خصائص الأسمنت هي الصفات والمكونات التي تجعله واحدًا من أكثر مواد البناء تنوعًا وقيمة في الوجود. وتشمل الخصائص الخصائص الفيزيائية وكذلك الخصائص الكيميائية للأسمنت.
تشتمل الخصائص الفيزيائية على عناصر مثل قوة ضغط الأسمنت وقدرته على الارتباط التي تسمح للبنائين بإنشاء هياكل قوية ودائمة. ترتبط الخصائص الكيميائية بكيفية مساهمة المكونات الموجودة في الأسمنت في صفاته الفيزيائية المثيرة للإعجاب.
الخصائص الفيزيائية للأسمنت
تلعب المكونات الكيميائية للأسمنت دورًا مهمًا في خواصه الفيزيائية. تقوم شركات الأسمنت بإجراء تعديلات معينة على مكونات الأسمنت عندما ترغب في إنشاء أنواع متخصصة من الأسمنت لها خصائص فريدة.
صفاء
تشير دقة خليط الأسمنت إلى توزيع حجم الجسيمات لمسحوق الأسمنت. تؤثر هذه الخاصية على أداء الأسمنت وقابليته للتشغيل. يتم قياس النعومة بالمتر المربع لكل كيلوجرام (م2/كجم) أو السنتيمتر المربع لكل جرام (سم2/جم). تشير مساحة السطح المحددة الأعلى إلى جزيئات أدق وتشير مساحة السطح المحددة المنخفضة إلى جزيئات أكثر خشونة.
كلما كانت جزيئات الأسمنت أصغر، كلما زاد التفاعل بين الماء وجزيئات الأسمنت. وهذا يعزز التفاعل الكيميائي والإنتاج اللاحق لجيل هيدرات سيليكات الكالسيوم (CSH). يشكل جل CSH المصفوفة التي تخلق تصلب الأسمنت وقوته.
سلامة
تشير سلامة الأسمنت إلى قدرته على الاحتفاظ ببنيته بمجرد تماسكه وتصلبه. وهو يقيس مقاومة الأسمنت لتغيرات الحجم مثل الانكماش والتمدد التي يمكن أن تحدث بسبب تأخر الترطيب أو المركبات الكيميائية غير المستقرة. تشمل بعض المركبات الكيميائية غير المستقرة الجير الزائد أو المغنيسيا التي يمكن أن تتفاعل مع الماء مع مرور الوقت مسببة التمدد.
يضمن المصنعون سلامة الأسمنت عن طريق اختيار المزيج المناسب من المكونات الخام للحفاظ على التركيب الكيميائي المتوازن. وهذا يسمح لهم بضمان درجات حرارة الفرن المناسبة في مرحلة إنتاج الكلنكر وطحن الجسيمات إلى مستوى مقبول دون توليد حرارة زائدة.
تناسق
يشير اتساق الأسمنت إلى قدرته على التدفق والحفاظ على قابلية التشغيل عند خلطه بالماء. تتعلق هذه الخاصية بمرونة وسيولة عجينة الأسمنت. تؤثر المركبات الكيميائية المختلفة داخل خليط الأسمنت على تماسك الأسمنت بسبب معدل الماء والخصائص الريولوجية. على سبيل المثال، سيليكات ثلاثي الكالسيوم تفاعلية تمامًا وتتطلب كمية كبيرة من الماء للحصول على تناسق جيد. تتمتع سيليكات ثنائي الكالسيوم بوقت تفاعل أقل ولا تتطلب الكثير من الماء لتحقيق الاتساق الأمثل.
قوة
تشير قوة نوع من الأسمنت إلى قدرته على تحمل الضغط من القوى الخارجية مع الحفاظ على سلامته الهيكلية. توضح هذه الخاصية المهمة قدرة الأسمنت على التحمل ومتانته. يحدد الخبراء قوة الأسمنت عن طريق تعريض عينات أسطوانية من الأسمنت أو الخرسانة لحمل ضاغط حتى يحدث العطل. سيليكات ثلاثي الكالسيوم يعطي الأسمنت قوة مبكرة ويدعم سيليكات ثنائي الكالسيوم قوة على المدى الطويل.
تحديد الوقت
يصف وقت الإعداد للأسمنت المدة التي يستغرقها الأسمنت حتى يصل معجون الأسمنت المخلوط حديثًا إلى حالة صلبة وثابتة. يقيس صانعو الأسمنت وقت الإعداد في فئتين: وقت الضبط الأولي ووقت الضبط النهائي. لا ينبغي أن يكون وقت الضبط الأولي سريعًا جدًا لأن هذا يمنع قابلية التشغيل الجيدة. لا ينبغي أن يكون الوقت المحدد النهائي طويلاً جدًا لأن ذلك قد يؤدي إلى إبطاء التقدم في المشاريع.
يتراوح متوسط أوقات الضبط الأولية بين 30-45 دقيقة. متوسط الوقت المحدد النهائي يتراوح بين 7-10 ساعات. ستكون هذه الأوقات مختلفة بالنسبة للأسمنت المتخصص مثل الأسمنت سريع التصلب أو الأسمنت منخفض الحرارة. يؤدي وجود سيليكات ثلاثي الكالسيوم إلى أوقات ضبط أسرع. إضافة سيليكات ثنائي الكالسيوم يمكن أن يؤخر أوقات الإعداد.
حرارة الترطيب
تشير خاصية حرارة الترطيب إلى كمية الحرارة التي يتم إطلاقها أثناء عملية الترطيب. خلال هذه العملية، تحدث تفاعلات كيميائية طاردة للحرارة يمكن أن تؤثر على قابلية تشغيل الأسمنت. يعد إنتاج الحرارة في الأسمنت مفيدًا في المناخات الباردة ولكن ليس في المناخات الدافئة حيث يمكن أن يؤدي توليد الحرارة الزائد إلى حدوث تشققات و/أو انكماش يؤثر على قوة ومتانة الهيكل.
من الشائع لمصنعي الأسمنت أن يقوموا بإدراج الترطيب الحراري المحتمل للأسمنت الخاص بهم، على الرغم من أن هذه الحدود ستختلف وفقًا للظروف البيئية.
فقدان الاشتعال
تشير خاصية فقدان الاشتعال (LOI) إلى مقدار الوزن المفقود عندما يتعرض الأسمنت لدرجات حرارة عالية. تقيس هذه الخاصية كمية المركبات المتطايرة والمواد العضوية الموجودة في خليط الأسمنت. لإجراء هذا الاختبار، يقوم المصنعون بتعريض كمية من الأسمنت لدرجة حرارة محددة، عادة ما تكون حوالي 900 درجة مئوية إلى 1000 درجة مئوية. وبعد احتراق جميع المركبات المتطايرة، تبقى المواد غير العضوية. يتم تحديد فقدان الوزن كنسبة مئوية من وزن عينة الأسمنت الأولية.
تساعد هذه الخاصية صانعي الأسمنت على تقييم نقاء وجودة تركيبة الأسمنت التي تؤثر على تطور القوة والمتانة ومقاومة الأسمنت للهجمات الكيميائية.
الكثافة الظاهرية
تشير خاصية الكثافة الظاهرية إلى كتلة الأسمنت لكل وحدة حجم. ويتم التعبير عن ذلك بالكيلوجرام لكل متر مكعب (كجم/م3) أو جرام لكل سنتيمتر مكعب (جم/سم3). يقيس هذا كثافة الأسمنت عندما يتم تعبئته بشكل فضفاض دون ضغط. يتراوح متوسط الكثافة الظاهرية للأسمنت العادي من 1000-1600 كجم/م3.
جاذبية معينة
تقيس هذه الخاصية كثافة الأسمنت إلى كثافة الماء عند درجة حرارة معينة. يتراوح الوزن النوعي للأسمنت العادي بين 3.1-3.16. يساعد قياس الثقل النوعي المهندسين على قياس الأسمنت بدقة بالنسب الصحيحة من الركام والماء لتحقيق كثافة الخرسانة التي يحتاجونها.
الخواص الكيميائية للأسمنت
يتم تحديد الخواص الكيميائية للأسمنت من خلال تركيبته. المركبات الكيميائية الأربعة الرئيسية في الأسمنت هي ألومينات ثلاثي الكالسيوم، وسيليكات ثلاثي الكالسيوم، وسيليكات ثنائي الكالسيوم، والفريت. تخضع هذه المركبات لتغيرات كيميائية أثناء عملية الترطيب مما يؤثر على الخواص الفيزيائية للأسمنت.
ألومينات ثلاثي الكالسيوم (C3A) – يتفاعل هذا المركب مع الماء لبدء عملية الترطيب. يؤدي C3A أيضًا إلى تطوير القوة في الأسمنت. سيليكات ثلاثي الكالسيوم (C3S) – C3S مسؤول عن الترطيب السريع والتصلب. سيليكات ثنائي الكالسيوم (C2S) – يساعد هذا المركب الكيميائي الأسمنت على اكتساب قوة على المدى الطويل. الفريت (C4AF) – الفريت هو عامل تدفق يساعد على تقليل درجة حرارة انصهار المواد الخام في الفرن مما يساعد في عملية التصنيع. المغنيسيا (MgO) – كمية صغيرة من المغنيسيا تساعد الأسمنت على اكتساب القوة. الكثير من المغنيسيا في المزيج سيجعل الأسمنت متوسعًا وغير سليم. ثالث أكسيد الكبريت (SO3) – يوجد ثالث أكسيد الكبريت في الأسمنت على شكل جبس. يمكن أن يكون بمثابة مسرع وقت الإعداد. الكثير من ثاني أكسيد الكبريت يمكن أن يجعل الأسمنت متوسعًا وغير سليم. أكاسيد الحديد (Fe203) – يضيف هذا المركب قوة وصلابة للأسمنت. كما أنه يعطي لون الأسمنت. القلويات – يمكن أن يساعد وجود القلويات في زيادة سرعة الترطيب ولكنه أيضًا يبطئ وقت تماسك الأسمنت. الألومينا – يمكن للأسمنت الذي يحتوي على نسبة عالية من الألومينا أن يتحمل درجات الحرارة الباردة جدًا. أبخرة السيليكا – تساعد أبخرة السيليكا على تحسين قوة الضغط ومقاومة التآكل وقوة ربط الأسمنت. يمكن أن تؤدي الكمية الزائدة من أبخرة السيليكا إلى تأخير وقت تجميد الأسمنت.
