سیمان و انواع آن

سیمان

سیمان ماده ای است که خاصیت هیدرولیکی (آبی)و قابلیت چسبندگی دارد به طوری که ملات سیمان می تواند به تدریج در صورت قرار گرفتن در معرض هوا ویا در زیر آب سخت شود. گیرش و سخت شدن سیمان در واقع به صورتی است که ابتدا در اثر ترکیب ملات سیمان با آب،جسم خمیری شکلی تشکیل می شود که خاصیت دارد (مرحله پلاستیسیته گیرش) و سپس به مرور زمان ملات سیمان تبدیل به جسم سفت و سختی می شود (مرحله سخت شدن) که در مقابل آب از خود مقاومت دارد.
سیمان پودری است که از سیلیکاتهای کلسیم، آلومینات و فریت تشکیل شده و با اضافه نمودن آب می تواند موادی مثل شن، ماسه و قطعات سنگ را به هم بچسباند . نقش بسیار مهم سیمان در زندگی بشر امروزی و در ساخت سازه های زمینی، زیرزمینی، ساحلی و دریایی بر کسی پوشیده نیست . سیمانی که در ایام باستان برای احداث قلعه ها، دیوارها، سدها و پلها استفاده می شد ساروج نام داشت که از نظر ترکیب با سیمانی که امروزه به کار برده می شود تفاوت دارد.

مواد اولیه سیمان

سیمان پرتلند یا سیمان تیره رنگ از چهار ترکیب پیچیده به نسبتهای معین و به شرح زیر تشکیل شده است.

مشاهده ترکیبات

ترکیب فوق طی فر آیند سیمان سازی از آمیختن و پختن مواد اولیه سیمان که مهمترین آنها سنگ آهک، رس و هماتیت می باشد تولید می شود . مقدار جزئی از اکسیدهای سدیم، پتاسیم، منیزیم و تیتان نیز به صورت جانشینی در شبکه مواد ذکر شده یافت می شود.

منابع مهم تأمین کننده مواد اولیه سیمان در جدول زیر آورده شده است.

سنگهای کربناته غنی از اکسید کلسیم، مهمترین منبع تأمین کلسیم مورد نیاز در سیمان است در کمتر از میزان پایه باشد، می توان از CaO صورتی که میزان سیلیس سنگ تأمین کننده مارن، شیل، خاک رس، ماسه سنگ یا سرباره های سیلیس نیز برای تأمین اکسید سیلیس مورد نیاز استفاده نمود . از مهمترین منابع تأمین آلومینیم می توان از شیل، مارن، خاک رس، بوکسیت، سیلیمانیت، آندالوزیت و استارولیت نام برد . آهن مورد نیاز بیشتر به صورت اکسید آهن (هماتیت) افزوده می شود . به منظور کنترل زمان گیرش سیمان در حدود 4 تا 5 درصد گچ به آن اضافه می شود. عناصر و ترکیبهای شیمیایی مزاحمی در مواد اولیه سیمان وجود دارد که می توان اشاره نمود . مجموع اکسید SO3 و P2O5 ،Mn2O3 ،TiO2 ،K2O ،Na2O ،MgO ،Cl به سدیم و پتاسیم مجاز در مواد اولیه سیمان حداکثر 1 درصد است . برای سیمانهایی که در کارهای دریایی مصرف می شود ، مقدار اکسیدهای آلکالن باید خیلی کمتر باشد . وجود سدیم و پتاسیم در مواد اولیه سیمان باعث کاهش تولید کلینکر (کلوخه های اولیه سیمان ) می شود. اکسید منیزیم در سنگ آهک حداکثر تا 3 درصد و در مواد اولیه رسی تا 5 درصد قابل قبول است . وجود منیزیم باعث تخریب آجرهای دیواره کوره پخت سیمان می شود و ضمناً هنگام آبگیری متورم می شود . حداکثر مقدار مجاز اکسید 1درصد تا 2 درصد، اکسید منگنز برابر 7 / 0%، اکسید تیتان 5 / 0%، کلر برابر 02 / فسفر برابر 7 و گاز SO3 برابر 1% می باشد.

مراحل تولید و کارخانه های سیمان در ایران

برای به دست آوردن 4 ترکیب اساسی و تشکیل دهنده سیمان، پس از انتخاب مواد اولیه مناسب که با انجام آزمایشهای شیمیایی بسیار زیاد مشخص می گردد، می باید مراحل زیر جهت تولید سیمان صورت گیرد.

1- خردایش مواد اولیه سیمان و آمیختن آنها با نسبتهای معین و آسیاب نمودن مخلوط در آسیابهای میله ای یا گلوله ای به شکل پودر (در روش خشک) و یا لجن (در روش تر(

2- ارسال مواد مخلوط شده به کوره های پی ش گرمکن جهت تبخیر آب سطحی، آبتبلور، تجزیه خاک رس، کربنات کلسیم و آلومینوسیلیکات ها و تشکیل کائولین.

3- پختن پودر یا لجن مخلوط در حرارت حدود 1450 درجه سانتی گراد در کوره دوار تا دانه ها به همدیگر جوش خورده و به شکل کلوخه هایی به درشتی 18 تا 25 میلی متر در آیند که این کلوخه ها را کلینکر می نامند.

4- خشک نمو دن و آسیاب کردن کلینکر و مخلوط کردن آن با سنگ گچ به میزان تقریباً 4 تا 5 درصد جهت کنترل زمان گیرش.

از CO در مرحله پختن و تهیه کلینکر در دمای 1100 درجه سانتی گراد، گاز که از تجزیه مواد رسی به دست Al2O و 3 SiO همراه با 2 CaO محیط خارج شده و می آید، باعث ایجاد ترکیبهای آلیت، بلیت، آلومینات و فریت می شوند. در نهایت سیمان می تواند به صورت پودر بسته بندی شده در پاکتهای پنجاه کیلویی و یا به صورت باز (فله ای) به بازار ارائه شود. در ایران حدود 20 کارخانه به امر تولید سیمان مشغول هستند.

انواع سیمانها

اصولاً 5 نوع متفاوت سیمان پرتلند به منظورهای مختلف ساخته می شود که هر کدام از

آنها دارای خواص شیمیایی و فیزیکی مخصوصی هستند. این 5 نوع سیمان عبارتند از:

1- سیمان پرتلند معمولی

2- سیمان پرتلند با دمای هیدراته شدن متوسط

3- سیمان پرتلند با مقاومت اولیه زیاد و زودگیر

4- سیمان پرتلند با گرمای هیدراته شدن پایین و دیرگیر

5- سیمان ضد سولفات آورده شده است . ترکیب شیمیایی – مشخصات این 5 نوع سیمان در جدول زیر نشان داده شده است . – در این جدول زیر ASTM سیمانهای پنجگانه مطابق استاندارد سیمانهای پوزولان، سیمان سفید و سیمانهای رنگی از انواع دیگر سیمانها هستند . در تولید سیمان پوزولانی اغلب از خاکستر آتشفشانهای اسیدی استفاده می شود . سیمانهای رنگی نیز یا به وسیله اضافه کردن مواد رنگی 2 به کلینکر سیمان سفید و یا با اضافه کردن مواد رنگی به کلینکر سیمان پرتلند (به منظور تهیه سیمان پرتلند رنگی و تیره ) تولید می شود. سیمان سفید مانند سیمان پرتلند معمولی ساخته می شود . سیمان سفید را می توان از مواد اولیه ای تولید نمود که فاقد عناصر تشکیل دهنده رنگی مثل اکسید آهن، منگنز و کرم هس تند. اکسید آهن معمولترین عامل تیره شدن رنگ سیمان است . بنابراین اگر مواد خام سیمان پرتلند فاقد اکسید آهن باشد یا آن را به طریقی از مواد خام بگیرند، رنگ سیمان پرتلند سفید خواهد شد. با استفاده از کلرور پتاسیم و کلرور کلسیم می توان در هنگام پخت سیمان، اکسید آهن موجود در آن را به کلرور آهن تبدیل و از تأثیر رنگ آن کاست . ترکیب تقریبی کلینکر سیمان سفید به شرح زیر است:

به منظور تأمین مواد اولیه سیمان سفید باید آهکهایی در نظر گرفته شود که میزان اکسید آهن و سایر مواد رنگی آن بسیار کم باشد . برای تأمین اکسید سیلیس و اکسید آلومینیم نیز به جای استفاده از رسهای معمولی یا شیل می باید از کائولین استفاده نمود.