سیمان 

ترکیبات شیمیایی سیمان:

مواد خام مورد مصرف در تولید سیمان در هنگام پخت با هم واکنش نشان داده و ترکیبات دیگری را به وجود می آورند. معمولا چهار ترکیب عمده به عنوان عوامل اصلی تشکیل دهنده سیمان در نظر گرفته می شوند که عبارتند از:

• سه کلسیم سیلیکات (3CaO))((SiO₂=C₃S)

• دو کلسیم سیلیکات ( 2CaOSiO₂=C₂S)

• سه کلسیم آلومینات (3CaOAl₂O₃=C₃A)

• چهار کلسیم آلومینو فریت

(4CaOAl₂O₃Fe₂O₃)


که اختصارا اکسید های CaO را با c ،SiO₂ را با S ،Al₂O₃ را با A و Fe₂O₃ را با F نشان می دهند.سیلیکاتهای C₃Sو C₂S مهمترین ترکیبات سیمان در ایجاد مقاومت خمیر سیمان هیدراته می باشند.در واقع سیلیکاتها در سیمان، ترکیبات کاملا خالصی نیستند بلکه دارای اکسید های جزئی به صورت محلول جامد نیز می باشند.این اکسید ها اثرات قابل ملاحظه ای در نحوه قرار گرفتن اتمها، فرم بلوری و خواص هیدرولیکی سیلیکاتها دارند.

ترکیبات دیگری نیز در سیمان وجود دارند که از نظر وزن قابل ملاحظه نیستند ولی تأثیرات قابل ملاحظه ای درخواص سیمان دارند که عمدتا
عبارتند از: MgO،TiO₂،Mn₂O₃،K))₂O،((NaO₂، که اکسیدهای سدیم و پتاسیم به نام اکسید های قلیایی شناخته شده اند. آزمایشها نشان داده است که این قلیائیها با بعضی از سنگدانه ها واکنش نشان داده اند و حاصل این واکنش باعث تخریب بتن شده است.البته قلیائی ها در مقاومت بتن نیز اثر دارند.

وجود سه کلسیم آلو مینات (C₃A) در سیمان نقش عمده ای در مقاومت سیمان به جزء در سنین اولیه ندارند و در برابر حملات سولفاتها که منجر به سولفوآلومینات کلسیم می شود نیز مشکلاتی به بار می آورد،اما وجود آن در مراحل تولید،ترکیب آهک،و سیلیس را تسهیل می کند.

میزان C₄AF در سیمان هم در مقایسه با سه ترکیب دیگر کمتر است و تأثیر زیادی در رفتار سیمان ندارند ولی در واکنش با گچ، سو لفو فریت کلسیم را می سازد و وجود آن به هیدراسیون سیلیکاتها شتاب می بخشند.

مقدار و اندازه واقعی اکسید ها در ترکیبات انواع سیمان،مختلف است.البته باقی مانده نا محلول که عمدتا از نا خالصی های سنگ گچ حاصل می گردد نیز اندازه گیری می شود.تا حدود 5/1 درصد وزن در سیمان مجاز است.افت حرارتی که دامنه کربناسیون و هیدراسیون آهک آزاد و منیزیم آزاد را در مجاورت هوا نشان می دهد نیز تا حدود 3 الی 4 در صد وزن سیمان اندازه گیری می شود.

هیدراسیون سیمان:

ماده مورد نظر ما ملات یا خمیر سیمان است که با اختلاط آب و پودر سیمان ماده چسباننده ای می شود.در واقع سیلیکاتها و آلومیناتهای سیمان در مجاورت آب محصولی هیدراسیونی را تشکیل میدهند که کم کم با گذشت زمان جسم سختی به وجود می آید.

دو ترکیب عمده سیلیکاتی سیمان در مجاورت آب محصولی هیراسیونی را تشکیل می دهند که کم کم با گذشت زمان جسم سختی به وجود می آید.

دو ترکیب عمده سیلیکاتی سیمان یعنی C₃Sو C₂S عوامل عمده سخت شدن سیمان هستند و عمل هیدراسیون روی C₃S سریعتر از C₂S انجام می گیرد .

حرارت هیدراسیون:

همانند هر واکنش شیمیایی،هیدراسیون ترکیبات سیمان نیز حرارت زا است و به میزان حرارتی که در هر گرم از سیمان هیدراته در اثر هیدراسیون در دمای معینی تولید مگردد، حرارت هیدراسیون گفته می شودو به روشهای مختلفی قابل اندازه گیری است.درجه حرارت و دمائی که در آن عمل هیدزاسیون انجام می شود تأثیر قابل ملاحظه ای در نرخ حرارت تولید شده است،دارد.

برای سیمانهای پرتلند معمولی حدود نصف کل حرارت تا سه روز و حدود
4/3حرارت تا حدود 7 روز و تقریبا 90 در صد حرارت در 6 ماه آزاد می شود . در واقع حرارت هیدراسیون بستگی به ترکیب شیمیایی سیمان دارد و تقریبا برابر است با مجموع حرارتهای ایجادشده یکایک ترکیبات خالص سیمان اگر به صورت جداگانه هیدراته شود.

هر گرم از سیمان تقریبا 120 کالری حرارت آزاد می کند.چون هدایت حرارتی بتن کم است لذا حرارت می تواند به عنوان یک عایق حرارتی عمل نماید.از طرف دیگر حرارت تولید شده به وسیله هیدراسیون سیمان می تواند از یخ زدن آب در لوله های موئینه بتن تازه ریخته شده جلوگیری نماید.بنابراین آگاهی به خواص حرارت زایی سیمان می تواند در انتخاب نوع مناسب سیمان برای هدف مشخصی مفید باشد.

همانطور که گفته شد نقش اصلی در مقاومت سیمان C₃S و C₂S ایفا می کنند وC₃S در 4 هفته سنین اولیه و C₂S پس از آن مقاومت سیمان را ایجاد می کنند. نقش این دو ترکیب در مقاومت سیمان پس از یک سال تقریبا مساوی میشود.

آزمایشهای سیمان :

به لحاظ اهمیت کیفیت سیمان در ساختن بتن،معمولا تولید کنندگان آزمایش های متعدد و استاندارد شده ای را برای کنترل کیفیت سیمان انجام میدهند و بعضا نیز مصرف کنندگان برای اطمینان خاطر،خواص سیمان تولید شده را از کارخانجات درخواست می کنند و گاها نیز آزمایشهائی انجام میدهند.

خواص فیزیکی سیمان عمدتا عبارتست از نرمی سیمان، گیرش سیمان، سلامت سیمان ومقاومت سیمان.

نرمی سیمان :

از آنجا که هیدراسیون از سطح ذرات سیمان شروع می شود،مساحت تمامی سطح سیمان موجود در هیدراسیون شرکت دارند.بنابراین نرخ هیدراسیون بستگی به ریزی سیمان دارد و مثلا برای کسب مقاومت سریعتر نیز به سیمان نرم تر یا ریزتر می باشد.اما باید توجه داشت که همیشه یک سیمان نرم از نظر اقتصادی و فنی مقرون به صرفه نیست.زیرا هزینه آسیاب کردن و اثرات بیش از حد نرم بودن سیمان بر خواص دیگر آن مانند نیاز بیشتر به گچ برای تنظیم گیرش،کار آیی بتن تازه و سایر موارد نیز باید مد نظر باشد. نرمی یکی از خواص عمده سیمان است که معمولا در استانداردها با سطح مخصوص تعیین می شود.(m²/kg).روشهای متداول و متفاوتی برای تعیین نرمی سیمان در دنیا به کار گرفته می شود.استاندارد ملی ایران به شماره 390 تعیین نرمی سیمان را مشخص می کند.

گیرش سیمان:

کلمه گیرش،برای سفت شدن خمیر سیمان به کار برده می شود،یعنی تغییر وضعیت از حالت مایع به جامد. گیرش به علت هیدراسیون C₃S و C₂A با افزایش دمای خمیر سیمان اتفاق می افتد.گیرش اولیه مربوط به افزایش سریع دما و گیرش نهایی مربوط به دمای نهایی است. مدت زمان گیرش سیمان با افزایش درجه حرارت، کاهش می یابد ولی آزمایش نشان داده است که در دمای حدود 30 درجه سانتی گراد اثر معکوس را می توان مشاهده نمود.در درجات حرارت پائین،گیرش سیمان کند می شود.