تحقیق مقاله سیمان

سیمان

سیمانهای نوع IP , IS,I‌ و P  I(PM)   II , و III با مواد هوا زا نیز که با علامت A مشخص می شود ، ساخته می شوند.

جدول (2 8 ) مقادیر متوسط ترکیبات سیمانهای پرتلند

سیمان

ترکیبات سیمان ، درصد

C3S

C2S

C3A

C4AF

CaSO4

CaO آزاد

MgO

پس ماند نامحلول

نوع I

59

15

12

8

9/2

8/0

4/2

2/1

نوع II

46

29

6

12

9/2

6/.

2

1

نوع III

60

12

12

8

9/3

3/1

6/2

9/1

نوع IV

20

46

5

12

9/2

3/0

7/2

1

نوع V

43

36

4

12

7/2

4/0

6/1

1

مقادیر حداکثر و حداقل در جدول فوق بر اساس دستورالعمل ASTM C150-84

شکل (2 4 ) روند افزایش مقاومت بتن های ساخته شده با 335 کیلوگرم از سیمانهای مختلف در متر مکعب بتن ،

سیمان پرتلند معمولی (تیپ I  ) ، سیمان اصلاح شده (نوع II ) ، سیمان زود سخت شونده (نوع III  ) ، سیمان با حرارت زایی کم ( نوع IV ) و سیمان ضد سولفات (نوع V )

تقسیم بندی سیمانها به تیپ های مختلف به این معنی نیست که سیمان های قرار گرفته در یک نوع خاص با یکدیگر متفاوت نیستند. بعلاوه خواص بعضی سیمانها به گونه أی است که می توان آنها را در چند نوع طبقه بندی نمود. یک نوع سیمان ممکن است خاصیت خواسته شده أی را برآورد نماید ، لیکن از نقطه نظرهای دیگر مسائلی را ایجاد کند. به این دلیل باید تعادلی بین خواص درخواستی بوجود آورده و بعلاوه ملاحظات اقتصادی را نیز منظور داشت.

سیمان نوع 2 مثالی است از سیمانی که این تعادل در آن رعایت شده است . امروزه روش ساخت سیمان پیشرفت زیادی نموده است و سعی می شود با توسعه بیشتر آن سیمانهای مختلف با خواص خواسته شده و مطابق با استاندارد تهیه شود .

سیمان پرتلند معمولی (نوع 1)

این نوع سیمان معمولترین سیمانی است که در همه موارد به غیر از مواردی که بتن در معرض سولفات موجود در خاک یا آب قرار می گیرد ، بکار می رود . استاندارد B   S12 : 1978 ضریب اشباع آهک را برای این نوع سیمان بین 66/0 و 02/1 محدود می کند . این ضریب بر اساس فرمول زیر که عبارات داخل پرانتزها درصد وزنی اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان هستند ، قابل محاسبه می باشد .

آهک آزاد اضافی سلامت سیمان را به مخاطره می اندازد ، لذا باید محدود گردد . اگرچه در استاندارد ASTM C150-84 محدودیت خاصی برای آهک توصیه نشده است و لیکن مقدار آهک آزاد معمولاً کمتر از 5/0 درصد می باشد .

سایر مشخصات استاندارد در زیر خلاصه می شود .

BS 12:1978

ASTM C 150-84

مقدار اکسید منیزیم

% 4 >

% 6 >

پس ماند نامحلول

% 5/1 >

%75/0 >

افت سرخ شدن

% 2 >

% 3 >

مقدار گچ ( بصورت So3 ) وقتی که درصد C3A :

% 5 >

% 5/2

-

% 5 >

% 3

-

% 8 >

-

% 3

% 8 >

-

% 5/3

طی سالها تولید سیمان نوع 1 ، تغییراتی در مشخصات آن پدید آمده است . در مقایسه با 40 سال قبل سیمانهای جدید C3S و ریزی بالاتری را دارا می باشند . استاندارد B S 12:1978 حداقل سطح مخصوص 225 m2/kg را مشخص می کند . در نتیجه مقاومت فشاری 28 روزه سیمانهای جدید بیشتر بوده ولی افزایش مقاومت دراز مدت آنها کمتر است . نتیجه عملی این تغییرات این است که باید انتظار مقاومت بیشتر با زمان را در سیمانهای جدید تا حدی تقلیل داد . این نکته مهمی است که باید در نظر داشت بخصوص که امروزه مقاومت 28 روزه معمولاً اساس سنجش قرار می گیرد .

سیمان پرتلند نوع 1 معمولترین سیمانی است که دارای مرغوبیت بالایی است و امروزه در مقیاس وسیعی در جهان مصرف قرار دارد .

سیمان پرتلند زود سخت شونده ( نوع 3 )

همانطوریکه از نام سیمان پیداست مقاومت این سیمان به سرعت افزایش می یابد . (جدول 2-8 را ببینید) این خاصیت به علت درصد بالای C3S در این سیمان ( تقریباً 70 درصد ) و ریزی بالا ( حداقل 225 m2/kg ) می باشد . البته در سالهای اخیر وجه تمایز این سیمان با سیمان نوع 1 در ریزی بالای این سیمان است و اختلاف مابین ترکیبات شیمیایی آنها ناچیز است .

استفاده اساسی از این سیمان موقعی است که قالبها باید برای بتن ریزی مجدد سریعاً بازشوند و یا زمانی که برای پیشرفت سریعتر کار ساختمان به مقاومت زودرس نیاز می باشد . این سیمان به علت ایجاد حرارت خیلی بالا نبایستی در بتن ریزی های حجیم و یا در قطعات بزرگ بتنی بکار رود . اما از طرف دیگر در بتن ریزی در هوای سرد بعلت حرارت بالا این سیمان می تواند از یخ زدگی سریع جلوگیری نماید . زمان گیرش سیمانهای نوع 1 و نوع 3 تقریباً یکسان است . قیمت تمام شده سیمان نوع 3 کمی بیش از سیمان پرتلند نوع 1 می باشد .

سیمان پرتلند زود سخت شونده مخصوص

این سیمان که مقاومت بالایی در زمانی کوتاه ایجاد می کند ، برای کارهای خاص و بر اساس سفارش مخصوص ساخته می شود . مقاومت زودرس بالا توسط ریزی ( 700 تا 900 متر مربع بر کیلوگرم ) و گچ بالاتر تامین می گردد . استفاده خاص این سیمان در قطعات پیش تنیده و در تعمیرات فوری بتن های خراب می باشد .

در پاره ای از کشورها سیمانی با گیرش تنظیم شده از مخلوطی از سیمان پرتلند ، فلوئور و آلومینات کلسیم با یک کند گیر کننده مناسب (معمولاً اسید سیتریک ) ساخته می شود. زمان گیرش (1 تا 20 دقیقه ) توسط مواد خام تشکیل دهنده و آسیاب و پختن آنها کنترل می گردد. در حال که مقاومت زود رس اولیه با مقدار فلوئور و آلومینات کلسیم کنترل می گردد. این سیمان قابل منبسط شدن می باشد ولی ارزش آن موقعی است که مقاومت بالایی در زمانی کوتاه مورد نیاز می باشد.

شکل (2 5 ) افزایش حرارت هیدراتاسیون سیمانهای پرتلند نگهداری شده در    C  ْ21 (نسبت آب به سیمان 4/0 می باشد).

سیمان

سیمان پرتلند با حرارت زایی کم (نوع 4 )

این سیمان که نخستین بار جهت مصرف در سدهای وزنی عظیم ساخته شد ، در واکنش با آب حرارت کمی تولید می کند. هر دو استاندارد ASTM C150 – 84  و BS1370:1979  حرارت هیدراتاسیون را به j/g 250  ( cal/g 60 ) پس از 7 روز و به j/g 290  ( cal/g 70 ) بعد از 28 روز محدود می کنند.

بر اساس استاندارد BS1370 محدودیت ضریب اشباع آهک بین 66/0 تا 08/1 بوده و به علت درصد کمتر ترکیبات C3S  و C3A در این سیمان ، آهک افزایش مقاومت این سیمان کندتر ازسیمان پرتلند معمولی است لیکن مقاومت نهائی بی اثر باقی می ماند. میزان ریزی این سیمان نبایستی از m 2/kg  320 کمتر باشد تا بدینوسیله افزایش مقاومت لازم تأمین گردد.

در آمریکا سیمان پرتلند یوزولانی (نوع P ) بعنوان سیمانی با حرارت زایی کم مشخص می گردد در حالی که برای سیمان نوع IP حرارت هیدراتاسیون متعادلی در نظر گرفته می شود . این نوع سیمان در استاندارد ASTM C 595-83a مشخص گردیده است .

سیمان اصلاح شده (نوع2)

در پاره ای از موارد کاربرد سیمانی با مقاومت اولیه پایین مناسب نبوده و به همین دلیل در آمریکا سیمانی اصلاح شده ساخته شده است . حرارت زایی این سیمان بیشتر از سیمان نوع 4 بوده و افزایش مقاومت آن مشابه سیمان نوع 1 می باشد . کاربرد این سیمان در ساختمانهایی است که باید حرارت زایی سیمان در آنها کم باشد و همچنین سیمان مناسبی است که تا حدی حمله سولفاتها به بتن را خنثی می کند این سیمان در پاره ای از کشورها تولید می شود .

سیمان ضد سولفات (نوع5)

این نوع سیمان که با C3A کمتری ساخته می شود در مقابل حمله سولفاتها به بتن پایدار است . در صورت زیاد بودن C3A تشکیل سولفو آلومینات کلسیم و گچ که با انبساط همراه است ، سبب ایجاد ترک و خرابی بتن می گردد . نمکهایی که اثر بیشتری روی بتن دارند معمولاً سولفاتهای منیزیم و سدیم می باشند . تاثیر سولفاتها بر بتن در اثر تر و خشک شدن بتن تشدید می گردد . این مورد بخصوص در قسمت هایی از بتن که در معرض جزر و مد قرار می گیرد و در سازه های دریایی مشاهده شده است .
بر اساس استاندارد BS 4027 جهت دستیابی به خاصیت ضد سولفاتی سیمان مقدار C3A در آن باید به حداکثر 5/3 درصد محدود گردد . ریزی این سیمان نیز حداقل m    2   / kg 250 تعیین شده است . در استاندارد آمریکا (ASTM C 150-84) موقعی که حد انبساط سولفاتی مشخص نشده است مقدار C3A به حداکثر 5 درصد و مجموع مقادیر C4AF و دو برابر C3A به حداکثر 20 درصد محدود می شود . همین استاندارد مقدار گچ را زمانی که ماکزیمم مقدار C   3 A از 8 درصد کمتر است به حدود 3/2% محدود می کند. در آمریکا همچنین سیمانی با خاصیت ضد سولفاتی متوسط ساخته می شود. این سیمان از مخلوط کردن سیمان پرتلند معمولی با سرباره (نوع I s(ms) ) و یا پوزولان (نوع IP(ms)) تهیه می شود . مقدار C3A موجود در این سیمانها به 8 درصد محدود می شود.

 (ASTM C 595-83a )

حرارت زایی سیمانهای ضد سولفات خیلی بیشتر از سیمانهای با حرارت زایی پایین نیست ، لیکن قیمت تمام شده آنها به علت ترکیبات خاص مورد نیاز در مواد خام آنها اندکی بالاتر از سیمان نوع 4 می باشد . بنابراین سیمان ضد سولفات تنها هنگامی که لازم است ن باید مصرف شود و این نوع سیمان در موارد معمولی استفاده نمی شود.

سیمان روباره آهنگدازی ( نوع IS)

این نوع سیمان از آسیاب و مخلوط کردن سیمان پرتلند و سرباره کوره های آهنگدازی که در آنها آهن تولید می شود ، بدست می آید . در ساخت این نوع سیمان که در حقیقت از مواد زائد کوره است ، انرژی کمتری مصرف می شود . سرباره ها که عموماً دارای اکسیدهای کلسیم ، سیلیسیم و آلومینیوم می باشند ، بسته به نوع مواد خام بسیار متغیر هستند . به این نوع سیمان روباره ، گاه سیمان تفاله نیز گفته می شود . هیدارتاسیون سرباره زمانی آغاز می شود که آهنک در اثر فعل و انفعال سیمان پرتلند و آب ، آزاد شد و محیط را قلیایی می کند . درصد سرباره در مخلوط بین 25 تا 70 درصد متغیر است
( استاندارد ASTM  595-83a )  و در استاندارد BS 146 حداکثر به 65 درصد وزن مخلوط محدود می شود . بهرحال آئین نامه BS 4246 برای تهیه سیمانهای روباره ای با حرارت زایی کم میزان 50 تا 90 درصد را مجاز می داند .

در کشورهای مختلف جهان مشخصات و استانداردهایی برای این نوع سیمانها تدوین شده و یا در حال تکمیل است . از جمله در انگلستان آزمایشهایی روی سیمان روباره انجام شده و موارد زیر توصیه شده است :

حداقل ریزی 275 m2/kg ، حداکثر پس ماند نامحلول 5/1 درصد ، حداکثر مقدار اکسید منیزیم 14% حداکثر گوگرد 2 درصد ، حداکثر افت سرخ شدن 3 درصد و حداکثر مقدار اکسید منگنز 2 درصد ، بعلاوه حداکثر نسبت آهک به اکسید سیلیسیم را به 4/1 محدود نموده و حداقل مقدار مدول شیمیایی را که از فرمول زیر بدست می آید به عدد 1 محدود می کند :

  = مدول شیمیایی

در این فرمول مقادیر پرانتز درصد وزنی اکسیدهای فوق در سیمان روباره می باشند . علاوه بر این درصد شیشه أی بودن ، مقاومت فشاری ، زمان گیرش و سلامت سیمان فوق نیز مشخص شده است . درصد رطوبت سرباره نیز هنگام تحویل به 1 درصد محدود می گردد. در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی مقاومت اولیه سیمان روباره معمولاً کمتر از سیمان پرتلند نوع 1 می باشد . در حالی که مقاومت نهایی آنها تقریباً یکی است . برای این نوع سیمان استاندارد B S 146 مقاومت 28 روزه أی برابر Mpa 34
 (psi  4900) برای ملات و Mpa 22 (psi 3200)  برای بتن را لازم می داند .

موارد استفاده مهم این سیمان در بتنهای حجیم بعلت خاصیت حرارت زایی کمتر و در ساختمانهای دریایی و اسکله ها به علت مقاومت در برابر سولفات آن ( دارا بودن C   3A کمتر از سیمان نوع 1 ) می باشد . روباره های با درصد قلیایی کم ، همچنین می تواند در مواردی که دانه های سنگی ، مشکوک به واکنش قلیای سیلیس می باشند ، بکار روند .

این سیمانها در کارخانه ها با درصدهای مختلف جایگزین سیمان شده و در پاکتهای مخصوص به بازار عرضه می شوند . همچنین بصورت مجزا نیز بسته بندی شده و در کارگاهها بر اساس طرح مخلوط با سیمان مخلوط می گردند . این سیمان در کشورهایی که تولید سرباره آنها بسیار زیاد است ن نقش سیمانهای معمولی پیدا کرده است .