سیمان و مواد تشکیل دهنده آن

ساخت ویلا سیمان بدون شک یکی از مهمترین مصالح مورد استفاده در صنعت ساختمان است. این ماده شگفت انگیز از یک ماده ریز نرم به شکل پودر تشکیل شده است که به عنوان یک چسب نرم استفاده می شود و زمانی که آب به آن اضافه می شود برای سفت شدن و سفت شدن در هنگام قرار گرفتن در معرض هوا خاصیت چسبندگی و چسبندگی دارد. به دلیل اهمیت سیمان در صنعت بتن، در این مقاله تاریخچه صنعت سیمان و روش تولید آن از مواد اولیه و اجزاء و خواص آن را برجسته می کنیم.

تاریخچه مختصری از سیمان

آغاز سیمان سازی به تمدن های روم باستان برمی گردد سیمان از اختلاط درصد معینی از سنگ آهک و برخی مواد آتشفشانی که در مجاورت آب واکنش نشان داده و به توده ای جامد تبدیل می شد، ساخته می شد. قدمت سیمان رومی به بیش از ۲۰۰۰ سال می رسد!

سیمان پرتلند برای اولین بار توسط جان اسمیتون در سال ۱۷۵۶ پس از میلاد استفاده شد و جایگزین آهک هیدرولیک دوران قدیم شد. جان اسمیتون زمانی که برای ساختن فانوس دریایی ادیسون در سواحل بریتانیایی پلیموث فراخوانده شد، سیمان پرتلند را کشف کرد.

اختراع سیمان پرتلند معمولاً به جوزف اسپیدین نسبت داده می شود که در سال ۱۸۲۴ حق اختراع ساخت آهک هیدراته را به ثبت رساند و این محصول را سیمان پرتلند نامید، زیرا بسیار شبیه به ماده تولید شده توسط جان اسمیتون بود.

اما نزدیکترین نوع سیمان به سیمان مدرن سیمانی است که توسط آیزاک چارلز جانسون در جنوب شرقی بریتانیا در حدود سال ۱۸۵۰ ساخته شد. سپس دامنه تولید سیمان پرتلند گسترش یافت و تمام کشورهای اروپایی و آمریکای شمالی را پوشش داد. در طول قرن بیستم، فرآیند تولید سیمان در سراسر جهان گسترش یافت. تا سال ۲۰۱۹، چین و هند پیشتازان تولید سیمان در جهان شدند و پس از آن ویتنام، ایالات متحده و مصر در رتبه های زیر قرار گرفتند.

سیمان از چه موادی تشکیل میشود؟

سیمان پرتلند عمدتاً از ترکیبات آهکی تشکیل شده است که اکسید کلسیم CaO مخلوط با سیلیس SiO2 و آلومینا Al2O3 است. آهک از آهک خام به دست می آید، در حالی که اکسیدهای دیگر از مواد رسی به دست می آیند. مانند ماسه سیلیس، اکسید آهن Fe2O3 و بوکسیت که در ترکیب خود آلومینیوم هیدراته دارد.

ترکیب شیمیایی سیمان

مقادیر نسبی اجزای سیمان می تواند بر زمان گیرش و سرعت به دست آمدن استحکام، استحکام، پایداری و رنگ سیمان تأثیر بگذارد. به طور کلی چهار مولفه اصلی که وارد صنعت سیمان می شود به شرح زیر است:

• تری کلسیم سیلیکات
• دی کلسیم سیلیکات
• آلومینات تری کلسیم
• آهن تترا کلسیم آلومینات

متداول ترین مواد اولیه سنگ آهک، سنگ آهک و گچ است، اما می توان از مواد دیگری از جمله رسوبات مرجانی، گل و لای و لجن رودخانه نیز استفاده کرد. ماده خام دیگر سرباره کوره بلند است که معمولاً از آهک، سیلیس و آلومینا مخلوط با یک ماده آهکی حاوی مقدار زیادی آهک تشکیل شده است.

کائولن، خاک رس سفید حاوی مقدار کمی اکسید آهن نیز به عنوان ماده معدنی رسی برای تولید سیمان سفید استفاده می شود. مواد صنعتی اضافی مانند خاکستر بادی و کربنات کلسیم حاصل از تولید مواد شیمیایی و سایر مواد اولیه در تولید سیمان گنجانده شده است، اما درصد استفاده از آنها در مقایسه با مواد طبیعی ناچیز است. تمام ناخالصی‌های دیگر در مواد خام که باید کاملاً محدود شوند شامل ترکیبات فلوئور، فسفات‌ها، اکسیدهای فلزی، سولفیدها و قلیایی هستند.

مواد اولیه مورد استفاده در صنعت سیمان از معادن سنگ آهک به روش بلاست یا روش های دیگر استخراج می شود. سنگ های نرم تر مانند گچ و خاک رس مستقیماً توسط ماشین آلات و ماشین آلات استخراج می شوند. مواد استخراج شده بر روی کامیون ها، واگن های باری ریلی و نوار نقاله های طناب دار به کارخانه سنگ شکن منتقل می شوند.

فرآیند تولید سیمان

چهار مرحله در فرآیند تولید سیمان پرتلند وجود دارد که عبارتند از:

• آسیاب کردن مواد خام
• مواد را به نسبت مناسب مخلوط کنید
• مخلوط آماده شده را در فر بسوزانید
• آسیاب گرانول های سوخته معروف به کلینکر با حدود ۵ درصد دوغاب (برای کنترل زمان گیرش سیمان)

روش های مختلفی در فرآیند تولید سیمان اتخاذ می شود که عبارتند از روش مرطوب، روش خشک و روش نیمه خشک. حدود ۴ تا ۸ درصد گاز دی اکسید کربن فراگیر در جهان از صنعت سیمان تامین می شود و این سهم زیادی در گرم شدن کره زمین دارد.

برخی از مشکلات ناشی از انتشار گازهای گلخانه‌ای در سایر بخش‌های صنعت سیمان، از جمله افزایش بهره‌وری انرژی کارخانه‌های سیمان، جایگزینی سوخت‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر، و جذب و ذخیره‌سازی دی اکسید کربن منتشر شده، رایج است. علاوه بر این، بخش قابل توجهی از انتشار گازهای گلخانه ای مربوط به تولید کلینکر است.

برخی از عوامل کلیدی بر کیفیت سیمان تاثیر دارند. خواص فیزیکی سیمان خوب بر اساس موارد زیر تعیین می شود:

• نرمی
• تست ایمنی
• ثبات اندازه
• دوام – استحکام
• زمان شک و تردید
• دمای هیدراتاسیون
• افت حرارتی
• چگالی جرمی
• وزن مخصوص (چگالی نسبی)

منبع :  ساخت و ساز