تحقیق مقاله آشنایی با مصالح ساختمانی بتن و سیمان

بتن چیست؟

بتن ماده ای تشکیل شده از  شن (سنگ دانه های درشت دانه از 0.5تا 2.5 سانتیمتر است)، ماسه (سنگ دانه های کوچک تر از 2.5 سانتیمتر است)، سیمان که در بتن نقش اتصال سنگ دانه ها را دارد و در ارتباط مستقیم با مقاومت بتن است و آب در بتن نقش روان کردن بتن برای کارایی بهتر و انجام عملیات هیدراتاسیون را داراست.

در اثر واکنش شیمیایی سیمان و آب روند سخت شدن ادامه یافته و در نتیجه دانه ها (ماسه و شن) را بصورت تودﮤ سنگ مانندی به یکدیگر می چسباند.

دانه ها به دو گروه ریزدانه که تا ¼ اینچ (6میلیمتر) و درشت دانه که روی الک شماره 16 (1.18 میلیمتر) تقسیم می شوند.

برای داشتن اندازه مناسب و نسبت اختلاط شن و سیمان محاسباتی خاص انجام می شود و این نسبت را به عنوان طرح اختلاط می نامند. برای محاسبه مقدارمناسب آب به سیمان w/c  تعریف می شود که عموماً بهترین مقدار آن 0.5 است. 0.25 مقدار آب به سیمان صرف روان کنندگی بتن  و 0.25 دیگر آن صرف انجام عمل هیدراتاسیون می شود هرچه مقدار آب به سیمان کمتر شود کمتر شود بتن قویتری خواهیم داشت . اما با کاهش آب از مقدار روانی و کارائی بتن هم کاسته خواهد شد . برای حل مشکل از روان کننده ها استفاده می شود و همچنین بهترین حالت افزایش مقاومت بتن را با افزودن میکروسیلیس یا مکمل بتن خواهیم داشت. 

خمیر سیمان عموما حدود 25 تا 40% کل حجم بتن را تشکیل می دهد که حجم مطلق سیمان بین 7 تا 15% و حجم آب از 14 تا 21% است. مقدار هوای در بتن تا حدود 8% حجم بتن را تشکیل می دهد این اندازه به درشت ترین دانه بستگی دارد.

برای مصالح و شرایط عمل آوردن (Curing) معین، کیفیت بتن سخت شده به مقدار آب در مقابل با مقدار سیمان بستگی دارد.

سیمان چیست؟

سیمان ها مواد 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 چسبها از جمله چسبهاى مایع که در چسبانیدن قطعات سنگ یا سنگ و فلزات به یکدیگر بکار مى روند نیز بشود.

نمونه اى از این چسبها 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 چسب ها مى باشد. آنچه که از کلمه سیمان در این متن مورد نظر است، آن نوع از سیمان ها است که داراى ریشه آهکى مى باشند. به عبارت دیگر سیمان هایى 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 اکسیدها 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 مى گردد و داراى مقاومت مى شود.

با توجه به مشخصه فوق سیمان مى تواند داراى ترکیبات متفاوتى باشد و اصولا جزو ملاتهاى آبى محسوب مى گردد. ملاتهاى آبى از دوران گذشته شناخته شده بودند، از جمله این ملاتها 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 مى یافتند که خاصیت سخت شدن و فشار پذیرى داشت. با بکار بردن این ساروج رومى ها توانسته اند ساختمانهاى عظیمى بسازند که هنوز بقایاى آنها پس از گذشت چند هزار سال پا بر جا و قابل مشاهده است.

سیمان چیست؟

 در روزگار قدیم اگر می خواستند ساختمان یا پلی بسازنداز تخته سنگ های طبیعی استفاده می کردند. اما امروزه، بشر توانسته است که علاوه بر سنگ های طبیعی، از سیمان نیز جسم سختی همچون سنگ پدید بیاورد. سیمان را با سنگریزه و ماسه مخلوط می کنند و از آن بتون فراهم می آورند.

بشر در تهیه ی سیمان از خود طبیعت درس آموخت. زیرا دید که بسیاری از سنگ های طبیعی از اجزای خرد و سختی درست شده اند، موادی که به وسیله برخی مواد چسبنده به هم متصل گردیده و آن گاه تخته سنگی را پدید آورده اند. از تماشا و بررسی این چیزها بشر به فکر افتاد که خود نیز ماده ای فراهم کند که همان خاصیت چسبندگی را داشته باشد. و سرانجام بشر موفق به کشف سیمان شد.

 راهی را که بشر برای کشف سیمان پیمود این بود که: برخی مواد معینی را در کوره حرارت داد تا به صورت ماده ای سنگ آسا و چسبیده به هم، در آمد. سپس آن را آسیا کرد و به صورت گرد در آورد. البته این گرد چیزی جز همان سیمان نبود.        

 هر گاه این گرد، یا سیمان، را با آب و ماسه و شن مخلوط کنیم خواهیم دید که سیمان به شکل ماده چسبناکی در لابلای سنگریزه های ریز و درشت جای می گیرد و پس از اندکی، جسم یک پارچه و سختی، مانند یک سنگ طبیعی، از آن به دست می آید. سیمان از روزگار بسیار قدیم وجود داشته و بشر برای چسباندن سنگ ها  از آن استفاده می کرده است. رومیان با آن دیوار، راه قنات و جاده می ساختند. آنان در ساختمان نیز از سیمان استفاده می کردند.

قبل از رومیان، یونانیان نیز سیمان را مصرف می کردند. ولی با این همه می بینیم که مصریان در مصرف سیمان از یونانیان نیز پیشی گرفته بودند. چه آنان در ساختمان اهرام مصر، سیمان به کار برده اند. 

بیشتر سیمان هایی که ما امروزه مصرف می کنیم از نوع ئیدرولیک می باشد. یعنی آن که بر اثر تماس با آب سفت و محکم می شوند. این نوع سیمان را سیمان پورتلند می خوانند. علت این نامگذاری آن است که این نوع سیمان پس از سفت شدن، حالت نوعی سنگ را به خود می گیرد که در نزدیکی «پورتلند » در  انگلستان، یافت شده است.

   اجزای اصلی سیمان پورتلند عبارتند از:

         آهک، آهن، سیلیس و آلومین     

 این مواد را از سنگ آهک، خاک رس، سنگ رستی، صدف و سایر مواد طبیعی به دست می آورند. نخست این ها را آسیا می کنند تا خوب نرم شوند. سپس همه را در هم آمیخته و ترکیب شیمیایی لازم را بدین گونه فراهم می آورند.

آن گاه ترکیب به دست آمده باید در کوره  چنان حرارت ببیند که همه‌ ی اجزایش بتوانند عکس العمل های شیمیایی خود را آشکار سازند. در این جا جسمی سنگ آسا و به هم چسبیده پدید می آید که باید آسیا شود و به صورت گرد در آید.

این همان سیمانی است که ما اکنون مصرف می کنیم.

بیش از 30 ایالت در آمریکا میلیون ها بشکه از چنین سیمانی در سال تولید می کنند.

قسمتی از بخش انبار کردن سیمان:

  در موقع انبار کردن سیمان باید دقت شود که رطوبت هوا و زمین باعث فاسد شدن سیمان نشود بدین لحاظ باید آنرا روی قطعات تخته که با زمین چند سانتیمتر فاصله دارد قرار داد و تعداد کیسه های روی هم نباید از 10 الی 12 کیسه بیشتر باشد زیرا در غیر اینصورت سیمان های زیرین در اثر فشار سخت شده و غیر قابل مصرف می‌گردد .

چنانچه این قطعات به راحتی با دست به صورت پودر درآید قابل مصرف در قطعات بتونی می‌باشد در غیر اینصورت سیمان فاسد شده و بتن ساخته شده با این نوع سیمان باربر نبوده و نمیتوان از آن در قطعات اصلی ساختمان مانند تیرهای اصلی و تیرهای فرعی و ستونها و سقفها استفاده نمود چنانچه این سیمانها کاملا فاسد نشده باشد میتوان بعنوان ملات برای فرش موزائیک و غیره از آن استفاده نمود .

اگر بخواهیم سیمان را برای مدت طولانی انبار کنیم باید حتی المقدور با دیوارهای خارجی انبار فاصله داشته باشد و روی آن با ورقه های پلاستیکی که در ایران به نایلون معروف است پوشانیده شود تا حتی المقدور از نفوذ رطوبت به آن جلوگیری گردد . اگر سیمان به طرز صحیح انبار شود حتی تا یکسال بعد نیز قابل استفاده می‌باشد فقط ممکن است زمان گیرش آن قدری به تاخیر بیافتد ولی اثری در مقاومت 28 روزه آن نخواهد داشت .

استفاده از گوگرد به جای سیمان در بتن و به جای قیر در آسفالت

گوگرد زرد از فرآورده های نفت و گاز، افزون بر مصارف صنعتی می‌تواند در ساخت سازه های ساختمانی همانند پل، سازه های دریایی، قطعات پیش ساخته، جدول خیابان و سازه های انتقال آب و تصفیه فاضلاب بیش از بتن مورد استفاده قرار می گیرد.

به گزارش شانا در مناطق نفت خیز جنوب، رئیس انجمن بتن ایران - شعبه خوزستان با اعلام این خبر افزود: در کشورهای صنعتی مانند کانادا که گوگرد به مقدار زیاد وجود دارد، این ماده به جای سیمان و قیر مصرف می شود و هرجا عوامل طبیعی و شرایط صنعتی زمینه ناپایداری سازه های بتنی را فراهم می‌آورد، بتن گوگردی به کار گرفته می‌شود.

دکتر منوچهر امامقلی بابادی اضافه کرد: برای ساخت بتن و آسفالت گوگردی لازم است گوگرد را ذوب و همانند تهیه بتن و آسفالت با ماسه و شن مخلوط کرد.

بابادی در باره مراحل آغاز این پروژه توضیح داد: در سال ۱۳۶۵ در آزمایشگاه مکانیک خاک شرکت نفت مناطق نفت خیز جنوب در اهواز، مراحل تهیه بتن گوگردی آغاز شد و در سال ۱۳۶۷ در سطح آزمایشگاهی به پایان رسید و دو سال بعد با عنوان"Sulfucrete" به نام اینجانب در انجمن سوخت انگلستان به ثبت رسید.

رئیس کمیته تخصصی بتن سازمان نظام مهندسی ساختمان خوزستان گفت: مقاومت نمونه های گوگردی معادل حداقل ۵۰۰ و حداکثر ۹۰۰ کیلو گرم بر سانتیمتر مربع و دوام آن در محیط های اسیدی، قلیایی و اشباع از آب نمک، همچنین محیط فاضلاب بی پایان است.

آزبست چیست؟

آزبست نام تجاری چندین ماده معدنی است که به شکل وسیع در تهیه لنت ترمز اتومبیل و برخی مصالح ساختمانی به کار می‌روند و یکی از آلاینده‌های مهم هوا است. پراکنده شدن ذرات آزبست در هوا سبب ایجاد اختلالات تنفسی و ابتلا افراد به بیماری‌های وخیم ریوی می‌شود.

سابق بر این آزبست برای حفاظت از آتش‌سوزی و ایزوله کردن لوله‌های آب گرم، پوشش و نمای ساختمان و لنت ترمز خودروها استفاده می‌شد. اما به دلیل سرطان‌زا بودن آن، در بسیاری از کشورها تولید و استفاده از این ماده ممنوع شده است.

در هر شبانه‌روز معادل 7 تن آزبست یا لنت ترمز در هوای تهران تولید می‌شود. استنشاق آزبست یا لنت ترمز از راه تماس‌های شغلی یا محیطی اتفاق می‌افتد. آزبست به دلیل داشتن ویژگی‌های نسوز بودن و قابلیت انعطاف به شکل یک ماده صنعتی با ارزش درآمده است که برای آن بیش از 3000 مورد استفاده شناخته شده است.

در محیط زیست اصطکاک یا ساییدگی از لحاظ آلوده‌سازی هوا اهمیت زیادی دارد، این پدیده عبارتست از پراکندگی ذرات که در نتیجه ساییده شدن به وسیله مالش ایجاد می‌شوند. روزانه بیش از یک میلیون خودرو در سطح شهرهای بزرگ در آمد و شد هستند که به لحاظ وضعیت خاص ترافیک رانندگان پیوسته از ترمز استفاده می‌کنند.

با هر بار استفاده از ترمز خودرو مقداری از لنت ترمز تحت عمل اصطکاک لنت با کاسه یا دیسک چرخ ساییده شده و آزبست موجود در آن به شکل غبار از درز کاسه‌های چرخ و یا به طور مستقیم از کنار دیسک چرخ به زمین می‌ریزد و در هوا پراکنده شده و براثر جریان‌های سطحی هوای نزدیک به آسفالت خیابان (که حرکت اتومبیل‌ها آن را تشدید می‌کند) در محیط شهر پراکنده می‌شود.

پاک کردن محیط زیست از آزبست به عهده همه است. اگر در محل کارتان از آزبست استفاده شده است شما نیز به نوبه خود از مسئولان بخواهید تا محیط کار شما را از این آلودگی پاک کنند.

این عمل به عهده مسئولان سازمان‌های مربوطه است تا محیط کاری را به محیطی سالم برای کار تبدیل کند. اگر حجم آزبست مصرفی کم باشد باید با نظارت شهرداری‌ها جمع‌آوری شود. در غیر این صورت باید با همکاری سازمان بازیافت در هر استان این موضوع پی‌گیری شود. در تمام موارد باید به جای استفاده از آزبست به ویژه زمانی که به عنوان عایق مورد استفاده قرار می‌گیرد از مواد و عایق‌های جایگزین آن استفاده شود