مكونات الأسمنت عبارة عن مكونات متنوعة تمتزج معًا لتكوين مادة بناء قوية ومتينة. المواد الخام التي يتم اختيارها بعناية ودمجها لإنتاج تأثيرات وأنواع مختلفة من الأسمنت هي الجير والسيليكا والألومينا وخام الحديد والركام والجبس والمواد الأسمنتية التكميلية.
يلعب كل مكون من مكونات الأسمنت هذه دورًا فريدًا في التفاعلات الكيميائية والصفات المحددة للأسمنت. ينتج عن هذا المزيج مادة متعددة الاستخدامات ومتينة استخدمها البناؤون لعدة قرون وما زالوا يستخدمونها حتى اليوم.
مكونات الأسمنت: مما يتكون الأسمنت؟
الأسمنت عبارة عن خليط من المكونات الخام المصممة لإنتاج نوع معين من الأسمنت. كل مكون من مكونات الأسمنت يجلب صفات معينة إلى الأسمنت. لكن إدخال مكون معين ينطوي أيضًا على قيود تجعل الأسمنت يعمل بطريقة متميزة.
جير
الحجر الجيري هو صخرة رسوبية تتكون أساسًا من كربونات الكالسيوم على شكل كالسيت. يعد الحجر الجيري موردًا طبيعيًا وفيرًا، كما أن تعدد استخداماته ووفرته وخصائصه الجمالية جعلت منه موردًا قيمًا. لعدة قرون، استخدم الناس الحجر الجيري كمواد بناء، ومحسن للتربة، ومكون خام في منتجات أخرى.
الحجر الجيري هو عنصر خام قيم في الأسمنت لأنه يوفر الكالسيوم. وهذا أمر ضروري في التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء عملية الترطيب في الأسمنت. يتفاعل الكالسيوم مع الماء لتكوين جل هيدرات سيليكات الكالسيوم الذي يساعد الأسمنت على التصلب واكتساب القوة. يعمل الجير أيضًا بمثابة مثبط، مما يبطئ الوقت المحدد للأسمنت.
تختلف جودة الجير من مصدر إلى آخر. تحتوي بعض أنواع الجير على كميات زائدة من الشوائب مما يؤثر على جودة منتج الأسمنت. من المهم أيضًا تحديد الكمية الصحيحة من الجير في خليط الأسمنت. الكثير من الجير سيزيد من وقت الإعداد ويقلل القوة. القليل جدًا من الجير سوف يسبب أوقات إعداد سريعة وقد يزيد من التعرض لهجمات الكبريتات.
السيليكا
السيليكا مركب طبيعي وواحد من أكثر المركبات وفرة في القشرة الأرضية. يستمد مصنعو الأسمنت السيليكا من الموارد الطبيعية مثل الطين والصخر الزيتي.
تتفاعل السيليكا مع الحجر الجيري لتكوين مركبات مسؤولة عن قوة الأسمنت. تساهم السيليكا أيضًا في الصفات الهيدروليكية للأسمنت وتساعده على التصلب عند خلطه بالماء.
عند تصنيع الأسمنت، يجب على الشركات المصنعة التحكم في كميات السيليكا لإنتاج الأسمنت بالنتائج المرجوة. يمكن أن يؤدي وجود فائض من السيليكا إلى تأخير تطور القوة وسيتطلب وقتًا إضافيًا للمعالجة. الكثير من السيليكا يمكن أن يؤدي أيضًا إلى زيادة انكماش الأسمنت مما يؤدي إلى حدوث تشققات أثناء حالة التجفيف.
الألومينا
الألومينا، أو أكسيد الألومنيوم، مشتق من البوكسيت. البوكسيت هو معدن يشبه الطين وغني بالألمنيوم.
تساعد الألومينا على تماسك الأسمنت بسرعة أكبر وتحسين مقاومة الكبريتات. كما أنه يساعد الأسمنت على إنتاج الحرارة أثناء الترطيب وهو أمر مهم في مساعدة الأسمنت على التماسك في الظروف الجوية الباردة
الكثير من الألومينا يمكن أن يتسبب في تماسك الأسمنت بسرعة كبيرة، مما يجعل استخدامه صعبًا. الكميات الزائدة من الألومينا يمكن أن تسبب قوة سريعة على المدى القصير ولكنها تقلل من متانة الأسمنت على المدى الطويل.
خام الحديد
خام الحديد هو الصخور أو المعادن التي تحتوي على الحديد المعدني. يحتوي خام الحديد على أكاسيد الحديد مثل الهيماتيت والمغنتيت، وهي مكونات مهمة في الأسمنت.
يعمل خام الحديد كعامل تلوين في الأسمنت. يمكنه إنشاء ظلال من الأسمنت الأحمر والبني والأسود، مما يساهم في المظهر الجمالي. يعمل خام الحديد أيضًا كعامل تدفق لتقليل درجة انصهار المكونات الخام. وهذا يساعدهم على الاندماج بشكل أكثر فعالية.
الشوائب مثل الكبريت أو الفوسفور الموجودة في خام الحديد ستؤدي إلى ضعف قوة الأسمنت ومتانته وقابليته للتشغيل.
تجمعات
الركام عبارة عن مواد حبيبية يضيفها منتجو الأسمنت إلى خليط الأسمنت. أنها توفر غالبية الحجم في الخليط وتوفر الحجم والقوة والاستقرار. الركام الشائع في الأسمنت هو الرمل والحصى والحجر المسحوق وركام الخرسانة المعاد تدويره (RCA) والركام خفيف الوزن مثل الطين الممتد أو الصخر الزيتي أو الأردواز.
تساهم الطبيعة المتشابكة للركام في القوة الإجمالية للأسمنت وقدرته على التحمل. إنها تساعد على التحكم في انكماش الأسمنت أثناء عملية التجفيف والمعالجة. تساعد إضافة الركام أيضًا في تقليل تكلفة الأسمنت.
يزيد الركام من الحاجة إلى مياه إضافية لضمان قابلية تشغيل جيدة للأسمنت. يمكن أن تسبب بعض الركام أيضًا تفاعلًا قلويًا مع السيليكا مع المكونات القلوية في عجينة الأسمنت مما قد يسبب تشققًا وتمددًا وتدهورًا في الأسمنت بمرور الوقت.
جبس
الجبس هو معدن يتكون من ثنائي هيدرات كبريتات الكالسيوم وهو مادة مضافة شائعة في الأسمنت. يعمل الجبس كمؤخر في الأسمنت، مما يبطئ وقت الإعداد الأولي. تتيح هذه الجودة للعمال قابلية تشغيل أفضل وتوظيفًا ممتدًا. تساعد إضافة الجبس على منع التصلب السريع للأسمنت عند ملامسته للماء ويحمي الأسمنت من التدهور في البيئات الغنية بالكبريت.
الكثير من الجبس يمكن أن يؤدي إلى تأخر نمو القوة. يجب على المصنعين أيضًا مراعاة التركيب الكيميائي الدقيق لمكونات الأسمنت الخاصة بهم، حيث يمكن أن يتفاعل الجبس مع مواد كيميائية معينة في الخليط ويؤدي إلى تدهور أداء الأسمنت وخصائصه.
المواد الأسمنتية التكميلية (SCM)
بالإضافة إلى المكونات القياسية للأسمنت، هناك مواد إسمنتية تحتوي عليها بعض أنواع الأسمنت. وتشمل هذه المواد الرماد المتطاير، وأبخرة السيليكا، والبوزولان، والخبث.
توفر SCMs العديد من الفوائد في الأسمنت. إنها تساعد على تحسين قابلية التشغيل والتماسك والقوة والمتانة بالإضافة إلى تقليل النفاذية وتطور درجة الحرارة في الأسمنت. يساعد إدخال أنظمة SCM أيضًا على تحسين الفوائد البيئية لنوع معين من الأسمنت. العديد من المخلفات الصلبة هي منتجات ثانوية لصناعة الأسمنت والتي يمكن أن تذهب إلى مدافن النفايات ما لم يتم سحقها لتصبح جزءًا من الأسمنت. كما أنها تساعد على تقليل الحاجة لإنتاج الأسمنت الخام.
في بعض الحالات، ترتبط SCMs بتأخر تطور القوة في الأسمنت. تتوفر أجهزة SCM بتركيبات وأحجام جسيمات مختلفة، لذا يمكن أن تختلف وفقًا للجودة التي تنتجها. يجب على منتجي الأسمنت اختيار SCMs بعناية لإنتاج الأسمنت بالصفات المطلوبة.
