تاریخچه ی:
سیمان
تفاوت با نگارش: 2
| - | V{maketoc}
کلمه سیمان از یک لغت ((زبان لاتین|لاتین)) به نام سی منت(cement) گرفته شده است و ماده ای است که دارای خاصیت چسبانندگی مواد را به یکدیگر دا ودر حقیقت واسطه چسباندن است. در صنایع ساختمانی سیمان به ماده ای گفته می شود که برای چسباندن مصالح مختلف به یکدیگر از قبیل سنگ و شن، ماسه ((آجر)) و غیره به کار می رود و ترکیبات اصلی این سیمان از موادآهکی است. />
سیمانهای آهکی معمولا از ترکیبات ((سیلیکات|سیلیکاتها)) و ((آلومینات|آلومیناتهای)) ((آهک)) تشکیل شده اند که هم به صورت طبیعی یافت می شوند و هم قابل تولید در کارخانجات سیمان سازی هستند.
اگرچه از زمانهای بسیار گذشته اقوام و ملل مختلف به نحوی با استفاده از سیمان در ساخت بنا سود می جستند ولی اولین بار در سال 1824 ((سیمان پرتلند)) به نام ژوزف آسپدین که یک معمار انگلیسی بود،ثبت شد.به لحاظ شباهت ظاهری و کیفیت بتن های تولید شده از سیمانهای اولیه به سنگهای ناحیه پرتلند در دورست انگلیس،سیمان به نام سیمان پرتلند معروف شد و تا به امروز برای سیمانهایی که از مخلوط نمودن و حرارت دادن مواد آهکی و رسی و مواد حاوی ((سیلیس))، آلومینا و اکسید ((آهن)) و تولید ((کلینکر)) و نهایتا آسیاب نمودن کلینکر به دست می آید،استفاده میشود.
اساسا سیمان با آسیاب نمودن مواد خام از قبیل:((سنگ)) و ((آهک)) و ((آلومینا)) و ((سیلیس))ی که به صورت ((خاک رس)) و یا سنگهای رسی وجود دارد و مخلوط نمودن آنها با نسبت های معین و با حرارت دادن در کوره های دوار تا حدود 1400درجه سانتی گراد بدست می آید. در این مرحله مواد در کوره تبدیل به گلوله های تقریبا سیاه رنگی می شوند که کلینکر نامیده می شود.کلینکر پس از سرد شدن با مقداری سنگ ((گچ)) به منظور تنظیم گیرش مخلوط و آسیاب شده و پودر خاکستری رنگی حاصل می شود که همان سیمان پرتلند است. با توجه به نوع و کیفیت مواد خام،سیمان با دو روش عمده تر و خشک تولید می شود. ضمن اینکه روشهای دیگری نیز وجود دارد.البته امروزه عمومـا از روش خشک در تولید سیمان استفاده می شود مگر در مواردی که مواد خام،تولید روش تر را ایجا نماید. زیرا در روش خشک انرژی کمتری برای تولید مورد نیاز است.
!ترکیبات شیمیایی سیمان:
مواد خام مورد مصرف در تولید سیمان در هنگام پخت با هم واکنش نشان داده و ترکیبات دیگری را به وجود می آورند. معمولا چهار ترکیب عمده به عنوان عوامل اصلی تشکیل دهنده سیمان در نظر گرفته می شوند که عبارتند از: />
*سه ((کلسیم)) سیلیکات (3((Ca))((O))((Si))O2=C3S) |
+ |
{img src=img/daneshnameh_up/1/1c/siman2.jpg}
!ریشه لغوی
کلمه سیمان از یک لغت لاتین به نام __~~green:سی‌منت~~__ ( __cement__ ) گرفته شده است و ماده ای است که دارای خاصیت چسبانندگی مواد به یکدیگر ا و در حقیقت ، واسطه چسباندن است.
!سیمان در صنایع ساختمان
در صنایع ساختمانی سیمان به ماده ای گفته میشود که برای چسباندن مصالح مختلف به یکدیگر از قبیل سنگ و شن ، ماسه ، آجر و غیره بکار می‌رود و ترکیبات اصلی این سیمان از __مواد آهکی__ است. سیمانهای آهکی معمولا از ترکیبات سیلیکات و آلومیناتهای آهک تشکیل شده‌اند که هم به‌صورت طبیعی یافت می‌شوند و هم قابل تولید در کارخانجات سیمان‌سازی هستند.
!تاریخچه
اگرچه از زمانهای بسیار گذشته اقوام و ملل مختلف به نحوی با استفاده از سیمان در ساخت بنا سود می‌جستند، ولی اولین بار در سال 1824 ، __سیمان پرتلند__ به نام "__ژوزف آسپدین__" که یک معمار انگلیسی بود، ثبت شد. به لحاظ شباهت ظاهری و کیفیت بتن‌های تولید شده از سیمانهای اولیه به سنگهای ناحیه پرتلند در دورست انگلیس ، سیمان به نام سیمان پرتلند معروف شد و تا به امروز برای سیمانهایی که از مخلوط نمودن و حرارت دادن مواد آهکی و رسی و مواد حاوی سیلیس ، آلومینا و اکسید آهن و تولید کلینکر و نهایتا آسیاب نمودن کلینکر بدست می‌آید، استفاده مشود.
!ساختار سیمان
اساسا سیمان با آسیاب نمودن مواد خام از قبیل سنگ و ((آهک)) و آلومینا و سیلیسی که به صورت خاک رس و یا سنگهای رسی وجود دارد و مخلوط نمودن آنها با نسبتهای معین و با حرارت دادن در کوره‌های دوار تا حدود 1400درجه سانتی‌گراد بدست می‌آید. در این مرحله ، مواد در کوره تبدیل به گلوله‌های تقریبا سیاه رنگی می‌شوند که __کلینکر__ نامیده میشود.
کلینکر پس از سرد شدن ، با مقداری سنگ گچ به‌منظور تنظیم گیرش ، مخلوط و آسیاب شده و پودر خاکستری رنگی حاصل میشود که همان سیمان پرتلند است. با توجه به نوع و کیفیت مواد خام ، سیمان با دو روش عمده‌تر و خشک تولید میشود، ضمن اینکه روشهای دیگری نیز وجود دارد. البته امروزه عمومـا از روش خشک در تولید سیمان استفاده میشود، مگر در مواردی که مواد خام ، روش تر را ایجا کند، زیرا در روش خشک ، انرژی کمتری برای تولید مورد نیاز است.
!ترکیبات شیمیایی سیمان
مواد خام مورد مصرف در تولید سیمان در هنگام پخت با هم واکنش نشان داده و ترکیبات دیگری را بوجود می‌آورند. معمولا چهار ترکیب عمده به‌عنوان عوامل اصلی تشکیل دهنده سیمان در نظر گرفته می‌شوند که عبارتند از:>>
*سه کلسیم سیلیکات (3O2=C3S) |
| | *دو کلسیم سیلیکات ( 2CaOSiO2=C2S) | | *دو کلسیم سیلیکات ( 2CaOSiO2=C2S) |
| - | *سه کلسیم آلومینات (3CaO((Al))2O3=C3A)
*چهار کلسیم آلومینو فریت
(4CaOAl2O3((Fe))2O3)
که اختصارا ((اکسیداسیون|اکسید های)) CaO را با c ،SiO2 را با S ،Al2O3 را با A و Fe2O3 را با F نشان می دهند.سیلیکاتهای C3Sو C2S مهمترین ترکیبات سیمان در ایجاد مقاومت خمیر سیمان هیدراته می باشند.در واقع ((سیلیکات))ها در سیمان، ترکیبات کاملا خالصی نیستند بلکه دارای اکسید های جزئی به صورت محلول جامد نیز می باشند.این اکسید ها اثرات قابل ملاحظه ای در نحوه قرار گرفتن ((اتم|اتمها))، فرم ((ساختار بلوری|بلوری)) و خواص هیدرولیکی سیلیکاتها دارند.
ترکیبات دیگری نیز در سیمان وجود دارند که از نظر وزن قابل ملاحظه نیستند ولی تأثیرات قابل ملاحظه ای درخواص سیمان دارند که عمدتا
عبارتند از: ((Mg))O،((Ti))O2،((Mn))2O3،((K))2O،((Na))O2، که اکسیدهای ((سدیم)) و ((پتاسیم)) به نام اکسید های قلیایی شناخته شده اند. آزمایشها نشان داده است که این قلیائیها با بعضی از سنگدانه ها واکنش نشان داده اند و حاصل این واکنش باعث تخریب بتن شده است.البته قلیائی ها در مقاومت بتن نیز اثر دارند.
وجود سه کلسیم آلو مینات (C3A) در سیمان نقش عمده ای در مقاومت سیمان به جزء در سنین اولیه ندارند و در برابر حملات سولفاتها که منجر به سولفوآلومینات کلسیم می شود نیز مشکلاتی به بار می آورد،اما وجود آن در مراحل تولید،ترکیب آهک،و سیلیس را تسهیل می کند.
میزان C4AF در سیمان هم در مقایسه با سه ترکیب دیگر کمتر است و تأثیر زیادی در رفتار سیمان ندارند ولی در واکنش با گچ، سو لفو فریت کلسیم را می سازد و وجود آن به هیدراسیون سیلیکاتها شتاب می بخشند.
مقدار و اندازه واقعی اکسید ها در ترکیبات انواع سیمان،مختلف است.البته باقی مانده نا محلول که عمدتا از نا خالصی های سنگ گچ حاصل می گردد نیز اندازه گیری می شود.تا حدود 5/1 درصد وزن در سیمان مجاز است.افت حرارتی که دامنه ((کربناسیون)) و هیدراسیون آهک آزاد و ((منیزیم)) آزاد را در مجاورت هوا نشان می دهد نیز تا حدود 3 الی 4 در صد وزن سیمان اندازه گیری می شود.
!هیدراسیون سیمان:
ماده مورد نظر ما ((ملات)) یا خمیر سیمان است که با اختلاط آب و پودر سیمان ماده چسباننده ای می شود.در واقع سیلیکاتها و آلومیناتهای سیمان در مجاورت آب محصولی هیدراسیونی را تشکیل میدهند که کم کم با گذشت زمان جسم سختی به وجود می آید.
دو ترکیب عمده سیلیکاتی سیمان در مجاورت آب محصولی هیراسیونی را تشکیل می دهند که کم کم با گذشت زمان جسم سختی به وجود می آید.
دو ((ترکیبات شیمیایی|ترکیب)) عمده سیلیکاتی سیمان یعنی C3Sو C2S عوامل عمده سخت شدن سیمان هستند و عمل هیدراسیون روی C3S سریعتر از C2S انجام می گیرد .
!حرارت هیدراسیون:
همانند هر واکنش شیمیایی،هیدراسیون ترکیبات سیمان نیز حرارت زا است و به میزان حرارتی که در هر گرم از سیمان هیدراته در اثر هیدراسیون در دمای معینی تولید مگردد، حرارت هیدراسیون گفته می شودو به روشهای مختلفی قابل اندازه گیری است.درجه حرارت و دمائی که در آن عمل هیدزاسیون انجام می شود تأثیر قابل ملاحظه ای در نرخ حرارت تولید شده است،دارد.
برای سیمانهای پرتلند معمولی حدود نصف کل حرارت تا سه روز و حدود
4/3حرارت تا حدود 7 روز و تقریبا 90 در صد حرارت در 6 ماه آزاد می شود . در واقع حرارت هیدراسیون بستگی به ترکیب شیمیایی سیمان دارد و تقریبا برابر است با مجموع حرارتهای ایجادشده یکایک ترکیبات خالص سیمان اگر به صورت جداگانه هیدراته شود.
هر گرم از سیمان تقریبا 120 کالری حرارت آزاد می کند.چون هدایت حرارتی ((بتن)) کم است لذا حرارت می تواند به عنوان یک عایق حرارتی عمل نماید.از طرف دیگر حرارت تولید شده به وسیله هیدراسیون سیمان می تواند از یخ زدن آب در لوله های موئینه بتن تازه ریخته شده جلوگیری نماید.بنابراین آگاهی به خواص حرارت زایی سیمان می تواند در انتخاب نوع مناسب سیمان برای هدف مشخصی مفید باشد.
همانطور که گفته شد نقش اصلی در مقاومت سیمان C3S و C2S ایفا می کنند وC3S در 4 هفته سنین اولیه و C2S پس از آن مقاومت سیمان را ایجاد می کنند. نقش این دو ترکیب در مقاومت سیمان پس از یک سال تقریبا مساوی میشود.
!آزمایشهای سیمان :
به لحاظ اهمیت کیفیت سیمان در ساختن ((بتن))،معمولا تولید کنندگان آزمایش های متعدد و استاندارد شده ای را برای کنترل کیفیت سیمان انجام میدهند و بعضا نیز مصرف کنندگان برای اطمینان خاطر،خواص سیمان تولید شده را از کارخانجات درخواست می کنند و گاها نیز آزمایشهائی انجام میدهند.
خواص فیزیکی سیمان عمدتا عبارتست از نرمی سیمان، گیرش سیمان، سلامت سیمان ومقاومت سیمان.
!نرمی سیمان :
از آنجا که هیدراسیون از سطح ذرات سیمان شروع می شود،مساحت تمامی سطح سیمان موجود در هیدراسیون شرکت دارند.بنابراین نرخ هیدراسیون بستگی به ریزی سیمان دارد و مثلا برای کسب مقاومت سریعتر نیز به سیمان نرم تر یا ریزتر می باشد.اما باید توجه داشت که همیشه یک سیمان نرم از نظر اقتصادی و فنی مقرون به صرفه نیست.زیرا هزینه آسیاب کردن و اثرات بیش از حد نرم بودن سیمان بر خواص دیگر آن مانند نیاز بیشتر به گچ برای تنظیم گیرش،کار آیی بتن تازه و سایر موارد نیز باید مد نظر باشد. نرمی یکی از خواص عمده سیمان است که معمولا در استانداردها با سطح مخصوص تعیین می شود.(m2/kg).روشهای متداول و متفاوتی برای تعیین نرمی سیمان در دنیا به کار گرفته می شود.استاندارد ملی ایران به شماره 390 تعیین نرمی سیمان را مشخص می کند. |
+ | *سه کلسیم آلومینات (3CaOAl2O3=C3A) |
| - | !ی سیمن: |
+ | *ه کلسیم لومینو فریت (4CaOAl2O3Fe2O3) |
| - | کمه یر،برای ست شدن میر سیمان ب کار برده می ود،یی تییر ی از الت مایع به امد. گیش به لت هیدراسیون C3S و C2A با ازایش دمای خمیر سیمان تفاق می تد.گیرش اویه مربو ه ازای ی دما گیرش نهایی مبط به دمای نهایی است. مدت زمان یر سیمان ا ازای دره حرارت، کاه می یاد ولی زمای نان داده است که در دمای حدود 30 درجه سانتی گراد ار معکوس را می توان ماهده نمود.در درات رارت پاین،گیر سیمان ک می شود. |
+ | ک اختصارا اکسیدهای CaO را با C و SiO2 را با S و Al2O3 را با A و Fe2O3 را با F نشان میدهند. سیلیاتهای C3S و C2S مهمترین کبات سیمان در ایجاد مقاومت خمیر سیان هیدراته می‌باشند. در واقع سیلیکاتها در سیمان ترکیبات کاملا خالصی نیستند، بلکه دارای اکسیدهای جزئی به‌صورت محلول جامد نیز می‌باشد. این اکسیدها اثرات قابل ملاحظه ای در نوه قرار رفتن ((اتم|اتمها))، فرم بلوری و واص هیدولکی ییکاتها دارند.
تکیبات دیگری ی ر سیمن وجود دارند که از نر وزن قابل ملاحظه نیستند، ولی تأثیرات قابل ملاحظه ای در خواص سیمان دارند که عمدتا عبارتند از: MgO،TiO2،Mn2O3،K2O،NaO2، که کسیدهای ((سدیم)) و ((پتاسیم)) به نام اکسیدهای قلیایی شناخته شده‌اند. آزمایشها نشان داده است که این قلیائیها با بعضی از سنگدانه‌ها واکنش نشان داده‌اند و حاصل این وکنش باعث تخریب بتن شده ست. البته قلیائیها در مقاومت بتن نیز اثر دارند.
وجود سه کلسیم آلو مینات (C3A) در سیمان نقش عمده ای در مقاومت سیمان به جزء در سنین اولیه ندارند و در برابر حملات سولفاتها نیز که منجر به سولفوآلومینات کلسیم میشود، مشکلاتی به بار می‌آورد، اما وجود آن در مراحل تولید ، ترکیب آهک و سیلیس را تسهیل می‌کند. میزان C4AF در سیمان هم در مقایسه با سه ترکیب دیگر کمتر است تأثیر زیادی در رفتار سیمان ندارند، ولی در واکنش ا چ ، سولفو فریت کلسیم را می‌سازد و وجود آن به هیدراسیون سیلیکاتها شتاب می‌بخشد.
مقدار و اندازه واقعی اکسیدها در ترکیبات انواع سیمان مختلف است. البته باقی مانده نامحلول نیز که دت از ناخالصی‌های سن گچ حاصل می‌گردد، اندازه گیری میشود، تا حدود 1,5 درصد زن در سیمان مجاز است. افت حرارتی نیز که دامنه کربناسیون و هیراسیون هک آزاد ((منیزیم)) آزاد را در مجاورت هوا نشان مهد، حدود 3 الی 4 ر صد وزن سیمان ادازه گیری میشود.
!هیدراسیون سیمان
ماده مورد نظر ما ملات یا خمیر سیمن است که با اختاط آب و پودر سیمان ماده چسباننده ای میشود. در واقع سیلیکاتها و آلومیناتهای سیمان در مجاورت آب محصولی هیدراسیونی را تشکیل میدهند که کم‌کم با گذشت زمان ، جسم سختی بوجو مآید.
دو ترکی عمده سیلیکاتی سیمان ینی C3S و C2S عوامل عمده سخت شدن سیما هستند و عمل هیدراسیون روی C3S سریعتر از C2S انجام می‌گید. />!حرارت هیدرسیون
همانند هر واکنش شیمیایی ، هیدراسیون ترکیبات سیمان نیز حرارت‌ا است و به میزان حرارت که در هر گرم از سیمان هیراته در اثر هیدراسیون در دمای معینی تولید می‌گردد، حرات هیدراسیون گفته میشود و به روشهای مختلفی قبل اندازه گیری است. درجه حرارت و دمائی که ر آن مل هیدزاسیون انجام میشود، تأثیر قابل ملاحظه ای در نرخ حرارت تولید شده است دارد.
برای سیمانهای پرتلند معمولی ، حدود نصف کل حرارت تا سه روز و حدود 3,4 حرارت تا حدود 7 روز و تقریبا 90 در صد حرارت در 6 ماه آزاد میشود. در واقع حرارت هیدراسیون ستی به ترکیب شیمیایی سیمان دارد و تقریبا برابر است با مجموع حرارتهای ایجاد شده یکایک ترکیبات خالص سیمان ، اگر به صورت جداگانه هیدراته شود.
هر گرم از سیمان تقریبا 120 کالری حرارت آزاد می‌کند. چون هدای حرارتی بتن کم است، لذا حرارت می‌تواند به‌عنوان یک عایق حرارتی عمل نماید. از طرف دیگر حرارت تولید شده بوسیله هیدراسیون سیمان می‌تواند از یخ زدن آب در لوله‌های موین بتن تازه ریخته شده جلوگیری نماید. نابراین آاهی به خواص حرارت‌زایی سیمان می‌تواند در نتخاب نوع مناسب سیمان برای هدف مشخصی مفید باشد.
همانطور که گفته د، نقش اصلی در مقاومت سیمان C3S و C2S ایفا می‌کنند و C3S در 4 هفته سنین اولیه و C2S پس ا آن مقاومت سیمان ا ایجاد مینن. نقش این دو ترکی در مقاومت سیمان پس از یک سا قریبا مساوی میشود. |
| | + |
| | + | {img src=img/daneshnameh_up/7/71/siman.jpg} |
| | + | | |
| | + | !آزمایشهای سیمان |
| | + | به لحاظ اهمیت کیفیت سیمان در ساختن بتن ، معمولا تولید کنندگان ، آزمایشهای متعدد و استاندارد شده ای را برای کنترل کیفیت سیمان انجام میدهند و بعضا نیز مصرف‌کنندگان برای اطمینان خاطر ، خواص سیمان تولید شده را از کارخانجات درخواست می‌کنند و گاها نیز آزمایشهایی انجام میدهند. خواص فیزیکی سیمان عمدتا عبارتست از نرمی سیمان ، گیرش سیمان ، سلامت سیمان و مقاومت سیمان. |
| | + | !نرمی سیمان |
| | + | از آنجا که هیدراسیون از سطح ذرات سیمان شروع میشود، مساحت تمامی سطح سیمان موجود در هیدراسیون شرکت دارند. بنابراین نرخ هیدراسیون بستگی به ریزی سیمان دارد و مثلا برای کسب مقاومت سریعتر نیز به سیمان نرم تر یا ریزتر می‌باشد. اما باید توجه داشت که همیشه یک سیمان نرم از نظر اقتصادی و فنی مقرون به صرفه نیست، زیرا هزینه آسیاب کردن و اثرات بیش از حد نرم بودن سیمان بر خواص دیگر آن مانند نیاز بیشتر به گچ برای تنظیم گیرش ، کارآیی بتن تازه و سایر موارد نیز باید مد نظر باشد.
نرمی یکی از خواص عمده سیمان است که معمولا در استانداردها با سطح مخصوص تعیین میشود (m2/kg). روشهای متداول و متفاوتی برای تعیین نرمی سیمان در دنیا بکار گرفته میشود. استاندارد ملی ایران به شماره 390 تعیین نرمی سیمان را مشخص می‌کند. |
| | + | !گیرش سیمان |
| | + | کلمه گیرش برای سفت شدن خمیر سیمان بکار برده میشود، یعنی تغییر وضعیت از حالت مایع به جامد. گیرش به‌علت هیدراسیون C3S و C2A با افزایش دمای خمیر سیمان اتفاق می‌افتد. گیرش اولیه مربوط به افزایش سریع دما و گیرش نهایی مربوط به دمای نهایی است. مدت زمان گیرش سیمان با افزایش درجه حرارت کاهش می‌یابد، ولی آزمایش نشان داده است که در دمای حدود 30 درجه سانتی‌گراد ، اثر معکوس را می‌توان مشاهده نمود. در درجات حرارت پائین ، گیرش سیمان کند میشود. |
| | + | !مباحث مرتبط با عنوان |
| | + | *((آهک)) |
| | + | *((بتن)) |
| | + | *((سیلیس)) |
| | + | *((شیمی و مسکن)) |
| | + | *((مصالح ساختمانی)) |
