فرآیند تولید سیمان

 

قبل از شناخته شدن سیمان ، از ملاتهای آهکی برای کارهای ساختمانی استفاده می گردید ، ولی بعد از شناخت خواص سیمان و طریقه تولید آن ، این کالا به میزان وسیعی جایگزین آهک گردید.

سیمان ، پودری است نرم و جاذب آب که باعث چسبندگی خرده سنگها به یکدیگر شده و ماده ای است از ترکیبات پخته وگداخته شده اکسید کلسیم با اکسیدهای سیلیسیم ، آلومینیوم و آهن که ملات این ماده به مرور در مجاورت هوا یا در زیر آب سخت شده و با حفظ ثبات حجم ، مقاومت خود را در زیر آب نگه می دارد. این ماده در فاصله 28 روز به حداقل مقاومت مجاز ، یعنی 250 کیلو گرم بر سانتی متر مربع می رسد.

          امروزه در جهان متناسب با تنوع نیازها ، سیمانهائی با خواص فیزیکی و شیمیائی مختلف تولید می گردد که هر کدام کاربردهای مشخصی را  دارا می باشد.

          احتمالاً رومیها نخستین کسانی بودند که بتن را بکار بردند آنان بتن را که بر اساس سیمان ساخته می شد ، بعنوان مواد هیدرولیکی ، یعنی موادی که در آب سخت می شد ، بکار می بردند. این خاصیت بتن وخواص دیگر آن ضمن گیرش در آب ، سبب استفاده روز افزون این ماده ساختمانی گشته است. سالها سیمان ساخت رومیها بکار می رفت تا اینکه یکنفر بنای انگلیسی بنام (جوزف اسپدین) موفق به پیدا کردن سیمان پرتلند در سال 1824 میلادی گردید سیمان پرتلند ، سیمانی است که از مخلوط کردن مواد آهکی ورسی یا هر ماده دارای اکسیدهای سیلیسی و آلومینیومی و آهنی وپختن آنها تا مرحله تولید کلینکر بدست می آید.

          بر اساس مشخصات استاندارد انگلیس (BS) و آمریکا (ASTM) قبل از آسیاب مقداری سنگ گچ به کلینکر افزوده می شود ، تا از گیرش سریع آن جلوگیری نماید.

مواد اولیه مورد نیاز و روش استخراج آن

          ترکیباتی از سنگ آهک و خاک رس (مارل) ، مواد اولیه اصلی سیمان را تشکیل میدهند . استخراج سنگ آهک ، بطور معمول در معادن رو باز با استفاده از دریلهای چالزنی و ایجاد حفره صورت می گیرد.

          بر حسب نوع سنگ و روش کار ، مواردی از قبیل عمق ، قطر و فاصله چالها و  حفره ها تعیین شده و اقدام به حفاری می شود.

          پس از آماده شدن چال ها ، با خرج گذاری مواد منفجره و اتصال آنها بوسیله چاشنی و کابلهای الکتریکی ، با استفاده از دستگاه انفجار (مینیاتور) با ولتاژ معین ، انفجار صورت می گیرد.

          بر حسب موقعیت ، مخلوط طبیعی سنگ آهک و خاک رس و مواد معدنی دیگری مثل سنگ آهن و سنگ سیلیس ، به مقدار معینی برای ساختن انواع سیمان به کار      می رود.

معدن سنگ آهک

          این معدن دارای موادی آهکی است که دارای املاحی از سنگ آهک ، سیلیس ، اکسید آلومینیوم ، اکسید منیزیم و غیره می باشد.

معدن خاک

          معدن خاک نیز به صورت رو باز بهره برداری میشود و استخراج آن با استفاده از ماشین آلات راهسازی همانند لودر ، بلدوزر و … و بدون ایجاد انفجار صورت می گیرد.

          بارگیری مواد اولیه هر دومعدن عملاً بوسیله ماشین آلات مکانیکی از قبیل بیل سنگین ، لودر و بلدوزر و غیره انجام شده و حمل آن بسمت آسسیاب خاک یا آسیاب سنگ بوسیله کامیون صورت می گیرد.

آسیابهای سنگ و خاک

          مواد اولیه (سنگ) استخراج شده بوسیله ماشین آلات جهت خرد شدن به ابعاد کوچکتر به قسمت آسیاب سنگ یا سنگ شکن انتقال داده می شود.

          در سنگ شکنها ، که عملاًَ از نوع چکشی ، پاندولی ، ژیراتوری است سنگها تا ابعادی کمتر از 2 الی 3 سانتی متر خرد شده و پس از جدا شدن توسط الکهای میله ای ، بوسیله نوار نقاله به سیلوهای سنگ انتقال می یابند. سنگهای درشتتر مجددا برای خرد شدن به آسیاب ژیراتوری برگشت داده شده و آنچه از سنگ شکن خارج می شود مخلوط خرد شده سنگ آهک است.

انبار خاک

          مواد اولیه خارج شده از آسیاب خاک و سنگ شکنها توسط نوارهای نقاله به محلی به نام انبار خاک یا سالن مواد منتقل می شود.

          دستگاه ریزنده یا استاکر مخلوط مواد اولیه خرد شده را در طول سالن مواد به صورت رفت و برگشت روی هم انباشته می کند.

          پس از تنظیم اولیه ، مواد پر شده در سالن از طریق دستگاه بردارنده یا ریگلایمر در جهت عرض سالن برداشته می شود. مخلوط خروجی از سالن در هر لحظه ، حاوی مخلوط متوسط مواد ورودی به سالن از ابتدای پر شدن تا انتهای بسته شدن سالن است.

          مخلوط خروجی از سالن مواد بوسیله نوارهای نقاله به بونکرهای تغذیه آسیابهای مواد خام منتقل می شود.

          محصول آسیابها به سیلوهای بلندیگ و تغذیه کوره حمل و برای مصرف کوره انبار می شود. گنجایش سیلوها در صورت توقف آسیابها حداقل 48 ساعت مواد کوره را تامین می کند.

          برای آنکه مواد اولیه بهتر پخته شود می بایست بصورت پودر در آید.در پایان مقادیر لازم از مواد اولیه پس از توزین آماده تغذیه در آسیاب مواد خام می شود.

آسیاب مواد خام

آسیابهای مواد خام در بخش صنعت سیمان به دو نوع تقسیم می شوند.

1.      آسیابهای گلوله ای یا استوانه ای

2.      آسیابهای غلطکی یا عمودی

1-آسیابهای گلوله ای :

          آسیاب گلوله ای استوانه ای است که داخل آن گلوله های فولادی قرار داشته ومواد اولیه ورودی در اثر چرخش آسیاب و اعمال ضربه و سایش ، بوسیله گلوله ها تبدیل به پودر می شود.

          مواد پودر شده جهت جدا شدن زبره مواد از نرمه آن به دستگاهی بنام سپراتور فرستاده میشود که در این مرحله پس از جدا شدن نرمه مواد ، زبره آن دوباره جهت آسیاب شدن به داخل آسیاب بر می گردد.

2-آسیاب غلطکی یا فایفر:

          آسیاب غلطکی صفحه افقی است که روی آن سه غلطک قرار دارد.مواد اولیه بین غلطکها و صفحه چرخان زیرین ریخته شده و بر  اثر ضربه و سایش به صورت پودر در   می آید.

نرمه جدا شده مواد در سپراتو از طریق دستگاههائی بنام الکتروفیلتر ، ایراسلاید ، ایرلیفت جهت ذخیره به سیلوهای مواد خام فرستادن می شود.

سیلوهای مواد خام

          سیلوهای مواد خام برای تنظیم ، ذخیره ، همگن ساختن مواد پر شده ساخته شده اند که برخی از این سیلوها دو طبقه و برخی یک طبقه می باشند.

          مواد خام پس از آسیاب شدن از طریق ایراسلاید به سیلوها هدایت شده و قبل از ورود مواد به سیلوها نمونه برداری بطور اتوماتیک در هر نیم ساعت یکبار انجام می گیرد.

          این نمونه ها از طریق رول پست یا لوله های ارسال نمونه ، جهت آزمایشات لازم و به منظور تعیین درصد عناصر موجود در مواد و تصحیح آن به قسمت آزمایشگاه منتقل می گردد. ضمناً مقدار تناژ درصد عناصر موجود در مواد توسط کامپیوتر ، بصورت اتوماتیک محاسبه شده و پس از رسیدن به تناژ مورد نظر در سیلو عمل یکنواخت کردن (بلندینک) مواد انجام گردیده و سپس مواد مزبور به سیلوهای ذخیره ریخته شده و در آنجا جهت استفاده در مراحل بعد انبار می شود.

پیش گرمکن

          در پیش گرمکن با حدود 70 متر ارتفاع از طریق مجموعه سیکلونها مراحل خشک شدن ، داغ شدن وتجزیه خاک رس و بخشی از سنگ آهک تا درجه حرارت 900 درجه سانتیگراد ونیز دستگاه پری کلسیناتور مجهز به دومشعل با حرارت 900 تا 1000 درجه سانتیگراد عمل تجزیه سنگ آهک تا حدود % 90 صورت می گیرد.

          مواد پس از انجام مرحله تجزیه و گرم شدن بتدریج وارد کوره می شود.

کوره

          استوانه ای دوار با شیب % 3 و ابعاد 8/5 × 95 متر دارای درجه حرارت حداکثر 1450 درجه سانتیگراد میباشد. ومواد در اثر چرخش و شیب استوانه به سمت خروجی کوره در حرکت می باشد و هنگام عبور از مجاورت حرارت شعله تجزیه نهائی و سپس تشکیل فازها در آن صورت میگیرد.مشعل اصلی در انتهای پائینی کوره تعبیه شده است.

          طی یک قرن ابداع کوره دوار سیستم پخت تکامل یافته وهم اکنون از کو ره های تربلند به کوره های خشک کوتاه و مجهز به پری کلسیناتور تغییر یافته است.

          تمامی بخش های سیستم پخت که مقادیر در خور توجه انرژی حرارتی و ذرات مواد خام را با خود دارند ، از طریق برج خنک کن برای بازیابی حرارت و تصفیه به آسیاب مواد و الکتروفیلتر فرستاده می شود.

          در الکترو فیلتر ذرات گرد و غبار از گازهای خروجی جدا  شده و گاز تصفیه شده راهی دودکش می شود.

          محصول خروجی از کوره کلینکر نام دارد که جهت سرد شدن وارد سیستمی بنامکولر می گردد.

          در سیستم خنک کن گریتی ، هوای محیط به زیر صفحه های مشبکی که در کولر تعبیه شده است توسط فن های بزرگی دمیده می شود و با حرکت مواد در فاصله ای کمتر از 20 دقیقه حدود 1100 درجه سانتیگراد از حرارت مواد کاسته می شود و در اثر بازیابی حرارتی ، فازهای موجود در محصول کلینکر تثبیت می شود.

          نوع دیگر خنک کن با عملکرد مشابه ، خنک کن سیاره ای یا ساتالایتی است که بخش عمده هوای خروجی از خنک کن با درجه حرارت 700 درجه سانتیگراد برای تامین هوای مشعلها راهی کوره می شود.

کلینکر

          محصول خروجی از سیستم پخت کلینکر نام دارد.در این مرحله حدود 95 % ترکیب فازهای بلیت ، آلیت ، آلومینات و فریت تشکیل می دهد ، این فازها از اکسیدهای کلسیم ، سیلیسیم ، آلومینیم و سنگ آهن تشکیل شده است.

          انبار یا سیلوهای کلینکر ، تولید یک ماهه کوره را در خود جای می دهند.

          کلینکر پس از خروج از خنک کن ، راهی انبار یا سیلوهای کلینکر می شود.ودر این مرحله برای کنترل گیرش بین 3 % الی 5 % ، سنگ گچ به کلینکر افزوده می شود.

          سنگ گچ بایستی به ابعاد کمتر از 4 سانتی متر خرد شده و به همراه کلینکر پودر شود.این عمل در واحدی بنام آسیاب سیمان انجام میگیرد.

آسیاب سیمان

          در این قسمت کلینکرها آسیاب و خرد شده و به سیلوهای سیمان منتقل میشوند. به ایسن منظور ابتدا سنگ گچ بوسیله آسیاب خاک آسیاب شده وتوسط کامیون به قیف کج واقع در قسمت آسیاب سیمان منتقل میشود. گچ مزبور بوسیله نوار نقاله والواتورها به داخل سیلوی گچ ریخته می شود. مقدار گچ مورد نیاز بر اساس اطلاعات داده شده توسط آزمایشگاه فیزیک به مقدار مورد نیاز بر روی نوار خوراک دهنده ریخته میشود. کلینکر نیز توسط نوار نقاله والواتور از انبار کلینکر به سیلوهای کلینکر منتقل میشود. مقدار کلینکر مورد مصرف پس از توزین توسط ترازوهای الکترونیکی بر روی نوار خوراک دهنده ریخته شده و ضمن مخلوط شدن با گچ به آسیابهای سیمان هدایت میشود آسیاب مخلوط گچ و کلینکر را بر اثر حرکت دورانی و توسط گلوله های فولادی و سیلیبس موجود در آسیاب در دو مرحله کوبیده ومواد نرم بوسیله سپراتورها جدا شده و توسط فشار هوا به سیلوهای سیمان هدایت میشود ، مواد درشت جهت پودر شدن مجدداً به آسیاب برگردانیده میشوند.

          پودر حاصل شده سیمان مکی باشد. از محصول نهائی برای آزمایشهای شیمیائی ، فیزیکی و کنترل کیفی نمونه برداری می شود .اولین مرحله تثبیت وزن بوته – تعیین افت وزن حرارتی – تعیین اکسید سیلیسیم – تعیین اکسید کلسیم و تعیین اکسید آهن است و برای انجام آزمایشهای ملات سیمان است و برای مقاومت فشار و خمش از هر نمونه 6 قالب تهیه شده و برای مدت 3 ، 7 ، 28 روز در آب نگهداری می شود که درکه در آزمایشات فیزیکی موارد ذیل مورد بررسی قرار میگیرد.

1.      تعیین مقاومت خمشی

2.      تعیین مقاومت فشاری

3.      تعیین آب نرمال

4.      تعیین گیرش اولیه

5.      تعیین گیرش نهائی

6.      تعیین نرمی یا سطح مخصوص سیمان توسط دستگاه بلین

7.      تعیین انبساط طولی یا آزمایش ملات سیمان

سپس محصول نهائی پس از اطمینان به سلامت و کیفیت آن ، برای ذخیره و بارگیری به سیلوهای بتونی سیمان منتقل می شود که برای پیش گیری از کلوخه شدن ، یا سفت شدن سیمان  ، طراحی سیلوها بگونه ای است که می توان به درون آنها هوا دمید تا سیمان همیشه شناور نگهداشته شود.

بارگیر خانه

در این قسمت سیمان از طریق کمپرسورهای هوا از سیلوهای سیمان به الواتورهای تعبیه شده انتقال یافته و این الواتورها سیمان را به دستگاههای پرکن کیسه های سیمان هدایت می کنند.کیسه های سیمان را به دستگاههای پر کن کیسه های سیمان هدایت می کنند. کیسه های سیمان که توسط کارخانه کیسه سازی مجتمع تولید میشوند از انبار پاکت  به محل دستگاهها منتقل شده و بوسیله مکانیکی تا میزان 50 کیلوگرم سیمان پر میشوند. کیسه ها ی پر شده بطور اتوماتیک بر روی نوار نقاله قرار گرفته و به سکوهای بارگیری منتقل میشوند و در محل مزبور در داخل کامیونهای حمل سیمان قرار میگیرند.

قسمتی از بارگیری سیمان بصورت فله انجام میگیرد و سیمان مستقیماً از سیلوها بوسیله هوا با فشار لازم در داخل کامیونهای حمل سیمان فله ریخته میشود.

کلیه مراحل انتقال سیمان از سیلوها به دستگاه پر کن سیمان و بارگیری کامیونها بصورت پاکتی و فله از طریق سیستم کنترل بارگیر خانه کنترل شده و میزان بارگیری و اشکالات احتمالی ایجاد شده توسط سیستم کنترل مشخص وجهت رفع آن اقدام میشود.

در مراحل مختلف تولید در محلهائی که انتقال مواد توام با ریزش انجام میگیرد فیلترهائی  بنام فیلترهای کیسه ای جهت گرفتن گرد وغبار حاصله تعبیه گردیده که ذرات جمع شده در کیسه ها دوباره وارد خط تولید میشود.

سیمان و موارد استفاده آن

سیمان را میتوان فرآورده ها ی شیمیایی دانست که از ترکیب با آب سفت و سخت می شود.این ماده در برابر آب و رطوبت دارای دوام ومقاومت است وجزء مواد چسباننده ای است که در هوا و داخل آب خودگیری خود را انجام می دهد.در مقایسه با گچ بعد از مخلوط شدن با آب سفت و سخت می شود ولی مدت زمان طولانی نمی تواند در برابر آب و رطوبت مقاومت کند در حالی که سیمان در برابر آب ورطوبت با دوام است.از ترکیب سیمان  با شن و ماسه و اّب جسمی سخت حاصل میگردد که آن را بتون می نامند.

سیمان را چسباننده ای آبی می دانند. نیاز به داشتن نوعی چسباننده ای آبی با مقاومت و دوام مناسب در اوایل قرن نوزدهم سبب گردید که تلاش زیادی به منظور یافتن چنین ماده ای صورت گیرد تا اینکه موفق شدند از مخلوط گرد آهک و گرد خاک رس در کوره با حرارت بیشتر از هزار درجه سانتیگراد و آسیاب نمودن مخلوط پخته شده محصولی حاصل نمایند که علاوه بر داشتن مقاومت و قدرت زیاد در آب وهوا خودگیری خود را انجام دهد.

اکسیدهای اصلی در ساخت سیمان پرتلند عبارتند از :

1.      اکسید کلسیم (Cao) یا همان آهک زنده

2.      سیلیس ()

3.      آلومینا ()

4.      اکسید آهن ()

نقش آهک زنده یا اکسید کلسیم در ساخت سیمان:

اکسید کلسیم () از پختن کربنات کلسیم یا سنگ آهک () در 1000 درجه سانتیگراد حاصل می شود.اکسید کلسیم یکی از مهمترین و اصلی ترین مواد در ترکیبات ساخت سیمان است.عمل پخت سنگ آهک به طور جداگانه انجام نمی شود بلکه در هنگام پخت سیمان حرارت حاصله ، پودر مخلوط آهک و خاک رس نیز از آن جدا می شود.

 در حرارت 1000-950

سیلیس را میتوان از مواد اصلی در ساخت سیمان به حساب آورد.سیلیس در بیشترمواد به طور طبیعی یافت می شود (از جمله سنگهای طبیعی). در هنگام پخت سیلیس تغییراتی در ساختار ساختمان کریستالی به وجود می آید.سیلیس در 1200 درجه سانتیگراد با آهک ترکیب شده و دو کلسیم سیلیکات تشکیل می دهد.سیلیس مورد نیاز جهت ساخت سیمان در حدود 17 تا 26 درصد وزن سیمان است. (خاک رس دارای مقدار زیادی سیلیس است).

نقش آلومینا یا اکسید آلومینیم () در تولید سیمان

در سیمان پزی آلومینا نقش گداز آور را دارد و سبب می گردد مقدار حرارت لازم جهت ذوب شدن وپختن مواد خام کاهش یابد. آلومینا ، اکسید آلومینیم خالصی است که به وفور در خاک رس یافت می شود. کائولینت (و و)  خاک رس خالصی است که حدود 40 درصد از وزن مولکولی آن را آلومینا تشکیل داده است.

سیمانی که فاقد سه کلسیم آلومینات می باشد در برابر حمله آبهای سولفاته دار و آب دریا مقاوم بوده ، وجود اکسید مرکب آلومینا سبب زودگیر تر شدن سیمان می گردند و در هنگام ترکیب با آب حرارت بیشتری متصاعد می کنند.

نقش اکسید آهن () در تولید سیمان

این اکسید نیز همانند اکسید آلومینا نقش گداز آور را خواهد داشت و سبب پایین آوردن درجه حرارت لازم جهت پخت مواد اولیه خواهد شد.در هنگام پخت مواد اولیه این اکسید به همراه آلومینا  با آهک ترکیب شده و تشکیل چهار کلسیم آلومینوفریت را               می دهند.اکسید آهن زیاد ، سبب کندگیر کردن سیمان میگردد و باعث تیره شده رنگ سیمان می شود به همین علت در صورت ساخت سیمان سفید از این اکسید استفاده   نمی شود.

به دلیل اینکه اکسید آهن نقش گداز آور را داشته و سبب کاهش درجه حرارت لازم جهت پخت سیمان می شود ، و سبب تشکیل ترکیبات شیمیایی وپایداری سیمان می گردد، از این نظر ساخت سیمانی که فاقد اکسید آهن باشد ، مشکلاتی را به وجود می آورد وباعث بالا رفتن هزینه تولید می شود.

مهمترین خصوصیات و ویژگیهای سیمان پرتلند:

از جمله خصوصیات وویژگیهای سیمان پرتلند میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1.      نرمی ذرات

2.      زمان گیرش

3.      حرارت هیدراتاسیون

4.      مقاومت مکانیکی

5.      سلامت سیمان

در زمان پخت سیمان چه نوع اکسیدهای مرکبی تولید می شود و چه نقشی به عهده دارند؟

مواد خام تشکیل دهنده سیمان عبارتند از: اکسید کلسیم () ، سیلیس () ، آلومینیم () و آهن() که این مواد بر اثر حرارت حاصله در کوره با یکدیگر ترکیب شده و ترکیبات شیمیایی پایداری را به وجود می آورند که اصطلاحاً آن را اکسیدهای مرکب می نامند.

ترکیبات جدید شامل:دو کلسیم سیلیکات ( و ) ، سه کلسیم سیلیکات ( و ) و چهار کلسیم آلومینوفریت ( و و ) می باشند.انواع مختلف سیمانها در اثر تغییر در مقدار اکسیدهای مرکب ، حاصل می شوند که با تغییر دادن نسبت مواد اولیه ، سیمانهای مختلف به دست می آید.خواص سیمان بوجود آمده در ارتباط مستقیم با نوع اکسیدهای مرکبی است که در آن به میزانهای مختلف استفاده شده.

به طور مثال:از ترکیب سیمان با آب اکسید مرکب سه کلسیم آلومینات ، سرعت واکنش ترکیب سیمان را افزایش داده وسیمان زود گیر (تند گیر) می شود وزمان گیرش سیمان کاهش می یابد.

نرمی ذرات سیمان پرتلند:

هر چه ذرات سیمان ریزتر ونرم تر  باشد سطح ویژه سیمان (سطح یک گرم از جسم) افزایش یافته ومجموع سطوح خارجی آنها در یک واحد وزن بیشتر می شود و از آنجا که عمل هیدراتاسیون سیمان از سطح خارجی ذرات آن آغاز می شود و از عمل هیدراتاسیون سیمان از سطوح خارجی ذرات آن آغاز می شود ترکیب سیمان با آب سریع تر انجام شده و سیمان زودگیر تر می شود. متعاقباً مقاومت بتون حاصله نیز افزایش می یابد. همچنین خاصیت چسبندگی سیمان بیشتر خواهد شد.

از طرفی دیگر نیز به دلیل نرم بودن ذرات سیمان ، انقباض در سیمان بیشتر صورت      می گیرد و این عمل باعث ایجاد ترکهایی بر روی سطح سیمان می شود و همچنین  نرم کردن ذرات سیمان (دانه ها) مستلزم پرداخت هزینه برای آسیاب کردن مجدد آنهاست.

گیرش سیمان ومراحل آن ومرحله سخت شدن سیمان:

گیرش سیمان در دومرحله صورت می گیرد. مرحله اول گیرش اولیه ومرحله دوم گیرش نهایی است وگیرش سیمان با درجه حرارت و رطوبت محیط تغییر می کند.

بعد از مرحله گیرش نهائی ، مقاومت سیمان مرتباً افزوده شده و سختی آن افزایش       می یابد که این مرحله را در گیرش سیمان مرحله سخت شدن می نامند.

 

مقدار آب و زمان برای هیدراتاسیون سیمان

معمولاً جهت گیرش سیمان حدود 25تا 35 درصد وزن سیمان آب لازم است تا عمل هیدراتاسیون سیمان انجام پذیرد.عمل هیدراتاسیون سیمان که با ایجاد حرارت زایی همراه است بستگی به نرمی ذرات سیمان و درجه حرارت محیط دارد. هر چه ذرات سیمان (دانه های سیمان) ریزتر باشد هیدراتاسیون سریع تر انجام می گیرد وحرارت زایی آن بیشتر است و همچنین بالا بودن درجه حرارت محیط سبب سریعتر شدن این عمل می گردد.در سیمانهای پرتلند نیمی از کل حرارت حاصله در زمان گیرش سیمان در مدت 1 تا 3 روز و (75%) آن در 7 رو زتقریباً 90 درصد آن در مدت 6 ماه پس از ترکیب سیمان با آب آزاد میگردد. به همین دلیل حفاظت بتون در روزهای اولیه مصرف سیمان ضروریست.

مقاومت ملات سیمان یا بتون

مقاومت ملات سیمان و یا بتون بستگی به چسبندگی و یا قابلیت چسبندگی خمیر سیمان به مصالح سنگی (شن وماسه) دارد. آزمایشهای مقاومت سیمان  یا بتون بر روی نسبتهای معینی از مواد در شرایط استاندارد انجام می گیرد و آن را تعیین می کنند.

سیمان نا سالم

خمیر سیمان به عالت محدودیتی کهدر ترک خوردگی و گسیختگی دارد نباید پس از گیرش تغییر حجم عمده ای پیدا کند. علت این ترک را میتوان به دلیل انبساط احتمالی خمیر سیمان در محلی که امکان گسترش این انبساطنیست دانست.انبساط حاصله در خمیر سیمان ناشی از فعل وانفعالات آهک ، منیزیم آزاد و سولفات کلسیم است. سیمانی که دارای اینچنین خاصیت انبساطی است را سیمان ناسالم می نامند.

انواع سیمان پرتلند:

سیمان پرتلند نوع 1 یا پرتلند معمولی:

این نوع سیمان از معمولی ترین نوع سیمان های پرتلند است که مصارف عمومی داشته ومحدودیت خاصی برای مصرف آن وجود ندارد. این نوع سیمان مرغوبیت بالایی دارد ودر مقیاس وسیعی در جهان تولید می شود.

سیمان پرتلند نوع 2 یا سیمان با حرارت متوسط:

از این نوع سیمان در محلهایی که در مقابل تاثیر متوسط سولفاتها واقع شده اند استفاده می شود ، همچنین در مواقعی که حفاظت میلگردها در بتون آرمه در برابر حمله نمکهای کلر ومقاومت آنها در برابر سولفاتها به طور همزمان مد نظر باشد.می توان از این نوع سیمان استفاده کرد.

سیمان پرتلند نوع 3 یا سیمان با تاب زیاد یا زود سخت شونده :

از این نوع سیمان در محلهایی که احتیاج به بارگذاری سریع دارد استفاده می شود.همچنین اگرگیرش اولیه بتون یا مقاومت اولیه بتون مد نظر باشد از این نوع سیمان استفاده می شود. این نوع سیمان  برای محلهایی که احتیاج به باز کردن سریع قالب برای بتون ریزی مجدد دارد و یا برای پیش برد سریع کار احتیاج به مقاومت زودرس است استفاده می شود. این نوع سیمان این است که نباید از آن در بتون ریزی های حجیم استفاده می شود. نکته قابل ذکر در مصرف این نوع سیمان این است که نباید از آن در بتون ریزی های حجیم استفاده کرد زیرا به علت حرارت بسیار زیادی که تولید میکند ترکهایی در سطح بتون ایجاد می شود.

در تصویر ، افزایش حرارت هیدراتاسیون سیمانهای پرتلند نشان داده شده است.در این تصویر سیمان پرتلند نوع 3 (III) دارای بیشترین حرارت هیداراسیون ونوع 4 (IV) آن دارای کمترین حرارت هیدراتاسیون است.

تصور مربوط به افزایش حرارت هیدراتاسیون سیمانهای پرتلند نگهداری شده در  است و نسبت آب به سیمان آن  میباشد.

سیمان پرتلند نوع 4 یا سیمان با حرارت کم :

از این نوع سیمان در بتون ریزیهای حجیم که امکان ترک برداشتن بتون در اثر حرارت زیاد حاصله از هیدراتاسیون به وجود نمی آید استفاده میشود.این نوع سیمان به دلیل داشتن حرارت کم حاصله از هیدراتاسیون در ساختمانهای بتونی از قبیل سدها استفاده  می شود.

سیمان نوع 5 یا سیمان ضد سولفاته :

این نوع سیمان در محلهایی مورد استفاده قرار می گیرد که شدیداً در معرض تاثیر سولفاتها قرار دارند.پس از مدتی که از اختراع سیمان گذشته بود متوجه شدند که با کم وزیاد کردن بعضی از اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان می توان آنها را در برابر سولفاتها مقاوم نمود.

 

1.       سیمان پرتلند:

چسباننده ای آبی است که از پودر نمودن همزمان کلینکر سیمان پرتلند با مقدار مناسبی سنگ گچ در  آسیاب بدست می آید.

2.     سیمان پرتلند پوزولانی :

چسباننده ای آبی است متشکل از مخلوط کامل ویکنواخت سیمان پرتلند پوزولان که یا به روش پودر کردن همزمان  کلنیک سیمان پرتلند و پوزولان و سنگ گچ در یک آسیاب و یا سایش جداگانه پوزولان و سنگ گچ و اختلاط آن با سیمان پرتلند و یا ترکیبی از دو روش فوق بدست می آید.

3.    پوزولان:

 به ماده ای سیلیسی یا سیلیسی و آلومینیمی داری است که به خودی خود خاصیت چسبانندگی ندارد ویا کمی دارد ولی پودر نرم شده آن در مجاورت رطوبت ودمای معمولی با هیدروکسید کلسیم واکنش شیمیایی داده وترکیبات با خواص سیمانی بوجود می آورد

4.     سیمان پرتلند پوزولانی:

در این نوع سیمان ماده پوزولانی حداقل 5% و حداکثر 15% وزنی سیمان پرتلند پوزولانی را تشکیل می دهد. مصارف عمومی در ساخت ملات یا بتن به کار می رود و با نماد پ-پ نشان داده می شود

5.     سیمان پرتلند پوزولانی ویژه :

در این نوع سیمان ماده پوزولانی بیش از 15% تا 40%  وزن سیمان پرتلند پوزولانی را تشکیل می دهد. این سیمان دارای مشخصات عمومی زیر است. با نشانه (پ-پ)

1-   حرارت ناشی از آبگیری آن کم است.

2-   در برابر با املاح شیمیایی مقاوم است.

3-   در روزهای اولیه مقاومت فشاری کمی دارد.

این سیمان معمولاً برای ساخت بتون های حجیم ومواردی که بتن با شرایط تهاجم مواد شیمیایی روبروست به کار می رود.

ویژگیهای شیمیایی:

1-   اکسید منیزیم Mgo 6%

2-   تری اکسید گوگرد So3  4%

3-   افت حرارتی Lo I 5%

4-   4 یون کلراید CI 10%

 

ویژگیهای فیزیکی:	سیمان(پ-پ)	سیمان (پ-پ-و)
نرمی (با روش بلین) سطح مخصوص	2000	2200
انبساط با آزمایش اتوکلاو	8/0	8/0
انقباض با آزمایش اتوکلاو	2/0	2/0
زمان گیرش اولیه	60	60
زمان گیرش نهایی	7	7
حداقل مقاومت فشاری سه روزه	100	—
حداقل مقاومت فشاری  هفت روزه	175	150
حداقل مقاومت فشاری  بیست وهشت روزه	300	275

ضد سولفاته کردن سیمان

با کم نمودن مقدار اکسید مرکب سه کلسیم آلومینات ، سیمان را در برابر نمکهای سولفاتی مقاوم میکنند. به همین منظور برای ساخت سیمان پرتلند ضد سولفاته ، اکسید آلومینیم از ساختار اولیه تشکیل دهنده سیمان پرتلند حذف می شود و سایر مواد اولیه ونحوه پخت آن همانند سیمان معمولی است.

 

تفاوت سیمان سفید و معمولی

علت اصلی تیره شدن رنگ سیمان به دلیل وجود اکسید آهن موجود در ترکیبات سیمان است.علاوه بر این اکسید آن نقش گدازآور را نیز در سیمان به عهده دارد.چنانچه ترکیبات سیمانی فاقد اکسید آهن باشد رنگ سیمان سفید خواهد شد. سیمان سفید را از کلینکر سفید تولید شده از کوره تهیه می نمایند ودرجه نرمی سیمان سفید به مراتب از سیمان معمولی بیشتر است.

سیمانهای رنگی

این نوع سیمانها بر اثر افزودن مواد رنگی معدنی و یا سنگهای رنگی به مقدار 5 تا 10 درصد وزن سیمان به کلینکر سیمان معمولی و یا سیمان سفید تهیه می شود. در این خصوص برای تهیه سیمانهایی که رنگ تیره دارند از کلینکر سیمان معمولی و برای تهیه سیمانهایی که رنگ روشن دارد.از کلینکر سیمان سفید استفاده می شود.در صورت استفاده کردن از سنگهای رنگی برای تولید سیمان رنگی ، سنگهای رنگی را با کلینکر سیمان سیمان آسیاب می کنند.

 

ردیف 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

نام کارخانه سیمان ارومیه سیمان اصفحان سیمان آبیک سیمان تهران سیمان ری جدید سیمان شمال سیمان سپاهان سیمان فارس سیمان دورود سیمان بهبهان سیمان کرمان سیمان مشهد سیمان صوفیان سیمان غرب سیمان مازندران سیمان لوشان

محل استقرار کارخانه ارومیه اصفحان آبیک تهران تهران دماوند اصفحان شیراز دورود بهبهان کرمان مشهد صوفیان کرمانشاه نکا لوشان

آزمایشگاه فیزیک و شیمی سیمان

دستگاههای آزمایشگر:

1-   دستگاه اتو کلاو

2-   دستگاه تست مقاومت

3-   دستگاه ویکات (گیرش)

4-   دستگاه آلپین

5-   دستگاه انبساط طولی

6-    دستگاه حمام یا بنهاری (آزاد کننده آهک سیمان)

1-    دستگاه اتو کلاو

برای استفاده از این دستگاه بتن های آماده ای می سازند به ابعاد mm 250 ×25×25 که دو سر آن دو میله فلزی cm 2 قرار می دهند و در زمان های مشخص (3 ، 7 ، 28 روزه)  در داخل دستگاه قرار داده و مورد آزمایش قرار می دهند.

در داخل دستگاه جای هشت بلوک سیمانی تعبیه شده است. و یک لیتر آب نیز نیاز دارد. بعد از قرار دادن بتن در دستگاه دریچه آن را بسته و فشار را تا سه ساعت ادامه دارد.

بعد از زمان تعیین شده بلوک ها را با وسایل خواص بیرون آورده ودرون آب جوش می گذارند تا از سرد شدن ناگهانی جلوگیری شود. بعد از سرد شدن تدریجی آن را در دستگاه انبساط طولی قرار می دهیم.اگر بلوک سیمانی بیش از 8/0% افزایش طول داشته باشد این سیمان مردود است

2-  دستگاه تست مقاومت:

بلوک های این دستگاه در ابعاد  سانتیمتر است

مواد تشکیل دهنده این بلوک های سیمانی عبارتند از ماسه مخصوص با دانه بندی کامل ، سیمان و آب با نسبت معین درون دستگاه مخلوط قرار می دهند و به مدت 3 دقیقه مخلوط می کند. و بعد درون قالب ها ریخته و زیر دستگاه ضربه زن قرار می دهند. در دو مرحله  هر مرحله 1 دقیقه و هردقیقه 60 ضربه می زند تا قالب پر شود.

این بلوکها را زمانهای معین (3، 7 ، 28 روزه) مورد آزمایش قرار میدهند.

دستگاه تست مقاومت کششی به این صورت است. این بلوکها روی پایه ها یی که از هم  cm8  فاصله دارند قرار می دهیم و یک پایه دیگر از بالا به وسط آن نیرو وارد می کند تا بشکند.مقدار نیروی وارده در صفحه نمایش گر بر حسب نیوتون نشان داده می شود.

بعد از شکست ، بلوک به دو قسمت مساوی تقسیم میشود.

یکی از آنها را زیر دستگاه تست مقاومت فشاری (پرس) قرار میدهند ومقدار نیروی اعمال شده را ثبت می کنند.

فهرست

 

عنوان	صفحه
مقدمه	1
مواداولیه مورد نیاز و روش استخراج آن	2
معدن سنگ آهک	3
معدن خاک	3
آسیابهای سنگ و خاک	3
انبار خاک	4
آسیاب مواد خام	5
آسیابهای گلوله ای	5
آسیاب غلطکی	5
سیلوهای مواد خام	6
پیش گرمکن	7
کوره	7
کیلینکر	8
آسیاب سیمان	9
بارگیرخانه	11
آشنایی با سیمان	12
نقش مواد تشکیل دهنده در سیمان	12
ویژگی های سیمان پرتلند	15
انواع سیمان	18
ضد سولفاته کردن سیمان	23
تفاوت سیمان سفید و معمولی	23
سیمان های رنگی	23
آزمایشگاه فیزیک و شمی سیمان	25

منابع و مآخذ:

1- کتاب شناخت مواد   اثر مهندس محمودی و بریما مهاجری

2- کتابچه فرآیند تولید سیمان   اثر علی عمران روزبان

3- بازدید حضوری از کارخانه سیمان آبیک

4- دانشکده علمی کاربردی سیمان آبیک

 

[wpdm_file id=82]

Pass : www.iranomran.com