خواص فیزیکی و شیمیایی سیمان

خواص سیمان ویژگی ها و ترکیباتی است که آن را به یکی از پرکاربردترین و با ارزش ترین مصالح ساختمانی موجود تبدیل می کند. خواص شامل خواص فیزیکی و همچنین خواص شیمیایی سیمان است.

خواص فیزیکی شامل عناصری مانند استحکام فشاری سیمان و توانایی اتصال است که به سازندگان اجازه می‌دهد تا ساختارهای قوی و بادوام ایجاد کنند. خواص شیمیایی به چگونگی کمک مواد تشکیل دهنده سیمان به کیفیت فیزیکی چشمگیر آن مربوط می شود.

خواص فیزیکی سیمان

اجزای شیمیایی سیمان نقش بسزایی در خواص فیزیکی آن دارند. شرکت های سیمانی زمانی که می خواهند انواع سیمان تخصصی را ایجاد کنند که خواص منحصر به فردی دارند، تنظیمات خاصی را در مواد تشکیل دهنده سیمان انجام می دهند.

ظرافت

ظرافت مخلوط سیمان به توزیع اندازه ذرات پودر سیمان اشاره دارد. این خاصیت بر عملکرد و کارایی سیمان تأثیر می گذارد. ظرافت بر حسب متر مربع بر کیلوگرم (m2/kg) یا سانتی متر مربع بر گرم (cm2/g) اندازه گیری می شود. سطح ویژه بالاتر نشان دهنده ذرات ریزتر و سطح ویژه کمتر نشان دهنده ذرات درشت تر است.

هرچه ذرات سیمان ریزتر باشد، برهمکنش بین آب و ذرات سیمان بیشتر است. این باعث افزایش واکنش شیمیایی و تولید متعاقب آن ژل هیدرات سیلیکات کلسیم (CSH) می شود. ژل CSH ماتریکسی را تشکیل می دهد که سخت شدن و استحکام سیمان را ایجاد می کند.

سلامتی

سالم بودن سیمان به توانایی آن در حفظ ساختار خود پس از گیرش و سفت شدن اشاره دارد. مقاومت سیمان را در برابر تغییرات حجمی مانند انقباض و انبساط که می تواند به دلیل هیدراتاسیون تاخیری یا ترکیبات شیمیایی ناپایدار رخ دهد اندازه گیری می کند. برخی از ترکیبات شیمیایی ناپایدار شامل آهک یا منیزیم اضافی است که می تواند در طول زمان با آب واکنش داده و باعث انبساط شود.

تولیدکنندگان با انتخاب ترکیب مناسبی از مواد خام برای حفظ یک ترکیب شیمیایی متعادل، سلامت سیمان را تضمین می کنند. این به آنها اجازه می دهد تا از دمای مناسب کوره در مرحله تولید کلینکر اطمینان حاصل کنند و ذرات را تا حد قابل قبولی بدون تولید گرمای بیش از حد آسیاب کنند.

ثبات

قوام سیمان به توانایی آن در جریان و حفظ کارایی آن هنگام مخلوط شدن با آب اشاره دارد. این خاصیت به انعطاف پذیری و سیال بودن خمیر سیمان مربوط می شود. ترکیبات شیمیایی مختلف در مخلوط سیمان به دلیل سرعت هیدراتاسیون و خواص رئولوژیکی بر قوام سیمان تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، سیلیکات تری کلسیم کاملاً واکنش پذیر است و برای قوام خوب به مقدار زیادی آب نیاز دارد. دی کلسیم سیلیکات زمان واکنش کمتری دارد و برای رسیدن به قوام مطلوب به آب زیادی نیاز ندارد.

استحکام – قدرت

استحکام یک نوع سیمان به توانایی آن در تحمل فشار ناشی از نیروهای خارجی و در عین حال حفظ یکپارچگی ساختاری آن اشاره دارد. این ویژگی حیاتی ظرفیت باربری و دوام سیمان را نشان می دهد. کارشناسان مقاومت سیمان را با قرار دادن نمونه های استوانه ای سیمان یا بتن در معرض بار فشاری تا زمانی که خرابی رخ دهد تعیین می کنند. تری کلسیم سیلیکات استحکام اولیه سیمان را افزایش می دهد و سیلیکات دی کلسیم استحکام طولانی مدت را پشتیبانی می کند.

زمان تنظیم

زمان گیرش سیمان بیان می کند که چه مدت طول می کشد تا خمیر سیمان تازه مخلوط شده به حالت جامد و سفت برسد. سیمان سازان زمان گیرش را در دو دسته اندازه گیری می کنند: زمان گیرش اولیه و زمان گیرش نهایی. زمان ست اولیه نباید خیلی سریع باشد زیرا این کار از کارایی خوب جلوگیری می کند. زمان تنظیم نهایی نباید خیلی طولانی باشد زیرا این امر می تواند پیشرفت پروژه ها را کند کند.

میانگین زمان تنظیم اولیه بین 30-45 دقیقه است. میانگین زمان تنظیم نهایی بین 7-10 ساعت است. این زمان ها برای سیمان های تخصصی مانند سیمان سخت شونده سریع یا سیمان کم حرارت متفاوت خواهد بود. وجود سیلیکات تری کلسیم منجر به زمان تنظیم سریعتر می شود. افزودن دی کلسیم سیلیکات می تواند زمان گیرش را به تاخیر بیندازد.

گرمای هیدراتاسیون

خاصیت گرمای هیدراتاسیون به مقدار گرمایی که در طول فرآیند هیدراتاسیون آزاد می شود اشاره دارد. در طی این فرآیند، واکنش های شیمیایی گرمازا رخ می دهد که می تواند بر کارایی سیمان تأثیر بگذارد. تولید گرما در سیمان در آب و هوای سرد مفید است اما نه در آب و هوای گرم که تولید گرمای بیش از حد می تواند باعث ایجاد ترک و/یا انقباض شود که بر استحکام و دوام سازه تأثیر می گذارد.

معمولاً تولیدکنندگان سیمان هیدراتاسیون حرارتی بالقوه سیمان خود را فهرست می کنند، اگرچه این محدودیت ها بسته به شرایط محیطی متفاوت خواهد بود.

از دست دادن اشتعال

ویژگی از دست دادن اشتعال (LOI) به مقدار وزن از دست رفته زمانی که سیمان در معرض دماهای بالا قرار می گیرد، اشاره دارد. این ویژگی میزان ترکیبات فرار و مواد آلی در مخلوط سیمان را اندازه گیری می کند. برای انجام این آزمایش، تولیدکنندگان مقداری سیمان را در دمای مشخصی، معمولاً در حدود 900-1000 درجه سانتیگراد قرار می دهند. پس از سوختن تمام ترکیبات فرار، مواد معدنی باقی می مانند. کاهش وزن به عنوان درصدی از وزن نمونه اولیه سیمان تعیین می شود.

این ویژگی به سازندگان سیمان کمک می کند تا خلوص و کیفیت ترکیب سیمان را ارزیابی کنند که بر توسعه مقاومت، دوام و مقاومت سیمان در برابر حملات شیمیایی تأثیر می گذارد.

چگالی حجیم

خاصیت چگالی ظاهری به جرم سیمان در واحد حجم اشاره دارد. این بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب (کیلوگرم بر متر مکعب) یا گرم بر سانتی‌متر مکعب (گرم بر سانتی‌متر مکعب) بیان می‌شود. این چگالی سیمان را هنگامی که به صورت آزاد بسته بندی شده و بدون تراکم بسته بندی می شود اندازه گیری می کند. محدوده متوسط جرم مخصوص ظاهری سیمان معمولی بین 1000-1600 کیلوگرم بر متر مکعب است.

وزن مخصوص

این ویژگی چگالی سیمان را به چگالی آب در یک دمای خاص اندازه گیری می کند. وزن مخصوص سیمان معمولی به طور متوسط بین 3.1-3.16 است. اندازه گیری وزن مخصوص به مهندسان کمک می کند تا سیمان را با نسبت صحیح سنگدانه ها و آب اندازه گیری کنند تا به چگالی بتن مورد نیاز دست یابند.

خواص شیمیایی سیمان

خواص شیمیایی سیمان با ترکیب آن تعیین می شود. چهار ترکیب شیمیایی اصلی در سیمان عبارتند از: آلومینات تری کلسیم، سیلیکات تری کلسیم، سیلیکات دی کلسیم و فریت. این ترکیبات در طول هیدراتاسیون دچار تغییرات شیمیایی می شوند که بر خواص فیزیکی سیمان تأثیر می گذارد.

تری کلسیم آلومینات (C3A) – این ترکیب با آب واکنش می دهد تا فرآیند هیدراتاسیون را آغاز کند. C3A همچنین منجر به توسعه استحکام در سیمان می شود. تری کلسیم سیلیکات (C3S) – C3S مسئول هیدراتاسیون و سخت شدن سریع است. سیلیکات دی کلسیم (C2S) – این ترکیب شیمیایی به سیمان کمک می کند تا استحکام طولانی مدتی به دست آورد. فریت (C4AF) – فریت یک عامل روان کننده است که به کاهش دمای ذوب مواد خام در کوره کمک می کند و به فرآیند تولید کمک می کند. منیزیا (MgO) – مقدار کمی منیزیم به سیمان کمک می کند تا استحکام پیدا کند. منیزیم بیش از حد در مخلوط باعث انبساط و نامطلوب شدن سیمان می شود. تری اکسید گوگرد (SO3) – تری اکسید گوگرد در سیمان به شکل گچ وجود دارد. می تواند به عنوان یک شتاب دهنده زمان تنظیم عمل کند. SO3 بیش از حد می تواند سیمان را منبسط و نامناسب کند. اکسیدهای آهن (Fe203) – این ترکیب به سیمان استحکام و سختی می‌افزاید. به سیمان هم رنگ می دهد. قلیاها – وجود قلیاها می تواند به افزایش سرعت هیدراتاسیون و همچنین کاهش زمان گیرش سیمان کمک کند. آلومینا – سیمان با محتوای آلومینا بالا می تواند در برابر دماهای بسیار سرد مقاومت کند. دود سیلیس – دود سیلیس به بهبود استحکام فشاری، مقاومت در برابر سایش و استحکام پیوند سیمان کمک می کند. مقدار زیاد دود سیلیس می تواند زمان گیرش سیمان را به تاخیر بیندازد.

اگر از صفحه ما خوشتان آمد لطفا با دوستان خود به اشتراک بگذارید & فیس بوک