دانلود مقاله سیمان و خواصّ آن

سیمان و خواصّ آن 1 مقدمه جهت احداث هر ساختمان مانند واحدهای مسکونی ، ساختمانهای اداری ، مراکز آموزشی، سدهای خاکی و مخزنی، راه‌های گوناگون، تأسیسات دریایی و … عوامل گوناگون مورد مطالعه قرار می‌گیرند که نتیجه هر مطالعه، انتخاب پرامتر ویژه‌ای در آن زمینه است.

از جمله زمینه‌هایی که در هر عملیات ساختمانی باید بررسی شود، مصالح مصرفی آن پروژه است.

با عنایت به اهمیت این مطلب، هدف از فراگیری درس مصالح ساختمانی ً آشنایی با روش تولید، خواص و کاربردهای انواع گوناگون مصالح کسب توانایی جهت انتخاب مناسب آنها با توجه به مقتضیات هر پروژه ً می‌باشد.

11 مبنای انتخاب مصالح پس از مطالعه مشخصات هر پروژه ساختمانی و تعیین نوع و ویژگیهای مصالح مورد نیاز، باید در بین مصالح موجود و توجه به خصوصیات هر یک از آنها، مواد مطلوب را انتخاب نمود.

خواص مصالح گوناگون به دو روش زیر بررسی و مطالعه می‌شود و در اختیار مصرف کنندگان قرار می‌گیرد که عبارتند از : 1 بر اساس استاندارد 2 بر اساس گواهی نامه فنی [1] در روش استاندارد ، خواص مصالح مورد نظر با آزمایشهای گوناگون سنجیده می‌شود و نتایج با ویژگیهای داده شده در استاندارد مقایسه می‌گردد.

برای مثال استاندارد معین می‌کند که زمان گیرش اولیه سیمان نوع 1 باید 60 دقیقه باشد .

حال با روش مشخص شده در استاندارد ، زمان گیرش نمونه سیمان آزمایش و با عدد فوق مقایسه می‌ گردد.

همانطور که ملاحظه می‌ کنید، خواص مورد نظر اینگونه مصالح به صورت اعداد مطلق ارائه شده است.

در صورتیکه نتایج آزمایش بر روی نمونه تهیه شده با استاندارد مربوطه مطابقت نداشته باشد، استفاده از آن مصالح مجاز نخواهد بود.

در ایران ، مبحث پنج از مجموعه مقررات ملی ساختمانی ایران[2] تحت عنوان ًمصالح و فرآورده‌های ساختمانی ً به تشریح این استانداردها می‌پردازد.

گواهی نامه فنی در مورد مصالحی صادر می‌شود که وضعیت مطلوب خواص آنها را نمی‌تواند به صورت اعداد مطلق بیان کرد.

به این مثال توجه کنید: تولید کنندگان قفل و دستگیره در، نمونه‌ای از تولیدات خود را جهت صدور گواهی‌ نامه فنی در اختیار آزمایشگاه‌های تحقیقاتی قرار می‌‌دهند.

این نمونه‌ها با نمونه‌های سایر تولیدکنندگان به صورت تسریع شده آزمایش می‌شوند و نتایج بدست آمده، عملکرد این محصولات را به صورت مقایسه‌ای نشان می‌دهد و آزمایشگاه این نتایج را به صورت رسمی در قالب گواهی‌نامه فنی ارائه می‌نماید.

این گواهی نامه‌ها به همراه کالا به مشتری عرضه می‌شود و مصرف‌کننده با توجه به نیاز خود و عنایت به محتوای گواهی‌نامه مصالح مورد نیاز را انتخاب می‌نماید.

به عبارت دیگر، در مورد گواهی‌نامه‌های فنی، انتخاب بر مبنای مقایسه انواع کالا و نیاز مشتری صورت می‌پذیرد.

12 انواع مصالح ساختمانی در کلی ترین تقسیم بندی، مصالح ساختمانی به سه دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از: 1 سرامیکها 2 فلزات 3 مواد آلی 121 سرامیکها مشخصات این مصالح عبارت است از : 1 به وفور یافت می‌شوند.

2 از پوسته خارجی زمین بدست می‌آیند.

3 نسبتاً ارزان قیمت هستند.

4 پس از استخراج یا مستقیماً مصرف می‌شوند یا با فرایندهایی ساده قابل مصرف خواهند بود.

5 معمولاً وزن مخصوص زیادی دارند (سنگین هستند).

6 شکننده و تغییر شکل ناپذیرند.

7 دارای مقاومت فشاری زیاد و مقاومت کششی اندک هستند.

شکنندگی و تغییر شکل ناپذیری این نوع مصالح بدین معناست که در صورت اعمال نیرویی بیشتر از مقاومت آنها ، بدون آنکه تغییر شکل قابل ملاحظه‌ای بدهند، گسیخته می‌شوند.

به عنوان مثال یک ماده سرامیکی مانند گچ یا بتن در اثر نیروی خمشی تنها چند درجه خم می‌شود و سپس می‌شکند.

یکی دیگر از خصوصیات مهم مصالح سرامیکی مقاومت فشاری نسبتاً زیاد و مقاومت کششی کم آنهاست.

مقاومت کششی این مصالح تقریباً 10/1 مقاومت فشاری آنها می‌ باشد.

لذا از این مصالح عمدتاً در ساخت اعضایی که تحت فشار قرار می‌ گیرند می‌توان استفاده کرد.

مثلاً در یک تیر ساده بارگذاری شده ، قسمتهای فوقانی تیر تحت فشار و بخشهای تحتانی آن تحت کششند.

در صورتیکه این تیر به صورت بتن آرمه طراحی و ساخته شود، بتن در قسمت فوقانی تیر جوابگوی بارهای فشاری وارده می‌باشد؛ ولی در قسمت تحتانی تیر نمی‌تواند نیروی کششی وارده را تحمل نماید.

لذا در این قسمت از مقاومت کششی فولاد بهره می‌گیرند.

؟

122 مصالح فلزی مشخصات این مصالح عبارت است از: 1 معمولاً به صورت اکسید و گاهی سولفید در زمین وجود دارند.

2 طی فرایندهای پیچیده‌ تر و معمولاً تحت عمل ذوب قابل مصرف می‌شوند.

3 از مصالح سرامیکی گرانترند.

4 از مقاومت کششی و فشاری تقریباً یکسانی برخوردارند.

5 انعطاف پذیرند.

6 وزن مخصوص آنها دامنه گسترده‌تری را در بر گرفته، به نوع فلز بستگی دارد.

مواد اولیه این فلزات پس از استخراج از زمین به کارخانه ذوب فلزات منتقل شده، طی فرایندهای نسبتاً پیچیده، فلز مورد نظر از آنها استخراج می‌شود.

انعطاف پذیری فلزات به معنی آن است که این مصالح در اثر اعمال نیرو پیش از گسیخته شدن ، تغییر شکل زیادی از خود نشان می‌دهند.

به عبارت دیگر شکل پذیرند.

123 مواد آلی در حالیکه اولین ماده آلی که بشر آن را در ساختمان سازی به کار گرفته چوب بود، امروزه مصرف این مصالح مخصوصاً در ایران به طور چشمگیری کاهش پیدا کرده است.

از نیمه دوم قرن بیستم، پلیمرها و پلاستیکها وارد صنعت ساختمان شدند و با سرعت شگرفی پیشرفت کردند.

پلاستیکها که از واحدهایی به نام مونومر ساخته می‌شوند دارای مواد اولیه بسیار ارزان هستند و در کارخانه‌های پتروشیمی تولید می‌شوند.

امتیاز عمده پلاستیکها ، پوشش طیف گسترده‌ای از خواص است.

مثلاً دامنه وزن مخصوص پلاستیکها، از حدود 01, 0 وزن مخصوص آب تا حدود 5, 2 برابر وزن مخصوص آب را می‌پوشاند.

مقاومت آنها از حدود بسیار اندک شروع می‌شود و تا مقادیر فوق‌العاده زیاد ادامه دارد و … .

2 سیمان[3] به طور کلی به هر ماده‌ای که خاصیت چسبانندگی داشته باشد و بتواند مواد را به یکدیگر بچسباند، سیمان گفته می‌شود.چسباننده‌ها در صنعت ساختمان بیشتر جهت چسباندن سنگدانه‌ها، قطعات بزرگتر سنگی، آجرها و … به یکدیگر به کار می‌روند.

طبیعتاً اولین ماده سیمانی که به استخدام بشر درآمد ، گل بود که هنوز هم بقایای ساختمانهای گلی در مناطق کویری قابل مشاهده است.

در طول سالیان مختلف ، مواد گوناگونی به عنوان سیمان به کار رفت و امروزه چسباننده‌ های بسیار متنوعی شامل انواع ملاتهای سیمانی، ملاتهای گچی ، چسبهای پلیمری و… در دست است.

امروزه عمده ‌ترین سیمانی که مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیمان پرتلند می‌باشد که به طور مشروح در ادامه مورد بحث قرار می‌گیرد.

به طور کلی به هر ماده‌ای که خاصیت چسبانندگی داشته باشد و بتواند مواد را به یکدیگر بچسباند، سیمان گفته می‌شود.چسباننده‌ها در صنعت ساختمان بیشتر جهت چسباندن سنگدانه‌ها، قطعات بزرگتر سنگی، آجرها و … به یکدیگر به کار می‌روند.

در طول سالیان مختلف ، مواد گوناگونی به عنوان سیمان به کار رفت و امروزه چسباننده‌های بسیار متنوعی شامل انواع ملاتهای سیمانی، ملاتهای گچی ، چسبهای پلیمری و… در دست است.

2ـ1ـ تاریخچه سیمان پرتلند یکی از مهمترین مشکلات سیمان گلی، عدم مقاومت در برابر آب بود.

این مهم بشر را بر آن داشت تا تحقیقات گوناگونی جهت دسترسی به سیمان ضد آب انجام دهد و نتیجه این تحقیقات ، کشف سیمانی به نام ساروجبود.

ساروج ترکیبی است از آهک، خاکستر، ماسه، خاک رس و لویی که در مقایسه با گل در برابر رطوبت مقاوم است.

در ایران باستان از ساروج برای ساختن آب انبارها، آبگیرها و سایر سازه‌هایی که می‌بایست خاصیت آب‌بندی می‌داشتند استفاده می‌شد.

امروزه با ابداع سیمان پرتلند، مصرف ساروج تقریباً متوقف شده است.

در قرن 18 به سال 1756 میلادی هنگامی که جان اسمیتونمأمور بازسازی برج چراغ دریایی ادیستون گردید، مطالعاتی را جهت دستیابی به یک سیمان مناسب انجام داد و به این نتیجه رسید که بهترین سیمان وقتی بدست می‌آید که در مخلوط آن از سنگ آهک و خاک رس استفاده شود.

در سال 1824، ژوزف آسپدین به این نتیجه رسید که جهت بدست آوردن سیمانی مناسب، مخلوط سنگ آهک و خاک رس باید حرارت داده شود و بالاخره در سال 1845، آیزاک جانسون سیمان پرتلند را به صورتی که امروزه شناخته می‌شود ، به نام خود ثبت کرد.

امروره شیوه کلی تولید سیمان پرتلند بدین صورت است که پس از استخراج مواد اولیه (سنگ آهک و خاک رس) و آماده کردن آنها، مخلوط را تا دمای بیش از حرارت می‌دهند.

حاصل این فرایند کلینکر است که آن را پس از سرد شدن با 3 الی 4 درصد وزنی سنگ گچ آسیاب می‌کنند تا پودر سیمان پرتلند بدست آید.

لازم به ذکر است نام پرتلند به جهت تشابه رنگ و کیفیت سیمان سخت شده با سنگ آهکی که در اطراف شهر پرتلند در ناحیه دُرست انگلستان وجود دارد، مورد استفاده قرار گرفته است.

2ـ2ـ تولید سیمان پرتلند به طور کلی تولید سیمان پرتلند مراحل مختلفی دارد که در ادامه به آن اشاره خواهند شد.

لکن پیش از ذکر آنها بیان این مطلب ضروری است که صنعت سیمان دارای دو عیب عمده زیر است: 1ـ مصرف انرژی بسیار بالا 2ـ ایجاد آلودگی محیط زیست و محققین و صنعتگران همواره در تلاش جهت تغییر خط تولید به گونه‌ای هستند که این معایب تا حد امکان مرتفع گردد.

2ـ2ـ1ـ انتخاب محل برای احداث کارخانه انتخاب محل مناسب جهت احداث کارخانه تولید سیمان با عوامل چندی در ارتباط است که عبارتند از : 1ـ کارخانه به معادن مواد اولیه (سنگ آهک و خاک رس) نزدیک باشد.

2ـ ظرفیت معادن مواد اولیه پاسخگوی نیاز دراز مدت کارخانه باشند.

3ـ کیفیت مواد اولیه در حد قابل قبولی باشد.

4ـ کارخانه به قطبهای مصرف نزدیک باشد.

همانطور که مشاهده می‌شود، عوامل یک و چهار مربوط به هزینه حمل و نقل در صنعت سیمان است.

از آنجا که مواد اولیه به کارخانه و سیمان تولیدی به قطبهای مصرف بسیار بالاست، محل کارخانه باید در جایی باشد که این هر دو مسافت حتی‌المقدور کمینه باشند.

عوامل دو و سه نیز در ارتباط با انتخاب معادن مناسب جهت قرضه کارخانه است.

یک معدن مناسب باید اولاً از نظر کیفیت دارای مواد قابل قبولی باشد.

ثانیاً از نظر کمیت بتواند حداقل بین 100 تا 150 سال مواد اولیه کارخانه را تأمین نماید.

در غیر این صورت ممکن است ساخت کارخانه از نظر اقتصادی به صرفه نباشد.

از آنجا که در ایران بیشتر سنگها آهکی به صورت رسوبی در قالب کوه هستند و در دشتهای مجاور این کوه‌ها معادن خاک رس موجود است.

معمولاً حد فاصل این کوه‌ها و دشتها محل مناسبی جهت احداث کارخانه است.

2ـ2ـ2ـ استخراج و انتقال مواد اولیه جهت استخراج سنگ آهک معمولاً از عملیات آتش باری استفاده می‌شود.

بدین صورت که با استفاده از مواد منفجره قسمتهای مورد نظر از کوه را منفجر می‌کنند و سنگ آهک را به صورت قطعات سنگی درشت بدست می‌آورند.

همچنین در استخراج خاک رس نیز، به دلیل سختی نسبتاً پایین معادن آن ، معمولاً از لودر(بیل مکانیکی)، بیلهای مکانیکی پرقدرت و بیلهای کششی استفاده می‌شود.

پس از استخراج مواد اولیه آنها را با استفاده از واگن، تسمه نقاله یا کامیونهای ویژه حمل مواد اولیه به کارخانه منتقل می‌‌کنند.

2ـ2ـ3ـ سنگ شکن سنگ آهکی که از معدن بدست می‌آید، در بدو ورود به کارخانه ، به قسمت سنگ شکن منتقل می‌شود.

سنگ شکنها که وظیفه خرد کردن قطعات بزرگ سنگ و ایجاد قطعات کوچکتر را بر عهده دارند، دارای انواع گوناگون همچون سنگ شکنهای فکی، چکشی و دورانی می‌باشند.

در زیر سنگ شکنها ، سرند اولیه وجود دارد که خرده سنگهای شکسته در سنگ شکن ، روی آن می‌ریزند.

قطعات مناسب خرده سنگها که از سرند اولیه عبور کنند، به قسمت دپوی مصالح منتقل می شوند و قطعات درشتی که روی سرند باقی می‌مانند، مجدداً به سنگ شکن باز می‌ گردند .

2ـ2ـ4ـ دپویمصالح مواد اولیه تا زمان مصرف در قسمتی از کارخانه انبار می‌شوند .

از آنجا که مواد اولیه نسبتاً ناهمگن و غیر یکنواخت است و سیمان تولیدی باید کاملاً یکنواخت باشد، شیوه انباشتن و برداشت مصالح به گونه‌ای است که تا حدودی این هدف را تامین کند.

بدین منظور از روش ًباند همگن سازً استفاده می‌شود.

در این روش ماشین مخصوصی که دارای یک بازوی متحرک در بالاست، در طول قسمت دپو بر روی ریل حرکت می‌کند و مواد آماده شده را توسط تسمه نقاله به بالا منتقل کرده ، با استفاده از بازوی متحرک، در کنار مسیر حرکت خود تخلیه می‌کند.

نتیجه این عمل در طول حرکت رفت و برگشتی ماشین، ایجاد یک خاکریز از مصالح مورد نظر در امتداد مسیر حرکت است.

هر ماشین می‌ تواند دو خاکریز در طرفین خود ایجاد کند و هر کارخانه بسته به حجم تولید، به تعدادی از این ماشینها مجهز است.

در هر صورت مواد اولیه در لایه‌های افقی بر روی هم ذخیره می‌شوند.

در صورت برداشت با مقاطع عمودی، قسمت برداشتی تقریباً شامل کلیه لایه‌ها خواهد بود.

2ـ2ـ5ـ آسیاب گلوله‌ای در فرایند آماده سازی مواد اولیه جهت تهیه سیمان، باید این مواد کاملاً به شکل پودر درآیند.

بدین منظور از آسیاب گلوله‌ای(ساچمه‌ای) استفاده می‌شود.

آسیاب گلوله‌ای استوانه‌ای است که محور آن با افق زاویه کوچکی می‌سازد ودارای ابعاد گوناگون همچون 10×4 متر است.

داخل این آسیاب ، گلوله‌هایی است که در قسمتهای اولیه آن بزرگترند و هرچه به انتهای آسیاب نزدیک شود، کوچکتر می‌گردند.

شیوه کار چنین است که در حالیکه استوانه می‌چرخد، این مواد با گلوله‌ها بالا می‌روند و از بالاترین نقطه سقوط می‌کنند.

توالی این صعود و سقوط ، منجر به آسیاب شدن مواد می‌شود.

مواد اولیه از قسمت ورودی آسیاب داخل می‌شوند و در اثر حرکت چرخشی و شیب استوانه به سمت خروجی پیش می‌روند و به صورت پودر از انتهای آن خارج می‌شوند.

سنگ آهک و خاک رس هر یک در آسیابهای جداگانه‌ای آسیاب می‌شوند و پودر آنها در سیلوهای مخصوص نگهداری می‌شود.

تفاوت آسیاب خاک رس با سنگ آهک آنست که به دلیل مرطوب بودن نسبی خاک رس، آسیاب کردن آن با حرارت همراه است تا پودر خاک رس به صورت کاملاً خشک بدست آید.

2ـ2ـ6ـ تهیه خوراک کوره پس از آماده شدن پودر سنگ آهک وخاک رس ، نوبت به تهیه خوراک کوره می‌رسد.

این عمل روشهای گوناگونی دارد و بر همین اساس ، روشهای مختلف تولید سیمان را دسته‌بندی می‌کنند.

بدین منظور چهار شیوه وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره می‌گردد.

2ـ2ـ6ـ1ـ روش تر داخل حوضچه‌هایی را از آب پر می‌کنند و سنگ آهک ، خاک رس و دیگر ترکیبات لازم را به نسبت معین به آن می‌افزایند .

یک بازوی مکانیکی هم‌زن وظیفه اختلاط مواد و جلوگیری از ته نشین شدن آنها را بر عهده دارد.

البته ممکن است از دمیدن هوای فشرده از زیر حوضچه به داخل آن هم استفاده شود.

از دوغاب بدست آمده نمونه بردای کرده ، در آزمایشگاه تجزیه می‌کنند تا نسبت مواد در آن را تشخیص دهند.

بدین ترتیب کمبود مواد و ترکیبات در دوغاب را تعیین و با استفاده از سیلوهای کمکی ، مواد لازم را به میزان کافی اضافه می‌ کنند تا دوغاب (لجن)با ترکیبات مناسب بدست آید.

دوغاب آماده شده را به کوره پخت سیمان می‌برند.

2ـ2ـ6ـ2ـ روش نیمه تر در این شیوه، دوغاب بدست آمده از روش تر را پیش از آنکه به کوره بفرستند، داخل فیلترهایی به شکل آکاردئون می‌‌فشارند تا آب آن گرفته شود.

حاصل ، خمیر سختی خواهد بود که پس از بریدن آن به شکل استوانه‌های کوچک ، این قطعات بدست آمده را به کوره می‌فرستند.

2ـ2ـ6ـ3ـ روش نیمه خشک در این روش، مواد اولیه را بر روی سینی‌های دواری به نام ًدستگاه گلوله سازً ریخته ، چهار الی پنج درصد آب اضافه می‌کنند .

حرکت دورانی سینی و رطوبت موجود باعث پیوستن پودر مواد اولیه به یکدیگر و ایجاد گلوله‌هایی به نام اماج می‌شود.

این گلوله‌ها خوراک کوره خواهند بود.

2ـ2ـ6ـ4ـ روش خشک در این روش، پودر سنگ آهک و خاک رس به صورت خشک با یکدیگر مخلوط می‌شوند و نمونه‌هایی از‌ آن تهیه می‌شود.

این نمونه‌‌ها در معرض تابش اشعه X قرار می‌گیرند و بازتاب اشعه تحلیل می‌شود.

از آنجا که هر ماده بازتاب مخصوصی از اشعه X دارد، با تحلیل طیفهای بازتابی از نمونه می‌توان درصد مواد گوناگون در نمونه را تعیین و نسبت به تنظیم آنها اقدام کرد.

مخلوط حاصل به همان صورت خشک خوراک کوره خواهد بود.

2ـ2ـ 7ـ کوره هنگامیکه خوراک کوره به هر یک از چهار روش فوق آماده شد، باید در دمای حدود1400 درجه سانتیگراد حرارت ببیند تا فعل و انفعالات لازم به وجود آید.

بدین منظور از دو نوع کوره استفاده می‌شود.

2ـ2ـ7ـ1ـ کوره قائم کوره قائم، استوانه‌‌ای است ایستاده به قطر معمولاً 2 تا 3 متر و ارتفاع 7 الی 10 متر که داخل آن با لایه‌ای از آجر نسوز پوشیده شده است.

خوراک کوره از بالا همراه با درصدی پودر ذغال کک وارد کوره می‌شود که ذغال در مجاورت آتش و دمیدن هوا از پایین کوره مشتعل گشته، حرارت لازم را تأمین می‌کند.

آنچه به صورت تفاله از پایین کوره خارج می‌شود، کلینکر نام دارد و جهت تولید سیمان از آن استفاده می‌شود.

در حالیکه این کوره سیستم بسیار ساده‌ای داشته، زود به بهره برداری می‌رسد، غیر یکنواختی کلینکر تولید شده ، هزینه پرسنلی زیاد ، تولید کم و مصرف ذغال کک گران قیمت از مهمترین معایب آن به حساب می‌آید.

علت عدم یکنواختی کلینکر آنست که برخی از خوارکهای کوره بیشتر حرارت می‌بینند و بعضی کمتر.

2ـ2ـ7ـ2ـ کوره گردنده افقی کوره گردنده افقی استوانه‌ای است فلزی به قطر حدود 3 تا 4 متر و طول کافی که گاهی تا 160 متر نیز می‌رسد.

محور این کوره با افق زاویه کوچکی می‌سازد تا مواد وارد شده از بالا، در اثر حرکت دورانی و شیب کوره به سمت پایین آن منتقل شوند.

حرارت لازم کوره توسط مشعلی که در قسمت انتهایی قرار گرفته و جریان‌های گرم و حرارت را از انتهای کوره به سمت ابتدای آن برقرار می‌کند تأمین می‌شود.

از آنجا که دما در داخل کوره بسیار زیاد است، جهت ‌گیری از انتقال آن به بدنه کوره ، قسمت داخلی آنرا با یک لایه آجر نسوز و همچنین عایق حرارتی (معمولاً پشم شیشه یا پشم سنگ) می‌پوشانند.

در صورت خاموش کردن کوره ، تغییرات دمایی بسیار زیاد حاصله (در حدود 1400 درجه)، ایجاد شوک حرارتی می‌کند و باعث تخریب بخشهای درونی کوره می‌شوند.

لذا حتی‌المقدور بجز در موارد ضروری یا تعمیر نباید کوره را متوقف نمود.

مواد اولیه از بالا وارد کوره می‌شوند.

در قسمت ابتدایی کوره، مواد در دمایی حدود 800 درجه کاملاً خشک می‌شوند.

در قسمت بعدی و در دمایی حدود 1000 درجه، سنگ آهک کلسینه می‌شود.

یعنی آن خارج می‌شود.

در قسمت انتهایی کوره حدود 25% مواد تحت دمایی بیش از 1400 درجه ذوب می‌شوند که این پدیده همراه با حرکت دوارنی کوره باعث چسبیدن سایر مواد به یکدیگر و تولید کلینکر می‌گردد.

این کلینکر به عنوان محصول نهایی کوره از قسمت انتهایی آن خارج می‌شود.

2ـ2ـ8 ـ جلوگیری از اتلاف انرژی همانطور که اشاره شد، در کوره‌های گردنده افقی دو جریان مخالف هم برقرار است: 1ـ جریان مواد از بالا به پایین.

2ـ جریان هوای گرم از پایین به بالا خروج کلینکر از پایین کوره و هوای گرم از بالای کوره ،‌باعث اتلاف بخش عظیمی از حرارت کوره و انرژی می‌شود.

لزوم مقابله با این پدیده ، به ابداع شیوه‌های گوناگونی منجر شد که در ادامه خواهد آمد.

2ـ2ـ8 ـ1ـ پیش گرم‌کن پیش گرم کن متشکل از ظروفی به شکل مخروطهای ناقص معکوس است که در بالای ورودی کوره نصب می‌شوند و مواد پیش از ورود به کوره، داخل آن می‌گردند.

هوای گرم خروجی از بالای کوره داخل این ظرفهای مخروطی شده، باعث گرم شدن مواد اولیه در آن می‌شود.

این مسأله هم باعث خشک شدن نسبی مواد و هم گرم شدن آنها می‌گردد و لذا به همین مقدار می‌توان از طول کوره کاست !

پیش گرم کن مجهز به یک فن دمنده و تیغه‌هایی در مسیر است که جریان هوا پس از تنظیم سرعت توسط فن، در برخورد با تیغه‌ها آشفته شده ، مواد اولیه را در خود شناور نگاه می‌دارد و گرم می‌‌کند.

2ـ2ـ8 ـ2ـ پیش کلسینه کن پیش کلسینه کن همانند پیش گرم کن بر مبنای استفاده هرچه بیشتر از انرژی تلف شده در بالای کوره ابداع شده است.

پیش کلسینه کن بین پیش گرم کن و کوره نصب می‌شود و درصدی از مواد در اثر حرارت آن کلسینه می‌شوند.

لذا به همین میزان می‌توان از طول کوره کاست و در انرژی و هزینه آن صرفه جویی نمود!

2ـ2ـ8 ـ3ـ کولر زنجیری قبلاً اشاره شد که بخش قابل توجهی از حرارت و انرژی کوره در قسمت انتهایی به دلیل خروج کلینکر داغ صورت می‌پذیرد.

از طرفی کلینکر بدست آمده از کوره ـ که دمایی بیش از 1400 درجه دارد ـ به همان صورت داغ قابل مصرف نیست و باید پیش از ادامه فرایند سیمان سرد شود.

این دو نکته سبب بکار گیری سیستمی به نام کولر شد تا هر دو منظور را تأمین کند.

کولرها انواع مختلفی دارند و سیستم عمومی آنها بدین شرح است که کلینکر داغ از کوره وارد کولر می‌شود و تحت اثر جریان هوای خنک قرار می‌گیرد.

از طرفی هوایی که در مجاورت کلینکرهای داغ گرم شده است، به داخل کوره هدایت می‌شود و میزان انرژی لازم جهت گرم کردن را کاهش می‌دهد.

یکی از انواع کولرها، کولر زنجیری است که در آن ، کلینکرها پس از خروج از کوره بر روی یک شبکه زنجیری ریخته می‌شوند و از پایین تحت دمش هوا قرار می‌گیرند.

جریان هوا در حرکت به بالا از میان کلینکرها ، آنها را خنک کرده، خود گرم می‌شود به داخل کوره می‌رود.

2ـ2ـ8 ـ4ـ کولر اقماری کولرهای اقماری عملکردی مشابه کولرهای زنجیری دارند و به صورت استوانه‌هایی با طول معین در قسمت انتهایی کوره نصب می‌شوند.

این استوانه‌ها از داخل به درون کوره راه دارند.

هنگامیکه کوره می‌چرخد و کلینکر آماده شده به انتهای آن می‌رسد، هر بار که یکی از استوانه‌ها در پایین کوره قرار می‌گیرد، مقداری کلینکر داخل آن می‌ریزد.

جریان هوایی که از درون هر استوانه برقرار است، پس از خنک کردن کلینکرها به مشعل کوره منتقل می‌شود و از این طریق باعث صرفه‌جویی در مصرف سوخت کوره می‌شود.

2ـ2ـ9ـ فیلترهای الکترواستاتیک هوای خروجی از بالای کوره ، پس از عبور از پیش گرم کن، در نهایت وارد جو می‌شود.

این هوا دارای مقدار قابل ملاحظه‌ای ذرات ریز معلق است که در صورت عدم بازیافت ، باعث آلودگی محیط زیست می‌شود.

جهت جدا کردن این ذرات از هوا ، از فیلترهای گوناگون استفاده می‌شود.

یکی از انواع این فیلترها ، فیلتر الکترواستاتیک است.

در این سیستم، صفحاتی فلزی با بار مثبت الکترواستاتیکی در مسیر خروجی هوا قرار می‌گیرند و ذرات هوا پیش از ورود به فیلتر به وسیله جریان برق فشار قوی، به بار منفی باردار می‌شوند.

ذرات با بار منفی به سمت صفحات با بار مثبت جذب می‌شوند و هوای خروجی عاری از آنها می‌گردد.

هنگامیکه ضخامت ذرات روی صفحات به حد معینی برسد، با دستگاه‌های لرزاننده صفحات را تمیز می‌کنند.

ذرات بدست آمده در صورت دارا بودن قابلیت مصرف ، به قسمت خوراک کوره بازگردانده می‌شوند.

لازم به ذکر است این صفحات در اثر رطوبت و اسیدی بودن گازهای کوره زنگ می‌زنند و باید هر از چندگاهی تعویض شوند.

2ـ2ـ10ـ آسیاب نهایی کلینکر کلینکر خارج شده از کولر دمایی در حدود 300 درجه دارد که هنوز مناسب ادامه روند تولید سیمان نیست ، لذا آن را در انبارهای سرپوشیده‌ای به مدت 5 تا 6 روز قرار می‌دهند تا دمای آن در مجاورت هوا به کمتر از 100 درجه ، یعنی حدود60 درجه برسد.

حال این کلینکر را همراه با حدود3% وزنی سنگ گچ به وسیله آسیابهای گلوله‌ای آسیاب می‌کنند و پودر حاصل را با استفاده از سرند الک می‌نمایند.

ذرات درشت‌تر از اندازه الک به آسیاب بازگردانده می‌شوند.

آنچه در نهایت بدست می‌آید، پودر سیمان پرتلند است که دارای 10×1 یا 10×11 ذره سیمان است.

بعداً خواهیم دید که سنگ گچ در زمان گیرش سیمان مؤثر است.

2ـ3ـ انتقال سیمان به محل مصرف سیمان پس از تولید در سیلوهای مخصوص ذخیره می‌شود تا از آنجا به کارگاه منتقل گردد.

انتقال سیمان به دو شکل انجام می‌شود که عبارتنداز: 1ـ پاکتی 2ـ فله‌ای در روش پاکتی، سیمان در پاکتهای استانداردی بسته بندی و راهی بازار مصرف می‌شود.

مطابق استاندارد ، کیسه‌ها باید در وزنهای 25 یا50 کیلوگرم و حداقل دارای سه لایه کاغذی باشند که جهت جلوگیری از نفوذ رطوبت ، بین دو تا از لایه‌ها باید غیراندود یا یکی از جنس پلاستیک باشد.

بر روی پاکتهای سیمان باید علامت تجاری کارخانه ، نام تولید کننده، نوع سیمان، وزن کیسه و تاریخ تولید با رنگ مخصوص به تیپ هر سیمان نوشته شده باشد.

در روش فله‌ای، ماشین مخصوص حمل سیمان در زیر سیلو بارگیری کرده، بار خود را به سیلوی کرگاه منتقل می‌کند.

هنگام تخلیه ماشین حمل سیمان، پس از اتصال لوله رابط به سیلو، با افزایش فشار و برقراری جریان هوا در لوله ، ذارت سیمان همانند سیال به داخل سیلو منتقل می‌شوند.

2ـ4ـ فساد سیمان دو عامل باعث فساد سیمان می‌شود که عبارتند از: 1ـ جذب رطوبت از محیط 2ـ جذب از هوا فساد سیمان در اثر رطوبت را هیدراته شدن و در اثر جذب را کربناته شدن گویند.

به منظور جلوگیری از فاسد شدن سیمان در کارگاه، نکات چندی در مورد انبار کردن و استفاده از سیمان باید مدنظر قرار گیرد که به آنها اشاره می‌نماییم.

1ـ در صورت انتقال سیمان از کارخانه به کارگاه به صورت کیسه‌ای ، حتماً سطح بارگیر تریلی با برزنت یا پلاستیک پوشیده شود.

2ـ هنگام تخلیه و انتقال کیسه‌ها از پاره‌ شدن آنها جلوگیری شود.

3ـ کیسه‌های رسیده به کارگاه در انبارهای سرپوشیده نگهداری شوند یا روی آنها روکش پلاستیکی قرار گیرد.

4ـ به هیچ وجه کیسه‌ها روی زمین چیده نشوند.

برای قرار دادن کیسه‌ها از سطوح چوبی که سطح آنها حداقل cm20 از زمین فاصله دارد استفاده شود.

5ـ حداکثر تعداد 12 کیسه سیمان روی یکدیگر قرار داده شوند.

6ـ هیچگاه بیش از مقدار مورد نیاز و پیش از زمان لازم ملات درست نشود.

در مورد اول و سوم، جذب رطوبت در اثر بارش احتمالی مد نظر بوده است.

مورد دوم مربوط به جذب رطوبت و هواست.

چهارمین مورد به جذب آب از زمین در اثر عوامل مختلف همچون جاری شدن آب در کارگاه اشاره دارد.

در صورت وجود فاصله مناسب بنی سطح چوب و زمین، جریان هوا زیر کیسه‌ها برقرار شده ، از مرطوب شدن آنها جلوگیری می‌‌کند (شکل 2ـ6) .

عدم رعایت نکته پنجم باعث می‌شود سیمان در کیسه‌های زیرین تحت فشار قرار گیرد و در اثر جذب اندکی رطوبت کلوخه شود (شکل 2ـ6).

نکته ششم نیز در این رابطه است که اگر احتمالاً یکی از محموله‌های رسیده به کارگاه فاسد یا دارای هر ایراد دیگری باشد، بتوان آن محموله را به راحتی شناسایی و جدا کرد .

آخرین مسأله به فاسد شدن سیمان و عدم کارایی ملات در اثر سپری شدن زمان گیرش آن اشاره دارد.

2ـ5ـ عناصر و خواص سیمان در فرایندهای تولید و مصرف سیمان، به طور عمده در دو مرحله با تغییرات شیمیایی مواجه هستیم: 1ـ هنگامیکه مواد در دمای بیش از 1400 درجه کوره با یکدیگر فعل و انفعال شیمیایی انجام می‌دهند.

2ـ هنگام مخلوط شدن سیمان با آب و انجام واکنش هیدراتاسیون .

در سیمان عناصر گوناگونی همچون کلسیم، سیلیسیم، آلومینیوم ، آهن ، منیزیم، سدیم، پتاسیم و گوگرد وجود دارد.

البته بیشتر این عناصر به صورت اکسید وجود دارند.

یعنی CaO، .

(در شیمی سیمانCaO را با C، را باS، را با A و را با F نمایش می‌دهند.) به این ترکیبات،اکسیدهای ساده سیمان گویند.

برخی از این ترکیبات در فرایندهای درونی کوره با یکدیگر ترکیب شده، اکسیدهای مرکب زیر را به وجود می‌آورند: دی کلسیم سیلیکات ، تری کلسیم سیلیکات ، تری کلسیم آلومینات ، تتراکلسیم آلومینات فریت مقادیر اکسیدهای ساده و مرکب در آزمایشگاه تعیین می‌شوند .

لکن سری فرمولهای تجربی باجو نیز در محاسبه مقادیر اکسیدهای مرکب کاربرد دارند.

این فرمولها عبارتنداز: هر کدام از اکسیدهای مرکب ، مسؤول بخشی از خواص سیمانند.

قسمت عمده سیمان از سیلیکاتهای کلسیم (حدود 50 درصد و بین 20 تا25 درصد ) تشکیل می‌شود و کلیه خواص مفید همچون چسبندگی ، ثبات ، مقاومت و … مربوط به آنهاست.

تفاوت با در آنست که با آب سریع واکنش داده ، مقاومت اولیه را همراه با حرارت هیدراتاسیون زیاد تولید می‌کند.

اما کندتر واکنش نشان داده ، با تولید حرارت هیداراتاسیون کمتر، تأمین مقاومت نهایی سیمان را بر عهده دارد.

به عبارتی مقاومت هفت روز اول توسط و مقاومت تا 28 روز و به بعد توسط تأمین می‌شود.

در کوره خود به خود تولید می‌شود و تنها می‌توان میزان آن را کم کرد.

اکسیدی است ناپایدار که در مجاور عوامل سولفاتی فوراً به ماده دیگری به نام اترنژیت تبدیل می‌شود.

اترنژیت در اثر جذب آب، افزایش حجم پیدا می‌کند که باعث ترک خوردن بتن می‌شود.

این پدیده را اصطلاحاً حمله سولفاتهاگویند.

با آب به سرعت واکنش داده، گیرش حاصل می‌ کند.

جهت جلوگیری از بروز این پدیده ـ که به آن گیرش آنی می‌گیرند ـ هنگام آسیاب نهایی کلینکر به آن بین 3 تا 4 درصد سنگ گچ می‌افزایند.

سنگ گچ با واکنش ایجاد می‌کند و سولفو آلومینات کلسیم نامحلول به وجود می‌آورد و از این طریق از ظهور گیرش آنی جلوگیری می‌نماید.

بعداً خواهیم دید جهت تهیه سیمان ضد سولفات (تیپ5) درصد را کاهش می‌دهند.

نقش چندانی در خواص سیمان ندارد و صرفاً به عنوان کاتالیزور حرارتی ایفای نقش می‌کند؛ به گونه‌ای که اگر نباشد، دمای پخت لازم در کوره مقداری بسیار بیشتر ا ز1400 درجه خواهد بود.

2ـ6ـ5ـ ضریب اشباع آهکی ضریب اشباع آهکی (L.S.F)گویای نسبت سنگ‌ آهک به خاک رس است و از فرمول ذیل محاسبه می‌شود.

در آزمایشگاه پس از تجزیه سنگ آهک و خاک رس ، مقادیر ترکیبات مورد نظر در فرمول L.S.F را محاسبه کرده ،ضریب اشباع آهکی را بدست می‌آورند.

مطابق آیین نامه مقدار این ضریب باید بین 66،0 و 02،1 باشد: اگر ضریب اشباع آهکی کمتر از 66،0 باشد، بدان معناست که مقدار سنگ آهک در سیمان کم است و سیمان مقاومت کافی ندارد.

اگر این ضریب از 02،1 تجاوز کند، بدان معنی است که میزان سنگ آهک بیش از مقدار لازم جهت ترکیب با خاک رس است .

مازاد سنگ آهک، در اثر حرارت زیاد کوره و فعل و انفعالات پیچیده آن به «آهک سوخته شده آزاد» تبدیل می‌شود.

تفاوت آهک سوخته شده آزاد با آهک در آنست که تغییر حجم آهک در مجاورت آب در چند لحظه انجام شده ، پایان می‌پذیرد؛ حال آنکه این پدیده در مورد آهک سوخته شده آزاد، بسیار آهسته و طی چند سال صورت می‌گیرد و اگر این سیمان در ساخت بتن بکار رود، باعث ترک خوردن آن می‌شود .

2ـ6ـ11ـ زمان گیرش تغییر وضعیت ژل سیمان از حالت خمیری به حالت جامد را گیرش گویند.

زمان گیرش سیمان از آن جهت حائز اهمیت است که کلیه عملیات انتقال ، پمپ ، در قالب ریختن و احتمالاً پرداخت سطحی بتن فقط در این بازه زمانی ممکن است.

به طور کلی دو نوع زمان گیرش در مورد سیمان لحاظ می‌شود که عبارتند از : 1ـ زمان گیرش اولیه 2ـ زمان گیرش نهایی آیین‌نامه حداقل گیرش اولیه را یک ساعت و حداکثر زمان گیرش نهایی را 10 ساعت (برای سیمانهای معمولی) می‌داند.

زمان گیرش با دستگاهی به نام ویکات (به نام شیمی‌دان فرانسوی) مطابق شکل 2ـ12 سنجیده می‌شود.

این دستگاه شامل یک بازوی متحرک متصل به میله‌ای عمودی است که تشکیلات سوزن همراه با عقربه نفوذ بر روی این بازو نصب است و در کنار آن صفحه مدرج عمودی قرار دارد.

در کنار میله عمودی و زیر بازوی متحرک یک مخلوط ناقص بر روی صفحه پایه قرار دارد.

تشکیلات سوزن شامل میله‌ای عمودی است که در یک طرف آن سوزنی با سطح مقطع دایره به قطر mm10 و در سر دیگر سوزنی به مساحت 1 قرار دارد.

از طرف با قطر mm10 برای تعیین میزان آب متعارف استفاده می‌شود(بخش 2ـ6ـ10) .