X
تبلیغات
??== Civil + Architect - تحقیق سیمان

??== Civil + Architect

تحقیق سیمان

  سیمان چیست؟

  سیمان ها مواد چسبنده ای هستند که قابلیت چسباندن ذرات به یکدیگر و بوجود اوردن جسم یک    پارچه از ذرات متشکله را دارند .

سیمان در بتن کاربرد دارد و وظیفه آن صرفا چسباندن دانه ها به یکدیگر است و به خودی خود تاثیری در مقاومت و باربری ندارد .از این رو بتن خوب بتنی است که وقتی نمونه ای از آن شکسته شود ،  دانه های سنگی آن از وسط شکسته شده و سیمان ها پاره نشود.

سیمان ها دارای ریشه آهکی می باشند . به عبارت دیگر ماده اصلی تشکیل دهنده آنها آهک و ماده اولیه اصلی آنها سنگ آهک است . بر این اساس سیمان ترکیبی است از اکسید کلسیم (آهک) با سایر اکسید ها نظیر اکسید آلومنیوم ، اکسید سیلیسیم ، اکسید آهن ، اکسید منیزیم و اکسید های قلیایی که میل ترکیب با آب داشته و در مجاورت هوا و در زیر آب به مرور سخت می گردد و دارای مقاومت می شود .

با توجه به مشخصه فوق سیمان می تواند دارای ترکیبات متفاوتی باشد و اصولا جزو ملات های آبی محسوب می گردد . ملات های آبی از دوران گذشته شناخته شده بودند . از جمله این ملات ها آهک است که مصری ها و یونانی ها با مخلوط کردن آن با خاکستر آتشفشانی ، خاک آجر و آب به نوعی آهک آبی دست می یافتند که خاصیت سخت شدن و فشار پذیری  داشت . با به کار بردن این ساروج رومی ها توانسته اند ساختمان های عظیمی بسازند که هنوز بقایای آن ها پس از گذشت چند هزار سال پا بر جا و قابل مشاهده باشد .

تاریخچه کشف سیمان

اولین اقدام بشر که در زمینه تهیه مخلوط مصنوعی از سنگ آهک و خاک رس برای تهیه  سیمان (آهک آبی) صورت گرفت ، در فرانسه و توسط ویکات () در ابتدای قرن نوزدهم بود . ویکات ، سنگ آهک و خاک رس را با هم مخلوط کرد و سپس به همراه آب این مخلوط را آسیاب نمود و دوغاب حاصله را پخت. گرچه نتیجه حاصله موفقیت آمیز بود ،ولی عملا در فرانسه این روش ادامه داده نشده تا اینکه در انگلستان یک بنای آجرچین به نام () موفق شد از پختن مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس (به نسبت متفاوت و بصورت دوغاب) در درجه حرارت بالا به نوعی آهک آبی فوق العاده جالب دست یابد . وی نام این محصول بدست آمده را سیمان پرتلند () گذاشت و در 21 اکتبر 1824 سیمان اختراعی خود را به ثبت رسانید .        

علت این نامگذاری این بود که بتن (سنگ مصنوعی) حاصل از این آهک آبی و خرده سنگ شباهت های زیادی (خصوصا از نظر رنگ) با نوعی سنگ آهک داشت که در جنوب انگلستان و در جزیره پرتلند یافت می شد . البته این سیمان با آنچه هم اکنون به نام سیمان پرتلند معروف است تفاوت دارد و کاملا مشابه نیست .

کار اسپیدین توسط پسرش ویلیام () پیگیری شد و وی توانست در سال 1843 با دست یابی به تکنیک استفاده از درجات حرارت بالاتر و ایجاد حالت عرق کردن در حین پخت به محصولی دست یابد که درصد قابل توجهی از مواد مورد استفاده به صورت گداخته شده () و مابقی بصورت پخته شده درآید. منظور از گداخته شدن () همان پختن در درجات حرارت بالاست ، بطوریکه بخشی از مواد در حال پخت بصورت گداخته (مذاب) درآیند . سیمان ساخته شده توسط ویلیام اسپیدین واقعا بهتر و عالی تر از سیمان های قبلی بوده و دارای مقاومت بیشتری بود . از این سیمان در ساختمان جدید پارلمان انگلستان (1840_1852) استفاده گردید .

روش های پخت سیمان  

 روشهای مختلفی برای توليد سيمان وجود دارد . اصولا چهار روش برای تولید       

  سيمان وجود دارد :   

   روش تر       روش نيمه تر       روش نيمه خشک     روش خشک

روش تر ونيمه تر :    دراين روش خاک رس مصرفی دردستگاه دوغاب ساز() ، تبديل به دوغاب می گردد . سپس دوغاب خاک رس به همراه سنگ آهک درآسياب مواد خام مخلوط و نرم گشته و تبديل به دوغاب با غلظت بيشتری می شود . پس از تنظيمات لازم توسط آزمايشگاه ، به عنوان خوراک کوره موردمصرف قرارمی گيرد . درروش نيمه تر ، مواد خروجی از آسياب مواد به صورت دوغاب است و قبل از ورود به کوره بوسيله فيلتر پرس ، آب آن گرفته می شود و به صورت کيک يا آماج (حبه) به کوره وارد می گردد .

 روش نيمه خشک :      در روش نيمه خشک مواد اوليه به صورت خشک با يکديگر مخلوط گشته و به آسياب مواد خام تغذيه می گردند . مواد خروجی از آسياب به صورت پودر است . قبل از تغذيه اين پودر به کوره ، مقداری آب روی آن پاشيده می شود و آنرا به صورت آماج يا حبه درآورده و به کوره تغذيه می نمايند روش خشک :        در اين روش مواد اوليه خشک وارد آسياب می شوند . پودر خروجی از آسياب مواد ، پس از تنظيم ، به عنوان خوراک کوره مصرف می گردد.

روش های مختلفی برای تولید سیمان های مختلف وجود دارد که عمدتا بستگی به تکنولوژی مورد استفاده و جنس سیمان دارد . تکنولوژی مورد استفاده برای تولید سیمان به مرور دستخوش تحول و پیشرفت بوده است . هم اکنون صنعت سیمان با برخورداری از آخرین تکنیک های اعجاب انگیز ، با استفاده از روش خشک و به کمک سیستم های اتوماتیک ،شاهد پیشرفت های شگرف در طول تاریخ 160 ساله تولید صنعتی خود می باشد . روش های تولید برخی سیمان ها نظیر سیمان آلومینایی کاملا متفاوت با روش تولید سیمان پرتلند می باشد .

 تفاوت های روش خشک و تر :

 در روش تر به علت آنکه نسبت به روش خشک گرد و خاک کم تری توليد می نمايد برای حفظ جان کارگران مناسب تراست ، سيمان حاصل از روش تر به علت آنکه بهتر مخلوط شده است ، مرغوب تر می باشد . هزينه سوخت سيمان پزی در روش تر بيشتر است و در نتيجه سيمان گران تر تمام می شود . نگهداری مصالح در سيلوهای ذخيره به روش تر مشکل تر می باشد ، زيرا دانه های موجود در لجن آسانتر رسوب می نمايند و در نتيجه يکنواختي دانه ها با سهولت بيش تری نسبت به روش خشک به هم می خورد . بدين لحاظ سيلوهای نگهداری مصالح به روش تر بايد مجهز به مخلوط کن باشند که ممکن است اين مخلوط کردن به دميدن هوا از پايين در سيلو انجام می شود که اين روش و دميدن در نگهداری مواد به روش خشک هم به کار می رود .

  کوره های سیمان پذی :                              

الف_ کوره سیمان پذی ایستاده :

این کوره استوانه ای است . فولادی به قطر حدود 3 متر و به ارتفاع 15 متر مواد خام به صورت پودر از بالا وارد کوره شده و به آهستگی به داخل کوره می لغزد و می پزد و به شکل کلینگر بیرون می ریزد .

ظرفیت تولید سیمان این کوره کم است و روزانه به حدود 150 تن می رسد . در حال حاضر در ایران از این کوره ها استفاده نمی شود .

ب_ کوره سیمان پذی گردنده :

روش پخت سیمان در کوره های گردنده متفاوت است . در این کوره ها سیمان بصورت تر و نیمه تر پخته میشود . انتخاب روش واقعی تولید سیمان معمولا متناسب با انتخاب نوع مواد اولیه موجود و در دسترس و شرایط عملی است . روش پخت سیمان در کوره های دوار به مرور پیشرفت های زیادی کرده که از جمله آن ها کوره گردنده با پیش گرمکن است . مواد خام بصورت گندله و یا لجن از بالا وارد کوره شده و از سوی دیگر (پایین کوره) شعله می دهند . مواد خام به آهستگی از دهانه به انتهای کوره سر می خورند و به تدریج که دما افزایش می یابد ، مواد می پزند و در گرم ترین قسمت کوره دهانه های مواد در حرارت نزدیک به نقطه ذوب عرق کرده و به هم می چسبند و به صورت کلینکر در می آیند . در انتهای کوره و با کمک دستگاه خنک کننده (به وسیله عبور هوای سرد و یا جریان آب) کلینکر سرد می شود .

در کوره گردنده با پیش گرمکن قبل از ورود مواد اولیه به کوره دوار ، تنور های پیش گرمکن قرار دارند . مواد خام قبل از ورود به کوره دوار ابتدا از داخل این تنور ها عبور داده می شوند . از پایین تنوره گازهای داغ برخاسته از کوره گردنده به داخل تنوره ها وارد می شود . مواد خام در حرکت به سمت انتهای تنوره تا 800 درجه سانتیگراد گرم شده و قسمت زیادی از سنگ آهک آن پخته و مواد بصورت نیم پخت وارد کوره گردنده می شوند . در نتیجه این عمل بازده کوره افزایش یافته و آهک بیشتری با سیلیس ترکیب می شود . بعلاوه آهک آزاد کمتری در سیمان تولیدی نیز باقی می ماند . بازدهی کوره های گردنده سیمان پذی با پیش گرمکن به حدود 3500 تا 4000 تن در شبانه روز می رسد .                                          

ترکیبات شیمیایی سیمان

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

1- تری كلسيم سيليكات(3CaO , SiO2) با علامت اختصاری(C3S) 

2- دی كلسيم سيليكات(2CaO , SiO2) با علامت اختصاری(C2S)  

3- تری كلسيم آلومينات (3CaO , Al2O3)با علامت اختصاری  (CA)

4- تترا كلسيم آلومينو فريت (4CaO , Al2O3 , Fe2O3)با علامت اختصاری(C4AF)

سیلیکات های C3S و C2S مهمترین ترکیبات سیمان در ایجاد مقاومت خمیر سیمان هیدراته می باشند . در واقع سیلیکات ها در سیمان ، ترکیبات کاملا خالصی نیستند ، بلکه دارای اکسید های جزیی به صورت محلول جامد نیز می باشند . این اکسید ها اثرات قابل ملاحظه ای در نحوه قرار گرفتن اتمها، فرم بلوری و خواص هیدرولیکی سیلیکات ها دارند .                   1) تري كلسيم سيليكات:

اين ماده سريعاً وارد واكنش هاي شيميايي شده و بتن را سفت مي كند. C3S در هنگام تركيب با آب گرماي زيادي ايجاد مي كند . (120 كالري بر گرم)

اين ماده نقشی در مقاومت سيمان ندارد و در برابر حمله ي سولفات ها كه منجر به سولفو آلومينات كلسيم مي شود نيز مشكلاتي به بار مي آورد، اما وجود آن در مراحل توليد، تركيب آهك و سيليس را تسهيل مي كند.

2) دي كلسيم سيليكات:

خصوصيات C2S برخلاف C3S مي باشد بدين معني كه گيرش اوليه دي كلسيم سيليكات كم است و بعد از 2 تا 7 روز و حتي تا يك ماه به تدريج وارد عمليات شيميايي مي شود (به عبارت ديگر ديرگير است). اين ماده در هنگام گرفتن گرماي كمي توليد مي كند. (حدود 62 كالري بر گرم)

3) تري كلسيم آلومينات:

اين ماده همان خواص (C3S) را دارد بدين معني كه در گيرش اوليه سيمان دخالت مي كند و از طرفي مقاومت بتن را در مقابل حمله ي سولفات ها مي كاهد. در هنگام گيرش گرماي بيشتري نسبت به ساير اجزا سيمان توليد مي كند (210 كالري بر گرم)

4) تترا كلسيم آلومينوفريت:

از نظر گيرش حد متوسط را دارد و حدود 100 كالري بر گرم گرما آزاد مي كند.

ميزان C4AF در سيمان در مقايسه با سه تركيب ديگر كمتر است و تاثير زيادي در رفتار سيمان ندارد ولي در واكنش با گچ، سولفوفريت كلسيم را مي سازد و وجود آن به هيدراسيون سيليكات ها شتاب مي بخشد.

 

ترکیبات دیگری نیز در سیمان وجود دارند که از نظر وزن قابل ملاحظه نیستند ولی تاثیرات قابل ملاحظه ای در خواص سیمان دارند که عمدتا عبارتند از :  MgO، TiO2، Mn2O3، K2O، NaO2 كه اكسيدهاي سديم و پتاسيم به نام اكسيدهاي قليايي شناخته شده اند. آزمايش ها نشان داده است كه اين قليايي ها با بعضي سنگ دانه ها واكنش داده اند و حاصل اين واكنش باعث تخريب بتن شده است. البته قليايي ها در مقاومت بتن نيز اثر دارند .   ساختار ملکولی سیمان

بيش از 2 هزار سال است كه بشر با اشكال گوناگوني از سيمان آشنا شده و در اين مدت طيف گسترده‌اي از سازه‌هاي سيماني و بتوني را نيز با استفاده از اين ماده ارزشمند ارائه كرده است، اما همواره ساختار مولكولي اين ماده و چرايي استحكام خيره‌كننده آن در تركيب با آب براي دانشمندان معمايي بزرگ بوده است. اكنون اين معما حل شده است. دانشمنداني در دانشگاه MIT با انجام مطالعاتي گسترده در اين خصوص متوجه حقايق تازه‌اي درباره ساختار كريستالي اين ماده شده‌اند كه در ابعاد اتمي و در تركيب با ساختار مولكولي آب ، تركيب مستحكمي را خلق مي‌كند . در حقيقت استحكام سيمان در تركيب با آب براي دانشمندان همواره عجيب و بحث برانگيز بوده است.

البته در گذشته تلاش‌هايي درخصوص رمزگشايي از اين معما صورت گرفته و مشخص شده بود كه در سطوح اتمي، هيدرات‌هاي سيمان در برگيرنده مولكول‌هاي سيليكايي است كه در استحكام بالاي اين ماده در تركيب با آب نقش قابل توجهي را ايفا مي‌كند، اما اكنون تيمي از دانشمندان دانشگاه MIT دريافته‌اند مولكول‌هاي سيليكاي مورد نظر به شكل كريستال نيستند و اين در حالي است كه تاكنون اين‌گونه تصور مي‌شده است . بررسي‌هاي دقيق اين دانشمندان نشان مي‌دهد اين تركيب در حقيقت هيبريدي است كه برخي از ويژگي‌هاي ساختار كريستالي و همچنين برخي مشخصه‌هاي ساختار بي‌شكل موادي نظير شيشه يا يخ را در خود دارد. به نظر مي‌رسد اكنون و با تكيه بر يافته‌هايي از اين دست، راهكارهاي تازه‌اي براي استفاده گسترده‌تر از اين ماده در صنايع ساختمان‌سازي سراسر جهان ارائه شود و در عين حال از نقش آن در افزايش آلاينده‌هاي زيست‌محيطي از جمله دي‌اكسيدكربن كاسته شود. در حال حاضر صنايع سيمان‌سازي جهان سهم 5 درصدي در توليد آلاينده‌اي همچون دي‌اكسيدكربن اتمسفر زمين دارد .

 

روند تهیه سیمان

شرح كامل مراحل ساخت سيمان نياز به حوصله و زمان زيادي دارد براي همين منظور تنها به نام بردن آن ها و شرح مختصري از آن ها اكتفا مي كنيم.

1) استخراج مواد اوليه : معادل اوليه سيمان، خصوصاً سنگ آهك، خاك رس، مارل، سنگ گچ و امثال آن به صورت معدن روباز مي باشد. در استخراج موادي نظير سنگ آهك، سنگ آهن و سنگ گچ نيز نياز به چال زني و انجام انفجار به وسيله ي ديناميت است. معمولاً كارخانجات سيمان در نقاطي احداث مي شود كه به معادن سنگ آهك و خاك رس نزديك باشد.

2) خرد كردن مواد اوليه : مواد اوليه پس از ورود به كارخانه مستقيماً به محل آسياب ها برده شده و به وسيله ي سنگ شكن ها خرد مي شود تا درشتي آنها به حداكثر حدود 10 سانتي متر برسد.

اگر فاصله ي معدن تا كارخانه زياد باشد از سنگ شكن هاي ثابت استفاده مي شود ولي اگر سنگ شكن ها در محل معدن مستقر باشند بايد از سنگ شكن هاي متحرك استفاده كرد زيرا با بهره برداري مصالح، معدن به تدريج عقب نشيني مي كند كه در اين صورت بايد سنگ شكن ها هر روز سكوي خود را تغيير دهند.

3) مخلوط كردن اوليه و ذخيره سازي :

قبل از اينكه مواد خرد شده در سنگ شكن، راهي آسياب مواد جهت پودر شدن شوند، به داخل سالني ريخته مي شوند تا بدينوسيله مقدمتاً با يكديگر مخلوط شوند. اين سالن نقش انبار و ذخيره سازي را نيز ايفا مي كنند.

4) خشك كردن مواد اوليه : در برخي كارخانجات سيمان، به دليل موقعيت خاص جغرافيايي و باران خيز بودن منطقه، برخي از مواد اوليه (خصوصاً خاك رس)، داراي رطوبتي هستند كه استفاده ي مستقيم از آنها امكان پذير نمي باشد. اين رطوبت در آسياب مرحله ي دوم ايجاد مزاحمت مي كند به همين جهت اين مواد را به وسيله ي هواي گرمي كه در قسمت هاي مختلف كوره ي اصلي توليد مي شود، خشك مي كنند.

5) پودر كردن مخلوط مواد خام : در روش خشك توليد سيمان، ضرورت دارد كه مواد خام قبل از ورود به كوره به صورت پودر در آيند.

6) تنظيم مواد خام : در اين مرحله نمونه ها به آزمايشگاه برده مي شود و اگر اين نمونه با توجه به نوع سيماني كه بايد تهيه شود، داراي كليه مواد مورد نياز با درصد لازم بوده و پراكندگي مواد در آن مطلوب باشد، آماده ي وارد شدن به كوره مي باشد.

7) كوره هاي پيش گرم كن : مواد موجود در سيلوها چه به صورت لجن و چه به صورت پودر داراي حرارت محيط مي باشد و اغلب داراي آب فيزيكي هستند كه اگر به همين صورت وارد كوره شوند اولاً مصرف سوخت را بالا مي برند و ثانياً در كار پخت سيمان اخلال ايجاد مي كنند به همين جهت مواد داخل سيلو قبل از ورود به كوره ي اصلي وارد كوره ي پيش گرم كن مي شوند.

8) كوره ي سيمان پزي : قسمت اصلي عمل پختن در كوره صورت مي گيرد. كوره سيمان يك استوانه فلزي است كه طول و قطر آن متناسب با ظرفيت كارخانه مي باشد.

9) خنك كن (كولر) : كلينكر خروجي از كوره داراي درجه حرارتي حدود 1000 تا 1200 درجه مي باشند. بازيابي اين مقدار حرارت و همچنين مشكل بودن جابجا كردن كلينكر داغ، ضرورت سرد كردن آن را مشخص مي كند. خاصيت اساسي ديگر سرد کردن كلينكر، تكميل و تشكيل كريستال هاي كلينگر و بالا رفتن كيفيت آن مي باشد.

10) سيلو (انبار) كلينكر: كلينكر خروجي از خنك كن قبل از ورود به آسياب سيمان در انبار ذخيره مي گردد.

11) آسياب سيمان : كلينكر را به آسياب برده و 2 درصد سنگ گچ به آن مي افزايند و سپس آن را پودر مي كنند.

12) آزمایشگاه : سیمان پودر شده به طور مرتب آزمایش می شود تا خواص فیزیکی و شیمیایی آن کنترل شود و در صورت کمبود  یا نقص کارهای لازم بر روی آن اعمال شود.

13) بارگير خانه : كلينكر را پس از آسياب به قسمت بارگيري برده و به وسيله ي پاكت هاي 50 كيلويي و يا به صورت فله اي به بازار عرضه مي شود.

انبار کردن سیمان :

در موقع انبار کردن سیمان باید دقت شود که رطوبت هوا و زمین باعث فاسد شدن سیمان نشود؛ بدین لحاظ باید آن را روی قطعات تخته که با زمین در حدود 10 سانتیمتر فاصله دارد قرار داد و تعداد کیسه هایی که روی هم قرار می گیرند نباید از 10 الی 12 کیسه بیشتر باشد زیرا در غیر این صورت سیمان های زیرین در اثر فشار سخت شده و غیرقابل مصرف می گردد. چنانچه این قطعات سخت شده به راحتی با دست به صورت پودر درآید قابل مصرف در قطعات بتنی می باشد در غیر این صورت سیمان فاسد شده و بتن ساخته شده با این نوع سیمان باربر نبود و نمی توان از آن در قطعات اصلی ساختمان مانند تیرها و ستون ها و سقف ها استفاده کرد. چنانچه این سیمان کاملا فاسد نشده باشد میتوان از آن به عنوان ملات برای فرش موزاییک و غیره استفاده کرد.

اگر بخواهیم سیمان را برای مدتی طولانی انبار کنیم، باید حتی المقدور با دیوارهای خارجی انبار فاصله داشته باشد و روی آن با ورقه های پلاستیکی پوشانیده شود تا حتی المقدور از نفوذ رطوبت به آن جلوگیری شود. اگر سیمان به طور صحیح انبار شود حتی تا یکسال بعد نیز قابل استفاده می باشد فقط ممکن است زمان گیرش آن به تاخیر بیفتد ولی اثری در مقاومت 28 روزه آن نخواهد داشت.

انواع سیمان

الف_ انواع سیمان پرتلند :

1) سيمان پرتلند تيپ يك (I) (سيمان معمولي) :

اين سيمان رايج ترين و پرمصرف ترين سيمان به شمار مي رود و اغلب كارخانه هاي دنيا در شرايط عادي اين سيمان را توليد مي كنند. اين سيمان در شرايط آب و هواي عادي مصرف مي شود و استفاده از آن در اغلب كارهاي ساختماني مانند پل، تونل، ساختمانهاي بتني و غيره مجاز مي باشد. اين سيمان در برابر سولفات ها مقاومت چنداني ندارد بنابراين در ساختن اسكله ها و پايه ي پل ها كه با آب دريا و يا آب هاي سولفاته در تماس مي باشند استفاده از آن غير مجاز است.

2) سيمان پرتلند تيپ دو (II) (سيمان متوسط یا پرتلند اصلاح شده) :

اين سيمان تا حدي كندگير بوده و تا حدي در مقابل حمله ي سولفات ها مقاوم است . در نتيجه براي ساختن كانالهاي فاضلاب و غيره مناسب است. درجه حرارت توليد شده ي اين نوع سيمان نسبت به سيمان نوع يك كمتر است در نتيجه براي بتن ريزي در هواي گرم مناسب است. مصرف اين نوع سيمان براي سازه هايي كه مورد حمله شديد سولفات ها هستند مجاز نيست. (سيمان مصرفي در بدنه اصلي برج ميلاد از نوع II است به اضافه ي مواد افزودني شامل روان كننده، ديرگيركننده و مواد هوازا) براي ساخت اين نوع سيمان سعي مي شود تا حد ممكن از مقدار C3S و C3A كاسته و بر مقدار C2S بيفزايد.

3) سيمان پرتلند تيپ سه (III) (سيمان زودگير) :

اين سيمان به شدت ريزتر آسياب می شود و به همين جهت گيرش سريعتري دارد.

مواد مصرف :

الف) در هواي سرد كاربرد اين سيمان به تنهايي كفايت نمي كند و لذا در يخبندان علاوه بر مصرف اين سيمان مسائل ديگري نيز بايد رعايت شود، مثلاً مصرف ضديخ. سيمان تيپ (III) در ساعات اوليه مصرف حرارتي قابل توجهي آزاد مي كند و باعث گرم شدن بتن مي شود.

ب) مراقبت از بتن در هواي سرد بسيار سخت است و هزينه ي مراقبت در هواي سرد بالاست. سيمان زودگير طول دوره ي مراقبت را كم كرده و موجب مي شود بتن زودتر به مقاومت مورد نظر برسد.

ج) در تعميرات فوري، مثلاً تعمير قسمتي از سازه هايي كه بايد سريعاً مورد بهره برداري قرار گيرند، اين سيمان كاربرد زيادي دارد و موجب مي شود بتن سريعاً به مقاومت مورد نظر رسيده و ظرف مدت كوتاهي مورد بهره برداري قرار گيرد.

4) سيمان پرتلند تيپ چهار (IV) (سيمان ديرگير یا پرتلند كم حرارت) :

سيمان نوع چهار در هنگام گيرش حرارت كمي توليد مي كند. مقدار C3A و C3S موجود در اين سيمان در مقايسه با انواع ديگر سيمان كمتر بوده و در مقابل C2S زيادتري به كار برده شده است.

موارد مصرف سيمان تيپ چهار :

الف)  مصرف اين سيمان در هواي گرم باعث مي شود كه لااقل دماي توليد شده توسط بتن در عمليات گيرش كمتر شود، زيرا گرماي حاصل از هيدراسيون در طول مدت زمان بيشتري آزاد مي شود.

ب) مصرف اين نوع سيمان در هواي گرم باعث جلوگيري از اتصال سرد مي شود.

در بتن ريزي ديوارها كه طول ديوار زياد است (ديوار مخزن آب و يا استخر) چون بتن ريزي لايه لايه انجام مي گيرد، ممكن است فاصله ي زماني حدود نيم ساعت يا بيشتر طول بكشد تا لايه بتن جديد روي بتن قبلي ريخته شود، بدين ترتيب در هنگام ريختن بتن لايه ي جديد، بتن لايه ي قبلي سفت شده و اتصال خوبي بين دو لايه برقرار نمي شود. اين اتصال ضعيف بين لايه هاي قديم و جديد را اتصال سرد مي گويند كه ضعف بتن ريزي به شمار مي رود. به خصوص اگر سازه يك سازه ي آبي باشد، اين اتصال نقطه ي ضعفي براي نشت آب خواهد بود. مصرف سيمان نوع چهار در چنين مواردي باعث مي شود كه فرصت كافي براي بتن ريزي باشد و لايه هاي قبلي هنوز وارد واكنش نشده باشند تا بتوانند با لايه هاي جديد اتصال مناسبي برقرار كنند.

ج) در بتن ريزي هاي حجيم به منظور كاهش تنش هاي حرارتي مي توان از اين سيمان استفاده كرد. بتن حجيم، بتني را مي گويند كه طول و عرض و ارتفاع آن زياد باشد مانند بتن ريزي سدها و يا پايه هاي پل. از اشكالات بتن ريزي حجيم، ايجاد تنش هاي حرارتي است بدين صورت كه به دليل حجيم بودن بتن تبادل حرارتي عميق بتن با محيط بيروني، كندتر صورت مي گيرد و بنابراين هنگامي كه بتن سفت شده هنوز دماي قسمت هاي مركزي آن با محيط يكنواخت نشده است. از اين لحظه به بعد تغيير دماي بتن در راستاي تبادل حرارتي با محيط خارج همراه با تنش هاي حرارتي خواهد بود.

استفاده از سيمان تيپ (IV)  سبب مي شود كه اولاً دماي قسمت هاي مياني بتن حجيم كمتر از بتن ساخته شده با سيمان تيپ (I) باشد (چون سيمان تيپ 4 هم كم حرارت تر است و هم دماي خود را در طول زمان بيشتري آزاد مي كند) و ثانياً فرآيند سفت شدن بتن طولاني تر بوده و در اين مدت قسمت اعظم از تبادل حرارتي بتن با محيط اطراف صورت مي پذيرد. قابل ذكر است كه براي جبران تنش حرارتي در بتن، گاهي آرماتورهايي مرسوم به آرماتورهاي حرارتي مورد استفاده قرار مي گيرند.

5) سيمان پرتلند تيپ  5(V)  (سيمان ضد سولفات) :

در ساخت اين سيمان سعي مي شود حتي الامكان C3A و C3S را به حداقل برساند و در مقابل C2S بيشتري مصرف نمايند. اين سيمان ضد سولفات بوده و در مقابل حمله ي شديد سولفات ها به خوبي مقاومت مي كند بنابراين در ساختن اسكله ها و بنادر كاربرد دارد.

ب_  انواع سیمانهای مورد استفاده در چاههای حفاری :

در مدتی که حفر چاههای عمیق ادامه داشته است چندین نوع سیمان مخصوص برای سیمانه کردن لوله های محافظ چاه نیز مورد استفاده قرار گرفته اند ؛ در ذیل به تعدادی از این نوع سیمانها اشاره می شود.

1) سیمانهای بنتونایتی   BENTONITIC CEMENTS

سیمانهای دوغابی معمولا مورد استفاده در چاههای حفاری که وزن مخصوص آنها بین 14 تا 16 پوند در گالن متغییر می باشد .پتانسیل هرز رفتگی آب دارند در وضعیتی که به هدر رفتن آب سیمان واقع می شود مقاومت اولیه سیمان خیلی سریه و زیادتر از حد انتظاربه وجود می آید .چنین سیمانی اگر در پشت لوله های محافظ قرار گیرد موجب شکستگی (BREAK DOWN ) طبقات بالاخص طبقات ضعیف بویژه در مواردی که مقدار سیمان مصرفی زیاد باشد می شوند.

خاصیت هرز رفتگی (FILTRATION RATE ) آب سیمان در طبقاتی با خاصیت نفوذ پذیری موجب به جا گذاشتن لایه ای از سیمان ضخیم بر روی طبقات می شود. هرز رفتگی زیاد آب به داخل طبقات موجب وارد شدن آب به طبقات دارای پتانسیل سیال می شود و این امر احتمال فعل و انفعال رس موجود در طبقات در مجاورت آب را در بر دارد که در اثر تورم و انبساط باعث مسدود شدن بعضی از منافذ و کاهش نفوذ پذیری طبقات خواهد شد . در چنین وضعیتی به ترکیب سیمان دوغابی قدریبنتونایت اضافه می شود تا قوام سیمان دوغابی را افزایش دهد. مقدار بنتونایت پیشنهادی در ترکیب سیمان تا 25 درصد وزنی آن است که به چنین سیمانی سیمان بنتونایتی می گویند. طبق تعریف API هرز رفتگی آب سیمان وقتی اتفاق می افتد  که میزان به هدر رفتن آب به 1000 سانتی متر مکعب در دقیقه برسد . در حالی که تجربه عملی ثابت کرده است که در صورت اضافه کردن بنتونایت 25 درصد هرزرفتگی آب به 100 سانتی متر مکعب در دقیقه کاهش می یابد .

2) سیمانهای پرلیتی PER LITE CEMENTS    

  در این نوع سیمان همان طور که از اسمش پیداست پرلیت اضافه می شودپرلیت ساختمان سلولی و وزن مخصوص کم دارد (حدود 13 پوند به ازای هر فوت مکعب ) و از حرارت دادن یک نوع موادولکانیکی تا نقطه ذوب آن به دست می آید سیمانهای پرلیتی وزن مخصوص کمتری داشته و تقریبا خاصیت سیمانهای بنتونایتی دارند منتهی هزینه تهیه سیمانهای پرلیتی به مراتب گرانتر از سیمانهای بنتونایتی و معمولی است . ضمنا سیمانهای پرلیتی بالاخص در آنهایی که پرلیت به تنهایی به سیال اضافه می شود یک  عیب بزرگ دارند در این نوع سیمان پرلیت کشش دارد که از سیمان جدا و در قسمت فوقانی آن تجمع کند . برای رفع این مشکل مقداری بنتونایت به سیمان دوغابی پرلیتی افزوده می شود چون بنتونایت ، پرلیت را به طور یکنواخت داخل دوغاب پخش می کند.                       3)سیمانهای دیا تومه ای DIATOMACEOUS CEMENTS  

به دلیل آنکه سیمانهای دوغابی با جرم مخصوص کم اولویت دارند بدین منظور سعی می شود تا به ترکیب سیال معمولی مواد با جرم مخصوص کم اضافه شود تا موجب کاهش جرم مخصوص آن شودبدین منظور خاکهای دیاتومه دار به سیمان اضافه می شود . خاکهای دیاتومه دار ضمن آنکه باعث کاهش جرم مخصوص سیمان می شوند خاصیتی ایجاب می کنند که می توان حجم زیادی از آب را در ترکیب سیمان به کار برد بدون آنکه قسمت جامد سیمان جدا شود از معایب این نوع سیمان کاهش مقاومت و افزایش تغلیظ آن است.

4)سیمان ژیپسی  GYPSUM CEMENTS  

ژیپس (CASO4,2H2O ) وقتی به سیمان اضافه می شود که به سیمان سخت نیاز باشد . از مزیت های این نوع سیمان مسدود کردن زونهایی است که هرز رفتگی گل حفاری ( LOST CIRCULATION ) یا فوران (BLOW OUT ) اتفاق خواهد افتاد اما به دلیل بالا بودن هزینه این نوع سیمان استفاده از آن جز در مواردی خاص توصیه نمی شود.

5)سیمان رزینی RESIN CEMENS    

موارد استفاده این نوع سیمان بسیار محدود است چون هزینه تهیه این نوع سیمان بالا است . از این نوع سیمان برای مسدود کردن طبقات (طبقاتی که گل حفاری به هدر می رود ) استفاده می شود.

ج_ انواع دیگر سیمان :

1) سيمان تيپ (A1) : اين سيمان همان سيمان تيپ (I) بوده كه با اضافه كردن مواد مناسبي به آن خاصيت هوازايي نيز در آن ايجاد شده است.

2) سيمان تيپ (A2) : اين سيمان همان سيمان تيپ (II) است كه هوازا هم است.

3) سيمان تيپ (A3) : اين سيمان همان سيمان تيپ (III) است كه هوازا نيز هست.

4) سيمان ضد سولفات : اين نوع سيمان همان سيمان نوع 5 است و در مقابل حمله ي سولفات ها مقاوم است به چنين سيماني به علت زيادي اكسيد آهن، سيمان آهني (Iron cement) نیز می گویند.

5) سیمان سفید: رنگ تیره سیمان به دلیل وجود سولفات آهن و سولفات منيزيم در سيمان است. همچنين دوده ناشي از سوخت نيز باعث رنگ تيره سيمان مي شود. پس براي سفيد شدن سيمان بايد سولفات آهن و منيزيم از سيمان حذف شود و هم چنين از سوخت مناسب و بدون دوده استفاده شود. به همين جهت براي توليد سيمان سفيد، از خاك رسي استفاده مي كنند كه ميزان سولفات آهن و منيزيم آن از 8/0 درصد كمتر باشد و براي جبران همين مقدار اندك سولفات آهن و منيزيم، مقداري نشادر اضافه مي كنند. از طرفي سوخت كوره را به نحوي انتخاب مي كند كه توليد دوده نكند (مثلاً از گاز استفاده مي كنند).

6) سيمان هاي رنگي : سيمان هايي به رنگ قرمز، زرد، آبي و ...، همان سيمان هاي عادي هستند كه در ساخت آن ها از 2 الي 15 درصد پودر سنگ هاي رنگي استفاده شده است.

معمولاً در ساخت سيمان هاي رنگي روشن از سيمان سفيد استفاده مي شود و در ساخت سيمان هاي رنگي تيره از سيمان معمولي استفاده مي شود. معمولاً در تهيه سيمان با رنگ سبز از سنگ هاي كروم دار، سيمان آبي رنگ از سنگ هاي كبالت دار، سيمان زرد رنگ از سنگ هاي آهن دار، سيمان قرمز رنگ از اكسيد آهن به صورت Fe2O3 و سيمان سياه از اكسيد آهن دو ظرفيتي ( FeO ) استفاده مي شود.

7) سيمان پوزولاني (سيمان خاكستر آتشفشاني) : اين سيمان از مخلوط كردن 15 الي 40 درصد پوزولان با كلينكر سيمان معمولي و آسياب كردن اين مخلوط به دست مي آورند. در ايران معادن پوزولان زيادي وجود دارد كه مي توان از آن ها در توليد اين سيمان استفاده كرد. جنس پوزولان سيليكات و تقريباً شبيه سيمان است، منتهي واكنش هاي مشخص سيمان را ندارد و خاصيت چسبندگي نيز ندارد.

با توجه به ارزاني اين نوع سيمان، براي مصرف كارهاي عادي نظير آجرچيني مناسب است. اين سيمان كندگير بوده و تا حدي نيز ضد سولفات است.

8) سيمان بنايي : اين سيمان را مهندس يا مجري بسته به مورد تهيه مي كند. اين سيمان در حقيقت مخلوطي است از سيمان عادي به اضافه ي مواد پركننده ي ديگري چون خاك رس پودر شده يا هيدروكسيد كلسيم (آهك آب ديده و پودر شده) يا سنگ آهك پودر شده كه نسبت اختلاط آن حدود 70 درصد سيمان و 30 درصد مواد ديگر است.

9) سيمان ضد آب :                             اين سيمان به رنگ سفيد، خاكستري توليد مي شود. اين سيمان انتقال مويينه آب را تحت فشار ناچيز يا بدون فشار، كاهش مي دهد ولي جلوي انتقال بخار آب را نمي گيرد.

10) سيمان چاه نفت :

اين سيمان را با افزودن بعضي مواد شيميايي خاص به كلينكر سيمان معمولي به دست مي آورند. اين سيمان براي درزگيري چاههاي نفت به كار مي رود. اين نوع سيمان ها ديرگير بوده و در برابر دما و فشار بالا مقاوم است. اين سيمان ممكن است در حفر چاههاي آب و فاضلاب نيز به مصرف برسد.

ملات های سیمانی :                      1) ملات ماسه و سيمان : اين ملات مخلوطي از ماسه و سيمان و آب به مقدار معين به طوري كه مخلوط خميري حاصل به سهولت قابل استفاده بوده و داراي خواص و وي‍ژگي هاي مورد نظر باشد. ملات ماسه امروزه از عمده ترين ملات هايي است كه در كارهاي ساختماني و به خصوص ساختن بناهاي سنگي و آجري مورد استفاده قرار مي گيرد. آب مورد استفاده در ملات هاي سيماني بايد تميز و فاقد مواد زيان آور بوده و به طور كلي قابل شرب باشد.

2) ملات ماسه بادي و سيمان : اين ملات كه معمولاً به نسبت 4 به 1 ساخته مي شود بيشتر براي آجرچيني آجرهاي نما مورد استفاده قرار مي گيرد. به طور كلي در ساخت ملاتهايي كه در لبه هاي نازك اتصالات و بندكشي ها و ساير جاهاي كم قطر به كار برده مي شود بايد از ماسه بادي و يا ماسه ريزدانه استفاده شود.

3) مخلوطي از ماسه، آهك، سيمان و آب به نسبت هاي معين. این ملات به دليل قابليت نگهداري آب در كارهاي بنايي و به خصوص ديوارهاي سنگي مورد استفاده قرار مي گيرد.

هیدراسیون و حرارت هیدراسیون :

ماده ي مورد نظر ما خمير سيمان است كه با اختلاط آب و پودر سيمان ماده ي چسباننده اي مي شود. در واقع سيليكات ها و آلومينات هاي سيمان در مجاورت آب محصولي هيدراسيوني را تشكيل مي دهند كه كم كم با گذشت زمان جسم سختي به وجود مي آيد. دو تركيب عمده ي سيليكاتي سيمان يعني C3S و C2S عوامل عمده ي سخت شدن سيمان هستند و عمل هيدراسيون روي C3S سريعتر از C2S انجام مي گيرد. C3S در 4 هفته اوليه و C2S پس از آن مقاومت سيمان را ايجاد مي كنند . نقش اين دو تركيب در مقاومت سيمان پس از يكسال تقريباً مساوي مي شود.

 هيدراسيون تركيبات سيمان گرما زا است و به ميزان حرارتي كه در هر گرم از سيمان هيدراته در اثر هيدراسيون در دماي معيني توليد مي گردد، حرارت هيدراسيون گفته مي شود. حرارت هيدراسيون بستگي به تركيب شيميايي سيمان دارد.

نرمی سیمان،عاملی موثر بر هیدراسیون :

هيدراسيون از سطح ذرات سيمان شروع مي شود و مساحت تمامي سطح سيمان در هيدراسيون شركت دارند. بنابراين نرخ هيدراسيون بستگي به ريزي سيمان دارد و براي كسب مقاومت سريعتر نيز، نياز به سيمان نرم تر يا ريزتر مي باشد. اما بايد توجه داشت كه هميشه يك سيمان نرم از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست. زيرا هزينه ي آسياب كردن و اثرات بيش از حد نرم بودن سيمان بر خواص ديگر آن مانند نياز بيشتر به گچ براي تنظيم گيرش، كارايي بتن تازه و ساير موارد نيز بايد مدنظر باشد.

گیرش (سخت شدگی) سیمان :

وقتي پودر سيمان با مقدار مناسبي آب مخلوط مي شود تبديل به خمير نرمي مي شود كه در اثر مرور زمان حالت خميري خود را از دست مي دهد و به جسم سختي تبديل مي شود. گيرش و سخت شدن خمير سيمان نتيجه ي يك سلسله واكنش هاي همزمان و پي در پي بين آب و اجزاي تشكيل دهنده ي سيمان است. گيرش سيمان با درجه حرارت و رطوبت محيط اطراف تغيير مي كند. زمان گيرش سيمان به دو مرحله تقسيم مي شود كه عبارتست از گيرش اوليه و گيرش نهايي. بعد از گيرش نهايي سختي و مقاومت خمير سيمان مرتباً افزايش مي يابد.

جایگزین هایی برای سیمان :

افزايش روز افزون جمعيت و نياز به فضاهاي مسکوني، اداري، ورزشي، آموزشي و... امري عادي واجتناب ناپذير ميباشد . در اين راستا ساخت و سازها ، عمليات ساختماني که به صورت ساخت اوليه ، مرمت ، بازسازي موقت ، بازسازي کامل بناها انجام ميگيرد نيازمند علم و دانش فني ، مصالح استاندارد ، اکيپ اجرائي ماهر و تخصص ، آگاهي و شناخت بروز افراد شاغل در بخش ساختمان است.
با توجه به اينکه بتن ، مصالح مناسبي براي امر ساخت و ساز بوده و اهميت بسيار بالايي دارد . شرايط توليد ، مواد اوليه ، مواد ثانويه و مواد مضاف بتن و مهمتر از همه سيمان و جايگزين هاي مناسب براي آن در توليد بتن بايستي مورد مطالعه کاملاً علمي، فني و مهندسي قرار گيرد ، تا هم از نظر بهبود مشخصات بتن و افزايش مقاومت آن پيشرفت هايي حاصل شود ، هم از نظر اقتصادي در هزينه ها صرفه جويي گردد يکي از بهترين راهکارهاي موجود ، يافتن جايگزينهاي مناسب براي سيمان مصرفي در بتن است و در اين زمينه استفاده از منابع و مصالح طبيعي با حفظ محيط زيست و منابع ارزشمند کشور ايده بسيار کارآمد و پرثمري ميباشد.
چنانچه توليد سيمان با شرايط فوق گامي در جهت پيشرفت جامعه بحساب مي ايد ، استفاده و بکارگيري آگاهانه و بجا از آن توسط مهندسين و افراد شاغل در بخش ساخت و ساز کشور نتايج مطلوب تري بدست مي آورد.

1) استفاده از لجن های نفتی در تولید سیمان :

يكي از مسائل موجود در تمامي صنايع نفت، شامل پالايشگاهها، پتروشيمي ها، مراكز استخراج، حمل و پايانه ها، مشكل وجود لجن هاي حاوي فلزات سنگين و تركيبات نفتي در مراحل مختلف فرآيند مي باشد كه آن را به يك مشكل جدي زيست محيطي تبديل كرده است. استفاده از لجن هاي نفتي در فرآيند توليد سيمان يكي از بهترين راه ها براي حل اين مشكل است. اين روش در برخي از كشورهاي صنعتي نظير آمريكا، كانادا و بعضي از كشورهاي اروپايي اجرا شده است. از جمله مزيت هاي استفاده از لجن نفتي پالايشگاهي در فرآيند توليد سيمان، تثبيت فلزات سنگين در ساختار بتن بدون هيچگونه پيامد زيست محيطي است. علاوه بر اين به دليل اين كه از محتواي حرارتي موجود در لجن هاي نفتي به عنوان تامين بخشي از سوخت كورههاي مورد نياز سيمان استفاده مي كنند، هفت درصد در مصرف انرژي جهت توليد سيمان صرفه جويي مي شود.

2) پوسته برنج در صنعت سیمان :

. در ایران و در بعضی کشورها عمده استفاده ای که از مواد زاید کشاورزی می شود، یکی بعنوان خوراک دام و دیگری بعنوان سوخت مصرفی در کارخانه هایی مثل کارخانه تولید آجر یا برنج کشی و... است و این بخاطر ارزانی و راحتی دسترسی به این مواد است. در بسیاری موارد حتی دیده می شود که کشاورزان اقدام به سوزاندن این مواد به ظاهر اضافی می کنند. که این امر هم آلودگی های زیست محیطی را در پی دارد و هم در مواقع بارندگی موجب اسیدی شدن آب و خاک کشاورزی و درنتیجه کاهش میزان تولیدات زراعی می گردد.

اما در سالهای اخیر با پیشرفت سریع بشر در حوزه مسایل فنی و اجرایی در بخش ساختمان سازی و با تحقیقات صورت گرفته در زمینه مصالح ساختمانی و بکار گیری مواد طبیعی و تقویت و بهسازی مصالح ساختمانی مصنوعی، نوآوری ها و ابتکارات تازه و بسیار سودمندی صورت گرفته است. یکی از بهترین رهیافتها، سوزاندن و خاکستر کردن مواد زاید محصولات کشاورزی مثل پوسته و ساقه برنج (تولید سالیانه ۴۰۰۰۰ تن در جهان)، پوسته و غلاف برگ ارزن هندی (Sorghum) یا همان نیشکر چینی، غلاف برگ گندم، تیغه برگ ذرت، برگ و ساقه گیاه شاه پسند، ساقه درخت نان (Breadfruit) که بیشتر در مناطق استوایی آسیا می روید، باگاس ( تفاله ساقه نیشکر)، برگ و ساقه آفتابگردان، قسمت داخلی گیاه بامبو (Bamboo) که در مناطق با دسترسی آب بالا مثل حاشیه دریا ها و دریاچه ها و رودخانه ها و باتلاقها و ... رشد می کند، و در نهایت جایگزینی خاکستر حاصل از سوزاندن مواد فوق، البته در حدود سی تا چهل درصد، بجای سیمان مصرفی در تولید بتن و در نتیجه افزایش میزان سیمان تولیدی و کاهش قیمت آن است. از طرفی نوسان قیمت سیمان که در اکثر موارد روند افزایشی داشته است، در مقطع های زمانی مختلف همواره مشکلات عدیده ای را برای انجام صحیح و به موقع پروژه های خرد و کلان سازه ایِ کشور بوجود می آورد را کنترل می کند. از طرف دیگر تولید و عرضه کافی و بموقع سیمان به بازار، در حدی که پاسخگوی نیازهای ساخت و ساز کشور باشد، باعث می شود که مناطق شهری و روستایی دور افتاده کشور خصوصاً در مناطق با امکانات پایین (فاقد کارخانه های تولید سیمان) که در حال ساخت یا بازسازی هستند، براحتی و در اسرع وقت به مصالح مورد نظر خود از جمله سیمان دسترسی پیدا کنند.
از سوختن مواد زاید کشاورزی که متشکل از فیبر، مواد معدنی مثل اکسید آهن (
Fe2O3)، اکسید آلومینیوم (Al2O3) و مواد دیگری مثل سلولز، سیلیس، پروتئین و چربی و ... هستند، خاکستری تولید می شود که حاوی سیلیس است که بسته به درجه حرارت سوختن، به صورت کوارتز، کریستو بالیت (Crystobalite) و تریدیمیت (Tridymite) تولید می شود، که در واکنش با آهک یک ترکیب چسبنده به نام سیلیکات کلسیم تولید می کند که این محصول در بهبود مشخصات و مقاومت بتن ساخته شده تاثیر عمده ای دارد. در بین محصولات کشاورزی نامبرده شده، پوسته برنج، باگاس یا همان تفاله ساقه نیشکر و ساقه برنج، با سوزاندن مقدار یکسان از آنها در شرایط یکسان به ترتیب بیشترین مقدار خاکستر را تولید می کنند که برای پوسته برنج حدود ۲۲ درصد، باگاس حدود ۱۵درصد و ساقه برنج 5.14 درصد وزن اولیه، خاکستر تولید می کنند. با سوزاندن هر تن پوسته برنج حدود ۲۲۰ کیلو خاکستر تولید می شود که حدود ۹۴ کیلو از این مقدار خاکستر، سیلیس است. البته ناگفته نماند که مقدار سیلیس تولید شده به دمای سوختن و طول مدت سوزاندن پوسته برنج بستگی دارد.
از طرف دیگر پوسته برنج بر خلاف ساقه برنج و باگاس برای خوراک دام آنچنان مناسب نیست. این در حالی است که ساقه و پوسته برنج و باگاس از نظر تولید حرارت به عنوان سوخت در کارخانه های تولید شکر، تولید آجر و حتی پوسته برنج در پخت و پز خانگی و در کارخانجات برنج کوبی کاربرد زیادی دارند. گرمای حاصل از سوختن هر تن پوسته برنج معادل گرمای آزاد شده از سوختن حدود ۳۶۰ کیلو نفت سیاه یا ۴۸۰ کیلو گرم زغال
است .
عمده کاربرد علمی و مهندسی خاکستر پوسته برنج در صنعت ساخت و ساز این است که بصورت ماده پوزولانی در سیمان های ترکیبی و هیدرولیکی حداکثر تا حدود ۴۰ درصد وزنی جایگزین سیمان می شود و با هیدراتاسیون آرام و حرارت هیدراته پایین، خصوصاً در بتن ریزی های حجیم که نیاز به کنترل درجه حرارت هیدراتاسیون می باشد، کاربرد داشته و از همه مهم تر کارایی و مقاومت بتن یا ملات سیمانی را افزایش داده و هزینه تولید و اجرای بتن ریزی را کاهش می دهد. از طرف دیگر وزن مخصوص کمتر پوزولانها، در نهایت موجب افزایش حجم ماتریس سیمانی می شود. در سیمانهای پوزولانی ابتدا سیمان و پوزولان را با هم ترکیب کرده و آسیاب می کنند ولی در مورد بتنهای حاوی خاکستر پوسته برنج (
RHA- Rice Husk Ash) بهتر است ابتدا خاکستر آسیاب شده و بعد با سیمان ترکیب گردد و در بتن بکار رود.
رفتار پوزولانی خاکستر پوسته برنج و واکنش شیمیایی آن به ویژه در ترکیب باآهک بستگی به شکل سیلیس و کربن موجود در آن و نیز درجه حرارت سوختن و زمان نگهداری در آن دما دارد. با افزایش دمای سوزاندن و زمان نگهداری بیش از حد استاندارد ( حدود ۷۰۰ درجه سانتی گراد) نتیجه افزایش دما بر عکس می شود یعنی افزایش دما باعث تاثیرات منفی در عملکرد
RHA می شود. نباید فراموش کرد که خاصیت پوزولانی ماده ذاتی است و در درجه اول بستگی به ترکیبات شیمیایی و ساختمان کریستالی آنها دارد و عوامل فوق در مراتب بعدی از نظر تاثیر گذاری در خواص پوزولانی مواد قرار دارند.
پیشینه استفاده از پوسته برنج در بتن به سال ۱۹۲۴ میلادی در آلمان بر می گردد. در سالهای ۱۹۵۵ و ۱۹۵۶ آقایان
MC DANIEL ، Hough و Barr در زمینه کاربرد این مواد تحقیقات بیشتری انجام دادند و علی الخصوص عملکرد بلوکهای ساخته شده با ترکیب سیمان وRHA را مورد بررسی قرار دادند. که نتایج آزمایشات انجام شده حاکی از افزایش تاب فشاری نمونه نسبت به حالت بدون استفاده ازRHA بود. البته مقاومت نمونه در برابر سایش و قدرت رسانایی حرارتی آنها نیز مورد بررسی قرار گرفت که نتایج بدست آمده بسیار مثبت و امیدوارکننده بود. شایان ذکر است که از آن زمان به بعد همواره در کشورهای مختلف جهان، در زمینه بکار گیری این گونه مواد در تولید ترکیبات سیمانی تحقیقات زیادی صورت گرفته و همایش ها و گردهمایی های مختلفی در سراسر دنیا هم برگزار شده است و نتیجه این گونه فعالیتها و تحقیقات، یعنی حرکت بسوی تولید بتن و ماتریس های سیمانی ارزان و در عین حال مقاوم.
شرایط سوزاندن پوسته برنج برای تولید خاکستر ایده ال:

تعیین دمای بهینه سوزاندن پوسته برنج، با استفاده از نتایج آزمایش پراش سنجی اشعه ایکس و نیز آزمایش سنجش فعالیت در برابر آهک صورت می گیرد. بهترین و درعین حال اقتصادی ترین حالت برای تولید خاکستر مناسب، همگن، دارای حداکثر فعالیت پوزولانی و با کیفیت بالا از پوسته برنج، حالتی است که عمل سوزاندن آن در دمای بین ۵۰۰ تا ۶۵۰ درجه سانتی گراد و در مدت زمان حدود دو ساعت صورت گیرد. بر اساس آزمایشها و تحقیقات صورت گرفته مشخص شده است که اگر دمای سوختن زیر ۵۰۰ یا بالای ۶۵۰ درجه سانتی گراد باشد، باعث بوجود آمدن سیلیسهای بیشکل و غیر بلوری می شود. و از طرفی در دماهای بالاتر اکسیژن کافی برای سوختن کامل پوسته و تولید خاکستر با کارایی مناسب در محیط وجود نخواهد داشت و نیز تخلیه گازهای مزاحم تولید شده در شرایط سخت تری انجام می شود. بلوری یا غیر بلوری بودن خاکستر تولید شده نیز به کمک اشعه ایکس و شیوه پراش سنجی مشخص می شود. نکته دیگر اینکه متناسب با افزایش دمای سوختن، رنگِ خاکسترِ تولید شده سفیدتر و روشن تر خواهد بود. البته اگر در زمان سوختن هوای کافی در محل وجود نداشته باشد، رنگ خاکستر تیره تر می شود. تا جاییکه در دمای ۹۰۰ درجه اگر سرعت سوختن بالا باشد و پوسته به درستی نسوزد، خاکستر حاصل، سیاهرنگ است. در سوزاندن پوسته برنج، لازم است که هوای تازه حاوی اکسیژن بجای دی اکسید کربن تولید شده از سوختن ِRH وارد کوره شود، تا ته نشینی سیلیس و بلوری شدن آنرا تنظیم نماید. کوره های باریک که دارای مجاری تهویه (ورود اکسیژن و خروج دی اکسید کربن و سایر گازهای اضافی) باشند و سرد شدن آرام و اصولی خاکستر را در پی داشته باشند، برای تولید خاکستر از پوسته برنج مناسبند.
استفاده از کوره های غیر استاندارد، بدلیل عدم کنترل دمای سوختن و سرد شدن غیر نرمال خاکستر تولیدی و در نتیجه تشکیل بلورهای با کارایی پایین، کاری غیر فنی و غیر اصولی است. خارج کردن دی اکسید کربن و دسترسی به هوای اکسیژن دار، باعث جدایی بهتر مواد معدنی پوسته از مواد سلولزی و لیگنین می شود و همین مساله کربن زدایی خاکستر را کنترل می کند.
خاکستر تولیدی از پوسته برنج را قبل از بکار گیری آن آسیاب می کنند. این کار باید قبل از مخلوط کردن خاکستر با سیمان صورت گیرد. زیرا اگر سیمان نیز آسیاب شود، نرم تر می شود و در نتیجه مصرف آب بیشتر شده و نهایتاً ترکیب سیمانی یا بتن حاصل کیفیت مطلوب و مورد نظر را نخواهد داشت. ولی در مورد
RHA برعکسِ سیمان، هر چه نرمتر باشد، آب مصرفی کمتر خواهد بود و چسبندگی ملات بیشتر خواهد بود. هر چه نسبت آب به مخلوط سیمان و خاکستر در محدوده استاندارد کمتر باشد (نزدیک به حداقل مقدار مجاز) تاب فشاری ترکیب سیمانی حاصل، بیشتر خواهد بود.
از مهم ترین محاسن بکار گیری خاکسترِ پوسته برنج در تولید بتن، افزایش دوام بتن و مقاومت آن در برابر حملات مواد مخربِ شیمیایی است. مزیت دیگر اینکه ملات یا بتن ساخته شده با
RHA نسبت به انواع ساخته شده با سیمان پرتلند تنها (بدون خاکستر) دارای مقاومت بالاتری در برابر شرایط محیطی اسیدی است. بر اساس آزمایشات صورت گرفته، افت وزنی بتن ساخته شده باRHA در محلول اسید سولفوریک و اسید کلریدریک به ترتیب ۱۳ و ۸ درصد است در حالی که بتن ساخته شده با سیمان پرتلند، در برابر اسیدهای فوق به ترتیب در حدود ۲۷ و ۳۵ درصد کاهش وزن دارد. شایان ذکر است که اسید کلریدریک باعث حفره ای شدن و خوردگی بتن معمولی (بدون خاکستر) می شود در حالی بر روی بتن حاوی خاکستر پس از رسیدن به مقاومت ۷۲ روزه بی تاثیر است.
موارد استفاده از سیمان :

الف)بتن:

بتن از اختلاط مواد سنگی بی اثر مانند شن ،ماسه وسیمان وآب ساخته می شود. موادسنگی را از این نظر بی اثر می نامیم درواکنش های شمیایی سیمان وآب دخالتی ندارد مواد سنگی که بیش از 70 درصد وزن بتنی را تشکیل می دهد درواقع استخوان بندی بتن را به وجود می آورند این مواد توسط مخلوط سیمان وآب اندود گشته ودراثر سخت شدن سیمان جسم یکپارچه ای را به وجود می آورند. درساختمان بتن همواره سعی براین است که مواد سنگی شن وماسه طوری انتخاب شوند که مواد با ابعاد کوچکتر ،فضای خالی بین مواد با ابعاد بزرگتر را پر کنند هر اندازه دانه بندی مواد سنگی مناسب ترانتخاب شود بتن متراکم تر و مقاومت تر و دارای قابلیت نفوذ کمتر خواهد بود .بتن مانند سایر موادسنگی دارای تاب فشاری زیادی است .

ب) بلوک های سیمانی :

نوعی قطعات پیش ساخته بتنی با عیار سیمان کم هستند که طرح اختلاط آنها براساس مقاومت مورد نیاز بدست می آید بلوک سیمان از اختلاط سیمان وآب وشن ریزدانه وماسه یا دیگر سنگدانه های مناسب ساخته می شود. معمولا بلوک سیمانی بیشتر درمناطقی رواج دارد که برای تهیه آجر وسنگ محدودیت هایی وجود داشته باشد بلوک های سیمانی به شکل های توخالی وتوپر ساخته شده ودرساخت دیوارهای باربرخارجی وداخلی درتیغه های جدا کننده (دیوار غیر باربر) ,سقف های تیرچه بلوک و... مورد استفاده قرار می گیرند.

ج) سمنت بورد:

سمنت بورد به صفحات پیش ساخته سیمانی اطلاق می شود که اغلب در نمای خارجی ساختمان به کار می رود و به دلیل ویژگی های منحصر به فرد آن به تازگی کاربرد زیادی یافته است.

از جمله ویژگی های سمنت بورد می توان به موارد زیر اشاره کرد:

مقاومت در برابر حريق ، مقاومت در برابر رطوبت ، مقاومت در برابر شرايط جوی، عايق حرارت و صدا ، قابليت اجرای رنگ و روکش ها و ...   

+ نوشته شده در  سه شنبه چهاردهم اردیبهشت 1389ساعت 9:45  توسط خوبیاری,سپنتا (عمران دانشگاه یزد)