شیمی سیمان

سيمان : هر يك از انواع خاص سيمان نسبتهاي مختلفي از سيستم سه تايي SiO2 _ AlO2 _ CaO مي باشد.

سيمان به عنوان چسب:


سيمان به عنوان چسب براي چسباندن خرده ها و ذرات چوب سالها مورد استفاده بوده است. با اين ماده و با استفاده از خاك اره بلوكهايي براي تهيه ي ديوارهاي داخلي منازل تهيه مي شد. در اروپا قطعاتي مركب از چوب و پشم تهيه مي شد كه به دليل دارا بودن دوام زياد و هدايت گرمايي كم كاربرد وسيعي در ساخت پوشش روي سقف ساختمانها داشت.تلاش هاي اوليه براي توليد تخته هاي ساخته شده از سيمان و خرده چوب به دليل سنگيني زياد و استحكام كم محصول و به ويژه مقاومت كم ان در برابر ضربه چندان موفقيت آميز نبود. در تهيه ي چند سازه هاي چوب _ سيمان بايستي در انتخاب گونه ي چوب مناسب دقت شود تا از تخريب شيميايي سيمان (مسموم شدن سيمان ) جلوگيري شود. به دليل مقدار و نوع قند ها ٬ همي سلولزها و تركيبات فنولي موجود در چوب اغلب گونه ها گاهي اوقات سيمان خودش را نمي گيرد.در اينجا بايد پرورده شدن (سفت شدن ) تحت فشار انجام گيرد.از آنجا كه پرورده شدن سيمان فرايند بسيار كندي است لازم است قطعات ساخته شده را به صورت متصل به گيره به مدت 6 تا 8 ساعت در اتاق هاي گرم 70 تا 80 درجه ي سانتي گراد نگه داشت. همين موضوع فرايند توليد را كند مي كند و قيمت فراورده را بالا مي برد. گرچه با استفاده از چسب هاي سيماني تخته هاي سنگيني توليد مي شود با استفاده از سيمان پورتلند تخته هايي توليد مي شود كه پايداري ابعادي زيادي دارند. اين تخته ها بسيار پردوام بوده و تقريبا نسوزمي باشند.


سيمان پرتلند : اين نوع سيمان مهمترين نوع سيمان از نظر توليد و مصرف به شمار مي رود. اين ماده از كلينكر و افزودني هاي گچ يا آنيدريت تشكيل شده است.مواد اوليه ي مورد استفاده در توليد كلينكرهاي سيمان پرتلند عبارتند از : مارل آهكي (مخلوط طبيعي سنگ آهك و رس ) يا مخلوط سنگ آهك يا نرم آهك با رس.


اجزاء كلينكر سيمان پرتلند : وجود تري كلسيم سيليكات در سيمان پرتلند اين ماده را از خواص مطلوبي نظير سخت شدن سريع و استحكام بالا بهره مند مي سازد. به همين دليل در توليد كلينكرهاي سيمان پرتلند اطمينان از مقدار تري كلسيم سيليكات تا بيشترين حد ممكن حائز اهميت است. تنظيم دقيق مقدار آهك از اهميت فراواني برخوردار است. طبق نظر اچ كوهل حداكثر مقدار آهكي كه مي تواند با SiO2 ٫ Al2 O3 و Fe2 O3 تركيب شود با استفاده از فرمول زير محاسبه مي شود:

CaOMax = 2.8x SiO2 + 1.1xAl2 O3 + 0.7x Fe2 O3


وقتي مقدار آهك از مقدار مجاز بالاتر باشد در كلينكر آهك آزاد وجود خواهد داشت. Ca( OH)2 يا Mg(OH)2 كه در اثر هيدراته شدن آهك آزاد (CaO يا MgO) ايجاد مي شود فضاي بيشتري نسبت به اكسيد اوليه اشغال مي كند. پديده ي معروف به انفجار آهكي يا انفجار منيزيايي ناشي از حضور همين كلوخه هاي درشت بلورين CaO يا MgO است زيرا واكنش با آب بسيار آهسته انجام مي گيرد و پس از سخت شدن سيمان نيز ادامه مي يابد. در نتيجه مقدار اهك اضافه شده هميشه كمتر از مقدار محاسبه شده مي باشد.

توليد سيمان پرتلند: براي توليد كلينكر از روشهاي مختلفي استفاده مي شود: در روش تر مواد آغازين به صورت تر آسياب مي شوند تا يك دوغاب خام به وجود ايد سپس اين دوغاب در كوره ي دوار خشك و پخته مي شود در اين روش امكان تامين ساده و دقيق مقدار اجزاء تركيب وجود دارد و مرحله ي آسياب به انرژي كمي نياز دارد. در صورتي كه در مرحله ي پخت بعدي به دليل مقدار آبي كه بايد تبخير شود انرژي بيشتري مصر ف خواهد شد. استفاده از روش تر صرفا در مواردي كه مقدار آب موجود در مواد آغازين بيش از بيست در صد و يا انجام عمليات تر اجتناب ناپذير باشد. در روش نيمه تر آب دوغاب خام كه به صورت تر تهيه شده به كمك صافي فشار (----- پرس ) خارج مي شود خمير حاصل به شكل گندله پرس شده و به همين صورت در كوره ي دوار پخته مي شود. در روش نيمه خشك كه متفاوت از روش نيمه تر است مواد آغازين به صورت خشك آسياب و مخلوط مي شوند. سپس خوراك خام همگن شده ي حاصله به كمك آب و برروي ميز گرانول سازي به شكل گندله تبديل مي شود.در روش خشك مواد آغازين به صورت خشك آسياب و مخلوط مي شوند تا خوراك خام به دست آيد مواد در حال آسياب شدن به كمك گازهاي داغ خروجي پخت خشك مي شوند به طوري كه مقدار رطوبت باقي مانده كمتر از يك در صد شود و بعد از آن به كوره ي پخت انتقال داده مي شوند.در تمام روشهاي فوق پخت مواد اوليه در دماي حدود 1450 درجه ي سانتي گراد و معمولا در كوره هاي دوار انجام مي شود. در كوره هاي دوارخوراك خام توسط گازهاي داغ خروجي پيش گرم مي شود با استفاده از پيش گرم هاي ويژه (پيش گرم كنهاي مشبك و پيش گرمكنهاي سيكلوني) بازيابي گرما با كارايي بيشتري صورت مي گيرد. و اما كوره هاي استوانه اي صرفا براي كارخانه هاي خيلي كوچك (كمتر از 300 تن در روز )اقتصادي هستند.نهايتا پس از گذشتن از مراحل فوق كلينكر به دست آمده آسياب مي شود. قبل از آسياب كردن تا 6.5 در صد گچ ( 2H2 O CaSO4 ) يا آنيدريت ( CaSO4 ) به كلينكر اضافه مي شود.

كاربردهاي سيمان پرتلند: اين سيمان در صنايع ساختماني براي توليد بتون همراه با موادي مانند قلوه سنگ ماسه و مواد انبساط يافته و نيز به همراه تقويت كننده ي فولادي (آرماتور) به عنوان بتون مسلح و همچنين به عنوان اتصال دهنده ي آجرها و بلوك هاي ساختماني ديگر به طور گسترده مورد استفاده قرار مي گيرد.