بخشی از مقاله
سيليكات 3 كلسيم ـ سازنده و تركيب فعال سيمان پرتلند است كه در كلنكر به كل دانه هائي بنام آلبت Alite وجود دارد (C3S ناخالصيهائي همراه دارد كه بحال معلق‌اند). خواص آليت با C3S خالص اندكي متفاوت است.
C3S موجب زياد شدن مقاومت سيمان مي‌شود و حرارت آبگيري آن بالنسبه زياد است.
در زير ميكروسكوپ دانه هاي آن به شكل چندضلعي است كه طول متوسط هر ضلع آن 50 مي‌باشد.
C3S در درجه حرارت بالاتر از 1900 سانتيگراد تجزيه و تبديل به C3S و سيليس مي‌گردد.
همچنين در حين سرد كردن كلنكر هرگاه درجه حرارتي مدتي در حوالي 1100 بماند آليت تجزيه شده و به C2S و آهك تبديل مي‌گردد. آهك توليد شده در اين عمل را آهك ثانوي مي نامند (در مقابل آهكي كه از تجزيه كربنات كلسيم حاصل شده و به نام آهك اولي معروف است).
سيليكات 2 كلسيم ـ تركيبي است كه موجب سخت شدن سيمان با مرور زمان مي‌شود. اين تركيب هم ناخالصيهائي همراه دارد كه خواص آن را اندكي متغير مي سازد و به نام Belite معروف است.
C2S را حداقل به چهار شكل، در درجات مختلف حرارت تشخيص داده‌اند:
2130ـ1470 C2S () 675 C2S ()
1470ـ675 C2S () 820 C2S ()
وقتي كه شكل به تبديل مي‌شود حجم آن تا 10% زياد و در نتيجه باعث خردشدن دانه ها و تشكيل گرد مي‌گردد. اين پديده را پراكندگي و شگفتگي نامند كه مخصوصاً در كلنكرهائي كه C2S () زياد دارد مشاهده مي‌شود.
C2S () عملاً خاصيت هيدروليك ندارد.
دانه هاي كه تعداد آنها در كلنكر بيشتر است باشكال مختلف و اغلب كروي شكل است كه قطر متوسط آنها 30 و سطح دانه هاي آن مخطط و يا صاف است (مخططها از تبديل شكل به حاصل شده اند).
تبديل شكل به را ممكن است با افزون Mn2O3 و B2O5 و As2O5 و P2O5 جلوگيري نمود. (زيرلا كه خاصيت هيدروليك ندارد).
درحين سرد شدن نيز هرگاه C2S () بصورت دانه هاي درشت باشد در 500 به تبديل مي شود، و حال انكه هرگاه دانه هاي آن ريز (به قطر كوچكتر از 5) باد تا درجه حرارت معمولي به شكل باقي بماند. زيرا در اينحالت امكان تشكيل دانه اوليه در محيطي كه دانه ها ريز است كمتر مي‌شود.
آلومينات 3 كلسيم C3A : تركيبي است كه موجب گيرش سريع سيمان مي‌شود و حرارت آبگيري آن بيش از ساير سازنده هاي سيمان است. دانه ها آن متبلور و شكل آنها برحسب كيفيت دانه ها درشت و مستطيل است.
بطور كلي اگر سد كردن كلنكر سريع باشد، دانه ها ريز، و هرگاه سرد كردن آهسته باشد، دانه ها درشت و مستطيل است.
آلومنيوفريت 4 كلسيم C4AF : اين تركيب عملا در مقاومت سيمان مؤثر نيست و در مايع صاف كلنكر وجود دارد.
تبصره ـ مجموعه C3A + C4AF را اكثر بنام سيلت Celite مي نامند.
همچنين مجموعه Al2O3+Fe2O3 را اكثر بصورت R2O3 معرفي مي‌كنند.
رل سازنده هاي مختلف: براي آن كه مقاومتهاي سيمان زياد باشد بايد نسبت در آن افزايش يابد. و برعكس اگر بخواهيم كه حرارت متصاعد سيمان در موقع آب زدن كم باشد (در مرود استعمال مقادير عظيم سيمان مثل سدسازي و پل‌سازي و غيره) بايد مقدار C2S نسبت به C3S زياد باشد.
براي اين منظور لازم است ضريب سيليسي سيمان را زياد و ضريب هيدروليك و آلومينوفريت آن را كم نمود.
هرگاه بخواهيم كه مقاومت سيمان را در مقابل آبهاي سولفات دار زياد نمائيم بايد (در مورد سيمانهاي دريائي) مقدار C3A را در سيمان افزايش دهيم.
آزمايشهاي سيمان
از آنجا كه كيفيت سيمان در توليد يك بتن خوب بسيار مؤثر مي باشد، لازمست كه در ساخت سيمان كنترلهاي دقيقي بعمل آيد. در كارخانه‌هاي سيمان براي توليد سيماني مطابق استانداردهاي بين المللي آزمايشهاي متعددي روي سيمان انجام مي‌گيرد.
همچنين خريداران و آزمايشگاههاي خصوصي علاقه دارند با انجام آزمايشهاي لازم، سيماني مناسب با كارهايا ختصاصي خود را انتخاب نمايند. آزمايشهاي تعيين خواص شيميائي تركيبات سيمان در اين كتاب آورده نشده است. علاقمندان مي توانند به استانداردهاي ASTM و BS 4550 مراجعه كنند. در اين‌جا آزمايشهاي ريزي، زمان گيرش، سلامت و مقاومت سيمان براساس استانداردهاي ASTM و BS توضيح داده مي شوند.
ريزي سيمان
هيدراتاسيون سيمان از سطح دانه هاي آن آغاز مي‌شود. كل سطح جانبي دانه ها، نماينده مواد تركيب شونده با آب مي باشد، سرعت واكنش شيميائي آب و سيمان، به ريزي سيمان مربوط بوده و لذا براي هيدراتاسيون سريع و افزايش مقاومت سريع، سيماني با ريزي بالا مورد نياز است. در مقابل بايد هزينة آسياب دانه ها تا ريزي بالا و اثراتي را كه سيمانهاي ريز بر روي كارآيي بتن تازه، خواص دراز مدت و ميزان گچ موردنياز مي گذارد، درنظر داشت.
ريزي سمان يكي از خواص مهم سيمان است و استانداردهاي ASTM و BS براي مشخص كردن آن، سطح مخصوص دانه ها برحسب (m2/kg) را ملاك قرار مي‌‌دهند. روش مستقيم تعيين منحني توزيع اندازه ذرات، استفاده از قانون «استوك» و ته نشين شدن دانه ها در يك محلول، تحت اثر جرم آنها، مي‌باشد. «واگنر» با استفاده از يك سلول فتوالكتريك درصد اشعه خارج شده از ذرات معلق سيمان در يك محلول نفت چراغ را اندازه گرفته و از روي آن قطر و درصد ذرات را تعيين نموده است.
جدول: دو مثال از اندازه گيري سطح مخصوص سيمان با روشهاي مختلف
سيمان سطح مخصوص (m2/kg) اندازه گيري شده با:
روش واگنر روش لي ويزس روش جذب نيتروژن
A
B 180
230 260
415 790
1000
روش ديگر اندازه گيري سطح مخصوص سيمان استفاده از روش نفوذپذيري در مقابل جريان هواست (روش لي ويزس) كه در آن افت فشار هنگامي كه هواي خشك با سرعت ثابت از ميان سيماني با ضخامت و تخلخل معين عبور مي كند، اندازه گيري مي‌شود. (استاندارد BS 4550 بخش 3). در اين آزمايش نفوذپذيري با سطح مخصوص واحد جرم سيمان ارتباط داده مي‌شود. اين روش بعدها توسط «بلين» (ASTM C204-84) اصلاح شده است.
«بلين» با عبور حجم معيني از هوا در يك فشار متوسط، كه در آن سرعت جريان هوا، به آرامي افت مي كند، زمان لازم براي عبور اين هوا را اندازه گيري كرده و براي دستگاه بخصوص و تخلخل استاندارد سيمان، سطح مخصوص سيمان را محاسبه مي‌كند.
هر دو روش نفوذ هوا مقاديري مشابه براي سطح مخصوص ارائه مي‌كند كه اين مقادير از اعداد بدست آمده از روش «واگنر» بزرگتر مي باشند (جدول 2-5) . اين اختلاف به دليل فرضياتي است كه «واگنر» ضمن دست پايين گرفتن دانه ها زير
75 ميكرون بكار برده است. بهرحال در عمل همه اين روشها بطور نسبي سطح مخصوص را مشخص مي‌كند. در جدول مقادير سطح مخصوص سيمان اندازه‌گيري شده با روش جذب نيتروژن نيز آورده شده است. مقادير بالاي سطح مخصوص در اين روش بعلت تماس بيشتر مولكولهاي نيترژون با سطح جانبي دانه‌هاي سيمان، توجيه مي‌شود.
غلظت خمير نرمال
براي تعيين زمان گيرش اوليه، گيرش نهايي و سلامت سيمان لازم است خمير سيمان با غلظت معيني مطابق استاندارد تهيه شود. بنابراين براي هر نوع سيمان بايد مقدرا آب لازم جهت ساختن خمير نرمال يا استاندارد، معين شود.
غلظت خميرنرمال با استفاده از روش «ويكات» كه در آن عمق نفوذ سوزني به قطر 10 ميليمتر تحت وزن خود در خمير اندازه گيري مي شود، معين مي‌گردد. هنگامي كه سوزن تا عمق معيني در خمير نفوذ مي كند، مقدار آب خمير كه عموماً بين 33-26 درصد وزن سيمان خشك مي باشد، تعيين مي‌گردد.
زمان گيرش
زمان گيرش در حقيقت سرعت سخت شدن خمير سيمان را نشان مي‌دهد. اين زمان تغييرات از حالت مايع به جامد خمير را نشان مي دهد. زمان گيرش اصولاً بعلت گيرش C3S و C3A پديد آمده و با افزايش درجه حرارت خمير همراه است. اصولاً زمان گيرش اوليه به افزايش سريع درجه حرارت و گيرش نهايي به حداكثر درجه حرارت ارتباط دارد.
البته بايد گيرش اوليه و گيرش نهايي سيمان را با گيرش كاذب آن كه چند دقيقه پس از اختلاط آب و سيمان اتفاق مي افتد، تفاوت گذاشت. در گيرش كاذب هيچگونه حرارتي توليد نمي‌شود و مي‌توان بيتن را بدون افزايش آب مجدداً مخلوط نمود. گيرش بسيار سريع كه قبلاً توضيح داده شد، با آزاد شدن حرارت مشخص مي‌گردد.
براي اندازه گيري زمان گيرش اوليه، از دستگاه «ويكات» با سوزني به وزن مشخص، ول به قطر يك ميليمتر جهت نفوذ در خمير نرمال استفاده مي‌شود. زمان گيرش اوليه در حقيقت زماني است كه سوزن فوق به فاصله 5 ميليمتري از كف قالب مخصوص پر از ملات مي‌رسد.
استاندارد BS 12 حداقل زمان 45 دقيقه را براي سيمانهاي پرتلند معمولي و سيمان پرتلند زودگر (نوع 1و3) پيشنهاد مي‌كند. براي سيمان هاي آهنگدازي (تيپ IS) و سيمانهاي با حرارت زايي پايين (كندگير) اين زمان به 60 دقيقه افزايش مي يابد.
استاندارد ASTM C 191-82 روشي مشابه براي زمان گيرش پيشنهاد مي‌كند كه تنها تفاوت آن عمق كمتر نفوذ براي سوزن مي‌باشد. در اين استاندارد حداقل زمان گيرش 60 دقيقه براي سيمانهاي پرتلند مشخص شده است.
زمان گيرش نهايي، توسط سوزني كه يك قسمت حلقه اي توخالي فلزي براثر گذاشتن در خمير بدان متصل است، تعيين مي‌گردد. اين زمان در حقيقت مدتي است كه پس از آن سوزن روي سطح خمير اثر گذاشته، ليكن لبه اتصالي ثري روي سح خمير نمي گذرد. استانداردهاي انگلستان و آمريكا زمان گيرش نهايي حداكثر 10 ساعت را براي سيمانهاي پرتلند توصيه مي‌كنند.
روش ديگري نيز توسط «گيلمور» در ASTM C266-81 توصيه شده است. ارتباط بين زمان گيرش اوليه و نهايي به صورت رابطه زير بيان مي گرد:
(گيري اوليه (دقيقه)) 2/1 + 90 = گيري نهايي (دقيقه)
اين فرمول براي سيمان پرآلومين (برقي) بكار نمي رود. ازآنجا كه درجه حرارت در زمان گيرش تأثير دارد، استاندارد BS 4550 درجه حرارت 2+20 و حداقل رطوبت نسبي 65 درصد را پيشنهاد مي‌كند. همچنين جهت انجام دقيق آزمايش، خمير نرمال مي بايستي در دماي 1+20 و ماكزيمم رطوبت نسبي 90 درصد نگهداري شود.
سلامت سيمان
اين نكته مهم است كه خمير سيمان بعد از گرفتن، تغيير حجم عمده اي پيدا نكند. علت اين محدوديت خرابي و تركي است كه خمير سيمان در صورت انبساط و در محلي كه امكان اين انبساط نيست، پيدا مي‌كند.
چنين انبساطي غالباً ناشي از فعل و انفعالات آهك و منيزيم آزاد و سولفات كلسيم مي‌باشد. سيماني كه خاصيت چنين انبساطي را دارد، سيماني ناسالم است. آهك آزاد كه در كلينكر موجود است به آرامي هيدراته شده و حجمي به مراتب بيشتر از حجم اوليه اكسيدكلسيم پيدا مي‌كند. با روشهاي تجزيه شيميائي نمي توان مقدار آهك آزاد را تعيين نمود و اين بدان علت است كه بين CaO هيدراته نشده و Ca(OH)2 توليد شده از هيدراتاسيون سيليكاتها، زماني كه رد مجاورت هواست، نمي‌توان تفاوتي قائل شد.
