بخش اول: طبقه بندی مواد سیمانی

در ابتدا بتن با به کار بردن فقط مخلوطی از سه مصالح سیمان، سنگدانه و آب ساخته می شد که تقریبا همیشه سیمان آن از نوع سیمان پرتلند معمولی که مورد بحث قرار گرفت، بود. بعدا به منظور بهبود بخشیدن به برخی از خواص بتن، چه در حالت تر و چه در حالت سخت شده، مقدار خیلی کمی از محصولات شیمیایی به مخلوط اضافه شدند. این مواد افزودنی شیمیایی که اغلب فقط به اسم مواد افزودنی نامیده می شوند.

در مراحل بعدی، مواد دیگری که ماهیت معدنی دارند، به مخلوط بتن اضافه شدند.

ادامه مطلب

بخش دوم: انواع سیمان ها

برای مقاصد عملی، انتخاب سیمان پرتلند مناسب یا یک سیمان مخلوط، در نظر گرفتن طبقه بندی بر اساس خواص فیزیکی یا شیمیایی مربوط، مانند کسب سريع مقاومت، روند کند ایجاد حرارت هیدراتاسیون، یا مقاومت در برابر حمله سولفاتها مفید خواهد بود.

برای ساده شدن بحث، فهرستی از سیمان های پرتلند گوناگون حاوی یا بدون مواد سیمانی دیگر، همراه با توصیف آمریکایی طبق آیین نامه ASTM C 150-94 یا ASTM C 595 - 94a در مواردی که موجود باشند

ادامه مطلب

بخش سوم: سیمان پرتلند معمولی

این سیمان، با اختلاف فاحش متداول ترین سیمانی است که مصرف می شود: حدود ۹۰ درصد از کل سیمان های مصرف شده در ایالات متحده (در سال ۱۹۹۳ کل تولید سالیانه حدود ۷۵ میلیون تن بوده است) و درصد مشابهی در بریتانیا (در سال ۱۹۹۳ سالیانه ۱۱ میلیون تن بوده است) از نوع معمولی است.

شاید ذکر این نکته درخور توجه باشد که در سال ۱۹۹۳ مصرف سرانه سالیانه سیمان در بریتانیا 207kg و عدد متناظر برای ایالات متحده ۲۹۹kg بوده است. بیشترین مصرف سرانه در سال ۱۹۹۳، با درنظر گرفتن کشورهای بزرگ تر، در پرتغال ۷۶۱، در ایتالیا و اتریش 661kg بوده است.

ادامه مطلب

بخش چهارم: سیمان پرتلند زود سخت شونده

این سیمان در برگیرنده زیرگروه های سیمان پرتلند 32.5 و 42.5MPa به صورتی که در آیین نامهBS 12:1991 تجویز شده است، می باشد. همان طور که از اسم سیمان پرتلند زودسخت شونده (نوع III) بر می آید مقاومت آن سریع تر افزایش می یابد و بنابراین صحیح است که به نام سیمان با مقاومت اوليه زیاد توصیف شود. روند سخت شدن نباید با روند گیرش اشتباه شود.

در حقیقت سیمانهای معمولی و زودسخت شونده دارای زمان های گیرش مشابهی می باشند و به صورتی که در آیین نامه BS 12:1991 تجویز شده است زمان گیرش اولیه نباید کمتر از ۴۵ دقیقه باشد. زمان گیرش نهایی مشخص نگردیده است.

ادامه مطلب

بخش پنجم: سیمان پرتلند خیلی زود سخت شونده ویژه

چندین نوع سیمان وجود دارند که با روش خاصی تولید می گردند و به ویژه زودسخت شونده می باشند. یکی از اینها به نام سیمان با مقاومت اولیه خیلی زیاد می باشد. این نوع سیمان استاندارد نشده است، اما این سیمان توسط تولیدکنندگان به خصوصی تامین می شود. عموما توسعه سریع مقاومت این سیمان به علت خیلی زیاد نرم بودن ذرات آن است: ۷۰۰ تا ۹۰۰m²/kg. به این دلیل، مقدار سنگ گچ آن باید زیادتر (۴ درصد بر حسب SO₃) از سیمان هایی که با ENV 197-1:1992 مطابقت می نمایند، باشد

ادامه مطلب

بخش ششم: سیمان پرتلند با حرارت کم

افزایش دما در داخل یک جرم زیاد بتن، به علت ایجاد حرارت در اثر هیدراتاسیون سیمان، همراه با ضریب هدایت حرارتی کم بتن ، می تواند منجر به ایجاد ترک های جدی گردد.

به این دلیل لازم است که روند ایجاد حرارت سیمان مصرف شده در اینگونه سازه ها محدود گردد: در این صورت نسبت بیشتری از حرارت می تواند زایل شود و افزایش دمای کمتری نتیجه خواهد شد.

ادامه مطلب

بخش هفتم: سیمان ضد سولفات

در بحث واکنش های هیدراتاسیون سیمان و به ویژه در فرآیند گیرش، از واکنش بین C₃A و سنگ گچ (CaSO₄.2H₂O) و در نتیجه تشکیل سولفو آلومینات کلسیم یاد شد. در سیمان سخت شده، هیدرات آلومینات کلسیم می تواند به طور مشابهی با نمکهای سولفاتی خارج از بتن واکنش نشان دهد: محصول این واکنش سولفو آلومینات کلسیم می باشد که در داخل ساختار خمیر سیمان هیدراته شده تشکیل می گردد.
از آنجا که افزایش حجمی مواد در حالت جامد به ۲۲۷ درصد می رسد، بتن به صورت تدریجی از هم پاشیده می شود.نوع دوم واکنش براساس تعویض یونها بین هیدروکسید کلسیم و سولفات ها است که در نتیجه سنگ گچ تشکیل شده و ۱۲۴ درصد افزایش در حجم مواد جامد حاصل می گردد.

ادامه مطلب

بخش هشتم: سیمان سفید و رنگ دانه آن

برای مقاصد معماری، گاهی بتن سفید و یا بتن با رنگ روشن مورد نیاز است. برای حصول بهترین نتایج توصیه می شود که سیمان سفید با سنگدانه ریز مناسب به کار برده شود و اگر در نظر است که سطح بتن پرداخت گردد، سنگدانه های درشت از نوع مناسب نیز باید به کار برده شوند. همچنین سیمان سفید دارای این مزیت است که سطح بتن مستعد لکه دار شدن نمی باشد زیرا مقدار قلیایی قابل حل در آب آن کم است.
سیمان پرتلند سفید از مواد خامی تهیه می شود که حاوی مقدار خیلی کم از اکسید آهن (کمتر از ۳ درصد جرمی کلینکر) و اکسید منگنز باشد.

ادامه مطلب

بخش نهم: سیمان پرتلند آهن گدازی

سیمان های با این نام تشکیل شده اند از مخلوط کامل سیمان پرتلند و سرباره دانه و آسیاب شده کوره آهنگدازی. این سرباره یک ماده پس مانده در تولید آهن خام می باشد؛ حدود ۳۰۰ کیلوگرم سرباره به ازای هر تن آهن خام، تولید می گردد. از لحاظ شیمیایی، سرباره مخلوطی از آهک و سیلیس و آلومین است، یعنی همان اکسیدهایی که سیمان پرتلند را تشکیل می دهند، اما در نسبت های متفاوت. سرباره های فلزات غیر آهنی که ممکن است در آینده کاربرد آنها در بتن توسعه یابد نیز وجود دارند.

ادامه مطلب

بخش دهم: سیمان سوپر سولفات

سیمان سوپر سولفات را از توام آسیاب نمودن مخلوطی از ۸۰ تا ۸۵ درصد سرباره کوره دانه شده با ۱۰ تا ۱۵ درصد سولفات کلسیم (به شکل گچ کاملا سوخته شده یا انیدرید) و تا حد ۵ درصد کلینکر سیمان پرتلند می سازند. نرمی ۴۰۰ تا ۵۰۰m²/kg برای ذرات این سیمان، معمولی است. این سیمان باید در شرایط خیلی خشک نگاه داری شود، در غیر این صورت سریع فاسد می گردد.

ادامه مطلب

بخش یازدهم: پوزولان ها

یکی از مواد معمول که در این کتاب به عنوان مواد سیمانی طبقه بندی شده است (گواینکه در واقع فقط به صورت نهفته است) پوزولان می باشد که یک ماده طبیعی یا مصنوعی حاوی سیلیس فعال است. یک تعریف رسمی تر در ASTM C 618-94a  مواد پوزولان را به صورت زیر توصیف می نماید: یک ماده سیلیسی یا سیلیسی آلومیناتی که به خودی خود ارزش چسبندگی ندارد، اما به صورت پودر نرم و با وجود رطوبت و در دمای معمولی با هیدروکسید کلسیم واکنش شیمیایی حاصل می کند و ترکیباتی را که دارای خواص چسبندگی می باشند، به وجود می آورد.

ادامه مطلب

بخش دوازدهم: خاکستر بادی

خاکستر بادی که همچنین به نام پودر خاکستر سوخت شناخته شده است، عبارت است از خاکستری که با روش الکتریسیته ساکن یا به صورت مکانیکی، از گازهای خروجی نیروگاه های با سوخت ذغال سنگ، جمع آوری می گردد و متداول ترین نوع پوزولان مصنوعی است. ذرات خاکستر بادی کروی شکل می باشند که از نظر نیاز به آب دارای مزیت است و دارای درجه نرمی زیادی هستند

ادامه مطلب

بخش سیزدهم: سیمان های پوزولانی

مواد پوزولانی که دارای خواص هیدرولیکی نهفته می باشند، همیشه همراه با سیمان پرتلند به کار برده می شوند. این دو ماده را می توان با هم آسیاب نمود یا با یکدیگر آمیخت. در بعضی مواقع ممکن است در دستگاه بتن ساز مخلوط شوند. این شرایط، مشابه سرباره کوره آهن گدازی دانه شده می باشد. با اختلاف فاحش، بیشترین بخش از پوزولان های به کار گرفته شده حاوی خاکستر بادی سیلیکاتی (طبقه F) می باشند و در اینجا توجه بر روی این مواد متمرکز می شود.

ادامه مطلب

بخش چهاردهم: دوده سیلیسی

دوده سیلیسی ماده تازه واردی در بین مواد سیمانی می باشد که در ابتدا به عنوان یک پوزولان معرفی گردید، ولیکن تاثیر آن در بتن فقط به صورت یک پوزولان فعال نبوده، بلکه از جنبه های دیگر نیز مفید است. باید اضافه نمود که دوده سیلیسی گران قیمت است.

دوده سیلیسی را همچنین به اسم میکروسیلیس یا دوده سیلیسی متراکم می نامند، اما واژه «دوده سیلیسی» عموما پذیرفته شده است. این ماده محصول فرعی تولید آلیاژهای سیلیسیم و فروسیلیسیم، تولید شده از کوارتز با درجه خلوص زیاد و ذغال در کوره های الکتریکی با قوس  مستغرق می باشد.

ادامه مطلب

بخش پانزدهم: پرکننده ها

پر کننده یک ماده بسیار نرم آسیاب شده با همان حدود درجه نرمی سیمان پرتلند می باشد که به علت خواص فیزیکی خود دارای اثرات مفیدی بر بعضی خواص بتن مانند کارآیی، چگالی، نفوذپذیری، خاصیت مویینگی، آب انداختن و یا تمایل به ترک خوردگی می باشد.

پرکننده ها معمولا به لحاظ شیمیایی خنثی می باشند؛ اما اگر تا حدی خواص هیدرولیکی داشته باشند یا اگر واکنش های بدون ضرری با محصولات واکنش در خمیر هیدراته شده سیمان ایجاد نمایند، مضر نخواهند بود.

ادامه مطلب

بخش شانزدهم: انواع دیگر سیمان

ادامه مطلب

بخش هفدهم: چه نوع سیمانی به کار رود؟

انواع گسترده سیمانها (در اصطلاح آمریکایی) و طبقات سیمان (در طبقه بندی اروپایی) و بیشتر از همه، مواد سیمانی و سایر مواد به کار گرفته شده در سیمانهای آمیخته، می تواند ذهنیت مغشوشی ایجاد نمایند. بنابراین، بهترین سیمان کدام است؟ و کدام سیمان را برای کاربرد معینی باید مصرف نمود؟

هیچ گونه پاسخ ساده ای به این سوالات وجود ندارد اما یک برخورد منطقی منتهی به راه حل های رضایت بخش خواهد شد.

ادامه مطلب

بخش هجدهم: سیمان پر آلومین

جستجو برای راه حل مساله حمله آب های گچ دار به سازه های بتنی حاوی سیمان پرتلند، سبب شد که در اوایل قرن بیستم سیمان پر آلومین توسط Jules Bied در فرانسه توسعه یابد. ترکیبات و همچنین بعضی از خواص این سیمان با سیمان پرتلند و سیمان های پرتلند آمیخته بسیار متفاوت است؛ به طوری که مصرف آن در کارهای ساختمانی شدید محدود می باشد؛ ولی روش های بتن ریزی با این سیمان مشابه سیمان پرتلند می باشد.

ادامه مطلب

بخش نوزدهم: ترکیبات و هیدراتاسیون

ترکیبات عمده سیمانی، آلومینات های کلسیم با درجه قلیایی کم، عمدتا به صورت CA و ۱۳۹۷C می باشند^32-2. ترکیبات دیگر نیز حضور دارند: C₆A₄.FeO.S و بلورهای هم شکل C6A4.MgO.S^2-13. مقادیر C₂S یا C₂AS بیشتر از چند درصد را تشکیل نمی دهند و البته ترکیبات جزیی دیگری نیز وجود دارند، اما آهک آزاد نمی تواند وجود داشته باشد.

ادامه مطلب

بخش بیستم: مقاومت در برابر حملات شیمیایی

در ابتدا سیمان پر آلومین به منظور مقاومت در برابر حمله سولفاتها توسعه یافت و در واقع از این بابت سیمان پر آلومین بی اندازه رضایت بخش است. این مقاومت در برابر سولفاتها ناشی از عدم وجود و Ca(OH)₂ در سیمان پر آلومین هیدراته شده و همچنین به علت اثر حفاظتی ژل آلومین نسبتا خنثی که در جریان هیدراتاسيون تشکیل می گردد^16-2، است. ولیکن مخلوطهای کم سیمان، خیلی کمتر در برابر سولفاتها مقاوم اند^6-2. همچنین مقاومت سیمان پر آلومین پس از مرحله تبدیل آن به شدت کاهش می یابد.

ادامه مطلب

بخش بیست و یکم: خواص فیزیکی سیمان پر آلومین

از خصوصیات برجسته سیمان پر آلومین، روند خیلی زیاد افزایش مقاومت آن است. حدود ۸۰ درصد از مقاومت نهایی آن، در عمر ۲۴ ساعت حاصل می گردد و حتی در ۶ تا ۸ ساعت، بتن به اندازه کافی قدرت یافته است تا بتوان قالب های جانبی را باز کرد و آنها را برای بتن ریزی بعدی آماده نمود.

ادامه مطلب

بخش بیست و دوم: فرآیند تبدیل سیمان پر آلومین

ویژگی مهم هیدراتاسیون سیمان پر آلومین آن است که در دماهای زیادتر، فقط شکل مکعبی هیدرات آلومینات کلسیم می تواند وجود داشته باشد، ولی در دمای معمولی محیط، هر دو شکل می توانند وجود داشته باشند ولیکن بلورهای شش وجهی، خودبه خود، هر چند به آرامی، به گونه مکعبی تبدیل می گردند. از آنجا که این تغییر خود به خود صورت می گیرد، می توان گفت که بلورهای شش وجهی در دمای معمولی اطاق ناپایدار بوده و محصول نهایی واکنش های هیدراتاسیون به شکل مکعبی می باشند.

ادامه مطلب

بخش بیست و سوم: خواص نسوز بودن سیمان پر آلومین

بتن ساخته شده با سیمان پر آلومین، یکی از مهم ترین مواد نسوز می باشد، ولی مهم است که رفتار آن در طیف کامل دما کاملا روشن شود. بین دمای محیط و حدود ۵۰۰^oC، مقاومت بتن حاوی سیمان پر آلومین بیش از مقاومت بتن حاوی سیمان پرتلند معمولی کاهش می یابد؛ سپس تا ۸۰۰^oC رفتار دو سیمان تقریبا یکسان است، ولی در بیش از حدود ۱۰۰۰^oC عملکرد سیمان پر آلومين بسیار عالی است.

ادامه مطلب

منابع

ادامه مطلب