تحقیق مقاله خواص اصلی سازنده های سیمان

سیلیکات 3 کلسیم سازنده و ترکیب فعال سیمان پرتلند است که در کلنکر به کل دانه هائی بنام آلبت Alite وجود دارد (C3S ناخالصیهائی همراه دارد که بحال معلق‌اند). خواص آلیت با C3S خالص اندکی متفاوت است.

 C3S موجب زیاد شدن می‌شود و حرارت آبگیری آن بالنسبه زیاد است.

در زیر میکروسکوپ دانه های آن به شکل چندضلعی است که طول متوسط هر ضلع آن m 50 می‌باشد.

C3S در درجه حرارت بالاتر از °1900 سانتیگراد تجزیه و تبدیل به C3S و سیلیس می‌گردد.

همچنین در حین سرد کردن کلنکر هرگاه درجه حرارتی مدتی در حوالی °1100 بماند آلیت تجزیه شده و به C2S و آهک تبدیل می‌گردد. آهک تولید شده در این عمل را آهک ثانوی می نامند (در مقابل آهکی که از تجزیه کربنات کلسیم حاصل شده و به نام آهک اولی معروف است).

سیلیکات 2 کلسیم ترکیبی است که موجب سخت شدن سیمان با مرور زمان می‌شود. این ترکیب هم ناخالصیهائی همراه دارد که خواص آن را اندکی متغیر می سازد و به نام Belite معروف است.

C2S را حداقل به چهار شکل، در درجات مختلف حرارت تشخیص داده‌اند:

°2130°1470  C2S (a)                °675 C2S (b)

°1470°675 C2S (a)                   °820 C2S (g)

وقتی که شکل b به g تبدیل می‌شود حجم آن تا 10% زیاد و در نتیجه باعث خردشدن دانه ها و تشکیل گرد می‌گردد. این پدیده را پراکندگی و شگفتگی نامند که مخصوصاً در کلنکرهائی که C2S (b) زیاد دارد مشاهده می‌شود.

C2S (g) عملاً خاصیت هیدرولیک ندارد.

دانه های b که تعداد آنها در کلنکر بیشتر است باشکال مختلف و اغلب کروی شکل است که قطر متوسط آنها m 30 و سطح دانه های آن مخطط و یا صاف است (مخططها از تبدیل شکل a به b حاصل شده اند).

تبدیل شکل b به g را ممکن است با افزون Mn2O3 و B2O5 و As2O5 و P2O5 جلوگیری نمود. (زیرلا که g خاصیت  هیدرولیک ندارد).

درحین سرد شدن نیز هرگاه C2S (b) بصورت دانه های درشت باشد در °500 به g تبدیل می شود، و حال انکه هرگاه دانه های آن ریز (به قطر کوچکتر از m5) باد تا درجه حرارت معمولی به شکل b باقی بماند. زیرا در اینحالت امکان تشکیل دانه اولیه g در محیطی که دانه ها ریز است کمتر می‌شود.

آلومینات 3 کلسیم C3A : ترکیبی است که موجب گیرش سریع سیمان می‌شود و حرارت آبگیری آن بیش از سایر سازنده های سیمان است. دانه ها آن متبلور و شکل آنها برحسب کیفیت دانه ها درشت و مستطیل است.

بطور کلی اگر سد کردن کلنکر سریع باشد، دانه ها ریز، و هرگاه سرد کردن آهسته باشد، دانه ها درشت و مستطیل است.

آلومنیوفریت 4 کلسیم C4AF : این ترکیب عملا در مقاومت سیمان مؤثر نیست و در مایع صاف کلنکر وجود دارد.

تبصره مجموعه C3A + C4AF را اکثر بنام سیلت Celite می نامند.

همچنین مجموعه Al2O3+Fe2O3  را اکثر بصورت R2O3 معرفی می‌کنند.

رل سازنده های مختلف: برای آن که مقاومتهای سیمان زیاد باشد باید نسبت  در آن افزایش یابد. و برعکس اگر بخواهیم که حرارت متصاعد سیمان در موقع آب زدن کم باشد (در مرود استعمال مقادیر عظیم سیمان مثل سد سازی و پل‌سازی و غیره) باید مقدار C2S نسبت به C3S زیاد باشد.

برای این منظور لازم است ضریب سیلیسی سیمان را زیاد و ضریب هیدرولیک و آلومینوفریت آن را کم نمود.

هرگاه بخواهیم که مقاومت سیمان را در مقابل آبهای سولفات دار زیاد نمائیم باید (در مورد سیمانهای دریائی) مقدار C3A را در سیمان افزایش دهیم.

آزمایش های سیمان

از آنجا که کیفیت سیمان در تولید یک بتن خوب بسیار مؤثر می باشد، لازمست که در ساخت سیمان کنترلهای دقیقی بعمل آید. در کارخانه‌های سیمان برای تولید سیمانی مطابق استانداردهای بین المللی آزمایشهای متعددی روی سیمان انجام می‌گیرد.

همچنین خریداران و آزمایشگاههای خصوصی علاقه دارند با انجام آزمایشهای لازم، سیمانی مناسب با کارهایا ختصاصی خود را انتخاب نمایند. آزمایشهای تعیین خواص شیمیائی ترکیبات سیمان در این کتاب آورده نشده است. علاقمندان می توانند به استانداردهای ASTM و BS 4550 مراجعه کنند. در این‌جا آزمایشهای ریزی، زمان گیرش، سلامت و مقاومت سیمان براساس استانداردهای ASTM و BS توضیح داده می شوند.

ریزی سیمان

هیدراتاسیون سیمان از سطح دانه های آن آغاز می‌شود. کل سطح جانبی دانه ها، نماینده مواد ترکیب شونده با آب می باشد، سرعت واکنش شیمیائی آب و سیمان، به ریزی سیمان مربوط بوده و لذا برای هیدراتاسیون سریع و افزایش مقاومت سریع، سیمانی با ریزی بالا مورد نیاز است. در مقابل باید هزینه آسیاب دانه ها تا ریزی بالا و اثراتی را که سیمانهای ریز بر روی کارآیی بتن تازه، خواص دراز مدت و میزان گچ موردنیاز می گذارد، درنظر داشت.

ریزی سمان یکی از خواص مهم سیمان است و استانداردهای ASTM و BS برای مشخص کردن آن، سطح مخصوص دانه ها برحسب (m2/kg) را ملاک قرار می‌‌دهند. روش مستقیم تعیین منحنی توزیع اندازه ذرات، استفاده از قانون «استوک» و ته نشین شدن دانه ها در یک محلول، تحت اثر جرم آنها، می‌باشد. «واگنر» با استفاده از یک سلول فتوالکتریک درصد اشعه خارج شده از ذرات معلق سیمان در یک محلول نفت چراغ را اندازه گرفته و از روی آن قطر و درصد ذرات را تعیین نموده است.

جدول:  دو مثال از اندازه گیری سطح مخصوص سیمان با روشهای مختلف

سیمان

سطح مخصوص (m2/kg)

اندازه گیری شده با:

روش واگنر

روش لی ویزس

روش جذب نیتروژن

روش دیگر اندازه گیری سطح مخصوص سیمان استفاده از روش نفوذپذیری در مقابل جریان هواست (روش لی ویزس) که در آن افت فشار هنگامی که هوای خشک با سرعت ثابت از میان سیمانی با ضخامت و تخلخل معین عبور می کند، اندازه گیری می‌شود. (استاندارد BS 4550 بخش 3). در این آزمایش نفوذپذیری با سطح مخصوص واحد جرم سیمان ارتباط داده می‌شود. این روش بعدها توسط «بلین» (ASTM C204-84) اصلاح شده است.

«بلین» با عبور حجم معینی از هوا در یک فشار متوسط، که در آن سرعت جریان هوا، به آرامی افت می کند، زمان لازم برای عبور این هوا را اندازه گیری کرده و برای دستگاه بخصوص و تخلخل استاندارد سیمان، سطح مخصوص سیمان را محاسبه می‌کند.