دانلود مقاله سیمان

سیمان اگر از مخلوطی از سنگ آهک، خاک رس با گچ در کوره دوار با حرارت زیاد پخته شود و بعد با مقدار کمی گچ از طریق آسیاب کردن به پودر تبدیل شود، محصول بدست آمده سیمان خواهد بود.

زمانی که سیمان با آب مخلوط شود واکنش شیمیایی آغاز میگردد و برروی سطح هر دانه سیمان، محصولات حاصل از هیدراته شدن پدید می آید.

که بر اثر اتصال این محصولات به یکدیگرتمام دانه ها با هم ارتباط می‌یابند.

براثر این ارتباط بتون سفت و سخت شده در نهایت، مقاومت حاصل می شود.

این واکنش های شیمیایی (هیدراتاسیون ) نامیده می شود که با تولید حرارت همراه است.

البته در قطعات نازک، مانند دیوارهاو یا دال ها (تا 200 میلیمتر ضخامت ) حرارت حاصل از هیدراتاسیون به سرعت از بین می رود.

پس از قالب برداری دیوارهایی با ضخامت 200 میلیمتر و بیشتر، حتی پس از 24 ساعت اززمان بتون ریزی چنانچه سطح آن لمس گردد، دمای بتون احساس می شود.

کارخانه سیمان سازی روش تولید سیمان به این صورت است که باتدا مواد خام آسیاب کرده و بعد آنها را با نسبتهای معین بطور کامل مخلوط می کنند و در مرحله بعد در یک کوره بزرگ دوار (دوران کننده) در درجه حرارت حدود 1300 تا 1400 درجه سانتیگراد حرارت می دهند.

در این درجه حرارت به مرز ذوب شدن رسیده و بخشی از آنها ذوب می شوند و سبب ایجاد گلوله هایی به نام کلینکر می شود.

کلینکر را سرد کرده و مقدار کمی سنگ گچ (1 تا2 درصد) به آن می افزایند و سپس آن را آسیاب می کنند تا بصورت پودر نرم درآید.

محصول به دست آمده سیمان پرتلند تجارتی است که به میزان بسیار وسیع در سراسر جهان تولید و مصرف می شود.

مخلوط و آسیاب کردن مواد خام را می توان یا در آب و یا در حالت خشک انجام داد که به همین جهت روشهای تر و خشک به وجود آمده است.

روشهای واقعی تولید به ماهیت مواد خام مصرف شدهنیز بستگی خواهد داشت.

روش تر: مواقعی که از سنگ آهک سست استفاده می شود، ابتدا آن را خرد کرده سپس به وسیله آسیاب شوینده در آب پخش می کنند (این آسیاب بصورت گداول مدوری است که در آن بازوهای شعاعی حامل میله های به هم زن در گردش هستند، در اثر برخورد میله ها با قطعات،‌ مواد جامد آنها را خرد می کنند) خاک رس نیز ابتدا خرد شده، سپس در یک آسیاب مشابه، با آب مخلوط می شود.

دو مخلوط به نحوی پمپ می شوند که با نسبتهای قبلاً تعیین شده با یکدیگر مخلوط شده و از میان یک سری صفحات مشبک عبور کنند.

دوغاب سیمان حاصل به داخل مخازن مخصوصی می ریزد (وقتی از سنگ آهک استفاده می شود ابتدا کوه را منفجر کرده و قطعات سنگی حاصل را در سنگ شکنها تا اندازه مورد نظر خرد کرده، مواد خرد شده را با خاک رسی که در آب حل شده داخل آسیابهای گلوله ای می ریزند.

در این حالت سنگ آهک کاملاً نرم شده و دوغاب سیمان حاصل به داخل مخازن نگهداری پمپ می شود).

از این مرحله به بعد، بدون توجه به ماهیت اصلی مواد خام،‌روشها یکسان خواهند بود.

تعریف: دوغاب مایعی است که از خامه رقیق تر و شل تر می باشد و مقدار آب آن از بین 35 تا 50 درصد است و تنها بخش کوچکی از مواد آن،‌ حدود 2% بزرگتر از 90 میکرون (مانده روی الک نمره 17 ASTN ) است.

معمولاً تعداد زیادی مخزن برای نگهداری دوغاب وجود دارد وبه وسیله همزن های مکانیکی، دمیدن هوای فشرده، از ته نشین شدن مواد جامد معلق در دوغاب جلوگیری به عمل می آید.

همان طور که قبلاً ذکر شد، مقدار آهک موجود تابعی از نوع مواد آهکی و رسی اولیه است.

تنظیم نهایی جهت انجام ترکیبات شیمیایی لازم را از مخلوط کردن دوغابهای مخازن مختلف به دست می آورند.

دوغاب حاوی مقدار آهک لازم به داخل کوره دوار ریخته می شود.

این کوره استوانه فولادی بزرگی است که داخل آن با آستری از مواد نسوز پوشیده شده و قطر آن تا 5/7 متر و طول آن تا 230 متر می رسد.

استوانه حول محور خود که با افق زاویه ای کوچک می سازد، به آهستگی می چرخد.

دوغاب از انتهای فوقانی کوره وارد می شود و گرد زغال به وسیله هوای فشرده از انتهای تحتانی (جایی که درجه حرارت به 1400 الی 1500 درجحه سانتیگراد می رسد) به داخل کوره پاشیده می شود.

(زغال نباید خاکستر زیادی ایجاد کند.

مقدار مصرف آن نیز برای یک تن سیمان بین 190 تا 350 کیلوگرم است) می توان مواد نفتی (150 لیتر در هر تن سیمان) یا گاز طبیعی را جایگزین گرد زغال کرد.

دوغاب در حرکت خود به طرف پایین کوره بتدریج در معرض حرارتهای بالاتری قرار می گیرد.

در وهله اول آب آن به خارج رانده شده و اکسید کربن آزاد می شود.

در این حالت در مواد خشک شده یک سری واکنشهای شیمیایی صورت می گیرد.

در گرمترین قسمت کوره حدود 20 تا 30 درصد از مواد ذوب شده و آهک، سیلیس و آلومینا دوباره با یکدیگر ترکیب شده و به هم می چسبند و به صورت گلوله هایی به قطر 3 تا 25 میلیمتر که به آنها کلینکر می گویند، در می آیند.

دستگاه کلینکر را به داخل دستگاههای خنک کننده می ریزد و کلینکر سرد شده سیاه رنگ و قدری براق و سخت است که با سنگ گچ آسیاب می شود تا از گیرش سریع سیمان جلوگیری به عمل آید.

عمل آسیاب کردن در آسیابهای گلوله ای که از چندین قسمت تشکیل شده و اندازه گلوله های آن بتدریج کوچکتر می شود، صورت می گیرد.

سیمان آسیاب شده الک می شود و ذرات ریز به وسیله جریان هوا به سیلوی نگهداری هدایت شده و ذرات درشت تر مجدداً آسیاب می شوند (ریزی ذرات سیمان به اندازه ای است که در هر کیلوگرم آن در حدود 12 10*2/1 ذره وجود دارد).

در انتها سیمان آسیاب شده برای بسته بندی در کیسه های کاغذی یا در بشکه و به صورت فله آماده حمل خواهد بود (شکل 4-1).

روش خشک و نیمه خشک: ابتدا مواد خامرا خرد می کنند و با نسبتهای مناسب به داخل یک آسیاب سایشی که در آن مواد خشک شده به صورت پودر بسیار نرم در می آید، می ریزند.

سپس پودر خشک را که خوراک خان نامیده می شود، به داخل سیلوی مخلوط کننده پمپ می گردد.

در این مرحله است که تنظیم نهایی نسبتهای مواد لازم برای تولید سیمان به عمل می آید.

در عمل برای بدست آوردن مخلوط یکنواخت، معمولاً خوراک خام به وسیله هوای فشرده کاملاً به هم زده می شود.

در بعضی از کارخانجات از روش مخلوط کردن مداوم استفاده می گردد.

در روش نیمه خشک خوراک مخلوط شده الک می شود و به داخل سینی های گردنده ای به نام گلوله ساز (هلیس) می ریزد و همزمان در حدود 12% وزن خوراک ،‌به آن آب اضافه می شود.

بدین طریق گلوله های سختی با قطر 15 میلیمتر ساخته می شود.

گلوله ها به وسیله گازهای مداومی که از کوره خارج می شوند، در دستگاههای پیش گرم کن مشبک حرارت دیده سخت می شوند، سپس گلوله وارد کوره شده مراحل بعدی به همان صورت روش تولید تر خواهد بود.

با توجه به درصد کم رطوبت،‌در این روش طول کوره به مراتب کوتاهتر است و مقدار کل زغال مصرف شده برای تولید هر تن سیمان به 100 کیلوگرم خواهد رسید.

در روش خشک مواد خام تغذیه کننده کوره که حدود 2% رطوبت دارد، از داخل یک پیش گرم کن (معمولاً از نوع معلق) عبور داده می شوند.

مواد خام قبل از رفتن به داخل کوره به دمای 1800 (درجه سانتیگراد) رسانده می شود.

از آنجا که مواد خام تغذیه رطوبتنی ندارد و همچنین به دلیل گرمای اولیه مواد خام، طول کوره می تواند خیلی کوتاهتر از روش خام باشد.

قسمت عمده مواد خام را می توان از میان یک کلسینه کننده سیمان (با به کار بردن یک منبع حرارتی جداگانه) که بین پیش گرم کن و کوره قرار گرفته است، عبور داده این عمل باعث تجزیه CaCo3 (کربناتاکلسیم) قبل از ورود مواد خام به کوره می شود و به میزان زیاد بازدهی کوره را افزایش می دهد.

(به طور مثال کوره ای به قطر 2/6 متر و طول 105 متر 6200 تن کلینکر در روز تولید می کند؛ در حالی که در روش تر در کوره ای به قطر 5/7 متر و طول 230 متر تنها 3600 تن کلینکر در روز تولید می شود.) روش خشک و نیمه خشک: ابتدا مواد خامرا خرد می کنند و با نسبتهای مناسب به داخل یک آسیاب سایشی که در آن مواد خشک شده به صورت پودر بسیار نرم در می آید، می ریزند.

(به طور مثال کوره ای به قطر 2/6 متر و طول 105 متر 6200 تن کلینکر در روز تولید می کند؛ در حالی که در روش تر در کوره ای به قطر 5/7 متر و طول 230 متر تنها 3600 تن کلینکر در روز تولید می شود.) در صفحه بعد شکلهای شماتیک کارخانه سیمان به هر دو روش تولیدتر و خشک نشان داده شده است.

(شکل های 4-1 و 5-1) انواع سیمان سیمان پرتلند: تمام سیمانهای پرتلند از دو ماده خام که یکی از نظر کلسیم و دیگری از نظر سیلیس غنی است، ساخته می شوند.

معمولاً این دو ماده به ترتیب آهک و یا گچ و خاک رس یا سنگ رسی است.

خاک رس و سنگ رسی معمولاً دارای ترکیبات آلومینیوم و آهن به مقدار زیاد است.

رنگ خاکستری سیمان پرتلند معمولی در اثر وجود ترکیبات آهن است.

در جدول 1-1 ترکیبات اصلی سیمان پرتلند و فرمول شیمیایی آنها نشان داده شده است.

در جدول 2-1 درصد ترکیبات مختلف موجود ، درجه نرمی و میزان مقاومت نسبی سیمانهای مختلف پرتلند نشان داده شده است.

جدول 1-1- ترکیبات اصلی موجود در سیمانهای پرتلند انواع سیمان پرتلند: الف – سمیان پرتلند نوع (I) پرتلند معمولی: این نوع سیمان بیشترین کاربرد را داشته، در ساخت بتون جهت ساخمانها ، جاده ها و کلیه کارهایی که نیاز به خواص خاصی ندارند مصرف می شود.

کسب مقاومت این نوع سیمان برای کلیه کارهای بتونی به اندازه کافی سریع است.

ب – سیمان نوع (II) متوسط:‌این نوع سیمان نسبت به نوع (I) مرغوب تر است و در مواردی که در مقابل تأثیر ضعیف سولفاتها احتیاط لازم باشد به کار می رود.

این سیمان کندگیرتر از سیمان تیپ (I) است،‌در زمان گیرش حرارت کمتری تولید می کند.

کاربرد این سیمان در ساختمانهای حجیم و مناطق ساحلی است و بدلیل تولید حرارت کمتر در زمان گیرش افزایش حجم آن کمتر است و مقاومت آن در مقابل تهاجم مواد شیمیایی بخصوص در آب دریا بیشتر از سیمان معمولی است.

ج – سیمان نوع (III) زودرس: از لحاظ شیمیایی مشابه سیمان پرتلند معمولی است.

ریز بودن ذرات آن باعث کسب مقاومت سریع در اوایل سن بتون می شود.

واژه سریع سخت شوندهنباید با گیرش سریع اشتباه شود.

بتونی که با سیمان پرتلند نوع (III) ساخته می شود، سفت و سخت شدن اولیه آن به همان سرعت سیمان پرتلند معمولی است،‌اما پس از سفت شدن اولیه، سرعت کسب مقاومت بتون بیشتر می شود.

مصرف آن در کارخانه های قطعات پیش ساخته و یا در مواقعی است که در کارگاه، کار با سرعت بیشتری انجام می شود.

به دلیل تولید حرارت بیشتر این نوع سیمان نسبت به نوع (I) مصرف آن در هوای سرد توصیه می شود و اثر منفی دمای پایین محیط در بتون را خنثی می کند.

د – سیمان پرتلند نوع (IV) کم حرارت: روند کسب مقاومت این نوع سیمان به آهستگی است و همان طور که از نام آن مشخص است،‌مقدار حرارت تولید شده در آن نسبت به سیمان پرتلند معمولی کمتر است.

به این دلیل مصرف آن برای بتون ریزی حجیم مانند سدها و جایی که کم شدن حرارت بتون امری حیاتی است، توصیه می شود.

هـ – سیمان پرتلند نوع (v) ضد سولفات: هر چند مواد متشکله این نوع سیمان مانند سیمان پرتلند معمولی است ما روش تولید آن باعث می شود که از لحاظ ترکیبهای شیمیایی کمی با یکدیگر تفاوت پیدا کنند؛ به نحوی که مقاومت بهتری در مقابل حمله سولفاتها از خود نشان می دهد.

این نوع سیمان مانند سیمان پرتلند معمولی نمی تواند در مقابل تهاجم اسیدها مقاومت کند و مقاومت آن در برابر کلرورها کمتر از سیمان معمولی است.

معمولاً رنگ این سیمان تیره تر از انواع دیگر سیمان است.

دوام بتون و مقاومت آن در مقابل تهاجم عوامل شیمیایی به طور عمده بستگی به یکپارچگی ،‌نفوذپذیری و تراکم مناسب بتون دارد.

مصرف این سیمان در بتون نباید از 280 کیلوگرمدر مترمکعب کمتر باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 55% تجاوز کند.

این نوع سیمان مقدار کمتری از سیمان معمولی حرارت تولید می کند.

از مصرف