گروه بندی سیمانها و انواع آن
گروه بندی سیمانها و انواع آن
سیمان های مصرفی در بتن باید با توجه به مقاومت مورد نظر، شرایط محیطی و ابعاد سازه انتخاب شوند. سیمانهای تولیدی در کشور به 2 روش گروهبندی شده و در استانداردها آورده شدهاند.
در روش اول که قدمت طولانیتری دارد به نگرش آیین نامههای آمریکا و در روش دوم به نگرش آیین نامههای اروپا توجه شده است. در گروهبندی روش دوم الزامات مربوط به دوام بتن با دقت بیشتری رعایت گردیدهاند.
در مبحث 9 مقررات ملی ساختمان ویرایش سال 1399 گروه بندی در هر 2 روش به شرط رعایت استانداردهای آنها مجاز میباشد.
گروه بندی سیمانها و انواع آن در روش اول:
گروهبندی سیمانها در روش دوم:
نقش سیمان به عنوان مواد تشکیل دهنده بتن چیست؟
سیمان، سنگدانه درشت و سنگدانه ریز از مصالح مورد استفاده در بتن می باشند. سیمان به عنوان ماده چسبنده و اتصال دهنده در بتن مورد استفاده قرار می گیرد.
مواد تشکیل دهنده سیمان چیست؟
سیمان از ترکیبات ثابت مشخصی تشکیل می شود که تغییر درصد آنها منجر به تغییر ویژگی های سیمان می شود.
مواد تشکیل دهنده انواع مختلف سیمان ها آهک ، سیلیس ، آلومین و اکسید آهن هستند. در کارخانههای سیمان با تغییر ترکیب سهم هر یک از این مواد اولیه می توان سیمان هایی با ویژگیهای مختلف از قبیل:
سیمان زودگیر، سیمان کم حرارت، سیمان دیرگیر، سیمان ضد سولفات، سیمان پر مقاومت و … تولید کرد.
انواع سیماهای پرتلند
سیمان پرتلند نوع 1: این نوع سیمان در کارهای معمولی، ساخت اسکلت بتن آرمه، قطعات پیش ساخته بتن و.. کاربرد دارد. این نوع سیمان در برابر سولفاتها و کلرایدها مقاومتی ندارند.
سیمان پرتلند نوع 2: این نوع سیمان در مواردی که آب زیرزمینی حاوی مقدار کمی سولفات باشد استفاده میشود و در برابر حمله سولفاتها مقاومتر است. در محیط های آلوده توام سولفات و کلر از این نوع سیمان باید استفاده شود.
سیمان پرتلند نوع 3: این نوع سیمان زودگیر است و در بتن ریزی در هوای سرد و همچنین بتن شاتکریت استفاده میشود.
سیمان پرتلند نوع 4: این نوع سیمان کندگیر بوده و گرمازایی کمی دارد و مناسب برای بتنریزیهای حجیم میباشد. هم چنین به دلیل حرارت زایی کم در بتن ریزی در هوای گرم مناسب میباشد.
سیمان پرتلند نوع 5: این نوع سیمان زمانی استفاده میشود که بتن در معرض شدید حمله سولفاتها باشد. در این نوع سیمان مقدار تری کلسیم آلومینات بسیار کم است و دلیل آن این است که واکنش تری کلسیم آلومینات با سولفات باعث انبساط و فروپاشی بتن خواهد شد.سولفاتها پس از نفوذ به درون بتن با C3A ترکیب شده ، مادهای به نام اترینگات به وجود میآورند.
این ماده جدید در اثر جذب آب متورم و باعث ایجاد ترک در بتن میشود که به این روند، حملات سولفاتها گویند. برمبنای این کشف، کاهش میزان C3A در سیمان و تولید سیمانهایی چون سیمان پرتلند تیپ 5 به عنوان راه حل مقابله با حملات سولفاتها ارائه شد.
در روند حملات سولفاتها، نکته مهم آن است که تخریب بتن در اثر پدیده شیمیایی ترکیب سولفات C3A نیست؛ بلکه به علت پدیده فیزیکی انبساط اترینگات در اثر جذب آب است! بعدها مشخص شد که سولفاتها علاوه بر ترکیب با C3A ، به Ca(OH)2 نیز حمله کرده، در ترکیب با آن تولید سنگ گچ میکنند که این محصول هم در مجاورت آب و با جذب رطوبت، منبسط میشود و در بتن ایجاد ترک میکند.
از طرفی دیده میشد که استفاده از سیمان ضد سولفات(تیپ 5) در مناطقی نظیر حاشیه خلیج فارس ـ که مواد سولفاتی به وفور وجود دارد ـ بر خلاف انتظار جوابگو نبوده، بتن تخریب میشود که نمونه این پدیده درتیرهای برق مشهود بود.
با بررسیهای دقیقتر مشخص شد این تخریب در اثر حمله کلریدهاست نه سولفاتها؛ بدین شرح که با کاهش میزان ، در کنار افزایش مقاومت در برابر سولفاتها، نفوذپذیری نیز زیاد میشود و کلریدها راحتتر به داخل بتن راه مییابند.
کلریدها به میلگرد حمله میکنند و در آنها خوردگی به وجود میآورند که در نهایت منجر به تخریب بتن میشود و از آنجا که در مناطق حاشیه خلیج فارس کلریدها نیز به میزان زیاد در محیط وجود دارند، این مشکل ظهور میکرد.
جهت رفع این معضل، پیشنهاد شد در این مناطق از سیمانهایی استفاده شود که درصد C3A در آنها از 8% کمتر باشد؛ ولی کمتر از 5% نشود. که هم در برابر سولفاتها مقاومت کند و هم قابلیت نفوذ زیادی نداشته باشد.
به طور کلی چنین نیست که هر جا مساله وجود سولفاتها در محیط مطرح باشد، از سیمان تیپ 5 استفاده شود . نوع سیمان مناسب در ارتباط با مقدار سولفات محیط میباشد. همچنین در مقابله با حملات سولفاتها ، علاوه بر انتخاب سیمان مناسب، باید به نکات دیگری نیز توجه داشت که در پدیده بسیار موثرند:
1ـ سولفاتها تنها در حالت محلول قادر به حمله به بتن هستند. لذا یکی از راههای مقابله با حملات سولفاتها دور نگاه داشتن بتن از رطوبت است. نمونه این عملیات قلوه چینی پیرامون پی ساختمانها جهت جلوگیری از نفوذ آب به پی است. همچنین در ساخت بتن نباید از آب دارای سولفاتها استفاده کرد.
2ـ تر و خشک شدن متناوب ، حملات سولفاتها را تشدید میکند. این پدیده به ویژه در سازههای بتنی کنار دریا که تحت تاثیر جذر و مد هستند مشاهده میشود.
3ـ از آنجا که هر چه میزان آب به سیمان (W/C) در بتن بیشتر باشد، نفوذپذیری و پیرو آن حملات سولفاتها و کلریدها بیشتر است، حتیالمقدور باید مقدار آب را تا حد امکان کاست و به جای آن از مواد روان کننده استفاده کرد.
* لازم به ذکر است که در حال حاضر کارخانه های تولید سیمان از بین سیمان های پرتلند، سیمان های نوع 1 و نوع 2 و نوع 5 را تولید می کنند و برای تولید انواع دیگر سیمان سفارش می پذیرند.
سیمانهای پرتلند پوزولانی
پوزولانها مواد سیلیسی یا سیلیس آلومیناتی هستند که خود قابلیت چسبندگی ندارند؛ اما به صورت پودر در کنار رطوبت با آهک ترکیب میشوند و ترکیبات سیلیکات کلسیم به وجود میآورند که خاصیت چسبندگی دارند.
در تهیه سیمانهای پرتلند پوزولانی، درصد مشخصی از مواد پوزولانی را به سیمان پرتلند میافزایند و با سیمان حاصل، خواص جدیدی را تامین میکنند. یکی از مهمترین خواص این سیمانها مقاومتشان در برابر حمله سولفاتها میباشد.
پوزولانها با 2(Ca(OH موجود در سیمان ترکیب میشوند و سیلیکات کلسیم به وجود میآورند که مادهای است با خاصیت چسبندگی . در حقیقت پوزولانها یک ماده مضر در سیمان را به مادهای مفید تبدیل میکنند.
تا مدتها گمان بر آن بود که مقابله با حمله سولفاتها فقط از طریق کاستن میزان C3A و استفاده از سیمان تیپ 5 میسر است. اما امروزه میدانند که میزان زیاد 2(Ca(OH نیز بستر مناسبی جهت حمله سولفاتها فراهم میکند و راه مقابله با آن استفاده از سیمان پرتلند پوزولانی است.
بر مبنای همین اصل اگر درصد سولفات محیط بیش از 2% باشد، در کنار استفاده از سیمان تیپ 5 باید از مواد پوزولانی استفاده کرد. آیین نامه حداکثر میزان مجاز پوزولان در سیمان پرتلند پزولانی را 15% میداند . البته در برخی سیمانها میزان پوزولان تا مقادیری بسیار بیش از این هم میباشد؛ اما چنین سیمانهایی پرتلند محسوب نمیشوند.
بلکه ًسیمانهای پوزولانی با خواص مربوط به خود هستند. حرارت هیدراتاسیون پرتلند پوزولانی بسیار پایینتر از سیمانهای پرتلند معمولی است و لذا در بتن ریزیهای حجیم همچون سد سازیها کاربرد دارند.
اما در زمستان که خطر یخ زدگی وجود دارد نباید از آنها استفاده کرد. همچنین مقاومت آنها تا پیش از یک سال کمتر از مقاومت سیمانهای عادی میباشد و لذا از سیمانهای پرتلند پوزولانی در قسمتهایی که نیاز به کسب
مقاومت سریع است نمیتوان استفاده کرد. مواد پوزولانی به دو گونه در طبیعت یافت میشوند:
پوزولانهای طبیعی ، شامل خاکسترهای آتشفشانی است که از دهانه کوههای آتشفشان خارج میشود و در اطراف این کوهها به صورت پوکه جمع میشود.
استاندارد شماره 3433 ایران خواص پزولانهای طبیعی را به دقت بیان کرده است که در هر مورد، پوزولان مورد نظر باید تجزیه و با استاندارد تطبیق داده شود. از مهمترین مشکلات پزولانهای طبیعی غیر یکنواختی آنهاست که در تولید سیمان یکنواخت ایجاد مشکل میکند.
امروزه پوزولانهای طبیعی کاربرد چندانی ندارند. پوزولانهای مصنوعی گونه دیگری از پزولانها هستند که برخلاف پزولانهای طبیعی، کاربردهای متعددی دارند. دو نوع عمده آنها عبارتنداز:
1ـ خاکستر بادی .
2ـ دوده سیلیسی .
خاکستر بادی از سوختن ذغال سنگ در کورههای نیروگاه برق که از این ذغال سنگ به عنوان سوخت استفاده میکنند بدست میآید. این ماده بر خلاف دوده سیلیسی در ایران تولید نمیشود.
جهت تهیه دوده سیلیسی با استفاده از برق فشار قوی جرقهای الکتریکی در انباشتهای از ذغال سنگ سیلیس به وجود میآورند دودهای که بدین طریق بدست میآید، همان دوده سیلیسی است.
ذرات دوده سیلیسی 100 تا 200 بار کوچکتر از ذرات سیمان است و به دلیل همین نرمی زیاد هنگام استفاده از آنها یا باید میزان آب مصرفی را افزود یا از مواد روان کننده استفاده کرد.
سیمان پرتلند سربارهای
به موادی که در بالای کوره بلند ذوب آهن جمع میشوند و به عنوان ضایعات صنعت فولاد شناخته شدهاند، سرباره گویند. سرباره اگر به آهستگی سرد شود، حالت بلوری پیدا میکند که مصرف چندانی ندارد.
اما اگر آن را به سرعت سرد کنیم، به صورت آمورف یا شیشهای در میآیند که پس از پودر شدن، در صنعت سیمان کاربرد دارند. بدین منظور از جت آب سرد استفاده میشود. هنگام آسیاب کردن سرباره باید دقت داشت از آنجا که سختی سرباره بیش از سیمان است، باید هر یک جداگانه آسیاب و در نهایت مخلوط شوند.
در صورتیکه سیمان و سرباره با هم مخلوط شوند، بنا به دلایل فوق، ذرات سیمان نرمتر از سربارهها خواهد شد. در ترکیب شیمیایی سرباره ها، سیلیکاتها، آلومینوسیلیکاتها و کلسیم وجود دارد که مقدار آنها در سرباره کورههای مختلف، متفاوت و به جنس مواد اولیه مصرفی کوره وابسته است.
در ایران استاندارد شماره 3517 مشخصات سیمان های پرتلند سربارهای که شباهت به سیمانهای پرتلند پوزولانی دارد را بیان میکند. در این استاندارد، سیمانهای سربارهای بر مبنای سرباره موجود در آنها به سه دسته تقسیم میشوند.
با توجه به مواد اولیه در تولید سیمان پرتلند سربارهای، معمولاً در نزدیکی کارخانههای ذوب آهن، یک کارخانه تولید سیمان نیز مشاهده میشود. مانند سیمان سپاهان در نزدیکی ذوب آهن اصفهان .
سیمان پرتلند رنگی
گاهی لازم است به دلایل نماسازی یا متمایز کردن قسمتی از سازه، بخواهیم بتن رنگی داشته باشیم. در اینصورت باید از سیمان پرتلند رنگی استفاده کرد. بدین منظور ، هنگام آسیاب نهایی سیمان ، کلینکر را با حداکثر 10% مواد رنگی آسیاب میکنند تا سیمان رنگ مورد نظر را پیدا کند.
در صورتیکه بخواهند سیمان با رنگهای تیره تولید شود، از کلینکر سیمان پرتلند معمولی و در صورت لزوم به دستیابی به رنگهای روشن ، ازکلینکر سیمان پرتلند سفید استفاده میکنند.
به طور کلی مواد رنگی ساز باید دو خصوصیت عمده داشته باشند که عبارتنداز:
1-خنثی باشند. یعنی در واکنشهای هیدراتاسیون سیمان شرکت نکنند.
2ـ پایدار باشند. یعنی رنگ حاصل از آنها در اثر تابش آفتاب ، شرایط جوی و … تغییر نکند.
سیمان انبساطی
سیمان گسترش یابنده یا اکسپندر نوعی است که در آن با جمعشدگی طبیعی این ماده مقابله میشود. برای تولید این متریال به آن موادی اضافه میکنند که در هنگام مصرف منبسط شده و به نوعی باعث جبران جمعشدگی سیمان شود.
البته این انبساط به صورت کنترل شده است و در صورتی که بیش از جمعشدگی باشد سیمان منبسط شونده یا گسترش یابنده خواهد بود.
کاربرد این متریال برای سنگزنی انکر بولتها و کانالهای بتنی پیش تنیده است.
گردآورندگان:
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.