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.
همانطور که قبلا در قسمت های پیشین اشاره شد میتوان خواص شیمیائی و فیزیکی سیمان ها را تا حدودی و به طریق خاصی با تغییر ترکیب شیمیائی و مشخصات فیزیکی آنها تغییر داد. به عنوان نمونه، میتوان به وسیله افزایش مقدار سه کلسیم سیلیکات موجود در سیمان و نرمتر آسیاب کردن آن، سخت شدن سیمان را تند کرد. مقاومت سولفاته را میتوان به وسیله حذف سه کلسیم آلومینات از ترکیب سیمان افزایش داد، این تغییر خاص همراه با کاهش قابل توجه در گرمای هیدراته شدن سیمان نیز می باشد. عملاً بدین طریق مقداری افزایش در مقاومت سیمان های روباره ای و پوزولانی در مقابل عوامل مهاجم یا خصوصاً اسیدهای ضعیف، حاصل شده است. در این محدوده های نسبتا باریک تغییر در ترکیب، سازنده سیمان میتواند به منظور مناسب تر کردن سیمان برای کاربرد خاصی نظیر بتن پیش تنیده، در ساختمان سدها یا بتن ریزی های جسیم و یا در ساختمان هائی که در معرض سولفات یا سایر آبهای آسیب رسان هستند، خواص فرآورده خود را تغییر دهد. سیمانی که برای چنین موارد کاربرد خاصی طراحی شده است به احتمال زیادتر نتایجی بهتر از سیمان پرتلند معمولی که بی مطالعه انتخاب شده است، میدهد. ناگزیر، خواص ویژه اینچنین سیمان هائی الزاماً به صورت اضافه قیمت ظاهر می شوند. شرح سیمان هائی که برای بتن ریزی سطح جاده ها به کار می روند نمونه خوبی برای موضوع بحث هستند. بتنی که در ساختمان جاده به کار می رود باید کارپذیری خوب، تمایل کم به آب انداختن، خواص سخت شدن سریع، چروک کم و خزش بالائی داشته باشد. گرچه این ضرورت ها مقداری متناقض هستند. ولی باید به توافقی رسید:
یک سیمان به حد کافی نرم که میتواند آب انداختن بتن را در حدود متوسط نگهدارد باید آنقدر نرم نباشد که عامل ایجاد چروک زیادی شود. نرمی و ترکیب شیمیائی باید تأمین کننده سرعت معقول سخت شدن باشند. بررسی نزدیکتر آشکار می سازد که این «راه حل توافقی» از طریق استفاده از سیمان پرتلند معمولی به خوبی حاصل میشود. در حقیقت، دلائل تجربی کافی جمع آوری شده از اطلاعات مربوط به اجرای بتن ریزی جاده ها در طول سالهای گذشته و در تمام دنیا، منتج به اینست که: اجرای بتن ریزی جاده ها تا حد زیادی وابسته به خواص سیمان نیست و استفاده از سایر انواع سیمان، غیر از سیمان پرتلند معمولی خوب با سیمان روباره ای، نیز مورد تایید و تصدیق است.
«اختصاصی کردن» موارد مصرف سیمان پرتلند، با استفاده از معلومات روز درباره شیمی سیمان، به وسیله استاندارد آمریکائی ASTM(American Society for the Testing of Materials) به خوبی شرح داده شده است:
5 4 3 2 1 نوع سیمان
– 35 – – – حداکثر درصد C3S
– 40 – – – حداکثر درصد C2S
5 7 15 6 – حداکثر درصد C3A
نوع یک: همان سیمان معمولی است. میتوان ملاحظه کرد که هیچگونه محدودیتی روی ترکیب شیمیائی آن اعمال نشده است، البته به استثنای حدود مجاز برای مقادیر گچ و منیزی موجود در سیمان در سیمان های نوع دو، حد بالائی برای مقدار سه کلسیم آلومینات اعمال شده است، ولیکن حدود مجاز آنچنان بالا قرار داده شده است که ضرورتاً اغلب سیمان ها در این محدوده مشخص شده قرار میگیرند. این سیمان تغییر ترکیب داده شده Modified، برای تمام موارد مصرف عمومی مناسب برای سیمان نوع یک، با مزایای اضافی مقاومت متوسط نسبت به حمله سولفات و گرمای هیدراته شدن متوسط توصیه شده است.. سیمان نوع سه یک سیمان زود سخت شونده است، به همین دلیل حدبالائی برای مقدار مجاز سه کلسیم سیلیکات آن اعمال نشده است. در ضمن حد سه کلسیم آلومینات آنچنان بالا قرار داده شده است که احتمال اضافه شدن آن در سیمان پرتلند ساخته شده با مواد خام متعارف وجود ندارد.
دو نوع آخر سیمان های ASTM را میتوان به عنوان سیمان های ویژه تعریف کرد: نوع چهار سیمانی با «گرمازائی پائین» (Low heat cement) است که در آن حداقل مقدار(C2S) که جزء آرام سخت شونده است، به جای سه کلسیم سیلیکات و سه کلسیم آلومینات که به مقدار زیادی در گرمای هیدراته شدن سیمان سهیم هستند بالا برده شده است. از موقع معرفی استاندارد ASTM مذکور در فوق، نتایج تجربی کافی جمع آوری شده است که نمایانگر این هستند که سیمان نوع چهار با خواص سخت شدن آرامش مزایای کمتری در مقایسه با به کار بردن نوع بهتر سخت شونده عرضه میدارد. از این بابت باید از کاربرد تکنولوژی مناسب بتن در ساخت مخلوط های رقیق بتن و مواد افزودنی نظیر شکل پذیرکننده ها و عوامل هوازا سپاسگزار بود. مدت زمانی است که دیگر در آمریکا سیمان نوع چهار ساخته نمی شود و به جای آن سیمان نوع دو جایگزین شده است. بالاخره سیمان نوع پنج سیمانی مقاوم در برابر سولفات با مقدار محدود شده آلومینیوم می باشد. قبلاً مقدار سه کلسیم سیلیکات موجود در این نوع سیمان مجاز به بیش از 50 درصد نبود. هم اکنون این محدودیت برداشته شده است. تجربه نشان داده است که آهک محتوای سیمان اثری روی مقاومت سولفاته ندارد.
امکانات سیمان های ویژه محدود به انواع مورد استفاده در استانداردهای ASTM نیست. میتوان با سازنده های فرعی نظیر روباره یا مواد پوزولانی انواع سیمان بیشتری ساخت. همچنین، اگر در نظر گرفته شود که بسیاری از مواد افزودنی را، به جای اضافه کردن در مخلوط بتن، میتوان همراه با سیمان در آسیاب سیمان پودر کرد، ملاحظه خواهد شد که امکانات ساخت گونه های مختلف سیمان عملا نامحدود می شود. صنعت سیمان از این فرصت استفاده نسبتا کمی کرده است. جدا از «سیمان آب زدا» که قبلاً اشاره شد، باید در این زمینه به سیمان های ویژه برای کابرد در چاه های نفت اشاره بکنیم. در سیمانکاری چاه های نفت در عمق چند هزار متری ضرورت دارد دوغاب سیمان، که در معرض درجات حرارت تا 150 درجه سانتیگراد و فشارهای تا 1000 اتمسفر است، بدون خطر گیرش زودرس، بتوان بکار برد. با جدا کردن سه کلسیم آلومینات از ترکیب شیمیائی سیمان و با پودر کردن همزمان کند کننده های ویژه، امکان تولید «سیمان های چاه نفت» (Oil-well cements)، که حتی در شرایطی اینچنین سخت دارای خواص گیرشی و سخت شدن رضایتبخشی هستند، وجود دارد.
در آمریکا به طور عمده ای سیمان هوازا تولید و به فروش می رسد. این سیمان دارای مزایائی برای صنعت بتن است و شرایط تولید آن به شدت کنترل می شود و دارای مشخصات ثابتی است. ولیکن، در عملیات معمولی بتن ریزی، جائیکه دانه بندی و جنس شن و ماسه، نسبت های مخلوط بتن، نوع مخلوط کن و درجات حرارت بتن ریزی از کاری به کار دیگر تغییر می نمایند، به نظر ارجح تر است که مقادیر عوامل هوازا را با شرایط خاص کارگاه ساختمانی تنظیم نمود.
سیمان سفید(White cement) سیمان ویژه ایست که اهمیت آن رو به رشد است. سیمان سفید به تنهائی و یا همراه با مواد رنگی برای تولید فرآورده های بتنی سفید یا رنگی به کار می رود. این سیمان با استفاده از سنگ آهک، سیلیس و کائولن عاری از آهن ساخته می شود. سیمان سفید معرف بالاترین دستاوردهای تکنولوژی صنعت سیمان است و با تمام شرایط لازمه استاندارد سیمان پرتلند معمولی مطابقت دارد.
اولین تلاش ها برای ساخت یک سیمان انبساطی(Expansive cement) که بتواند جبران چروک شدن را بکند، و حتی بتوان از آن همراه با مفتول های فولادی پیش تنیده ای که در بتن کار گذاشته می شوند استفاده کرد، متعلق به H.Lossier است. در ابتدا انبساط به وسیله افزایش در تشکیل اترینجیت ایجاد می شد. یعنی، نوعی از انبساط گچی کنترل شده که با مشارکت یک جزء غنی از سولفات و آلومینات به دست می آید. پس از چندین دهه، این ایده، که در قبول همه جانبه در اروپا مواجه با شکست شده بود، در آمریکا و روسیه دوباره زنده شد. در آمریکا سه نوع سیمان انبساطی تجارتی در دسترس است: نوع K که بر مبنای یک اختراع ثبت شده متعلق به Alexander Klein ساخته شده است و متشکل از سیمانی است که دارای آلومین و سولفات بالائی است و همزمان با سیمان معمولی آسیاب و مخلوط می شود. نوع S که از یک نوع کلینکر سیمان پرتلند غنی از آلومین به همراه مقداری گچ به عنوان ماده افزودنی ساخته شده است. این روش ساخت به وسیله انجمن سیمان پرتلند شیکاگو ارائه شده است. بالاخره نوع M که مبتنی بر کار تکاملی انجام شده به وسیله M.V.Mikhailov است و مشتکل از سیمان پرتلند، سیمان آلومینی و گچ است. خصوصاً به نظر می رسد سیمان نوع M موضوع تحقیق و تکامل بیشتری است و در سایر کشورها نیز روی آن کار می شود.
سیمان های انبساطی دارای پایه سولفات، تمام خاصیت انبساطی خود را مدیون تشکیل سریع و فراوان اترینجیت هستند. بایستی در مراحل اولیه سخت شدن بتن را به طور مناسب مرطوب نگهداشت تا بدینوسیله اطمینان از در دسترس بودن آب مورد نیاز جهت تشکیل اترینجت حاصل شود. تشکیل اترینجیت و به دنبال ان باد کردن(Swelling action) بتن هر یک دارای مزایا و معایبی است: بتن تازه هنوز شکل پذیر است و میتواند تحمل انبساط را بدون اینکه ترک بردارد بکند، ولی همین شکل پذیری محدودیت هائی را روی میزان منبسط شدن اعمال می کند. به دنبال منبسط شدن اگر بلافاصله بتن خشک نشود، مقادیر چروکی که بعدا پیش خواهد آمد کمتر از چروک بتن ساخته شده با سیمان عادی نخواهد بود. لذا فرآیند با مفهوم انبساط فقط میتواند تحت شرایط محدود شده ای(Restrained expansion) صورت بگیرد. یعنی در بتن پیش تنیده تحت اینچنین شرایطی یک تنش فشاری در بتن ایجاد می شود، اثر «پیش تنشی» Prestress، و اگر خشک کردن بلافاصله بتن منجر به بالا رفتن نیروهای چروک شود Shrinkage forces، این نیروها باعث کوتاه تر شدن نمی شوند و فقط پیش تنش ها را طوری کاهش میدهند که ترک های چروکی تشکیل نشود. ولیکن از آنجائیکه انبساط در مراحل نسبتا اولیه فرآیند سخت شدن صورت می گیرد، جسم هنوز آن چنان مستعد تغییر شکل است که میتواند تنش فشاری را تحمل نماید و لذا تنش فشاری گسترش یافته در بتن دارای رقم معتدلی می شود.
بدین لحاظ، تا آنجا که ما می فهمیم سعی در کاربرد سیمان انبساطی برای ساخت بتن پیش تنیده به نظر چندان اطمینان بخش نیست. زیرا که انبساط سه بعدی است، یعنی محدود به جهت طولی قطعه بتنی نیست؛ بلکه در صورت اعمال قابل توجه نیروهای پیش تنشی این نیروها در سایر جوانب قطعه نیز ذخیره و محبوس می شوند.
فکر ساختن سیمان انبساطی از دو جزءمتشکله مشخص، گشاینده راه امکان نگهداری جداگانه این دو جزء تا هنگام مخلوط کردن بتن است، یعنی ترکیب کردن اجزاء در میکسر و در محل کارگاه. استفاده از عوامل منبسط کننده ای که بتوان بدین صورت جداگانه به سیمان پرتلند معمولی، درست در موقع ساخت بتن، اضافه کرد، مخصوصاً در ژاپن بیشتر مطرح بوده است. برای مثال، نوعی از این عامل(Agent) متشکل از گچ و کلسیم آلومینات است. فرآورده دیگر ژاپنی که به نظر می آید از پختن مخلوط سنگ آهک، مواد آلومینی و گچ ساخته می شود، بیشتر شبیه مواد اکتیو سیمان انبساطی نوع K آمریکایی است.
سیمان های انبساطی از نقطه نظر تنظیم زمان گیرش باعث مشکلاتی می شوند. برخی مواقع در آنها سفت شدن زودرس گسترش می یابد و از این جنبه نسبت به درجه حرارت بسیار حساس هستند. از اینرو مصرف کننده به خاطر احتراز از مسائل بزرگتر، ترجیح می دهد از بتن تازه تهیه شده و آماده کار استفاده نماید.
در واقع این نکته مهمی است، سیمان پرتلند معمولی یک کالای بسیار انعطاف پذیر است و میتواند تا حد زیادی ناشی گری های مرتبط با «هنر بکار بردن» را جبران بنماید. اینچنین امکان و زمینه ای را سایر سیمان های «گول زننده» به استفاده کنندگان ناوارد عرضه نمیدارند. به همین دلیل است که سیمان سوپ سولفات محبوبیت لازم را کسب نکرده است. معلوم شده است که بسیاری از خواص سیمان که بدون هیچ مشکلی در شرایط آزمایشگاه حاصل میگردند و در مقیاس آزمایشی بزرگتر در محل کارگاه نیز قابل دستیابی هستند، عملاً در شرایط عادی کار مسئله دار هستند.
تنها عامل منبسط کننده تجاری موجود در دسترس، که بر پایه سولفات نیست، ساخت ژاپن است و بدون شک جزء اکتیو آن اهک آزاد است. عاملی که اثر منبسط کنندگی خود را از آهک آزاد میگیرد در واقع میتواند مزایائی را در رابطه با رفتار گیرشی و گسترش انبساط به صورت تابعی از زمان و همچنین در رابطه با نیروهای پیش تنشی ناشی از انبساط عرضه نماید.
بنابراین هنوز بایستی از نقطه نظر کاربرد عملی منتظر آینده سیمان های انبساطی بود. همیشه نمیتوان به سادگی در مورد اینکه خواص ادعائی برای این فرآورده های جدید تا چه حد ناشی از کیفیت خود کالا، یا دقت و معارت زیاد صرف شده در موقع ساخت بتن و عمل آوردن بعدی است؛ قضاوت نمود. با یک موازنه، به نظر موجه می آید که گفته شود سیمان انبساطی تسلیم تمایل به ترک نانشی از چروک شدن نمی شود، به خصوص این نکته در مورد پدیده همیشه حاضر چروک اولیه (Early shrinkage) واقعیت عملی دارد.
چیزیکه موسوم به سیمان جت (Jet cement) (یا در آمریکا، سیمان با گیرش تنظیم شده) است یک فرآورده ویژه ایست که ظاهراً سرعت سخت شدن آن استانداردهای جدیدی را برقرار کرده است. پس از مدت زمانی که فقط معادل زمان گیرش نهائی سیمان پرتلند معمولی است، این سیمان مقاومت های فشاری بیش از 100 کیلوگرم را به دست می آورد. یعنی، آن چنان بالا که در زمان بسیار سریع میتوان اقدام به باز کردن قالب بندی، افزایش تولید بیش از ظرفیت کارخانجات قطعات پیش ساخته بتنی، لکه گیری سریع جاده ها و باندهای فرودگاه و امثالهم، نمود. هم اکنون کوشش های انجام شده برای به دست آوردن سیمان های سریع سخت شوندهف معمولاً مبتنی بر زیاد کردن آهک، همچنین افزایش آلومینای موجود در سیمان و بسیار نرم کردن سیمان بوده است. ولیکن راه دیگری برای رسیدن بدین منظور به وسیله Greenberg و Verbeck و Copeland از انجمن سیمان پرتلند شیکاگو، مورد قبول واقع شده است. اختراع آنها مقید به این حقیقت است که آلومینا به عنوان یک جزء تشکیل دهنده سیمان همیشه به صورت سه کلسیم آلومینات است، مگر اینکه در شرایطی به چهار کلسیم آلومینو فریت تبدیل شود. مشکل همراه با اینچنین سیمان های پرتلند غنی از آلومینا مربوط به کنترل کردن رفتار گیرشی آنها است. اختراع آمریکائی از این حقیقت سود برده است که آلومینات حاوی آهک کمتر، چیزی نزدیک به 12CaO.7Al2O3 در صورتی میتواند در کلینکر تشکیل شود که مواد اولیه مصرفی حاوی مقداری هالوژن باشد. خصوصاً فلور که موجب تشکیل فلوروز آلومینات 11CaO.7Al2O3.CaF2 می شود، برای این منظور مناسب است.
لذا این سیمان که فقط برای مثال ذکر شده، متشکل از تقریبا 60 درصد آلیت، 20 درصد فلورور آلومینات و گچ است. بررسی روی رفتار سخت شدن آن نشان داد که نشان داد که در چند ساعت اول، گیرش و سخت شدن بیشتر به این خاطر است که ابتدا اترینجیت تشکیل می شود و سپس آلیت تبدیل به توبرموریت میگردد. این در حالی است که سرعت هیدراته شدن آلیت در این سیمان در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی تقریبا دو برابر است. ممکن است این پدیده ناشی از این واقعیت باشد که هیدروکسید کلسیم آزاد شده به وسیله سه کلسیم سیلیکات برای تشکیل اترینجیت، بلافاصله مصرف می شود و تعادل شیمیائی به نفع تشکیل توبرموزیت تغییر پیدا می کند. جالب است یادآوری شود که در اینجا نیز همانند سیمان سوپرسولفات، اترینجیت به صورت یک عامل تسریع کننده و بسیار موثر در گسترش دادن مقاومت عمل میکند.
