مشخصات و ساخت

هلدینگ آسیا مواد شاهرود در زمینه فروش سیمان بر آن است تا ضمن فروش سیمان اطلاعاتی نیز در خصوص سیمان و مطالب مرتبط با آن در اختیار شما علاقه مندان قرار دهد.

در مقایسه با آهک های آبی، سیمان پرتلند سریعتر سخت می شود و به طور قابل توجهی به مقاومت های بالاتری می رسد. این خواص به دلیل وجود ترکیبی اصل است به نام سه کلسیم سیلیکات 3CaO.SiO2 که در آهک آبی وجود ندارد در این ترکیبات سیلیس با حداکثر مقدار ممکن آهک ترکیب شده است.

ترکیب شدید سه کلسیم سیلیکات با آب نشان دهنده آن است که این ترکیب تا حدودی ناپایدار است. در واقع، حتی ساخت آن در شرایط آزمایشگاه با استفاده از اجزاء خالص آن(حدود 74 درصد CaO و 26 درصد SiO2) همراه با مشکلات قابل توجهی است. به هیچ وجه این ترکیب در درجه حرارت کمتر از 1250 درجه سانتی گراد تشکیل نمی شود. مخلوطی از آهک و سیلیس که تا کمتر از 1250 درجه سانتی گراد حرارت داده شده است، فقط حاوی دو کلسیم سیلیکات و آهک زنده خواهد بود و جسم حاصله تا حدی با ترکیب آهک آبی مطابقت دارد. با حرارت داددن بیشتر، تشکیل سه کلسیم سیلیکات به تدریج شروع می شود. در صورتیکه به صورت «واکنش حالت جامد» صورت گیرد فرآیند آن آهسته و ناکامل است. نمی توان مشابه تولید آزمایشگاهی دو کلسیم سیلیکات، با ذوب کردن مخلوط سرعت واکنش را تسریع نمود. علت آن است که سه کلسیم سیلیکات در حدود نقطه ذوب به دو کلسیم سیلیکات و آهک آزاد تجزیه می شود. به علاوه، سه کلسیم سیلیکات در محدوده ثباتش یعنی در فاصله درجه حرارت 1250 تا حدود 2100 درجه سانتی گراد تشکیل می شود و خارج از این محدوده حرارتی تجزیه خواهد شد. بالاتر از 2100 درجه سانتیگراد عمل تجزیه شدن تند است، کمتر از 1250 درجه سرعت تجزیه آهسته است و در درجه حرارت محیط سرعت تجزیه تقریباً بینهایت آهسته است، به طوریکه به نظر می رسد عملاً پایدار است. در شکل (3) نمونه ای از تجزیه سه کلسیم سیلیکات که در اثر قرار دادن کلینکر در حرارت 1200 درجه سانتیگراد است، نشان داده شده است.

شکل(3) – عکس سه کلسیم سیلیکات پس از حرارت دادن در 1250 درجه سانتیگراد

نمونه پرداخت شده را به وسیله اسید نیتریک ظاهر نموده و در نتیجه آهک آزاد به صورت مجتمع کریستالهای کوچک سیاه و با آرایش ردیفی نمایان میشود. این حالت نمایانگر این است که عمل تجزیه در امتداد صفحات کلیواژ بیشتر از سطوح کریستالی سه کلسیم سیلیکات است. بخاطر دامنه محدود ثبات سه کلسیم سیلیکات، می بایستی ترکیب خالص آن را در واکنش حالت جامد به دست آورد. برای این منظور مخلوطی از آهک زنده و سیلیس را در محدوده درجه حرارت 1250-1200 درجه سانتی گراد حرارت داده و آنقدر نگه داشته میشود تا واکنش عملاً متوقف شود.

جسمی را که بدین طریق به دست می آید پودر نموده و مجدداً پخته میشود. این اعمال، آنقدر تکرار میشود تا اینکه تمام ذرات آهک با سیلیس ترکیب شود و حتی بدون کمک فاز مایع، تبدیل به سه کلسیم سیلیکات شود.

واضح است که این نوع روش آزمایشگاهی قابل استفاده در صنعت نیست. خوشبختانه شق دیگری نیز وجود دارد، چنانچه ترکیباتی که قابلیت تشکیل فاز مایع(مذاب) در محدوده درجه حرارت پایدار بودن سه کلسیم سیلیکات را دارند، به مخلوط  آهک و سیلیس اضافه شوند این دو جزء اصلی در فاز مایع حل شده و با یکدیگر ترکیب و کریستاله می گردند. چنین معلوم شده است که آلومینا و اکسید فریک دارای قابلیت تشکیل فاز مایع هستند و از این بابت مناسب ترین مواد افزودنی می باشند. هر دوی این مواد به طور طبیعی با مارل های آهکی و خاک رس همراه می باشند.

از این طریق است که مشخصه اصلی سیمان پرتلند معلوم میشود. تفاوت اصولی فی مابین سیمان پرتلند و آهک آبی وجود مقدار قابل توجهی سه کلسیم سیلیکات حاصل از حرارت دادن مخلوط مناسب و پرآهک تا نقطه گداختن میباشد. این مخلوط علاوه بر داشتن سیلیس، حاوی آلومینا و اکسید آهن نیز می باشد. منظور از گداختن(Sintering) یا کلینکر شدن سیمان ذوب ناقص مخلوط مواد اولیه است. در حین پختن مواد در داخل کوره، مواد پیوستگی خمیر مانندی پیدا میکند و سپس در اثر سریع سرد شدن، جامد و تبدیل به کلوخه های تیره رنگی، به نام کلینکر سیمان پرتلند(Clinker) می شود.

بنابراین تولید صنعتی سیمان پرتلند شامل مرحله مهم مخلوط کردن اولیه سنگ آهک یا سنگ نرم(Chalk) و خاک رس با آنچنان نسبتی است که وقتی در تحت درجه حرارت ذوب مناسب پخته می شود، منتج به تشکیل مقدار مطلوب سه کلسیم سیلیکات شود. چنانچه در کوره مقدار فاز مایع زیاد شود، کلینکر تمایل به تجمع خواهد داشت و به شدت به آجرهای داخل کوره می چسبد. در وهله اول مقدار آهک موجود در مواد خاک نبایستی بیش از آنی که در شرایط موجود برای ترکیب با سیلیس، آلومینا و اکسید آهن لازم است، باشد. دلایل این امر این است که در سیمان آهک آزاد به وجود خواهد آمد و رفتار آن در سیمان کاملاً متفاوت با رفتار در آهک آبی است. آهک های آبی گداخته نمی شوند و محصول حاصله نسبتاً نرم و متخلخل است و به همین دلیل آهک ترکیب نشده موجود در آن به سهولت و به محض تماس با آب تماماً شکفته می شود. معذالک در سیمان پرتلند، رفتار آهک آزاد این چنین نیست، زیرا که آهک آزاد یا در داخل شبکه های کریستالی به دام افتاده است و یا به وسیله پوسته فشرده حاصل از جامد شدن مذاب به صورتی محصور شده است که حتی با پودر کردن سیمان، آب به آسانی قادر به نفوذ و رسیدن به آهک آزاد و شکفته کردن آن نخواهد بود. افزایش حجم ناشی از شکفته شدن نهائی این نوع آهک وقتی پیش می آید که ساختمان اصلی بتن یا ملات به فرم نهائی خود رسیده و سخت شده است. در نتیجه هرگونه افزایش حجم الزاماً تبدیل به تنش های داخلی یا پاره گی خواهد شد. این فرآیند به نام «ناسالم بودن ناشی از آهک آزاد» در سیمان پرتلند نامیده می شود.

تولید سیمان پرتلند خیلی پیچیده تر از تولید آهک آبی است. بایستی از دو جهت توازن برقرار باشد: از یک طرف به مقدار کافی سه کلسیم سیلیکات وجود داشته باشد و از طرف دیگر از وجود آهک آزاد در کلینکر پودر شده احتراز شود و این به معنی کنترل خیلی سخت مقدار آهک است. عملاً در ساخت سیمان پرتلند، مقدار کربنات کلسیم موجود در مواد خام تا حد دقت 0/1+- درصد کنترل میشود. همچنین ممکن است از پختن مخلوطی که از نقطه نظر شیمیائی کامل است، آهک آزاد به وجود آید و این در صورتی است که مواد اولیه به حد کافی پودر و نرم نشده باشند. علیرغم وجود داشتن فاز مایع، ممکن است در این چنین شرایطی واکنش های کلینکر شدن ناقص صورت گیرد و در نتیجه مقداری از آهک ترکیب نشده و آزاد باقی بماند. همچنین واضح است که ترکیب شدن کامل آهک بسنگی به وجود درجه حرارت نسبتاً بالا به هنگام پخت دارد.