دانلود مقاله سیمان

مراحل ساخت سیمان پرتلند از تعریف کلی سیمان مشخص می گردد که سیمان ماده ای متشکل از مواد آهکی نظیر سنگ آهک یا گچ و مواد شامل اکسید های سیلیسیم و آلومینیوم یعنی رسها و شیل‌ها می باشد.

مراحل مختلف ساخت سیمان شامل آسیاب مواد خام و تبدیل آنها به پودر، مخلوط نمودن آنها با درصدهای معین و پختن آنها در یک کوره گردنده در حرارت حدود 1400 درجه سانتیگراد.

در این درجه حرارت مواد در نقطه نزدیک ذوب، با هم ترکیب شده و به کلینکر تبدیل می گردند.

سپس کلینکر سرد شده و با مقداری سنگ گچ، به صورت پودری بسیار ریز آسیاب می شود.

نتیجه عملیات فوق منجر به تولید سیمان معروف به پرتلند می گردد.

مرحله مخلوط کردن و آسیاب نمودن مواد خام ممکن است بصورت خشک و یا تر انجام شود.

مخلوط فوق به داخل کوره گردانده ای که ممکن است به قطر 7 متر و طول 250 متر ساخته شود، ریخته می شود.

کوره فوق که کمی شیبدار می باشد، از انتها و طرف بالا با مواد خام تغذیه شده و از ابتدا و طرف پایین سوخت به صورت پودر زغال یا مواد دیگر نظیر گاز با هوا به داخل آن دمیده می شود.

دمای کوره به حدود 1500 درجه سانتیگراد رسیده و با مصرف 100 تا 250 کیلوگرم زغال، حدود یک تن سیمان تولید می گردد.

در طول کوره، مواد خام به درجات حرارت بالاتری رسیده و به مرور در آنها تغییرات شیمیایی یک سری فعل و انفعال شیمیایی در مواد بوجود آمده و سرانجام در داغ ترین قسمت کوره حدود 20 تا 30 درصد مواد بصورت مایع در آمده و اکسیدهای کلسیم، سیلیسیم، و آ‌لومینیوم مجدداً با یکدیگر ترکیب می شوند.

مواد فوق سپس به گلوله هایی با قطر بین 2 تا 25 میلیمتر بنام کلینکر تبدیل می شوند.

کلینکر سپس سرد شده و هوای گرم شده مجدداً همراه سوخت مصرف می شود.

کلینکر سرد شده که به صورت گلوله های سختی در آمده است با کمی سنگ گچ که به منظور جلوگیری از گیرش سریع سیمان به آن اضافه می شود، آسیاب می گردد.

مواد حاصله معروف به سیمان حاوی 12 10*1/1 ذره در هر کیلگرم می باشد.

یک کوره گردنده جدید در روش خشک می تواند 200 تن کلینکر در یک روز تولید نماید.

جهت درک این رقم باید متذکر شد که میزان تولید سیمان در سال 1984 بالغ بر 70 میلیون تن در آمریکا و 5/13 میلیون تن در انگلستان و حدود 11 میلیون تن در ایران بوده است.

با توجه به مصرف سیمان که به علت صادرات و واردات با میزان تولید شده متفاوت است، در سال 1984 مصرف سرانه سیمان در آمریکا 225 کیلوگرم و در انگلستان 244 کیلوگرم بوده است.

بالاترین میزان مصرف سرانه برابر 678 کیلوگرم و در ایتالیا بوده است.

در کشورهای عربستان سعودی و قطر و امارات متحده عربی این رقم کلاً به 2000 کیلوگرم رسیده است.

1-2- شیمی ترکیبات سیمان مواد خام تشکیل دهنده سیمان اساساً از اکسیدهای کلسیم، سیلیسیم و آهن تشکیل شده اند.

این مواد در کوره با هم ترکیب شده و به غیر از مقداری آهک آزاد باقیمانده، که فرصت کافی برای فعل و انفعال نداشته است، ترکیبات شیمیایی جدید و پایداری نتیجه می شوند.

در هنگام خنک کردن مصالح، براساس سرعت خنک کردن، مواد به شکل بلوری و بی شکل ظاهر می گردند.

دانه های بی شکل که اکثراً شیشه ای هستند و دانه های بلوری شده در حالی که یک فرمول شیمیایی دارند، دارای خواص متفاوتی می باشند.

برای سیمان معمولی، درصد ترکیبات حاصل از فعل و انفعالات فوق با داشتن درصد اکسیدهای موجود در کلینکر و با فرض اینکه کریستاله شدن کامل انجام پذیرفته باشد، قابل محاسبه است.

جدول 2-1 چهار ترکیب اصلی سیمان با علائم اختصاری مشخصه آنها را نشان می‌دهد.

علائم مختصر شده که توسط شیمی دانهای سیمان پیشنهاد گردیده است به صورت CaO=C، SiO2=S، Al2O3=A، Fe2O3=F و H2O=H می باشند.

محاسبه مربوط به میزان ترکیبات سیمان حاصل از اکسید های اصلی تشکیل دهنده آن، توسط “بوگ” انجام شده و بنام “معادلات بوگ” معروف می باشد.

این معادلات درصد ترکیبات اصلی سیمان را نشان می دهند.

مقادیر داخل پرانتزها درصد اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان نسبت به کل وزن سیمان را نشان می دهند.

C3S=4.07(CaO) – 7.60(SiO2) – 6.72(Al2O3) – 1.43(Fe2O3) – 2.85(SO3) C2S=2.87(SiO2) – 0.754(3CaO.SiO2) C3A=2.65(Al2O3) – 1.69(Fe2O3) C4AF=3.04(Fe2O3) سیلیکاتها یعنی C2S و C3S ترکیبات اصلی و مهم سیمان می باشند و در حقیقت مقاومت سیمان هیدراته شده به آنها بستگی دارد.

اکسیدهای تشکیل دهنده این سیلیکاتها تاثیرات مهمی روی شکل اتمی و کریستالی و خواص هیدرولیکی آنها دارند.

در حقیقت حضور C3A در سیمان سودمند نیست.

این ترکیب نقشی در مقاومت سیمان، بجز کمی در سن اولیه آن، نداشته و بعد از سخت شدن سیمان، در معرض حمله سولفاتها با تشکیل سولفوآلومینات کلسیم (اترینگایت) سبب خرابی و فساد آن می‌گردد.

بهرحال در تولید سیمان C3A در ترکیب اکسید کلسیم یا اکسید سیلیسیم سهولت ایجاد کرده و سودمند می گردد.

C4AF که به میزان کمی بوجود می آید در مقابل سه ترکیب اصلی دیگر نقش عمده ای در خواص سیمان ندارد.

بهرحال این ترکیب با سنگ گچ سیمان سولفوفریت کلسیم تشکیل می دهد، که این ماده هیدراتاسیون سیلیکاتها را تسریع می کند.

میزان سنگ گچی که به کلینکر سیمان اضافه می شود بسیار مهم بوده و بستگی به میزان C3A و قلیائیهای سیمان دارد.

بالا رفتن ریزی سیمان باعث در دسترس قرار دادن تعداد زیادتری C3A در روزهای اولیه فعل و انفعال شده و این میزان سنگ گچ مورد نیاز را افزایش می دهد.

افزایش سنگ گچ بنوبه خود سبب انبساط بیش از حد و خرابی سیمان سخت شده می گردد.

مقدار بهینه سنگ گچ، براساس حرارت ایجاد شده از فعل و انفعال سیمان تعیین می‌شود.

پیشرفت مناسب فعل و انفعالات ما را مطمئن می سازد که وقتی همه سنگ گچ ترکیب شود، مقدار کمی C3A باقی می ماند.

استانداردهای BS 12:1978 و ASTM C 150-84 مقدار مناسب سنگ گچ را به صورت میزان SO3 موجود، توصیه می کنند.

علاوه بر اکسیدهای اصلی ذکر شده در جدول (2-1) اکسیدهای فرعی نظیر MgO، TiO2، Mn2O3، K2O و Na2O نیز به مقدار بسیار کمی در سیمان وجود دارند.

دو اکسید سدیم و پتاسیم که بنام قلیائیهای سیمان می باشند، در این بین اهمیت دارند.

این اکسیدها با پاره ای از مواد سنگی در بتن ترکیب شده و سبب خرابی بتن و نیز تغییر در میزان افزایش مقاومت آن می گردند.

بنابراین مقدار کم آنها در سیمان نیز می بایستی کنترل شود و به آن اهمیت داده شود.) جمله پس ماند محلول که با استفاده از اسید کلرئیدریک بدست آمده است در حقیقت ناخالصی سیمان را که به مقدار زیاد ناخالصی در سنگ گچ می‌باشد، نشان می دهد.

استاندارد BS 12:1978 مقدار پس ماند نامحلول را به حداکثر 5/1 درصد وزن سیمان محدود می کند.

مقدار مشابه در استاندارد ASTM C 150-84 حدود 75/0 می باشد.

افت سرخ شدن در این جدول در واقع میزان کربناتاسیون و هیدراتاسیون آهک آزاد و اکسید منیزیم آزاد سیمان را در هوا نشان می دهد.

هر دو استاندارد ASTM و BS مقدار افت سرخ شدن سیمان را به 3 درصد محدود می کنند.

لیکن در مناطق گرمسیری تا حد 4 درصد را مجاز می دانند.

از آنجا که آهک آزاد هیدراته شده در سیمان بی ضرر می باشد، لذا برای یک مقدار مشخص آهک آزاد، بالاتر بودن افت سرخ شدن سودمند می باشد در جدول (2-3) جمله پس ماند محلول که با استفاده از اسید کلرئیدریک بدست آمده است در حقیقت ناخالصی سیمان را که به مقدار زیاد ناخالصی در سنگ گچ می‌باشد، نشان می دهد.

از آنجا که آهک آزاد هیدراته شده در سیمان بی ضرر می باشد، لذا برای یک مقدار مشخص آهک آزاد، بالاتر بودن افت سرخ شدن سودمند می باشد.

جدول 2-3- اکسیدها و ترکیبات مختلف سیمان پرتلند تیپ 1 1-3- هیدراتاسیون سیمان تا اینجا در ارتباط با پودرسیمان مطالبی عنوان گردید.

اما مطلب مهم فعل و انفعال سیمان با آب، یا هیدراتاسیون سیمان می باشد.

در ترکیب آب با سیمان سیلیکاتها و آلومیناتهای سیمان هیدراته شده و به تدریج سخت می شوند.

همانطور که قبلاً بیان شد سیلیکاتهای کلسیم C2S و C3S اصلی ترین فعل و انفعال را با آب ایجاد می کنند، لیکن C3S معمولاً با سرعت بیشتری ترکیب می شود.

در سیمانهای تجارتی سیلیکاتهای کلسیم نسبت به سایر اکسیدهای موجود در کلینکر ناخالصی بسیار کمی دارند.

این ناخالصی ها در خواص سیلیکاتهای هیدراته شده تاثیر بسزایی دارند.

C3S ناخالص الایت (alite) و C2S ناخالص بلایت (belite) نام دارند.

فعل و انفعال C3S و آب هیدرات میکروکریستالی C3S2H3 و همچنین هیدروکسید کلسیم کریستالی Ca(OH)2 تولید می کند.

C2S نیز ترکیباتی مشابه تولید می کند، لیکن میزان آهک تولید شده کمتر است.

امروزه به سیلیکاتهای کلسیم هیدراته شده C-S-H گفته می شود.

(قبلاً بنام “ژل توبرموریتی” بوده است).

فعل و انفعالات بصورت زیر خلاصه می گردد.

C3S: C2S: اعداد داخل پرانتز نماینده وزن ترکیبات فوق بوده و براین اساس، مشاهده می شود که سیلیکاتها هر دو تقریباً به یک میزان آب، برای فعل و انفعال احتیاج دارند.

لیکن C3S تقریباً بیش از 2 برابر C2S تولید Ca(OH)2 می کند.

مقدار C3A در اکثر سیمانها بسیار کم بوده و بعد از فعل و انفعال بصورت بلورهای مکعبی در آمده و توسط سیلیکاتهای کلسیم هیدراته شده محاصره می گردد.

فعل و انفعال C3A خالص با آب، گیرش بسیار سریع داشته و این امر با اضافه کردن گچ کنترل می گردد.

به هر حال گیرش C3A سریعتر از گیرش سیلیکاتهای کلسیم بوده و به صورت فرمول زیر بیان می گردد.

مقدار وزن داخل پرانتز نشان می دهد که C3A در مقایسه با سیلیکاتها به آب بیشتری برای فعل و انفعال نیاز دارد.

فعل و انفعالات و هیدراتاسیون سیمان و آب و مواد تشکیل دهنده در نمودار زیر خلاصه می گردد.

(شکل 2-1) 1-4- حرارت هیدراتاسیون هیدراتاسیون سیمان همانند بسیاری از فعل و انفعالات شیمیایی حرارت زا بوده و حرارت هیدراتاسیون به مقدار حرارت تولید شده (به ژول) در اثر هیدراتاسیون کامل هر گرم سیمان اتلاق می شود.

روشهای تعیین حرارت هیدراتاسیون در درجه حرارت معین، در قسمت سوم استاندارد BS 4550 و استاندارد ASTM C 186 – 82 بوضوح بیان گردیده است.

شکل 2-1- نمودار تشکیل و هیدراتاسیون سیمان پرتلند درجه حرارتی که در آن فعل و انفعال صورت می پذیرد، اثر بسزایی در حرارت تولید شده داشته و در عمل مهمتر از کل حرارت هیدراتاسیون می باشد.

برای سیمانهای پرتلند حدود نیمی از کل حرارت در مدت بین 1 تا 3 روز و 4/3 آن در 7روز و تقریباً 90 درصد آن در مدت 6 ماه آزاد می شود.

میزان حرارت ایجاد شده بستگی به ترکیبات سیمان داشته و در واقع کل حرارت، مجموع حرارت متصاعد شده از هر یک از ترکیبات می باشد.

حرارت هیدراتاسیون این ترکیبات در جدول 2-4 آورده شده است.

جدول 2-4- حرارت هیدراتاسیون ترکیبات مختلف سیمان فصل دوم: مواد سنگی بتن 1-2- طبقه بندی کلی استاندارد B.S.

812:Pt.1 صفحه بندی گروهی سنگدانه های طبیعی را بر مبنای نوع سنگ مشخص نبوده و استاندارد ASTM C294 معدنهای مهم و متداول در سنگدانه‌ها را بصورت زیر مشخص می کند.

1- کاسبهای سیلیسی (کوارتز، اوپال، کلسدونی Chalcedony، ترای دیمایت Tridymite، کریستوبالیت Cristobalite).

2- فلدسپاتها 3- میکایها 4- کربناتیها 5- سولفاتیها 6- سولفیدهای آهن 7- فرومنیزیم ها 8-زنولیتها Zeclites 9- اکسیدهای آهن 10- رسی ها 2-2- آزمایشهای خواص دانه ها نمونه برداری طبق B.S.

812:Pt.1 باید انجام شود.

جدول 1-2- حداقل وزن نمونه برای آزمایش طبق BS 812:Pt 1 نمونه ارسالی از طریق Quartering (چهار ربع کردن) و یا Riffling به وزن مورد نظر برای آزمایشهای مختلف کاهش می یابد.

1- شکل و بافت سطحی سنگدانه ها جدول زیر که از bs 812 گرفته شده طبقه بندی سنگها را از نظر شکل مشخص می‌سازد.

(جدول پیوست قرار داده شود) 2- مقاومت سنگدانه ها تست مقدار خورد شدن سنگدانه A.C.V Aggregate Crushing Calue طبق BS 812: pT 3 مصالح بایستی ازmm14 عبور و روی mm10 باقی بمانند.

نمونه‌ها بایستی اول برای 4 ساعت در آون 100 C خشک و بعد در قالب استوانه ای با میله بصورت استاندارد متراکم و بعد تحت بار 400 kN بتدریج در مدت 10 دقیقه اعمال می شود.

دانه ها را از الک 2.36mm عبور داده و A.C.V ضریب = را بدست می آوریم.

برای مصالح باضریب A.C.V بیش از 30 از آزمایش “10 Percent Fines Value” “مقدار 10% ریزدانه” استفاده می شود در این آزمایش توسط پرس استاندارد بار معادل لازم برای ایجاد 10% مصالح ریز دانه از دانه های بتن 10-14 mm تعیین می شود، با اضافه کردن تدریجی بار روی میله استوانه ای طی 10 دقیقه به اندازه 15 mm (برای مصالح کاملاً یا نسبتاً گرد گوشه)، 20 mm (برای مصالح شکسته)، 24 mm (برای مصالح متخلخل) نفوذ کند.

این اعماق می بایستی منجر به ایجاد %5/12-5/7 از مصالح ریز دانه عبوری از الک 2.36 mm شود.

بار لازم برای ایجاد 10% مصالح ریز برابر است با: : %Y واقعی مصالح ریز دانه در اثر بار حداکثر X تن است.

مقاومت در برابر ضربه (طاقت Toughness): آزمایش Aggregate Impact Value A.I.V در BS 812:Pt 3 آمده است.

ضربه توسط یک چکش استاندارد که تحت وزن خود 15 بار روی مخزن استوانه ای محتوی دانه های سنگی سقوط می کند، بوجود می آید.

استاندارد مقادیر حداکثر زیر را برای نتیجه متوسط دو آزمایش روی یک نمونه توصیه می کند: 25% برای کفهای با سایش زیاد، 30% برای کفهای با سایش کم، 45% برای بتن معمولی.

مقاومت در برابر سایش Hardness (سختی) Abrasion Test طبق BS 812:Pt 3 آزمایش لوس آنجلس سایش و اصطکاک را در هم ادغام می کند.

برای این آزمایش سنگدانه ها با دانه بندی استاندارد در یک استوانه فولادی که بصورت افقی می چرخد با تعداد استانداردی از گلوله های فولادی استاندارد ریخته می شود.

استوانه به تعداد مشخصی دوران می کند و درصد مصالح خرد شده محاسبه می شود.

ASTM C131 3- اندازه دانه ها و دانه بندی حد فاصل شن و ماسه الک 4.75 mm (نمره ASTM 4) است.

منحنی توزیع اندازه ذرات مصالح سنگی بوسیله الک کردن معین می گردد طبق BS 812 و ASTM C33.

دانه بندی معمولاً برحسب مجموع درصد بزرگتر یا کوچکتر از هر الک با درصد مابین اندازه های الک با دقت تا یک درصد بیان می شود.

در رسم منحنی دانه بندی، محور عمودی نمایش دهنده درصد تجمعی عبوری از هر الک و محور افقی نمایش دهنده اندازه با شماره الک با مقیاس لگاریتمی است.

مدول یا ضریب نرمی Finess Modulus: مجموع درصهای تجمعی مانده روی الکهاست که به 100 تقسیم شده باشد و معمولاً برای ماسه محاسبه می شود و بین 1/3-3/2 است.

ضوابط دانه بندی شن و ماسه.

عوامل اصلی کنترل کننده دانه بندی مورد نیاز سنگدانه های که بر کارائی می توانند تاثیر داشته باشند عبارتند از: 1- مساحت سطح (با اندازه گیری سطح مخصوص) سنگدانه ها که تعیین کننده میزان آب لازم برای تر نمودن دانه هاست.

2- حجم نسبی اشغال شده بوسیله سنگدانه ها.

3- تمایل به جدائی در دانه ها.

4- میزان درصد ریزدانه در مخلوط.

جدول 2-2- حجم مطلق ریزدانه ها بر طبق BS 822 بطور کلی اندازه بزرگترین دانه های شن نباید از مقادیر زیر تجاوز نمایند: 1- 1/5 بعد قطعات غیر مسلح.

2- 3/4 فاصله آزاد بین آرماتورها یا آرماتورها و قالبها.

3- 1/3 عمق دالهای غیر مسلحی که در سطح زمین ریخته می شوند.

حوزه دانه بندی انگلستان BS 882.

حوزه دانه بندی آمریکا ASTM C33.

حوزه دانه بندی آلمان در DIN 1045.

4- انواع وزن مخصوصها BS 812:Pt 107 , ASTM C127 Absolute Specific Gravity وزن مخصوص مطلق.

Apparent Specific Gravity وزن‌مخصوص‌ظاهری‌یا دانسیته‌‌ظاهری= که در آن: D جرم دانه های خشک شده در آون.

B جرم پیکنومتر Pycnometer پر از آب.

A جرم پیکنومتر با نمونه پر از آب.

استانداردهای ASTM C127 و BS 812:Pt 107 برای شن استفاده می شوند.

وزن مخصوص حجمی که C جرم نمونه سنگدانه در حالت اشباع با سطح خشک (SSD) و دانسیته حجمی ذرات .

5- تخلخل (Porosity) عموماً منافذ نفوذ پذیر باید در حداقل ممکن نگهداشته شوند، حدود تخلخل سنگدانه‌های متداول بین صفر تا 50 درصد متغیر است و چون دانه ها حدود 3/4 حجم بتن را تشکیل می دهند، لذا تخلخل دانه ها تاثیر زیادی بر روی تخلخل کل بتن خواهد داشت.

مقدار تخلخل مواد سنگی روی مقاومت، جذب آب و نفوذ پذیری مواد سنگی تاثیر دارد.

برای مصالح سنگی حجم کل را می توان از رابطه زیر بدست آورد: Vb=Vt+Vip+Vpp Vb: حجم کل، Vt: حجم واقعی جامد، Vip: حجم منافذ غیر قابل نفوذ Vpp: حجم منافذ قابل نفوذ.

حجم ظاهری Va برابر است با: Va=Vb – Vpp=Vt+Vip درصد تخلخل برابر است با تخلخل واقعی و تخلخل ظاهری 6- جذب آب و میزان رطوبت تخلخل، نفوذپذیری و جذب آب دانه ها بر روی چسبندگی بین آنها و خمیر سیمان، مقاومت بتن در یخ زدن و آب شدن.

پایداری شیمیایی بتن، مقاومت در برابر سایش و وزن مخصوص آن تاثیر می گذارد و استانداردهای مربوطه BS 812:Pt 2 و ASTM C70 می باشد.

میزان رطوبت به مقدار آبی گفته می شود که علاوه بر آب لازم در حالت اشباع با سطح خشک در مواد سنگی وجود دارد.

میزان کل رطوبت به درصد برابر است با (BS 812:Pt 109) که A وزن ظرف، B وزن ظرف و نمونه، C وزن ظرف و نمونه خشک شده تا وزن ثابت.

7- مواد زیان آور در مواد سنگی 3 گروه: 1- ناخالصیهایی که در هیدراسیون تاثیر می کنند.

2- قشرهای پوشش.

3- دانه های و ضعیف و بدون ثبات حجمی (ناسالم).

همچنین از طریق توسعه واکنشهای شیمیایی با خمیر سیمان یعنی واکنش قلیائی سیلیسی و قلیائی کربناتی سنگدانه ها.

گروه اول: ناخالصیهای مواد آلی و ناخالصی های سنگی معمولاً حداکثر پوسیدگی مواد نباتی هستند که Tannic Acid و مشتقات آن هستند و بصورت خاک و یا ذرات گیاهان پوسیده هستند.

تاثیر مواد آلی بوسیله آزمایش رنگ سنجی (ASTM C 40-79) Color-metric مشخص می شود که 130 گرم ماسه و تا 200 گرمی هیدروکسید سدیم پر می کنند.

(در واقع 3 درصد محلول سود) بعد از 24 ساعت از رنگ محلول مقدار ناخالصیها را تشخیص می دهند.

ناخالصیهای نمکی را از مقدار نمکهای کلرور و سولفات در مواد سنگی که در BS 812 قسمتهای 117 و 118 بیان شده است، تعیین می کنند.

وجود ناخالصیهای نمکی باعث زنگ زدگی و خوردگی آرماتورها می شود و اثر دیگر آنها جذب آب این نمکها از هوا و ایجاد شوره است.

گروه دوم: رس و مواد بسیار ریز لازم است که مقادیر خاک رس، لای و گرد و خاک در مواد سنگی کنترل شود BS 882 مقدار کل هر سه این مواد را به حدود زیر محدود کرده است: 15% وزنی در ماسه خرد شده از سنگ (8% در صورتیکه مصالح برای بتن کفهای قوی بکار رود).

3% وزنی در ماسه طبیعی و یا خرد شده از سنگ.

1% وزنی در شن.

در ASTM C33 برای بتن تحت فرسایش به 3% وزن ماسه محدود می شود و برای سایر بتنها 5% و برای شن هم همان 1% است.

گروه سوم: سنگ رسی (Shale) و مواد سنگی با وزن مخصوص کم و همچنین ذراتی مانند کلوخه‌های خاک رس، چوب و ذغال جزو مواد گروه سوم هستند و سبب ایجاد لکه و پوسته شدن بتن می شوند.

اگر مقدار این ذرات بیش از 2 تا 5% وزن در مواد سنگی باشد بر مقاومت بتن اثرنامطلوب دارد و نبایستی در بتن هائی که در معرض فرسایش قرار می گیرند، بکار روند.

وجود ذغال و سایر مواد با وزن مخصوص کم را می توان بوسیله، روش شناور نمودن در یک مایع، با وزن مخصوص مناسب طبق روش ASTM C123 تعیین نمود.

میک، سنگ گچ و سایر سولفاتها نبایستی در مواد سنگی بکار رود ولی تا حد 5% وزن سیمان SO3 که شامل مقدار موجود در سیمان هم می شود، در مناطق گرم قابل تحمل است.

واکنش قلیائی سیلیسی مواد سنگی Alkali-Silica Reaction واکنش قلیائی دانه ها می تواند باعث انبساط غیرعادی و ترکهای ریز سطحی در بتن شود.

متداولترین واکنشها بین اجزاء سیلیسی فعال مواد سنگی و قلیائی های موجود در سیمان اتفاق می افتد.

شکلهای فعال سیلیس عبارتند از: Opal بی شکل، کلسدونی با بلورهای تاری و Tridymite بلوری.

این مواد واکنش‌زا در چرتهای اوپالینی با کلسدونی، سنگ آهک سیلیسی یا دولومیتی (Dolomitic)، ریولیتها (Rhyolites)، داسیت Dacite، آندزیت Andesite و فیلیتها Phyllites وجود دارند.

حمله هیدروکسیدهای قلیائی (که از قلیائی های موجود در سیمان Na2O و K2O مشتق می شوند) بر مواد سیلیسی موجود در سنگدانه ها یک ژل قلیائی سیلیکاتی بوجود می آید و تغییراتی در مرزهای مواد سنگی و سیمان بوجود می آورد.

این ژل از نوع ورم کننده نامحدود است که بوسیله خمیر سیمان احاطه شده است و به این خاطر فشارهای داخلی بوجود می آیند که بالاخره منتهی به انبساط و ترک خوردن و از هم پاشیدن خمیر سیمان می شود.

سرعت ایجاد این واکنش که اندازه ذرات سیلیسی و تخلخل آنها بستگی دارد، ذرات ریز ظرف یک یا دو ماه انبساط ایجاد می کنند ولی ذرات درشت تر بعد از چندین سال.

میزان خرابی را با محدود ساختن میزان قلیائی سیمان به 6/0% می توان کنترل کرد که با روش تحلیل شیمیایی بصورت مقدار واقعی 0.658*K2O+Na2O موجود در کلینکر سیمان محاسبه می کنند.

(ASTM C130) افزودن برخی مواد یوزولانی نیز سودمند خواهد بود.

مقدار و نوع مواد پوزولانی افزوده شده برای انواع خاص مخلوطهای بتن از طریق ASTM C441 مشخص می‌شود.

شیرین کردن با سنگ آهک یعنی جایگزین کردن 30% مواد سنگی با دانه های درشت آهک شکسته برای جلوگیری از خرابی موثر است.

چندین آزمایش برای تشخیص دانه های مستعد واکنش قلیائی وجود دارد: 1- تست ASTM C295 برای سنگ شناسی است که بوسیله میکروسکب و سنگ شناس مشخص می شود.

2- آزمایش ملات منشوری ASTM C227.

اگر نمونه ها بیش از 05/0% پس از سه ماه و یا بیش از 1/0% پس از 6 ماه انبساط نمایند.

مواد سنگی مستعد واکنش شناخته می شوند.

3- آزمایش شیمیایی سریع ASTM C289 نتیجه گیری ها براساس درجه واکنش بین محلول هیدروکسید سدیم و نمونه شکسته شده دانه های مورد نظر است.

واکنش قلیائی- کربناتی مواد سنگی بین دانه های سنگ آهک دولومیتی و قلیائی های موجود در سیمان رخ می دهد و در شرایط مرطوب نظیر واکنش قبلی انبساط بوجود می آورد.

ASTM C586 یا آزمایش استوانه ای سنگی بکار می رود.

تغییرات طول روی نمونه‌ای که در محلول هیدروکسید سدیم غوطه ور است اندازه گیری می شود.

تمایل به انبساط معمولاً پس از 28 روز غوطه وری مشاهده می شود.

تفاوت بین واکنش سیلیسی و کربناتی در دوباره احیاط شدن قلیائی ها در واکنش قلیائی- کربناتی است که احتمالاً برای همین مورد پوزولانی در کنترل انبساط قلیائی- کربناتی موثر نیستند.

مواد سنگی واکنش زای کربناتی خیلی کم هستند و در بتن بندرت مصرف می‌شوند.

3-2- حمل و انبار کردن مواد سنگی * جدائی دانه ها حداقل بوده و از آلودگی با مواد مضر عاری باشند.

* نباید بصورت مخروطهای بلند انبار شوند.

* در موقع ریختن ماسه خشک از Bucket (ظرف مخصوص) یا تسمه نقاله به پائین وزش باد ممکن است سبب جدا کردن دانه های ریز گردد.

* باید بر روی سطح زمین سخت و خشک قرار گیرند و یا یک لایه بتن به ضخامت 10cm که سطح بتنی تا محل استقرار ماشین بتن ساز ساخته شود و باید شیب آن به سوی طرفین و خارج باشد.

* مواد سنگی در گروههای مختلف تقسیم گردند.

* سیلوهای انبار مصالح باید ترجیحاً مدور و یا حدوداً چهارگوش باشند.

* ارتفاع دیوارهای دپو باید به اندازه ای باشد که مصالح با یکدیگر مخلوط نگردند.

* مصالح باید بطور قائم روی قسمت خروجی در داخل سیلو ریخته شوند و تا حد امکان پر نگهداشته شوند زیرا این عمل از شکستن دانه ها و تمایل به جدائی آنها جلوگیری می کند.

* چنانچه کار بتن سازی برای چند روز متوقف می شود بهتر است دپوی مواد سنگی با ورقه های نایلون پوشانده شوند.

فصل سوم: کیفیت آب در بتن آبی که برای بتن استفاده می شود غیر از ترکیب شیمیایی با سیمان وانجام هیدراسیون سیمان که موجب گرفتن و سختی بتن می شود، برای روانی و شکل پذیری مخلوط بتن و بعمل آوردن بتن نیز بکار می رود.

3-1- آب اختلاط بتن اکثر استانداردها آب مناسب برای بتن را آبی معرفی می کنند که قابل آشامیدن بوده و مزه و بوی مشخصی نداشته باشد مواد جامد محلول چنین آبی بندرت بیش از 2000 قسمت در میلیون (ppm) خواهد بود و بطور معمول کمتر از ppm1000 می‌باشد.

این مقدار به ازای نسبت آب به سیمان 0.5 و معادل 0.05 درصد وزن سیمان می باشد.

جدول زیر تجزیه نوعی آب مصرفی شهری و آب دریا را با هم مقایسه می کند.

جدول 3-1- نتایج تجزیه نوعی آب مصرفی شهری و آب دریا بعنوان یک قائده کلی هر آبی که PH (درجه اسیدیته) آن بین 6 تا 8 بوده و طعم شوری نداشته باشد، می تواند برای بتن مصرف شود.

استانداردهائی که در این مورد بکار می روند عبارتند از BS 3148 و ASTM C94.

رنگ تیره و بو در آب لزوماً وجود مواد مضر را در آب به اثبات نمی‌رساند.

آبی که مناسب بودن آن مورد تردید است، را می توان برای ساختن بتن مصرف کرد بشرطی که مکعب ملات سیمان ساخته شده با آن آب دارای مقاومت 7و28 روزه‌ای برابر با حداقل 90% نمونه های مشابه ساخته شده با آب شرب باشد.

مکعبهای ملات سیمان بر طبق C109 ساخته و آزمایش می شوند.

اختلاط در زمان گیرش سیمان از طرق آزمایش سوزن ویکت Vicat طبق C191 باید انجام گیرد.

3-1-1- خلاصه اثرات برخی ناخالصی ها در آب اختلاط روی کیفیت بتن بدین شرح است: * کلرور و سولفاتها مقدار کلرور زیاد در آب باعث خوردگی میلگردها و یا کابلهای پش تنیده می‌شود.

بدین ترتیب که یونهای کلرور بر قشر حفاظتی اکسید شده روی میلگردها که از محیطی شیمیایی با درجه قلیائی بالای موجود در بتن، تشکیل می شود، حمله می کند.

مقدار کلروری که باعث خوردگی میلگردها می شود 0.6kg/m است.

بطور کلی آبی که شامل کمتر از ppm500 یون کلرور باشد.

معمولاً مورد قبول قرار می گیرد ولی در هر حال مشارکت کلرور با سایر مواد نیز باید در نظر گرفته شود.

عموماً مقادیر کلرور سدیم به غلظت ppm000‚20 و سولفات سدیم به غلظت ppm000‚10 در بتنی که در زمان بهره برداری خشک بوده و برای واکنشهای خوردگی استعداد کمی دارد، مجاز است.

ACI مقدار یون کلرور را به درصدهای زیر برحسب وزن سیمان محدود می کند: بتن پیش تنیده 06/0% بتن آرمه که در محیط مرطوب و در مجاورت کلرور باشد 1/0 بتن آرمه که در محیط مرطوب ولی در مجاورت کلرور نباشد 15/0% بتنهائی که در بالای سطح زمین ساخته و همیشه خشک می‌مانند بدون محدودیت می باشند.

* استاندارد BS 3148 مقدار یون SO3 را به ppm1000 محدود می کند.

* کربنات و بی کربنات قلیائی کربنات و بی کربناتهای سدیم و پتاسیم، اثرات متفاوتی بر روی زمان گیرش سیمانهای مختلف دارند، کربنات سدیم باعث گیرش سریع و بی کربنات ها می توانند گیرش را سریع یا کند نمایند.

وجود این نمکها با غلظتهای زیاد مقاومت بتن را بطور فاحشی کاهش می دهند.

وقتی که کل نمکهای محلول، بیش از ppm1000 شود، باید برای تعیین اثرات آنها روی زمان گیرش و مقاومت فشاری آزمایشهائی انجام گیرد.

* نمکهای دیگر معمول * کربناتهای کلسیم و منیزیم به مقداری که برای بتن مضر باشد، بندرت در آب یافت می شوند.

* بی کربناتهای کلسیم، منیزیم و پتاسیم تا مقدار ppm400 غلظت یون بی‌کربنات زیان آور بشمار نمی رود.

* مقدار سولفات و کلرور منیزیم ممکن است تا ppm40000 در آب محدود شود.

* غلظت سولفات منیزیم باید کمتر از ppm25000 باشد.

* گاهی کلرور کلسیم تا مقدار 2% وزنی سیمان (ppm000‚40 – 000‚30) برای تسریع در سخت شدن و کسب مقاومت در بتنهائی که پیش تنیده نیستند مصرف می‌شود.

* نمکهای آهن تا مقدار غلظت ppm 000‚40 اثرات نامطلوبی روی مقاومت بتن دارند (در آبهای زمینی طبیعی بندرت نمکهای آهن متجاوز از 20 تا ppm30 می‌باشد).

* نمکهای معدنی * نمکهای منگنز، قلع، روی، مس و سرب در آب اختلاط می توانند باعث کاهش قابل توجهی در مقاومت و تغییرات زیادی در زمان گسترش شوند.

از میان نمکها روی، مس و سرب بیشترین اثر را دارند.

* نمکهای دیگر نظیر یدات، آرسنات، فسفات و بورات سدیم، مانند کندگیر کننده‌ها، زمانی که با غلظتی در حد چند دهم درصد وزنی سیمان وجود داشته باشند مقدار زیادی گیرش و کسب مقاومت را کند می سازند.

عموماً غلظت این نمکها تا مقدار ppm500 در آب اختلاط قابل قبول است.

* شکر * مقادیر کم شکر، حتی به مقدار 03/0 تا 15/0% وزن سیمان، معمولاً باعث کندگیر شدن سیمان می شود و مقدار 25/0 درصد وزنی یا بیشتر ممکن است باعث گیرش کند و کاهش مقاومت 28 روزه بمیزان قابل توجهی شود.

* هرگاه مقدار شکر در آب مصرفی از ppm500 تجاوز کند از بتن باید آزمایش مقاومت بعمل آید.

* رس و لای و ذرات معلق اگر مقدار خاک رس و ذرات معلق و پودر سنگ و لای در آب مصرفی بتن از ppm2000 تجاوز نکند، برای بتن زیان آور نخواهد بود.

در صورتی که مقدار لای بیش از ppm2000 باشد برای کاهش آن می توان مدتی آنرا در یک حوضچه آرامش نگاه داشت و بعد آنرا مصرف کرد.

* چربیها چربیهای معدنی اگر با چربیهای حیوانی و گیاهی مخلوط نشده باشند کمتر از سایر روغنها بر مقاومت بتن اثر دارد با این وجود، چربی معدنی، در غلظتهای بیشتر از 2% وزنی سیمان، ممکن است مقاومت بین را بیشتر از 20 درصد کاهش دهد.

* خزه ها خزه ها می توانند با تاثیر بر هیدراسیون سیمان، یا با ایجاد مقادیر زیادی هوا که وارد بتن می شود، باعث کاهش زیادی در مقاومت گردند.

خزه ممکن است در سطح مواد سنگی نیز وجود داشته باشد که باعث می شود چسبندگی بین مواد سنگی و خمیر سیمان ضعی گردد.

3-1-2- استفاده از آبهای مختلف برای آب اختلاط: آب دریا اگر مقدار نمکهای محلول در آب دریا از ppm000‚35 کمتر باشد از آن آب بعنوان آب اختلاط برای بتن بدون میلگرد می توان استفاده کرد.

با تنظیم متناسب طرح مخلوط می توان بتن خوبی را با اب دریا تهیه کرد ولی از آب دریا برای ساختن بتن پیش تنیده نباید استفاده کرد.

آبهای اسیدی عموماً آبهای اختلاط شامل اسید کلریدریک، اسید سولفوریک و دیگر اسیدهای غیرآلی تا مقدار غلظت ppm000‚10 روی مقاومت بتن اثرات بدی نمی گذارند.

آبهای اسیدی با مقدار PH کمتر از 3 ممکن است مسائل نقل و انتقال را پدید آورند و تا حد امکان می بایست از کاربرد آنها اجتناب کرد.

آبهای قلیائی اگر مقدار هیروکسید سدیم بیش از 5/0% وزن سیمان باشد ممکن است مقاومت بتن کاهش یابد ولی تاثیر هیدروکسید پتاسیم تا مقدار 2/1% وزن سیمان بر مقاومت بتن بستگی به نوع سیمان دارد و بنابراین بهتر است آزمایش مقاومت فشاری انجام گیرد.

آب فاضلابها آب فاضلابهای صنعتی معمولاً کمتر از ppm4000 مواد جامد دارند و در بتن افت مقاومتی کمتر از 10% بوجود می آورند.

بهتر است هر فاضلابی که حاوی حتی چند صدم ppm مواد جامد غیر معمول است پیش از مصرف آزمایش شود.

3-2- آب برای بعمل آوردن