شرکت آسان راه شمال خرم

آشنایی با سیمان‌های حفاری

نمایش شیمایی:
شیمیدان‌های سیمان از علامتگذاری خاصی برای نمایش فرمول ترکیبات موجود در سیمان استفاده می‌کنند. نمایش‌های اختصاری زیر، نشان دهنده ترکیبات مهم سیمان هستند:
C = Cao, F = Fe2o3, N = Na2o, P = P2o5
A = AL2o3, M = Mgo ,K = K2o, F = Feo
S = Sio2, H = H2o, L = Li2o, T = Tio2
S = So3 ,C- = Co2-
در واقع استفاده از علائم اختصاری به عنوان راهی ساده برای اجتناب از نوشتن فرمول کامل ترکیبات سیمان به کار می‌رود.


طرز ساخت سیمان پورتلند
سیمان پورتلند به طور عمده از 4 ماده اصلی تشیکل یافته است.
1 ـ تری کلسیم سیلیکات ( C3s )
2 ـ دی کلسیم سیلیکات ( C2s)
3 ـ تری کلسیم آلومینات ( C3A )
4 ـ تتراکلسیم آلومینوفرات ( C4AF)
این مواد توسط یک سری واکنش‌های شیمایی در دماهایی تا حدود  1500درجه‌ی سانتیگراد، بین آهک، سلیکا، آلومینا و اکسید آهن، در درون کوره تولید می‌شوند. در پروسه‌های ساخت سیمان، مواد خام ابتدا به یک پودر دانه ریز تبدیل شده و سپس بر طبق ترکیب شیمیایی مورد نظر، با نسبت‌های خاصی مخلوط می‌شوند. پس از مخلوط شدن، مواد خام وارد کوره شده و به ماده‌ای به نام سیمان کلینکر تبدیل می‌شوند. به کلینکر سرد شده میزان کمی گچ ( % 5 ـ 3 )  اضافه شده و مخلوط حاصل دوباره پودر می‌شود. به ماده نهایی، سیمان پورتلند گفته می‌شود.
برای فهم بهتر به عکس‌های شماره 1و2 در انتهای مقاله رجوع کنید.

 

برای تهیه سیمان پورتلند دو نوع مواد خام مورد نیاز است: مواد کلسیمی ( Calcareous) که شامل آهک هستند و مواد argillaceous که شامل آلومینا، سیلیکا و اکسید آهن می‌شوند. بسته به محل کارخانه سیمان‌سازی، انواع مختلفی از مواد خام طبیعی و مصنوعی به کار گرفته می‌شوند.
امروزه دو روش عمومی و کلی برای خرد کردن و مخلوط کردن این مواد خام وجود دارد، فرایند خشک و فرایند مرطوب. در فرایند خشک، خرد کردن و مخلوط کردن در غیاب آب انجام می‌گیرد، اما در فرایند مرطوب عملیات خرد کردن و مخلوط کردن بااستفاد از یک دوغاب آبکی انجام می‌گیرد. برای مدت‌ها روش مرطوب به روش خشک ترجیح داده می‌شد. زیرا در روش مرطوب کنترل بهتری روی مخلوط مواد خام وجود دارد. اما مقدار سوخت بسیار بیشتری برای بخار کردن آب درون کوره مورد نیاز است. افزایش قیمت سوخت در سال‌های اخیر منجر به روی‌آوردن به روش خشک شده است.
برای فهم بهتر به عکس‌های 3و4 در انتهای مقاله رجوع کنید.

طبقه‌بندی سیمان پورتلند:
سیمان پورتلند به دلیل نیاز به داشتن برخی خواص فیزیکی و شیمیایی خاص که به کاربرد آن در شرایط گوناگون بستگی دارد، در انواع مختلفی ساخته می‌شود به منظور شناسایی بهتر کاربرد این سیمان‌ها، سیستم‌های مختلف طبقه‌بندی توسط سازنده‌ها بنیان‌گذاری شده است.
بهترین و شناخته‌شده ترین این سیستم‌ها عبارتند از سیستم طبقه‌بندی ASTM , API. در زیر این دو سیستم طبقه‌بندی به اختصار توضیح داده می‌شود:
به دلیل اینکه شرایطی که سیمان پورتلند در چاه با آن روبه رو می‌شود، شدیدا با شرایط ساخت آن متفاوت است، API مشخصات خاصی را برای طبقه‌بندی سیمان پورتلند تعریف نموده است. در حال حاضر 8 کلاس API از سیمان پورتلند وجود دارد که با حروف A تا H نمایش داده می‌شوند. این کلاس‌ها بر پایه عمقی که سیمان‌ها را می‌توان به کاربرد و نیز بر پایه فشارها و دماهایی که سیمان‌ها در چاه می‌توانند آن‌ها را تحمل ‌کنند، مرتب شده‌اند. در برخی ازاین کلاس‌ها سیمان‌ها با درجه‌های  مقاومت متفاوت در برابر سولفات‌ها ( که میزان این مقاومت توسط C3A مشخص می‌شود ) به انواع معمولی (0‌)، مقاومت متوسط در برابر سولفات‌ها ( MSR ) و مقاومت بالا در برابر سولفات‌ها (HSR ) تقسیم بندی می‌شوند. در زیر توصیفی کلی از این 8 گروه آورده شده است:
کلاس A : برای استفاده از سطح زمین تا عمق ft 6000) 1830 m ) و در شرایطی که خصوصیات خاصی نیاز نباشد، به کار می‌رود. این کلاس تنها در نوع معمولی(0‌) وجود دارد.
کلاس B : برای استفاده از سطح زمین تا عمق ft 6000 ) 1830m ) و در شرایط مقاومت متوسط تا زیاد در برابر سولفات‌ها به کار می‌رود. حاوی C3A کمتری نسبت به کلاس A می‌باشد. کلاس C : برای استفاده از سطح تا عمل ft 6000 ) 1830m )، و زمانی که استحکام اولیه سریع (سیمان سریع سفت شود)مورد نیاز است، به کار می‌رود. این کلاس در هر سه نوع معمولی، مقاومت متوسط و مقاومت بالا در برابر سولفات‌ها وجود دارد. برای به دست آوردن استحکام اولیه سریع، میزان C3s و مساحت سطح ذرات آن نسبتا زیاد است.
کلاسهای F , E, D با نام سیمان‌های کند شده نیز شناخته می‌شوند ودر چاه‌های عمیق تر به کار می‌روند. خاصیت کندگری با کاهش قابل توجه میزان فازهای سریع هیدراته شونده ( مثل C3A , C3S ) و با افزایش اندازه دانه‌های سیمان حاصل می‌شود.
امروزه تکنولوژی کندگرهای شیمیایی بسیار بهبود یافته ودر نتیجه این سیمان‌ها به ندرت ساخته می‌شوند.
کلاس D : برای استفاده در اعماق ft 6000 ) 1830m ) تا ft 10000 ) 3050 m ) و در شرایط دما و فشار نسبتا بالا ساخته می‌شود. در دو نوع MRS و HSR نیز یافت می‌شود.
کلاس E : برای استفاده در اعماق ft 10000 ) 3050m ) تا ft 14000) 4270m ) و در شرایط دما و فشار بالا به کار می‌رود. در انواع MRS و HSR نیز موجود می‌باشد.
کلاس F : برای استفاده در اعماق ft 10000 ) 3050m ) تا ft 16000 )4880m ) و در شرایط دما و فشار بسیار بالا به کار می‌رود. در انواع MSR و HSR موجود می‌باشد.
کلاسهای H,G به علت پیشرفت تکنولوژی در ساخت شتابگرها (6) و کندگرهای دوغاب توسط مواد شیمایی ساخته شدند. سازنده‌های این نوع سیمان‌ها اجازه استفاده از مواد شیمایی مثل گلیکول یا استات را در کلینکر ندارند. این نوع افزاینده‌ها موجب بهبود بازدهی خرد کردن سیمان می‌شوند ولی از طرف دیگر با سایر افزاینده‌های سیمان، در واکنش‌های نامطلوبی شرکت می‌کنند. امروزه کلاسهای H,G بسیار بیشتر از سایر کلاس‌ها به کار می‌روند.
کلاسهای H,G : برای استفاده تا اعماق ft 8000 ) 2440 m ) و به عنوان سیمان پایه برای چاه‌ها به کار می‌روند. اما با استفاده از شتابگرها و کندگرها می‌توان آن‌ها را تا اعماق بسیار بیشتر و دماهای بسیار بالاتری به کار برد. در حین ساخت این دو سیمان، هیچ افزاینده‌ای به جز سولفات کلسیم و آب نباید به کلینگر اضافه شود. این کلاس‌های سیمان در انواع MSR و HSR موجود می‌باشند.
ترکیب شیمایی این دو کلاس اساسا یکسان است. تنها فرق اساسی آن‌ها مساحت سطحشان می‌باشد. کلاس H بسیار زمخت‌تر و درشت دانه تر از کلاس G می‌باشد. این امر میزان آب مورد نیاز این دو کلاس را نیز متفاوت می‌سازد.

 

طبقه‌بندی ASTM:
در این سیستم 5 کلاس سیمان وجود دارند که 3 کلاس اول دارای زیرگروه‌هایی نیز هستند.
نوع I : این نوع سیمان پورتلند با نام سیمان همه منظوره شناخته می‌شود. کاربرد آن در کارهای ساختمانی و مخصوصا در ساخت بتون از پیش فشرده، می‌باشد.  محدودیت این سیمان این
است که درصد C3A نباید از 15 درصد تجاوز کند.
نوع II: به منظور داشتن مقاومت متوسط در برابر سولفات‌ها، بدون گرمای هیدراسیون ( یا با گرمای هیدراسیون متوسط ) ساخته می‌شود. هزینه آن تقریبا برابر سیمان نوع اول است.
یک محدودیت در مورد این سیمان این است که میزان C3A نباید از 8 درصد تجاوز کند، زیرا این ماده مقاومت در برابر سولفات‌ها را پایین می‌آورد. کاربرد اصلی آن در ساخت بناهایی است که در معرض سولفات‌ها هستند و یا زمانی که بتون در معرض خاک یا آب زیرزمینی حاوی گوگرد قرار می‌گیرد، این نوع سیمان به کار می‌رود.این نوع سیمان به علت تشابه قیمت آن با نوع ( I) تولید و استفاده می‌گردد.
نوع III : دارای استحکام اولیه بالایی است. این سیمان شبیه نوع (I) است و فقط
ریزدانه تر می‌باشد و مساحت سطح ذرات آن 50 تا 80 درصد بالاتر است. میزان گچ آن نیز مقدرای بالاتر است.
این خصوصیات باعث می‌شوند که استحکام ایجاد شده در آن در سه روز اول برابر استحکام هفت روز در سیمان‌های نوع I و II و استحکام هفت روزه آن برابر استحکام 28 روزه نوع I و II شود. تنها محدودیت آن این است که استحکام 6 ماهه‌اش، برابر ( یا مقداری کمتر ) از استحکام 6 ماهه نوع I و II می‌باشد این به معنای کاهش استحکام درازمدت سیمان نوع III است.
نوع IV : این سیمان دارای گرمای هیدارسیون کمی است. درصد ترکیبات آن گویای این هستند که میزان C2S و C4AF در آن بالا و C3S و C3A پایین می‌باشند. ( نسبت به سایر انواع سیمان ) محدودیت این سیمان این است که ماکزیمم درصد C3A باید برابر 7 و ماکزیمم درصد C3S برابر %35 باشد. به همین دلیل گرمای هیدراسیون آن به آرامی آزاد شده و ایجاد استحکام در آن کند می‌باشد. بعد از گذشته 1 یا 2 سال میزان استحکام آن از دیگر انواع سیمان بیشتر می‌شود.
نوع V : زمانی که مقاومت بالا در برابر سولفات‌ها نیاز باشد، به کار می‌رود. این سیمان درصد بسیار پایینی C3A دارد که منجر به مقاومت بالا در برابر سولفات‌ها می‌شود. ماکزیمم درصد C3A برای این سیمان %5 است.

محدودیت دیگر آن، این است که میزان درصد ( C4AF + 2C3A ) نباید از 20 درصد تجاوز کند.

انواع IIIa , IIa , Ia : این انواع به ترتیب دارای ترکیب یکسانی با انواع III,II ,I دارند. تنها تفاوتشان این است که یک عامل هوا دهنده در مخلوط دوغابشان به کار می‌رود و منجر به مقاومت بالای سیمان در برابر یخ زدگی در دماهای پایین می‌شود. ضمن اینکه برای این سیمان‌ها برخی خواص بیشینه و کمینه در دستورالعمل ASTM آمده است.


موضوعات مرتبط:

برچسب‌ها: مصالح , عمران


تاريخ : دوشنبه ٢٠ مهر ۱۳۸۸ | ۸:٠٥ ‎ق.ظ | نویسنده : | نظرات ()