طبقه بندی مواد سیمانی

مقدمه

در فصل قبل خواص سیمان پرتلند به طور کلی مورد بحث قرار گرفت و مشاهده شد که سیمانهای با ترکیبات شیمیایی و خصوصیات فیزیکی مختلف، می توانند پس از هیدراته شدن خواص متفاوتی از خود بروز دهند. لذا با انتخاب مخلوطهای مناسب مواد خام، می توان سیمان های با خواص مختلف مورد نیاز را تولید نمود. در واقع چندین نوع سیمان پرتلند به صورت تجاری موجودند و سیمان های مخصوص دیگری را نیز می توان برای مصارف ویژه تولید نمود. چند نوع سیمان غير پرتلند نیز عرضه می شوند.

قبل از توصیف انواع مختلف سیمان پرتلند بحث عمومی تری درباره مواد سیمانی مصرف شده در بتن، می تواند مفید باشد.

 

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. دلایل اولیه برای به کار بردن این مواد، معمولا منشا اقتصادی داشته است: مواد معدنی از سیمان پرتلند ارزان تراند؛ در بعضی موارد بدان سبب که آنها در طبیعت به صورتی وجود دارند که نیازی به هیچ فرآیند اضافی ندارند (یا نیاز کمی دارند و در برخی موارد بدان علت که آنها محصولات فرعی یا پسماندهای فرآیندهای صنعتی می باشند. محرک دیگری در به کار گرفتن این مواد «تکمیلی» در مخلوط بتن، افزایش ناگهانی در هزینه انرژی در دهه ۱۹۷۰ بود. می توان به خاطر آورد که هزینه انرژی قسمت عمده ای از هزینه تولید سیمان را تشکیل می دهد.

حتی حمایت بیشتری برای به کار گرفتن بعضی از مواد «تکمیلی» ناشی از ملاحظات زیست محیطی درباره باز کردن گودال ها و قرضه ها برای مواد خام لازم در تولید سیمان از یک طرف، و مسایل مربوط به روش های از بین بردن مواد زاید صنعتی مانند سرباره کوره آهن گدازی، خاکستر بادی یا دوده سیلیسی، از طرف دیگر، بوده است. به علاوه تولید سیمان پرتلند نیز به خودی خود به محیط زیست آسیب می رساند به طوری که تولید یک تن از سیمان منجر به تولید یک تن دی اکسید کربن می گردد که وارد هوا می شود.

صحیح نخواهد بود که از توصیف تاریخچه فوق چنین استنباط شود که مواد تکمیلی فقط به علت «فشار» ناشی از زاید بودن آنها، در بتن به کار گرفته شده اند. این مواد همچنین خواص مطلوب مختلفی را در بتن ایجاد می کنند (بعضی مواقع در حالت تر، اما اغلب در حالت سخت شده). این «جاذبه» همراه با «فشار» فوق، موقعیتی را به وجود آورده اند که در بسیاری از کشورها درصد عمده ای از بتن ها، حاوی یک یا بیشتر از این مواد تکمیلی می باشند. لذا، صحيح نخواهد بود که این مواد را (همانطور که بعضی مواقع در گذشته در نظر گرفته می شد) به عنوان مواد جایگزین سیمان یا «افزایش دهنده » مقدار سیمان در نظر گرفت.

اگر همان طور که در فوق بیان شد، موادی که تاکنون به عنوان مواد تکمیلی توصیف شده اند در واقع اجزای مناسبی از مواد سیمانی به کار برده شده در ساخت بتن محسوب گردند، در این صورت اسم جدیدی برای آنها باید در نظر گرفته شود. برای این منظور هیچ عبارت منفردی به صورت جهانی مورد توافق یا قبول واقع نشده است و ممکن است بحث مختصری درباره نامگذاری به کار برده شده در انتشارات مختلف مفید باشد.

تا آنجا که به بتن ارتباط دارد، مواد سیمانی همیشه حاوی سیمان پرتلند از انواع متعارف آن می باشند (یعنی سیمان پرتلند «خالص»). بنابراین وقتی مواد دیگری مصرف می شوند، امکان دارد که به مجموعه مواد سیمانی به کار رفته عنوان سیمان های مرکب پرتلند را اطلاق نمود. این عبارت و عبارت سيمانهای پرتلند آمیخته، منطقی به نظر می رسند. نحوه برخورد اروپایی در آیین نامه ENV 197-1:1992 آن است که از عبارت سيمان CEM که نیاز به وجود اجزای سیمان پرتلند را تداعی می نماید، (که در آن سیمان پر آلومین حذف می شود) استفاده شود. وليكن اسم سیمان CEM، صراحت نداشته و مورد پسند عام واقع نگردیده است.

نحوه برخورد فعلی آمریکایی در آیین نامه ASTM C 1157-94a ارائه شده است که سیمانهای آمیخته آبی، برای کاربردهای عمومی و مصارف ویژه را در بر میگیرد. سیمان آمیخته آبی به صورت زیر تعریف شده است: «سیمان آبی از دو یا بیشتر اجزای معدنی تشکیل شده است که در خواص مربوط به کسب مقاومت سیمان سهیم می باشند. سیمان آبی می تواند بدون ترکیبات دیگر، یا حاوی آنها (شامل مواد مضاف مربوط به مرحله تولید و یا مواد مضاف دخیل در عملکرد سیمان) باشد.»

این نامگذاری منطقی به نظر می رسد به جز آنکه واژه «مواد تشکیل دهنده معدنی» را مشکل می توان به مواد واقعی به کار رفته در بتن (معمولا پوزولان های طبیعی یا صنعتی، خاکستر بادی، دوده سیلیسی یا سرباره آهنگدازی دانه و آسیاب شده)، ارتباط داد. به علاوه تاکید بر واژه «آبی» می تواند تصویر غلطی را برای مصرف کننده عمومی سیمان به وجود آورد. به علاوه نامگذاری ASTM توسط موسسه بتن آمریکا به کار گرفته نشده است.

بحث نسبتا طولانی فوق مشکل طبقه بندی و گروه بندی مواد مختلف وابسته را روشن می سازد. عدم وجود نامگذاری بین المللی به این وضعیت کمک نمی کند. در واقع بیش از یک نحوه برخورد امکان پذیر است، اما مشکل، با توجه به اینکه بعضی از این تقسیم بندی ها شامل یکدیگر نمی شوند، دشوارتر می شود.

با توجه به فراگیری بین المللی کتاب حاضر (با استناد به سه بازنگری قبلی آن) از نامگذاری زیر استفاده شده است.

سیمانی که در آن کمتر از ۵ درصد از سایر مواد معدنی وجود دارد، سیمان پرتلند نامیده می شود. باید به خاطر داشت که قبل از سال ۱۹۹۱ به طور کلی انتظار می رفت که سیمان پرتلند، «خالص» باشد. یعنی هیچگونه ماده مضاف جزیی دیگر، به غیر از سنگ گچ و کمک آسیاب کننده، در آن وجود نداشته باشد. است

سیمانی تشکیل شده از سیمان پرتلند و یک یا بیشتر ماده معدنی مناسب، سیمان آمیخته نامیده می شود. این واژه نزدیک به واژه به کار رفته در آیین نامه ASTM C 1157-94a می باشد. همانند ASTM واژه آمیخته هم شامل فرآیند مخلوط کردن پودرهای جداگانه، و هم در برگیرنده توام آسیاب نمودن مواد اصلی مانند: کلینکر سیمان پرتلند و سرباره آهنگدازی دانه شده، می گردد.

در انتخاب واژه ای برای اجزای تشکیل دهنده سیمان آمیخته مشکل وجود دارد؛ زیرا به کار بردن واژه «تشکیل دهنده» و «اجزا» خطر اشتباه شدن با ترکیبات شیمیایی در سیمان پرتلند را در بر دارد. آنچه در کلیه این مواد مشترک است، به بیان ASTM C 1157- 94a آن است که «آنها در خاصیت کسب مقاومت سیمان سهیم می باشند». در حقیقت بعضی از این مواد به خودی خود سیمانی بوده، بعضی خواص سیمانی نهفته دارند و حتی برخی اغلب از طریق عملکرد فیزیکی خود در کسب مقاومت بتن سهیم می شوند. بنابراین پیشنهاد می شود که به کلیه این مواد، مواد سیمانی اطلاق شود. بنیادگرایان ممکن است به این انتخاب اعتراض نمایند، اما این اطلاق از دو شایستگی مهم سادگی و وضوح برخوردار است.

مواد سیمانی به طور جداگانه بعدا در این فصل مورد بحث قرار خواهند گرفت، اما برای سهولت، جدول ۱-۲ خواص آنها را توصیف می کند. مشاهده می شود که خط تمایز کاملا روشنی نسبت به هیدرولیک (یعنی خواص کاملا سیمانی بودن) وجود ندارد.

در همانطور که قبلا اشاره شد کلیه مواد سیمانی، به صورتی که تعریف شدند یک خاصیت مشترک دارند و آن اینکه حداقل به نرمی ذرات سیمان پرتلند و برخی از مواقع بسیار نرم تر می باشند. البته سایر خواص آنها متفاوت است و این امر به منشا، ترکیب شیمیایی، و خصوصیات فیزیکی آنها، مانند بافت سطحی یا وزن مخصوص، ارتباط دارد.

چندین راه برای تهیه سیمان آمیخته وجود دارند. یک راه آن است که کلینکر سیمان را با سایر مواد سیمانی توام آسیاب نمود تا یک سیمان آمیخته کاملا یکنواخت به دست آید. راه دوم آن است که دو یا به ندرت سه نوع از مواد را در شکل نهایی آنها، کاملا مخلوط گردد. راه دیگر آن است که سیمان پرتلند با یک یا چند ماده سیمانی به طور جداگانه، اما همزمان، یا تقریبا همزمان، به داخل مخلوط کننده بتن تغذیه شوند.

جدول ۱-۲: ماهیت سیمانی مواد در سیمان های آمیخته

ماده

ماهیت سیمانی

کلینکر سیمان پرتلند

سرباره کوره آهن گدازی

دانه و آسیاب شده (سكادا)

پوزولان های طبیعی (طبقه N)

خاکستر بادی سیلیسی (𝝆fa) (طبقه F)

خاکستر بادی پر آهک (طبقه C)

 

دوده سیلیسی

 

پرکننده آهکی

 

سایر پرکننده ها

کاملا سیمانی (هیدرولیک)

هیدرولیک نهفته، بعضی اوقات هیدرولیک

 

هیدرولیک نهفته با سیمان پرتلند

هیدرولیک نهفته با سیمان پرتلند

هیدرولیک نهفته با سیمان پرتلند ولی همچنین

تا اندازهای هیدرولیک

هیدرولیک نهفته با سیمان پرتلند، اما عمدتا

با اثر فیزیکی

اثر فیزیکی ولی به اندازه کمی واکنش

نهفته هیدرولیکی با سیمان پرتلند دارد

از نظر شیمیایی، خنثی، فقط اثر فیزیکی

 

به علاوه مقادیر نسبی سیمان پرتلند و سایر مواد سیمانی در مخلوط بتن به طور گسترده ای متغیر هستند. بعضی مواقع نسبت سایر مواد سیمانی کم است و در برخی مخلوطها سهم عمده و یا حتی بخش اعظم سیمان آمیخته را تشکیل می دهند.

بنابراین در کتاب حاضر واژه «ماده سیمانی»، برای کلیه مواد پودری (به غیر از آنها که نرم ترین ذرات سنگدانه را تشکیل می دهند)، به شرط آنکه یکی از مواد پودری، سیمان باشد، به کار برده می شود. به استثنای تعداد معدودی به آنها در بخش های بعد اشاره شده است، سیمان به کار رفته از نوع پرتلند است. بنابراین ماده سیمانی، می تواند سیمان پرتلند تنها یا ترکیبی از سیمان پرتلند و یک یا چند ماده سیمانی باشد.

یک ماده سیمانی معین ممکن است ماهیت هیدرولیکی داشته باشد؛ یعنی ممکن است به خودی خود، هیدراته شود و در کسب مقاومت سیمان سهیم باشد، یا اینکه ممکن است خواص هیدرولیکی نهفته داشته باشد. یعنی می تواند واکنش هیدرولیکی را فقط در نتیجه واکنش های شیمیایی با برخی دیگر مواد تشکیل دهنده مانند محصولات هیدراتاسیون سیمان پرتلند که به طور هم زمان در مخلوط وجود دارد، از خود نشان دهند. احتمال سوم آن است که مواد سیمانی اغلب از نظر شیمیایی خنثی باشند، اما اثر کاتالیزوری بر هیدراتاسیون سایر مواد داشته باشند، برای مثال با ایجاد هسته ها و متراکم سازی خمیر سیمان، یا بر خواص بتن تازه تاثیر فیزیکی داشته باشند. مواد این گروه به نام پرکننده شناخته می شوند.

برای سهولت خوانندگان آمریکایی، باید متذکر شد که «مواد افزودنی معدنی» که توسط موسسه بتن آمریکا جهت توصیف مواد تکمیلی غیر هیدرولیکی به کار برده می شود، در این کتاب استفاده نخواهد شد. کلمه «مواد افزودنی»، ترکیبات جزیی (یعنی چیزی که به «مخلوط اصلی» افزوده می شود) را تداعی می نماید، اما همانطور که قبلا ذکر شد، برخی از مواد «تکمیلی» در نسبتهای زیاد نیز وجود دارند.

طبقه بندی های مختلف مواد سیمانی بعدا در این فصل مورد بحث قرار خواهند گرفت. کاربردهای ویژه و جزییات تاثیر آنها بر خواص بتن، به هر صورت که لازم باشد، در خلال این کتاب مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

 

بازگشت به فهرست

شرکت مقاوم سازان مینو با بیش از 10 سال سابقه اجرای ژئوسنتتیک ها در زمینه های مختلف از جمله کشاورزی، صنعت و معدن، گودهای ساختمانی و... در تمامی نقاط کشور ... بیشتر بدانید

ساعت کاری

شنبه تا

پنج شنبه

08:00 صبح  الی

15:00 بعد از ظهر

جمعه   تعطیل

 

نماد اعتماد الکترونیکی

Please publish modules in offcanvas position.