همه چیز درباره سیمان

سیمان ماده ای چسبنده است که برای ترکیب مصالح و ساخت بتن از آن به فراوانی در ساخت و ساز استفاده می شود.

سیمان را می توان از مواد مختلفی تهیه کرد، اما به تنهایی قابل استفاده نیست. در حقیقت، سیمان رومی با آهک سوخته، خاکستر آتشفشانی و مکمل های آجر خرد شده درست می شود. سیمان فقط به خاطر خاصیت چسبندگی محبوب نیست بلکه قیمت آن نیز بسیار مناسب است و یکی از کم هزینه ترین مواد در سراسر جهان است.

تفاوت سیمان با کلینر

سیمان در برابر حرارت از خود واکنش نشان می دهد و به ماده حاصل شده کلینر می گویند. بسیاری از افراد کلینر را با سیمان اشتباه می گیرند اما این دو ماده مشابه نیستند. کارخانه های تولید کننده سیمان، کلینکر را برای تولید سیمان در مناطقی که مواد خام اولیه کمیاب اند و یا موجود نمی باشند خریداری می کنند.

فرآوری تولید سیمان

به شکل کلی سنگ آهک، خاک مارون و بوکسیت، مهمترین و اصلی ترین ترکیبات( مواد اولیه) سازنده سیمان در کارخانجات تولیدکننده این محصول به شمار می آیند. تمامی ترکیبات و مواد نام برده شده از معادن مختلف در سراسر کشور استخراج گردیده و در نسبت‌های مشخصی مانند الگوی زیر، با یکدیگر ترکیب خواهند شد.

1. خاک مارون با نسبت ۶۰ الی ۶۵ درصد
2. سنگ آهک با نسبت ۳۰ الی ۳۵ درصد
3. بوکسیت با نسبت یک و نیم درصد

مخلوط حاصل از ترکیب سه ماده اولیه را با استفاده از دستگاه خردکن به شکل خاک در آورده و در انبار ذخیره خواهند نمود. در این مرحله از ساخت سیمان، میزان مشخصی از سنگ آهن رابطه ترکیب خاکی شکل افزوده و پودری نرم تهیه خواهد شد. در مرحله بعد، نوبت این پودر اخذ شده و ترکیب به کوره های پخت و فرآوری سیمان انتقال داده خواهد شد. ترکیب خارج شده از کوره بلافاصله سرد شده و کلینکر را تشکیل خواهد داد.

تشکیل کلینکر ( دانه های سبک گردش کل حاصل از سرد شدن مواد مذاب)، درآمد اصلی تولید انواع مختلف سیمان بوده و در بازارهای بزرگ ذخیره خواهند شد. در مرحله آخر کلینکر موجود در انبار، با توجه به نوع سیمان، با مواد مختلفی ترکیب شده و پس از یک مرحله آسیاب مجدد، مشکل سیمان قابل مصرف در اختیار خریداران قرار خواهد گرفت.  سیمان تهیه شده در این مرحله پس از طی کردن تمامی آزمایشات کنترل کیفی، بسته بندی شده و یا به شکل فله در بازار مصرف عرضه خواهد شد.

انواع سیمان

1. سیمان های هیدرولیکی

هیدرولیک و یا غیر هیدرولیک بودن، پارامتری به منظور بررسی و تعیین میزان سخت شوندگی انواع سیمان است. سیمان هیدرولیک از ترکیب و مخلوط سیمان پرتلند، سیمان آلومینات کلسیم، دانه های سیلیکا و برخی از ترکیبات دیگر تهیه شده و در دو طیف رنگی خاکستری و طوسی در اختیار مصرف کنندگان قرار خواهد گرفت.  سیمان هیدرولیک دارای خاصیت سخت شوندگی سریع و مقاومت بسیار زیاد در برابر رطوبت و آب بوده و از انواع مصالح پرکاربرد در ساخت بتن و پیشبرد پروژه هایی با زمان کمتر از معمول به شمار می آید. به شکل کلی می‌توان گفت که مهمترین ویژگی و خصیصه بارز در سیمانهای هیدرولیک، مقاومت و نفوذپذیری آنها در برابر آب و رطوبت است.

2. سیمان آمیخته

سیمان آمیخته و یا ترکیبی، عنوانی است که به نوعی از سیمان ساختمانی فرآوری شده در ترکیب با مواد معدنی خام، شیمیایی و یا گیاهی گفته می شود. تولید این نوع از سیمان در صنایع ساختمانی و عمرانی، تاثیر بسیار زیادی در صرفه‌جویی مصرف و قیمت مصالح ساختمانی داشته و به دلیل صرفه جویی و ملاحظات مصرف انرژی، از جایگاه ویژه ای در بحث حمایت از محیط زیست برخوردار می باشد. از انواع مختلف سیمان های آمیخته می توان به سیمان پرتلند آهکی، سیمان پرتلند پوزولانی و برخی از انواع سیمان های پرتلند اشاره نمود.

3. سیمان سفید

یکی از انواع سیمان های گرانقیمت و پرکاربرد به منظور طراحی و ساخت بناهای مرتبط با اصول معماری و تولید بتن های سفید، سیمان سفید است. این نوع از سیمان ساختمانی، از ترکیب خاک رس، سنگ آهک، پودر سنگ، گنج و برخی از ترکیبات معدنی در کارخانجات بزرگ تولید کننده سیمان تشکیل یافته و به منظور تزیین و طراحی دکوراسیون های داخلی نما نیز مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

4. سیمان های پرتلند رنگی

سیمان رنگی، از ترکیب سیمان سفید با رنگدانه های معدنی تولید شده و از نظر مشخصات فنی، تفاوتی با سیمان سفید نخواهد داشت. این نوع از سیمان پرتلند ای بیشتر کاربرد تزئینی و دکوراتیو داشته و با مقامات تبلیغاتی به بازار عرضه می گردد.

5. سیمان پرتلند پوزولانی

سیمان پوزولانی از جمله سیمان های بسیار مقاوم و پرمصرف در فضاهای مرتبط با مواد شیمیایی، اسیدی و خورنده است. استفاده از این نوع سیمان دائماً در حال گسترش بوده و جایگزین بسیاری از دیگر مصالح ساختمانی شده است. سازه های دریایی، کانال های فاضلاب، سدهای آبی و پل های بزرگ، ترین و اصلی ترین سازه های کاندید ساخت با سیمان پوزولانی به شمار می آیند.

سیمان پوزولانی در استاندارد انگلیس به سیمان BSEN 197-1 (1) گفته می شود. این سیمان حاوی بین 45٪ تا 64٪ کلینکر سیمان پرتلند ، 36-55٪ مواد پوزولانی و 0-5٪ مواد تشکیل دهنده اضافی جزئی را شامل می شود. سیمان پوزولانی معمولاً حاوی حدود 45٪ خاکستر بادی سیلیسی (V) است و دارای کلاس 32،5 با مقاومت اولیه طبیعی (N) است. این سیمان همچنین یک سیمان با درجه حرارت کم (LH) مجاز است. سیمان پوزولانی با ترکیب و مخلوط کردن ترکیبات مختلف برای تولید یک محصول همگن تولید می شود.

علاوه بر این ، برخی از سیمان های مخلوط دارای ویژگی های عملکرد ویژه ای هستند که با آزمایش اضافی تأیید می شوند. این نوع سیمان ها با حروف داخل پرانتز به دنبال نوع سیمان تعیین می شوند. به عنوان مثال Type IP (MS) یک سیمان پورتلند-پوزولان با خواص مقاومت در برابر سولفات متوسط است. سایر خواص ویژه توسط (HS) برای مقاومت به سولفات بالا تعیین شده است. (A) ، برای سیمان های هوا گیر (MH) برای حرارت متوسط آبرسانی ؛ و (LH) برای حرارت کم هیدراتاسیون. برای جزئیات بیشتر به ASTM C595 مراجعه کنید.

استاندارد ASTM C1157 با توجه به صنعت برای مشخصات مبتنی بر عملکرد، سیمان ها را با ویژگی های عملکرد آنها توصیف می کند.

1. نوع GU برای استفاده عمومی
2. نوع HE مقاومت اولیه بسیار بالا
3. نوع MS مقاومت متوسط در برابر سولفات
4. نوع HS مقاومت بسیار بالا
5. نوع MH حرارت هیدراتاسیون متوسط
6. نوع LH دارای با درجه حرارت کم

انواع سیمان پرتلند:

سیمان طبق شرایط مختلفی در کشورهای مختلف تولید می شود و هر تولید کننده با توجه به تقاضا اقدام به تولید سیمان با درجات مختلف می کند. با این حال ترکیب خاصی از سیمان در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد که به نام سیمان پورتلند شناخته می شود و سازمان های جهانی استاندارد این نوع فرم معیار ساخت سیمان به رسمیت شناخته اند. به طور کلی سیمان پورتلند را می توان طبق میزان سختی به چند دسته تقسیم کرد.

1. سیمان تیپ ۱

این نوع سیمان برای مصارف عمومی و کاربردهایی موردنیاز است که ویژگی خاصی مدنظر نیست. این نوع سیمان استفاده فراوانی نیز دارد و در ساختن پیاده روها، روسازی جاده ها، راه آهن، مخازن و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع سیمان به سه کلاس 325-1 ،425-1 و 525 -1 تقسیم می شود که هر کدام از این نوع کلاس ها در بخش خاصی استفاده می شود.

2. سیمان تیپ ۲

این نوع سیمان مقاومت متوسطی به سولفات دارد و بیشتر سیمان فروخته شده در آمریکای شمالی را تشکیل می دهد. همچنین مقاومت فشاری اولیه و نهایی آن کمتر از سیمان نوع ۱ دارد.

از این نوع نوع سیمان برای ساخت سازه های بزرگ استفاده می شود چرا که نیازمند حرارت کمتری برای سفت شدن است و معمولا برای محیط هایی که دارای هوای معتدل دارند و سرد نیستند بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

3. سیمان تیپ ۳

دارای مقاومت اولیه نسبتاً بالایی است به این معنی که سریعتر از نوع ۱ سفت می شود و باعث می شود که برای برخی از کاربردها (مثلا در ساخت و ساز در هوای سرد) مناسب باشد.  این نوع سیمان همچنین مناسب زمانی است که بخواهند زودتر از معمول قالب بردارند و بتن را بارگزاری کنند.

4- سیمان تیپ

دارای گرمای هیدراتاسیون کمی است و در پروژه های عظیم ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد. سفت شدن آن آن با سرعت کمتری نسبت به انواع دیگر سیمان رخ می دهد. این سرعت کم در سفت شدن باعث شده که سیمانکاری های چند مرحله ای را به راحتی با آن انجام داد.

این نوع سیمان به همین دلیل همین سرعت کم در سفت شدن مناسب هوای گرم است. میزان قابل توجه  C3S و C3A در این نوع سیمان باعث کاهش سرعت سفت شدن آن شده است.

5. سیمان تیپ ۵

این سیمان فقط برای مقاومت شدید در برابر سولفات استفاده می شود زیرا با سرعت کمتری نسبت به انواع دیگر سیمان ها سفت می شود. حد مقاومت 3 ،7 و 28 روزه برای این سیمان کمتر از سایر سیمان های پرتلند است. معمولا از این نوع سیمان در سازه ها یا کانال های در مجاورت آب دارای سولفات و زنگ زدگی استفاده می شود.

موارد کاربرد سیمان

• ساخت فونداسیون و ستون های اصلی سازه
• ساخت دیوارهای ساختمانی
• بتن ریزی اصلی سازه در ساختمانهای کوچک و بزرگ
• ساخت دیوارهای از پیش ساخته به منظور اجرا و تاسیس پروژه های موقت و فوری
• ساخت تمامی پل های شهری، بین شهری روگذر و زیرگذر
• ساخت تونل های جاده ای و تونل های آبی
• ساخت سدهای آبی و خاکی
• ساخت و اجرای پروژه های مربوط به مسیرهای انتقال آب
• ساخت مسیرهای لوله ای در سیستم فاضلاب شهری
• ساخت جداول خیابانی و برخی از تجهیزات کنترل ترافیک
• به عنوان ماده اولیه جهت ترکیب با مصالحی مانند چسب سیمان و یا چسب بتن
• ساخت نماهای رومی و معماری های نوین
• فضای داخل سازه، دیوار و روسازی های دیواری
• ساخت بتن های رنگی و سفید در تزیین برخی از سازه ها و بناها
• ساخت موانع بزرگراه ها
• ساخت پودر بندکشی برای درز کاشی و سرامیک

ویژگی های شیمیایی سیمان

مواد اولیه تولید سیمان سنگ آهک (کلسیم) ، ماسه یا خاک رس (سیلیکون) ، بوکسیت (آلومینیوم) و سنگ آهن است و ممکن است شامل پوسته ، گچ ، مارن ، شیل ، خاک رس ، سرباره کوره بلند ، تخته سنگ باشد. تجزیه و تحلیل شیمیایی مواد اولیه سیمان دیدی نسبت به خصوصیات شیمیایی سیمان برایمان فراهم می کند.

1. تری کلسیم آلومینات (C3A)

مقدار کم C3A باعث مقاومت سیمان در برابر سولفات می شود. گچ باعث کاهش هیدراتاسیون C3A می شود که در مراحل اولیه هیدراتاسیون گرمای زیادی آزاد می کند. C3A بیش از مقدار کمی قدرت ایجاد نمی کند.

• سیمان نوع I: حاوی 3.5٪ SO3 (در سیمان بیش از 8٪ C3A)
• سیمان نوع II: دارای حداکثر 3٪ SO3 (در سیمان کمتر از 8٪ C3A)

2. سیلیکات تری کلسیم (C3S)

C3S باعث هیدراتاسیون سریع و همچنین سخت شدن می شود و عامل اولیه مقاومت سیمان در تنظیم اولیه است.

3. سیلیکات دی کلسیم (C2S)

برخلاف سیلیکات تری کلسیم، که به سفت شدن اولیه کمک می کند، سیلیکات دی کلسیم موجود در سیمان به افزایش استحکام پس از یک هفته کمک می کند.

4. فریت (C4AF)

فریت یک عامل شار است. این دمای ذوب مواد اولیه در کوره را از 3000 درجه فارنهایت به 2 هزار و 600 درجه فارنهایت کاهش می دهد. گرچه به سرعت هیدراته می شود اما به مقاومت سیمان کمک زیادی نمی کند.

5. منیزیم (MgO)

در فرآیند تولید سیمان پرتلند از منیزیا به عنوان ماده اولیه گیاهان فرایند خشک استفاده می شود. مقدار بیش از حد منیزیم ممکن است سیمان را نامناسب و گسترده کند ، اما مقدار کمی از آن می تواند به سیمان مقاومت دهد. تولید سیمان مبتنی بر MgO نیز باعث انتشار CO2 کمتری می شود. تمام سیمان به محتوای 6 M MgO محدود می شود.

6. تری اکسید گوگرد

تری اکسید گوگرد به مقدار زیاد می تواند سیمان را نامطبوع کند.

7. اکسید آهن (اکسید فریک)

جدا از افزودن مقاومت و سختی ، اکسید آهن یا اکسید فریک عامل اصلی رنگ سیمان است.

8. مواد قلیایی

مقادیر اکسید پتاسیم (K2O) و اکسید سدیم (Na2O) محتوای قلیایی سیمان را تعیین می کند. سیمان حاوی مقادیر زیادی قلیایی می تواند در تنظیم زمان گیرش سیمان مشکل ایجاد کند. سیمان قلیایی کم ، اگر با کلرید کلسیم در بتن استفاده شود، می تواند باعث تغییر رنگ شود.

در سیمان آهک سرباره ، سرباره کوره بلند دانه ریز شده به خودی خود هیدرولیک نیست بلکه با افزودن مواد قلیایی “فعال” می شود.

9. آهک آزاد

آهک آزاد ، که گاهی اوقات در سیمان وجود دارد ، ممکن است باعث انبساط شود.

10. بخار سیلیس

بخار سیلیکا به منظور بهبود خواص مختلف به ویژه مقاومت فشاری ، مقاومت در برابر سایش و مقاومت پیوند به بتن سیمان اضافه می شود. اگرچه زمان شکل گیری سیمان با افزودن بخار سیلیس طولانی می شود.

اما می تواند مقاومت فوق العاده بالایی ایجاد کند. از این رو، سیمان پرتلند حاوی 5-20٪ بخار سیلیس معمولاً برای پروژه های سیمان پرتلند تولید می شود که به مقاومت بالایی نیاز دارند مناسب است.

11. آلومینا

سیمان حاوی آلومینا بالا توانایی مقاومت در برابر دمای سرد را دارد زیرا آلومینا در برابر مواد شیمیایی مقاوم است. همچنین زمان شکل گیری سیمان را سرعت می بخشد اما استحکام سیمان را ضعیف می کند.

ترکیبات شیمیایی سیمان :

سیمان بر اساس نحوه تنظیم و سخت شدن دو نوع است: سیمان هیدرولیکی که به دلیل افزودن آب سخت می شود و سیمان غیر هیدرولیکی که توسط کربناسیون با کربن موجود در هوا سخت می شود ، بنابراین نمی تواند در زیر آب استفاده شود

سیمان غیر هیدرولیکی از طریق مراحل زیر تولید می شود:

1. کلسیناسیون: آهک ازسنگ آهک با دمای بالاتر از 825 درجه سانتیگراد برای مدت 10 ساعت تولید میشود.
2. له کردن: اکسید کلسیم با آب مخلوط میشود تا آهک ذوب شده تهیه شود.
3. تنظیم: آب کاملاً تبخیر میشود.

سیمان در معرض هوای خشک است و پس از واکنشهای زمان بر، سخت می شود.

از طرف دیگر، سیمان هیدرولیک عمدتا از سیلیکات ها و اکسیدها تشکیل شده است:

1. بلیت (2CaO · SiO2)
2. آلیت (3CaO · SiO2)
3. آلومینات / سلیتتریکلسیم (3CaO · Al2O3)
4. براونمیلریت (4CaO · Al2O3 · Fe2O3)

مواد تشکیل دهنده در کارخانه های سیمان در کوره فرآوری می شوند. شیمی کامل واکنش ها هنوز هم موضوع تحقیق است.

کاربرد سیمان

1. در ساخت مراکز تجاری و تجاری، سایتها، اقامتگاهها، هتلها، بیمارستانها و ساختمانهای مدارس و غیره
2. در سیستم های فاضلاب، ساخت و ساز شبکه ای زیرزمینی
3. در ساخت سازه های آب مانند سدها، استخرها، کانال های تخلیه آب، دودکش ها و غیره
4. در ساخت بنادر دریایی، بندرگاه ها، دریاها، موج شکن ها و سازه های دریایی مشابه
5. در ساخت پروژه های تونل ها، پل ها، گذرگاه ها و بزرگراه ها
6. در ساخت جاده های بتونی
7. در ساخت فرودگاه ها و فرودگاه ها
8. در ساخت مواد چسبنده و درزگیر (چسب برای کاشی کاری، کاشی و سرامیک و گرانیت مرمر، اتصالات ساختمانی)
9. در ساخت گچ و ملات پیش ساخته
10. در طراحی آثار هنری (تندیس ها، نقوش برجسته، بناهای تاریخی و غیره)

ویژگی های سیمان

مخلوطهای مختلف سیمان مورد استفاده در ساخت و ساز با خصوصیات فیزیکی آنها مشخص می شود. برخی از پارامترهای کلیدی کیفیت سیمان را کنترل می کنند. خصوصیات فیزیکی سیمان خوب بر اساس موارد زیر است:

• ظرافت سیمان
• خلوص
• ثبات
• استحکام – قدرت
• زمان سفت شدن سیمان
• حرارت هیدراتاسیون
• افت حرارتی
• چگالی توده
• وزن مخصوص (تراکم نسبی)

این خصوصیات فیزیکی در بخش زیر با جزئیات مورد بحث قرار گرفته است. همچنین، نام آزمون های مرتبط با این خصوصیات فیزیکی را پیدا خواهید کرد.

1. ظرافت سیمان

اندازه ذرات سیمان همان ظرافت آن است. ظرافت مورد نیاز سیمان خوب از طریق آسیاب کردن کلینکر در آخرین مرحله از فرآیند تولید سیمان حاصل می شود. از آنجا که میزان هیدراتاسیون سیمان ارتباط مستقیمی با اندازه ذرات سیمان دارد، ظرافت سیمان بسیار مهم است.

2. خلوص سیمان

خلوص به توانایی کوچک نشدن سیمان در اثر سخت شدن اشاره دارد. سیمان مرغوب پس از جا انداختن بدون انبساط تأخیری که ناشی از آهک آزاد و منیزیم زیاد است، حجم خود را حفظ می کند.

3. تست لو چاتلیه

این روش که با استفاده از دستگاه Le Chatelier انجام می شود ، میزان انبساط سیمان ناشی از آهک را آزمایش می کند. خمیر سیمان (با استحکام طبیعی) بین لام های شیشه ای گرفته می شود و به مدت 24 ساعت در دمای 1 + 20 درجه سانتیگراد در آب غوطه ور می شود.

آن را برای اندازه گیری فاصله بین اندیکاتورها برداشته و سپس به زیر آب برمی گردانند، در 25-30 دقیقه به جوش آورده و به مدت یک ساعت می جوشانند. پس از خنک شدن دستگاه، فاصله بین نقاط نشانگر دوباره اندازه گیری می شود. در سیمان مرغوب ، فاصله نباید از 10 میلی متر بیشتر شود.

4. تست اتوکلاو

خمیر سیمان (با استحکام نرمال) در اتوکلاو (ظرف بخار فشار بالا) قرار داده می شود و به آرامی به 2.03 MPa می رسد و سپس به مدت 3 ساعت در آنجا نگهداری می شود. تغییر طول نمونه (پس از آوردن تدریجی اتوکلاو به دما و فشار اتاق) اندازه گیری شده و در درصد بیان می شود. نیاز سیمان مرغوب حداکثر 0.80٪ انبساط اتوکلاو است.

تست اتوکلاو استاندارد: AASHTO T 107 و ASTM C 151: اتوکلاو گسترش سیمان پرتلند.

5. سازگاری سیمان

توانایی جریان خمیر سیمان سازگاری است. با استفاده از تست ویکت اندازه گیری می شود. در تست ویکت خمیر سیمان با قوام نرمال در دستگاه ویکت آزمایش می شود. پیستون دستگاه را پایین آورده تا سطح بالای سیمان را لمس کند.

بسته به قوام پیستون تا عمق خاصی به سیمان نفوذ می کند. گفته می شود که سیمان هنگامی که  به 10 ± 1 میلی متر نفوذ می کند، دارای قوام طبیعی است.

6. مقاومت سیمان

سه نوع مقاومت سیمان اندازه گیری می شود

• فشاری
• کششی
• خمشی

عوامل مختلفی بر مقاومت از جمله نسبت آب سیمان ، نسبت دانه سیمان ریز ، شرایط پخت، اندازه و شکل نمونه، نحوه قالب گیری و مخلوط کردن، شرایط بارگیری و سن تأثیر می گذارد. هنگام آزمایش قدرت، موارد زیر باید در نظر گرفته شود:

مقاومت ملات سیمان و مقاومت بتن سیمان رابطه مستقیمی با هم ندارند. مقاومت سیمان صرفاً یک معیار کنترل کیفیت است.

آزمایشات مقاومت روی مخلوط ملات سیمان انجام می شود نه روی خمیر سیمان.

سیمان با گذشت زمان قدرت می گیرد ، بنابراین باید زمان مشخصی برای انجام آزمایش ذکر شود.

7. مقاومت فشاری

این متداول ترین تست قدرت است. یک نمونه آزمایش (50 میلی متر) گرفته می شود و تا زمان خرابی تحت فشار فشاری قرار می گیرد. توالی بارگیری باید در عرض 20 ثانیه و 80 ثانیه باشد.

8. تست های استاندارد

AASHTO T 106 و ASTM C 109: مقاومت فشاری ملات های سیمان هیدرولیک (با استفاده از نمونه های مکعب 50 میلی متر یا 2 اینچ)

ASTM C 349: مقاومت فشاری ملات های سیمان هیدرولیکی

9. مقاومت کششی

اگرچه این آزمایش در سالهای اولیه تولید سیمان معمول بود ، اما اکنون هیچ اطلاعات مفیدی درباره خواص سیمان ارائه نمی دهد.

10. استحکام خمشی

این در واقع اندازه گیری مقاومت کششی در خم شدن است. این آزمایش در تیرچه ملات سیمان 40x40x160 میلی متر انجام می شود که تا زمان خرابی در نقطه مرکزی خود بارگیری می شود.

11. آزمون استاندارد

ASTM C 348: مقاومت خمشی ملات های سیمان هیدرولیک

12. تنظیم زمان سیمان

وقتی آب اضافه می شود سیمان سفت و سخت می شود. این زمان گیرش بسته به عوامل مختلفی از جمله ظرافت سیمان ، نسبت سیمان به آب ، محتوای شیمیایی و مواد افزودنی می تواند متفاوت باشد.

سیمان مورد استفاده در ساخت و ساز باید دارای زمان گیرش اولیه باشد که خیلی کم و زمان گیرش نهایی خیلی زیاد نباشد. از این رو ، دو زمان تنظیم اندازه گیری می شود:

مجموعه اولیه: هنگامی که خمیر شروع به سفت شدن قابل ملاحظه ای می کند (معمولاً طی 30-45 دقیقه اتفاق می افتد)

مجموعه نهایی: وقتی سیمان سخت می شود ، می توانید مقداری بار را تحمل کنید (زیر 10 ساعت اتفاق می افتد)

باز هم ، زمان درست شدن سیمان نیز می تواند شاخصی از میزان آبرسانی باشد.

تست های استاندارد سیمان :

AASHTO T 131 و ASTM C 191: زمان تنظیم سیمان هیدرولیک توسط سوزن Vicat

AASHTO T 154: زمان تنظیم سیمان هیدرولیکی توسط سوزن های Gillmore

ASTM C 266: زمان تنظیم خمیر سیمان هیدرولیک توسط سوزن های گیلمور

گرمای هیدراتاسیون

وقتی آب به سیمان اضافه می شود ، واکنشی که اتفاق می افتد هیدراتاسیون نامیده می شود. هیدراتاسیون گرما تولید می کند ، که می تواند کیفیت سیمان را تحت تأثیر قرار دهد و همچنین در حفظ درجه حرارت پخت در هوای سرد مفید باشد.

از طرف دیگر، وقتی تولید گرما زیاد است، به خصوص در سازه های بزرگ ، ممکن است باعث ایجاد فشار ناخواسته شود. گرمای هیدراتاسیون بیشتر تحت تأثیر C3S و C3A موجود در سیمان و همچنین از نسبت سیمان آب، ظرافت و دمای پخت قرار می گیرد.

گرمای هیدراتاسیون سیمان پرتلند با تعیین اختلاف بین سیمان خشک و نیمه هیدراته شده محاسبه می شود.

تست استاندارد

ASTM C 186: حرارت هیدراتاسیون سیمان هیدرولیک

از دست دادن احتراق

گرم کردن نمونه سیمان در دمای 900 – 1000 درجه سانتیگراد (یعنی تا زمانی که یک وزن ثابت بدست آید) باعث کاهش وزن می شود. این کاهش وزن هنگام گرم شدن به عنوان از بین رفتن احتراق محاسبه می شود.

ذخیره سازی نامناسب و طولانی مدت یا تقلب در حین حمل و نقل و انتقال ممکن است منجر به قبل از هیدراتاسیون و کربناسیون شود ، که هر دو ممکن است با افزایش از بین رفتن احتراق نشان داده شوند.

تست استاندارد:

AASHTO T 105 و ASTM C 114: تجزیه و تحلیل شیمیایی سیمان هیدرولیک

تراکم فله

وقتی سیمان با آب مخلوط می شود ، آب جایگزین مناطقی می شود که به طور معمول هوا وجود دارد. به همین دلیل ، تراکم فله سیمان خیلی مهم نیست. سیمان بسته به درصد ترکیب سیمان دارای دامنه مختلفی از چگالی است. تراکم سیمان ممکن است از 62 تا 78 پوند بر فوت مکعب باشد.

وزن مخصوص (تراکم نسبی)

از وزن مخصوص به طور کلی در محاسبات متناسب سازی مخلوط استفاده می شود. سیمان پرتلند دارای وزن مخصوص 15/3 است، اما انواع دیگر سیمان (به عنوان مثال، سرباره کوره پورتلند و سیمان پرتلند پوزولانی) ممکن است دارای وزن مخصوص حدود 2.90 باشند.

تست استاندارد:

AASHTO T 133 و ASTM C 188: تراکم سیمان هیدرولیک

کاربرد سیمان در صنعت

تولید جهانی سیمان در سال ۲۰۱۰،۱.۵۳ میلیارد بشکه بود، به استثنای آمار چین که ادعا می کند ۱.۸ بشکه در سال در سال ۲۰۱۰ تولید شده است. پس از چین، که بدون شک بزرگترین تولید کننده سیمان در جهان است، مهمترین تولیدکنندگان سیمان هند، ایالات متحده آمریکا، ترکیه و برزیل هستند.

اگرچه چین تولید کننده و مصرف کننده عمده سیمان است اما کشورهای دیگر از جمله ایران دارای شرکت های تولید سیمان زیادی دارند. در ایران سالانه ۶۰ میلیون تن سیمان تولید می شود و از این حیث هفتمین تولید کننده بزرگ سیمان در جهان است. با این حال سیمان در تمامی کشورهای جهان تولید نمی شود و اکثر کشورها تمایل به واردات سیمان دارند. این امر نه تنها به دلیل تقاضای زیاد بلکه به این دلیل است که در این فرآیند از مواد اولیه به راحتی در دسترس نیست.

سه شرکت بزرگ تولید کننده سیمان در ایران شرکت سیمان آبیک شرکت سیمان سپاهان و شرکت سیمان تهران هستند و سالانه ۶ هزار تن سیمان تولید می کنند محصولات بسیاری از شرکت های تولید کننده سیمان در ایران در لیست مرغوب ترین سیمان های جهان قرار دارند و بسیاری از کشورهای اروپایی و آسیایی از ایران سیمان خریداری می کنند تا در صنایع مختلف از آن استفاده کنند.