میشود.
مزایای استفاده از نانو ذرات سیلیس در بتن
ـ افزایش مقاومت فشاری، کششی و خمشی
ـ کاهش ترک های ناشی از هیدراتاسیون سیمان
ـ دوام بهتر در مقابل آسیب های ناشی از سولفاتها و آب های اسیدی
ـ کاهش تحرک یون های کلر و در نتیجه کاهش عمق نفوذ کلر در بتن به ویژه در نواحی ساحلی.
نانو ذرات اکسید آهن
استفاده از نانو ذرات اکسید آهن در ملات سیمان باعث افزایش مقاومت فشاری، خمشی و همچنین ایجاد قابلیت خودپایش (هوشمند بودن) بتن میشود.
توده ملات سیمان که با نانوذرات اکسید آهن مخلوط شده، تحت تاثیر بارگذاری های مختلف، مقاومت الکتریکی متفاوتی نشان میدهد.
این قابلیت فوقالعاده گرانبهاست و به ویژه برای سازه هایی که از حسگرهای مدفون داخل سازه بهره مند نیستند، قابلاستفاده است.
با توجه به این خاصیت منحصر به فرد همچنین میتوان عملکرد حسگرهای سنجش تنش را بهینه سازی کرد.
نانوذرات دی اکسید تیتانیوم
دیاکسید تیتانیوم(TiO۲) از طریق واکنش های فوتوکاتالیستی قوی قادر به شکستن و تجزیه آلاینده های آلی، ترکیبات آلی فرار و غشای باکتریایی است و بههمین دلیل برای ایجاد خاصیت ضدعفونیکنندگی به رنگ ها، سیمانها و شیشهها افزوده میشود. چنانچه از «TiO۲» در سطوح بیرونی سازه ها استفاده شود، قادر است غلظت آلاینده های موجود در هوا را کاهش دهد.
«TiO۲» مادهای آب دوست است و با اضافه شدن به سطح، موجب ایجاد خاصیت خود تمیزکنندگی در آن میشود.
بتن تولید شده با این ذرات هماکنون در پروژه هایی در سرتاسر دنیا در حال استفاده است، این بتن دارای رنگ سفید و درخشندگی خاصی است که این سفیدی و درخشندگی خود را بهطور موثری حفظ میکند، این در حالی است که سازه های ساخته شده با بتن معمولی فاقد چنین ویژگی هستند.
در فرآیند تولید بتن خودتمیز شونده و آلایندهزا، ذرات دی اکسید تیتانیوم در فرم آناتاز (یکی از ۳ فرم معدنی دیاکسیدتیتانیوم) مخلوط شده و زمینه ساز شکلگیری فرآیند فتوکاتالیتیک میشوند که سرانجام منجر به اکسید شدن و تجزیه کثیفیها و دیگر مواد آلاینده نشسته بر سطح بتن و تبدیل آنها به مواد بنیادین غیر آلاینده میشوند.
پس از تجزیه آلودگی ها، بر اثر ریزش باران یا آب حاصل از شست و شو، به دلیل خاصیت آب دوستی سطح بتن، لایه ای نازک از مولکول های آب تشکیل داده و مواد برجای مانده از تجزیه آلودگیها را شسته و با خود میبرند.
هم اکنون محصولات خود تمیزکننده و ضد آلاینده بتنی از سوی شرکت های مختلف برای استفاده در نمای ساختمان ها و کف پوش های جاده ها تولید میشود و در اروپا و ژاپن بسیار استفاده شدهاند.
پژوهشگران همچنین نشان داده اند که استفاده از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم علاوه بر خاصیت خود تمیزکنندگی، باعث افزایش سرعت هیدراسیون و همچنین افزایش مقاومت خمشی و فشاری بتن میشوند.
نانو الیاف ها
امروزه نانو لوله هایکربنی و نانو الیاف کربنی نقش بی نظیری در مسلح کردن مصالح پایه سیمانی پیدا کرده اند.
مقاومت بسیار بالای این نانو مواد (در حدود ترا پاسکال TPa) در کنار مقاومت کششی عالی (در حدود گیگا پاسکال GPa) و مشخصات منحصربه فرد الکتریکی و شیمیایی، ظرفیت بالای نانو لولهها الیاف های کربنی را در ایجاد نسل جدید مصالح پایه سیمانی نشان میدهد.
استفاده از این نانو مواد باعث بهبود مشخصات مکانیکی، مقاومت در برابر پخش ترک ها و محافظت در برابر امواج الکترومغناطیس میشود.
یکی از برجسته ترین ویژگی های سیمان های مسلح شده با نانو الیاف کربنی، مقاومت بالای آنها در برابر بروز ترک های ریز است.
سطح مقاوم و بازداری از بروز ترک در مواد پایه سیمانی، قابلیت صیقل پذیری را برای این مواد پدید میآورد.
بنابراین با استفاده از این مواد، میتوان سرامیک ها و مواد کامپوزیت صیقل پذیری تولید کرد که از سیمان های مسلح شده با نانوالیاف کربنی ساخته شده باشند و بهاین ترتیب احتمال گسیختگی مواد پایه سیمانی و بتن را به حداقل میرساند.
آزمایشها نشان داده که افزودن نانو الیاف کربنی به سیمان باعث افزایش مقاومت فشاری از ۲۵۶/۲ به ۱۱۱۳/۱ کیلوگرم بر سانتی متر مربع شده است، یعنی افزایشی در حدود ۴۴۰درصد.
نانو رس ها
استفاده از ذرات نانو رس باعث بهبود رفتار مکانیکی مثل مقاومت در مقابل نفوذ کلرید ها، ایجاد بتن خودمتراکم و کاهش نفوذپذیری بتن میشود.
ابعاد ذرات رس در طبیعت در حد میکرو و ریزتر از میکرو است.
ساختار رس شامل لایههای کریستالی فیلوسیلیکات آلومینیوم با ضخامت تقریبی در حد یک نانومتر است.
اگرچه تاثیر رس روی سیمان موضوع جدیدی نیست با این حال به تازگی تمرکز بر استفاده از نانو ذرات رس در بتن بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.
نانوبتن هوشمند گرمازا
برف روبی و بازکردن جادهها، پلها و باند فرودگاه های مسدود شده در اثر بارش برف در زمستان، یکی از چالش های بزرگ در زمینه نگهداری مسیرهای ارتباطی در کشورهای سردسیر و برف خیز است که هزینه های زیادی را به سازمان های راهداری تحمیل میکند.
در همین زمینه به کمک فناوری نانو، نوع جدیدی از بتن ابداع شده که به گونهای هوشمندانه و خودکار، ایمنی راه های بتنی را مورد پایش قرار داده و در صورت لزوم مبادرت به یخزدایی از سطح راه میکند.
برای تولید انرژی گرمایی و همچنین افزایش قابلیت انتقال حرارتی بتن، از ۴ نانوماده میتوان استفاده کرد.
نانومواد TiO۲، Al۲O۳، Fe۲O۳ و پارافین حاوی نانوکپسولهای پلیمری، قابل استفاده در بتنهای حرارتزا هستند.
البته تنها به استفاده از این نانوذرات در بتن بسنده نمیشود، بلکه از الیاف فلزی نیز به منظور توزیع یکنواخت و همگن حرارت در بتن استفاده میشود.
الیاف فلزی کارکردی چند منظوره دارند یعنی، هم عهدهدار انتقال حرارت هستند و هم تنشهای حرارتی را جذب میکنند، همچنین بر مقاومت کششی بتن میافزایند.
آینده بتن
در دنیای امروز بتن بعد از آب پرکاربرد ترین ماده در جهان به شمار میآید.
با استفاده از ویژگیهای منحصر به فرد این ماده مثل عمل آوری در دمای معمولی، خزش کم، قا بلیت شکلگیری در قالب های پیچیده، مقاومت حرارتی تا ۶۰۰ درجه سلسیوس، همساز بودن با انواع رشته ها و فیبر های موجود، قابلیت استفاده با نانو مواد موجود مثل نانو سیلیکا و مشخصات غیر سمی بتن، میتواند به صورت موثر برای ساختن ماده ای جدید با قابلیت های فوق العاده به کار رود.
بهعنوان مثال میتوان با نانو سیمانهای فرآوری شده، پوستههایی با ضخامت چند میکرون و با شکلهای مختلف همچون استوانه ایجاد کرد و در اجزای الکترونیکی و سنسورهای حرارت بالا به کار برد.
همچنین میتوان از نانو لوله های کربنی هم برای افزایش مقاومت بتن و هم شکل دهی مدار های الکترونیکی استفاده کرد.
یکی از کاربرد های مهم این مواد جدید در پوشش بتن است، پوششهای پایه سیمانی موجود باید ضخیم بوده و برای بهبود چسبندگی آنها نیاز به افزودن مواد پلیمری است. نانو سیمان ها یک الگوی جدید در این حیطه ارائه خواهند کرد.
میتوان با مواد و تکنیک های جدید، پوشش های نانومتری با مشخصه های خاص مثل مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر حرارت و پوششها با خاصیت الکتریکی تولید کرد، همچنین میتوان پوششهایی ساخت که حرارت کمتری تولید کنند و در نتیجه اصطکاک کاهش یابد.
پوشش ها میتوانند خود تمیز شونده و خود ترمیم کننده باشند.
سطوح بدون ترک، دیگر یک آرزوی دور از دسترس نیست.
وضعیت بتن در ایران
در شرایط فعلی در بررسی سیمان تنوع محصولات در تولید انواع بتنهای سبک رایج شده است.
این محصولات از قابلیتهای فنی بسیار خوبی برای گسترش و توسعه کمی و کیفی برخوردارند اما به دلایل گوناگون و ازجمله محدودیت های فنی و ترویج کافی نیافتن، هنوز به صورت گسترده مورد استفاده قرار نگرفتهاند.
در این زمینه انسجام و وجود یک تشکل فراگیر و کشوری به منظور همافزایی و همنوایی برای رفع موانع از اهمیت بالایی برخوردار است.
این تشکل با عنوان انجمن صنفی تولیدکنندگان بتن سبک سلولی ایران در اواخر سال ۱۳۹۰ تاسیس شده است.
زیرساختهای لازم در این انجمن صنفی برای اهداف بلند پژوهشی و تجاری به وجود آمده و بهطور حتم حضور شرکت های بزرگ و معتبر میتواند خدمتی شایسته برای توسعه این صنعت در کشور باشد و باعث ارتقای توان فنی و اداری انجمن و لازمه کسب نتایج پربار شود.
نتیجه گیری بررسی سیمان:
سیمان یکی از بهترین مصالح ساختمانی است که از زمان های قدیم تا به الان از آن به روش های مختلف از آن استفاده شده است ، و هنوز از آن در پروژه های سنگین و سبک از آن استفاده میشود.بررسی سیمان برای ساخت میتواند یکی از مهم ترین نکات در این زمینه باشد. در بررسی سیمان نکته ای که گفته شد :
سیمان ، مواد های چسبنده اى هستند که قابلیت چسبانیدن ذرات به یکدیگر را به وجود میاورد.
برای بررسی سیمان و همچنین بررسی شرکت های همکار آلسات روی این لینک زیر کلیک فرمایید.
- ۹۷/۰۶/۲۴