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