مقاله 94 : سیمان

[*vernal*]

مقدمه:
مصرف سيمان درکشورها مي تواند به عنوان شاخصي از پيشرفتگي آنها در نظر گرفته شود. البته توجه به اقليم هر کشور،نوع مصارف سيمان و مسائلي ديگر ضروري مي باشد. در کشورها نيز درطي چند سال گذشته نياز به اين ماده ي پر اهميت مهندسي بيشتر شده است و اين نياز منجر به تأسيس کارخانجات متعددي در سطح کشور شده است. البته از ديدگاهي ديگر کشور ايران به خاطر دارا بودن منابع عظيم نفت و انرژي و دارا بودن ذخاير مواد اوليه ي مصرفي در بخش سيمان،مستعد توليد سيمان نيز مي باشد. اقليم بياباني و نيمه خشک منطقه ي ما و عدم وجود منابع چوب نيز مي تواند عاملي ديگربراي توسعه ي صنعت سيمان و مصرف آن در بخش ساختمان سازي باشد.
سيمان يک ماده ي متداول در کشور ما محسوب مي گردد و کسي نيست که اين ماده را نشناسد ولي اطلاعات افراد در مورد اين ماده اندک است از اين رو،دراين مقاله تلاش شده است تا اطلاعاتي مناسب در مورد صنعت سيمان ارائه گردد. همچنين مطالب به نحوه اي بيان شده است تا عموم عزيزان بتوانند از آن استفاده کنند. اميدواريم که مطالعه ي اين مقاله باعث افزايش سطح اطلاعات خواننده باشد.


تعريف:



سيمان پودري است که خاصيت چسبانندگي ايجاد مي کند. اين ماده پس از واکنش با آب مي تواند ايجاد ساختارهاي بلوري يا هيدراتهاي بلند کند که پس از سخت شدن،حتي در زير آب هم به صورت يک بافت سخت و يکپارچه در مي آيد.
بنابر يک تعريف درگي سيمان گردي است نرم، جاذب آب و چسباننده خرده سنگ که اساساً مرکب است از ترکيبات پخته شده و گداخته شده ي اکسيد کلسيم با اکسيد سيلسيم، اکسيد آلومينيم و اکسيد آهن. ملات اين گرد قادر است به مرور در مجاورت هوا و يا در زير آب سخت شود،در زير آب ضمن داشتن ثبات حجم مقاومت خود را نيز حفظ مي نمايد. و در فاصله ي 28 روز در زير آب ماندن داراي حداقل مقاومت 250 کيلوگرم بر سانتيمتر مربع مي شود.
در رم قديم مخلوطي از خرده سنگ و آهک پخته درست مي کردند که از ترکيب اين مخلوط با آب،بتن حاصل مي شد و از اين بتن براي کارهاي ساختماني استفاده مي گرديد. اين نوع ساختمانها را (caementitium) opus مي ناميدند. به مرورکلمه ي cementum به مخلوط هاي مورد استفاده در اين نوع ساختمان سازي اطلاق گرديد. منظور از cementum نوع خاصي خرده سنگ است که وقتي پودر آنها با آهک مخلوط مي شد،مخلوط حاصله داراي خاصيت هيدروليکي بيشتر مي شد و به مرور در مجاورت هوا و در زير آب سخت مي گرديد و داراي مقاومت و سختي قابل توجهي مي شد. اين خرده سنگها از باقيمانده ي آتشفشان يعني خاکستر آتشفشان بودند و يا اينکه از خردکردن خرده آجرهاي توليد شده درکوره آجرپزي که در واقع همان خاک رس پخته است،بدست مي آمده اند.


تاريخچه


همانگونه که گفتيم مواد چسباننده ي پايه هيدروليکي به دوران روميان باز مي گردد. در آن دوران روميان از موادي شبيه به سيمان امروزي استفاده مي کردند. اين مواد که جزء مصالح ساختماني آن دوره بودند از ترکيب خرده سنگ با يک ماده ي چسباننده مانند آهک پخته ساخته مي شدند. علاوه بر اين مواد، افزودني هايي شبيه پودر بسيار نرم سفالهاي پخته شده و خاکستر آتشفشاني نيز اضافه مي شده است. مواد افزودني باعث ايجاد خاصيت چسبندگي هيدروليکي در مخلوط مي شود. اين ماده ي چسباننده در سير تحول به نام سيمان (cement) معروف گشت. درطول تاريخ اين ماده ي چسبنده ابتدا cementum و بعدها با نام هاي cament, cimentum و نهايتاً سيمان (cement) نام گرفت.

 

[*vernal*]

. 2. سير تحول روش هاي توليد


در توليد سيمان کلاً دو روش وجود دارد که به شرح زير است:
1) روش تر
2) روش خشک
در روش تر مواد اوليه به صورت دوغاب درآمده و دوغاب حاصل پس از آسياب شدن و رسيدن به خواص مطلوب به داخل کوره اي مي روند که در اين کوره ابتدا آب دوغاب خشک شده،سپس واکنش هاي مربوط به زنيترينگ انجام مي شود. البته لازم به توضيح است که در فرآيند تر معمولاً مواد خردايش يافته در تانکرهايي آب خور شده و کلاً خواص دوغاب پيش از مرحله ي پخت معين مي گردد.
در روش خشک مواد پس از خردايش و آسياب ابتدا پيشگرم شده،سپس به داخل کوره رفته که طول کوره ي پخت کلينکر در اين روش معمولاً بسيارکوتاه تر از حالت تر مي باشد. علت اين کوتاهي اين است که در روش خشک نياز به خشک کردن مواد خردايش يافته نيست.
توضيحات داده شده دربالا توضيحات مختصري در مورد فرآيند توليد سيمان بود. در قسمت هاي بعدي در مورد فرآيند توليد سيمان به صورت جزئي تر صحبت مي کنيم.

2. 2. سير تحول کوره ي پخت کلينکر


کوره هاي استوانه اي عمودي (shaft kiln) که به صورت تناوبي کار مي کردند اولين تجهيزات مورد استفاده در فرآيند پخت سيمان محسوب مي شدند. اولين قدم در راه توليد پيوسته سيمان با به کارگيري کوره ي حلقوي هافمن (Hoffmann Annular Kiln) برداشته شد. واژه کلينکر سيمان نيز در اين زمان يعني هنگامي متداول گرديد که تغذيه ي کوره هاي حلقوي به وسيله مواد خامي صورت مي پذيرفت که شکل قطعات آجر (خشت) در مي آمدند و مشابه با پخت آجر در کوره هاي آجرپزي عمل پخت آنها صورت مي گرفت. کوره هاي چرخنده پخت سيمان (Rotary Cement Kilns) به دوره اي باز مي گردند که امتيازشان توسط فردريک رانسوم در سال هاي 1885/1886 به ثبت رسيد. پخت آزمايشي سيمان در کوره هاي گردنده در آلمان از سال 1897 آغاز شد و توليد صنعتي کلينکر سيمان دو سال بعد آغاز گرديد. اولين کوره ي داراي پيش گرمکن مشبک (preheater) در سال 1929 و اولين کوره داراي پيش گرمکن سيکلوني (cyclonepreheater) در سال 1950 وارد چرخه ي توليد سيمان درآلمان شدند.

3. 2. سير تحول وسايل خردايش در کارخانجات سيمان


در گذشته سنگ شکنهاي فکي (Jaw crushers) جهت خردکردن اوليه ي مواد خام و کلينکر،غلتکهاي خردکنده (Grinding Rolls) براي ريزکردن مواد خام خردشده در مرحله اول و نهايتاً تجهيزات آسياب سنگي (Millstone Arrangements) که از دو قطعه سنگ آسياب با قطرهاي 105- 0.8 متر واقع بر روي يکديگر تشکيل مي شد، جهت پودرکردن مواد خام مورد استفاده قرار مي گرفتند. خوراک آسياب از طريق بازشويي واقع در مرکز سنگ فوقاني به فضاي بين سنگ ساکن فوقاني و سنگ متحرک تحتاني که توسط يک شفت محوري مي چرخيد به آسياب وارد و خرد مي گرديد.
هدف اوليه توسعه ي روشهاي آسياب کردن بر محور توليد پودرهاي نرم تر و بالا بردن توان عملياتي تجهيزات متمرکز بود. مطابق با استاندارهاي موجود نرمي سيمان بايد به اندازه اي مي بود که درحين الک کردن با الکي با چشمه هايي به قطر 0.2 ميلي متر، مقدار باقيمانده ي روي الک از حداکثر 20% کمتر باشد. اين امر موجب شد تا تجهيزات آسياب با تجهيزات سردکننده که ازجمله معايب آنها استهلاک بيش از حد و بازده پايين آنها بود،تواماً به کار گرفته شد که در اين راه ظهور سيستم هاي جداکننده ي مکانيکي عمل کننده به کمک هوا در سال 1889 پيشرفت مهمي محسوب مي شد .
از جمله تجهيزاتي که بعدها جهت آسياب کردن مواد مورد استفاده قرار گرفتند مي توان به آسياب هاي لبه اي (Edge Mill)، که براي آسياب کردن مواد خام درحالت تر به کار مي رفت،انواع مختلف آسياب گلوله اي (Ball Mill) و آسياب گريفين (Griffinmill) که در آمريکا طراحي شده بود، اشاره کرد. در آسياب نوع گريفين آونگي وجود داشت که سر آن به شکل يک غلتک خردکننده طراحي شده بود و در طول رينگي فولادي مي چرخيد که در اين حالت عمل آسياب کردن با نيروي گريز از مرکز ناشي از چرخش آونگ انجام مي شد.
دستيابي به پودرهاي نرم تر با توان عملياتي قابل قبول در واقع با استفاده از آسياب لوله اي (tube mill) در صنعت سيمان آلمان و در سال 1892 ممکن گرديد. آسيابهاي لوله اي اوليه آسيابهاي تک محفظه اي (mill single chamber) بودند که قطرآنها 102 متر و طول آنها بين 6-5 متر و ظرفيت توليد آنها بالغ بر3 تن سيمان در ساعت بود. سيمان خروجي از اين نوع آسياب از چنان نرمي برخوردار بود که پس از الک کردن آن با الک به قطر 0.09 ميلي متر مقدار باقيمانده بر روي آن در حدود 15 درصد مي شد. ضمن اين که توان برق مصرفي آنها نيز حدوداً 20 کيلو وات ساعت بر واحد زمان [kwh A] بود. از سال 1920 انواع مختلف آسيابهاي لوله اي جايگزين ساير آسيابها جهت آسياب کردن مواد خام و سيمان گرديدند.

 

[*vernal*]

. مواد اوليه در توليد سيمان


مواد اوليه سيمان از ترکيبات مختلفي مانند کربنات ها، آلومينا سيليکات ها،اکسيد آهن و آلومينيوم تشکيل مي شود. البته سه جزء کربنات ها،آلوميناسيليکات ها و اکسيد آهن در تشکيل کلينکر ازاهميت خاصي برخوردارند. البته اجزاي ديگري هم به مواد اوليه اضافه مي شود که اين مواد اضافه شده نقش تسهيل کننده را بر عهده دارند. اين مواد بر روي شرايط کوره، پيش گرم کن و شرايط پخت تأثير مي گذارند.
مهمترين مواد اوليه مورد استفاده در صنعت سيمان ترکيبات آهک است. مواد آهکي که در صنعت سيمان استفاده مي شود مينرالهاي حاوي کربنات کلسيم است که در بين اين مينرالها سنگ آهک مهمترين نوع مينرال است که در صنعت سيمان استفاده مي شود. و علاوه بر آن مواد آهکي مثل سنگ گچ، مارل، مواد آهکي و شنهاي دريايي و سنگهاي مرمريتي نيز استفاده مي شود. که اين سنگ هاي از نظر ترکيب شيميايي از کربنات کلسيم تشکيل شده است. و شکل اين مينرال ها کلسيت و آرگونيت حاوي مقادير متفاوتي ناخالصي از جمله کوارتز يا سيليس، خاک رس، فسفات، پريت (Fe S2)، ستريت (Fe CO3)، ژئوتيت (Fe oH)، رونوميت 2(CaMg (CO3، مگنيت، گچ (CaSo4. 2H2o)، فلوريت (CaF2) و... مي باشد.
سنگي آهک در کاخانه هاي سيمان بر مبناي منشأ تشکيل و انواع ناخالصي هاي موجود درآن طبقه بندي مي شود. چون منشأ تشکيل سنگ بر روي مينرالهاي موجود، درجه ي بلور شدن،اندازه ذرات، قدرت سيماني شدن، ميزان فشردگي و ناخالصي هاي موجود در سنگ تأثير داشته و همچنين تأثيرات عمده اي روي خواص فيزيکومکانکي، ميزان تجزيه پذيري، قدرت ترکيب سنگ با سايراجزاي سيمان، دارد. که اين خواص از اهميت خاصي بر روي فعاليت، واکنش پذيري و ميزان ترکيب پذيري ماده اوليه، درجه خردشوندگي و همچنين تأثيرات آن روي آسيابهاي سيمان دارد.
آسياب نشدن کامل مواد اوليه موجب واکشن ناقص اجزا شده که اين مسأله باعث تخريب بتن به خاطر تشکيل و وجود مواد ناخاسته در بتن مي گردد.

1. 3. مواد افزودني، مواد تسهيل کننده ي ترکيبات مورد استفاده در کارخانجات سيمان


اين مواد عبارت اند از: سنگ معدن هاي طبيعي و يا زباله هاي صنعتي که براي تصفيه ترکيبات موجود براي توليد انواع سيمان مورد استفاده قرار مي گيرد. افزايش اين مواد به سيمان چه قبل از ورود مواد اوليه به کوره،و چه بعد از تشکيل کلينکر و درحين آسياب شدن به سيمان،مي تواند تأثيرات متفاوتي در خواص بعدي سيمان داشته باشد. از جمله ي اين مواد عبارت اند از:ترکيبات آلومينيوم سيليکات که در سنگ معدنهاي مختلف درصد سيليس و با آلومين متفاوت است. از جمله سنگهاي غني از سيليس مثل ماسه سنگ، فلينت، دياتوميت و سنگهاي کوارتريتي و همچنين سنگهاي آلومينا سيليکاتي (خاک رس، شيل و...) است که درصد تخلخل سنگ ها متفاوت است که دو نوع اول از نوع سنگهاي نرم مي باشد و شيل از نوع سنگهاي رسوبي مي باشد. در اين سنگها علاوه بر ترکيبات آلومينا سيليکات ترکيبات ديگري از جمله سيليس آزاد، منيزيت، قليايي ها و گوگرد نيز وجود دارد.
براي توليد سيمان سفيد از افزودني کائولن سفيد با درصد آلوميناي بالا استفاده مي شود.
بوکسيت يکي از انواع رسهاست که ترکيب شيميايي آن داراي مقاديرمتفاوتي هيدروکسيد آلومينيوم است و همچنين مقادير متفاوتي مينرالهاي مختلف هيدراته ي آهن وجود دارد در صورتي که سنگ غني ازآلومينيوم باشد مينرالهاي موجود در آن را بوهميتا (Al2O3. 3H2O - لا) و يا دياسپور (Al2O3. H2O-×) و گپسيت (Al2O3. 3H2O) تشکيل مي دهد. که در توليد سيمان استفاده مي شود به عنوان مواد تسهيل کننده ترکيبات از سنگ معدنهاي غني از اورانيوم استفاده مي گردد.
ميزان استفاده از ترکيبات آلومينايي بين 5-10 درصد در کارخانه سيمان متغيراست و در صورتي که ازسنگ آهک خالص استفاده شود اين مقدار تا 25 درصد مي تواند افزايش يابد. علاوه براين ترکيبات مواد ديگري هم استفاده مي شود که عبارت است از: خاکستر آتش فشاني، باقي مانده سوختهاي زغال سنگ در نيروگاه ها،سرباره ذوب آهن و ضايعات کارخانه کاغذسازي.
علاوه بر ترکيبات شيميايي که لازم است با هم، هم خواني داشته باشند، مواد افزودني و مواد تسهيل کننده نيز بايد با هم، هم خواني داشته باشند.

4. فرآيند توليد سيمان


1. 4. خردايش مواد خام

معمولاً خردايش مواد اوليه توسط ماشينهاي مختلف صورت مي گيرد. که در اين قسمت سنگ شکن ها و آسياب ها قرار گرفته اند.
سنگ شکنهاي مورد استفاده در صنعت سيمان عبارتند از:
1) سنگ شکن فکي
2) سنگ شکن مخروطي
3) سنگ شکن نوردي
مکانيزم سنگ شکن هاي بالا براساس اعمال فشار بر روي مواد اوليه است. که علاوه براين نوع سنگ شکن ها سنگ شکن هايي وجود دارند که اساس کارآنها ضربه است. اين نوع سنگ شکن ها عبارتند از:
1) سنگ شکن ضربه اي
2) سنگ شکن چکشي
از لحاظ بازده،بازده سنگ شکن چکشي از سه نوع فکي، مخروطي و نوردي بيشتر است. امروزه نيز به خاطر همين مسئله استفاده از اين نوع سنگ شکن در کارخانجات سيمان متداول گشته است. اين نوع سنگ شکن بسيارعظيم الجثه است. و داراي چکش هاي بسيار بزرگ است.
آسياب هاي مورد استفاده در کارخانجات سيمان دو نوع اند:
1) آسياب هاي گلوله اي
2) آسياب هاي لوله اي
اين آسياب ها همچنين براساس مسير پيمايش ماده نيز تقسيم بندي مي شوند که براين اساس به دو نوع سيستم تقسيم مي شوند:
1) سيستم باز
2) سيستم بسته
در مسير باز مواد فقط يک بار عبور مي کند اما در مسير بسته مواد پس از آسياب شدن و خردشدن از الکهاي با مش معين عبور کرده و موادي که بر روي الک باقي مي مانند دوباره به سنگ شکن باز مي گردد. البته اکثر آسياب ها معمولاً داراي سيستم بسته هستند.
البته آسياب ها را براساس خواص ديگر آنها نيز طبقه بندي مي کنند مثلاً براساس حالت مواد مورد خردايش قرار گرفته ولي با توجه به تحولات انجام شده در صنعت سيمان دنيا و تغيير روش ها از روش تر به روش خشک،اين تقسيم بندي ها و طبقه بندي ها منسوخ گشته است.

 

[*vernal*]

2. 4 خشک کردن مواد اوليه


مواد اوليه معمولاً داراي رطوبت هستند اين رطوبت در برخي موارد به 10 تا 12 درصد نيز مي رسد. براي داشتن شرايط بهينه درآسياب کردن و فرآيند پيش گرم کردن مواد اوليه در سيکلون ها بايد مواد اوليه رطوبت زيادي نداشته باشند از اين رو مواد اوليه خشک مي گردند.
براي خشک کردن مواد اوليه معمولاً از روشهاي مختلفي استفاده مي شود. براساس نحوه ي حرکت مواد اوليه و جريان هوا اين تقسيم بندي به صورت زير است:
1) خشک کن داراي جريان متقابل
2) خشک کن داراي جريان موازي

1. 2. 4. خشک کن داراي جريان متقابل


اساس کارکليه ي خشک کن ها بر مبناي برخورد مستقيم يا غير مستقيم مواد با يک سيال گرم است که در طي اين برخورد انتقال حرارت مابين سيال و مواد اوليه صورت مي گيرد. در خشک کن هاي جريان متقابل، حرکت سيال و مواد اوليه درخلاف جهت همديگر است. در اين خشک کن از محلي که مواد اوليه خارج مي گردد،هواي داغ وارد مي گردد. مسأله ي مهم در اين خشک کن ها تنظيم دماي مواد اوليه است. بايد توجه داشت که دماي مواد اوليه از مقدار معيني بالاتر نرود زيرا اين امر موجب تجزيه ي گرمايي کلسيم کربنات مي شود.

2. 2. 4. خشک کن داراي جريان موازي


اساس کاراين نوع خشک کن شبيه خشک کن با جريان متقابل است با اين تفاوت که جهت حرکت هوا نسبت به جهت حرکت مواد اوليه يکسان است. در اين نوع خشک کن از محلي که مواد اوليه خارج مي گردد،هوا نيز خارج مي گردد.

3. 2. 4.مقايسه ي خشک کن داراي جريان موازي با نوع داراي جريان متقابل


توانايي خشک کن با جريان متقابل کمتر از توانايي خشک کن هاي با جريان موازي است. همچنين احتمال کلوخه شدن مواد اوليه درانتهاي خشک کن جريان متقابل به دليل افزايش ناگهاني دماي مواد اوليه در انتهاي خروجي مواد، وجود دارد. در کل در صنايع سيمان بيشتر از خشک کن با جريان متقابل استفاده مي کنند.

3. 4. پيش گرم کردن مواد


پيش از ورود مواد مهيا شده (آسياب شده) به داخل کوره ي پخت کلينکر،اين مواد بايد پيشگرم شوند. مزيت پيش گرم شدن مواد اين است که بازده کوره پخت کلينکر افزايش مي يابد و در ضمن طول کوره نيز کاهش مي يابد. اين مسائل موجب کاهش هزينه ي نگهداري و هزينه ي اوليه ي احداث کارخانه مي گردد و براي ما مفيد مي باشد عمل پيش گرم شدن مواد در سيکلون ها اتفاق مي افتد. سيکلون ها ساختاري است استوانه اي که انتهاي پاييني آن تنگ مي گردد. و اساس کار اين وسيله بدين صورت است که با حرکت مواد و هواي داغ (سيال داغ) از داخل اين وسيله،دماي مواد افزايش مي يابد. براي افزايش بازده سيکلون،طراحي به گونه اي است که مواد اوليه در داخل سيکلون به صورت مارپيچ (مترگونه) حرکت مي کنند. (مواد اوليه از بالا به پايين مي آيند). سيال نيز که عمدتاً يک هواي گرم شده است از بخش پاييني سيکلون وارد مي گردد. شکل خاص سيکلون و وجود پره هايي در داخل سيکلون باعث مي شود که جريان هواي وارده به شکل گردابي (چرخشي) در آمده. که اين حرکت گردابي به مواد اوليه يک نيروي گريز از مرکز وارد مي کند و باعث تجمع ذرات درشت در يک محل خاصي مي شود. با تجمع ذرات در کنار هم اين ذرات به هم چسبيده (سنگين مي شوند) و از سيکلون خارج مي گردند.
جريان هوايي که از پايين وارد پيش گرم کن مي شود ذرات را به دو قسمت تقسيم مي کند. يکي از تقسيم بندي ها ذراتي هستند که نيروي اصطکاک آنها با هوا بيشتر از نيروي وزن آنهاست. که اين غلبه ي نيروي اصطکاک بر نيروي وزن باعث حرکت آنها به سمت بالاي سيکلون مي شود. و تقسيم بندي دوم ذرات درشت است که به پايين حرکت مي کنند پس در هر سيکلون از بالا به پايين ذرات درشت تر مي شوند.
معمولاً در کارخانجات سيمان بخش پيش گرم کن از 4 يا 5 سيکلون تشکيل شده است. که دماي ورودي به اين سيکلونها در حدود 1100 درجه سانتيگراد و هواي خروجي در حدود 330 درجه سانتيگراد است. ورود هوا بسيار گرم اين مطلب را متذکر مي شود که سيکلون ها در تماس با هواي 1100 درجه سانتيگراد را بايد با آجر نسوز عايق کاري کنيم.
با حرکت خوراک اوليه در طي اين سيکلون ها، دماي خوراک به حدود 800 درجه سانتيگراد مي رسد. ضمناً خوراک با طي سيکلون ها در زمان 25 ثانيه به انتها مي رسند.
ذرات بسيار ريز از بالاي سيکلون ها خارج گشته (بوسيله ي جريان هوا) وارد *****ها مي شود. اين *****ها از دو نوع *****هاي کيسه اي (بگ *****) يا الکترو***** هستند. در *****هاي کيسه اي جريان هوا وارد يک کيسه مي شود که در درون اين کيسه ذرات مواد باقي مانده و جريان هوا تصفيه مي گردد. در الکترو***** نيز اعمال يک ميدان الکتريکي باعث جذب بار ذرات گشته و ذرات نهايتاً تجمع يافته و براساس افزايش وزن آنها،ذرات به پايين الکترو***** مي ريزند. در کارخانجاتي که مي خواهند عمل *****اسيون هوا به شکلي کامل تر انجام شود،از دو نوع اين *****ها به صورت سري استفاده مي کنند.

4. 4. کوره ي پخت کلينکر

در کارخانجات توليد سيمان بيشترين هزينه مربوط به کوره است. حداکثر ظرفيت کوره بستگي به قطر کوره، ميزان چرخش کوره و شيب کوره دارد.
بنابراينکه توليد کارخانه چه مقداري است و نياز به کلينکر در کارخانه چه مقدار است،سرعت چرخش کوره تغيير مي کند. هر چه سرعت کوره بيشتر شود مقدار کلينکر خروجي بيشتر مي شود. اين کوره داراي يک شيب ملايم است که هر چه اين شيب کمتر باشد ميزان انباشتگي مواد بيشتر مي شود. هرچه قطر کوره نيز بيشتر باشد،ميزان انباشتگي مواد بيشتر مي شود ولي بايد به اين نکته توجه کرد که تشکيل فازهاي مناسب در داخل کوره نيازمند انتقال گرماي معيني از سطح توده ي مواد داخل کوره به عمق آن است بنابراين توجه به تنظيم مشعل کوره و ميزان انباشتگي مواد اوليه امري حياتي است و بر روي خواص کلينکر توليدي اثر مي گذارد.

1. 4. 4. نحوه ي چينش آجرها


در کوره ي پخت کلينکر نحوه ي چينش آجرها بدين نحو است که در ابتداي کوره و درجايي که مواد از پيش گرم کن وارد کوره مي شوند از بتن هاي آلومينايي که بيش از 90 درصد آلومينا دارند استفاده مي شود. علت استفاده از اين بتن ها اين است که اين بخش از کوره داراي سايش بسيار بالايي است. در واقع خوراک کوره اگرچه ريز هستند ولي به خاطر اينکه ترکيب شيميايي و مينرالي آنها از مواد اکسيدي با سختي بالاست،سايش شان بسيار زياد است. اين بخش هاي کوره عمدتاً پس از مدتي ترميم مي گردند.
طول کوره ها 75 متر است که نحوه ي چينش آجرهاي آن از ابتدا (محل ورود مواد) تا انتها (محل خروج کلينکر) به صورت زير است:
1) در سه متر اوليه آجرهاي شاموتي که 70 درصد آلومينا دارند .
2) در 25 متر بعدي آجرهاي منيزيتي که 80 درصد آنها منيزيا است.
3) در 21 متر بعدي آجرهاي شاموتي با 70 درصد آلومينا .
4) در 26 متر آخر آجرهاي آلومينايي استفاده مي شود.

2. 4. 4. سوخت کوره ي پخت کلينکر


جهت پخت کلينکر سيمان در کوره از سوختهاي زغال سنگ، گازوئيل، مازوت و گازطبيعي استفاده مي شود. از سوختهاي ضايعاتي (Waste Fuels) مختلف نيز مي توان به جاي سوختهاي استاندارد استفاده کرد که اين سوختها به عنوان سوختهاي جايگزين شناخته مي شوند. از جمله سوختهاي جايگزين مي توان به لاستيک هاي مستعمل اتومبيل ها، لجن اسيدي (Acid Sludge) که در طول فرآيند عمل آوري نفت خام حاصل مي شود. گل رس سفيدکاري. (Bleachinhg clay) که ازجمله ضايعاتي است که درحين استخراج روغن و گريس توليد مي شود،روغنهاي دورريز و نيز زباله و ضايعات مواد مورد استفاده انسانها اشاره کرد. مقدار کالري توليدي توسط زغال سنگ با افزايش رطوبت و خاکستر آن کاهش يافته و درمورد گازطبيعي نيز ازمقدار کالري توليد شده با افزايش بخش نيتروژن يا co2 کاسته مي شود. معمولاً براي هر 150 کيلوگرم مواد خام اوليه، 20 کيلوگرم سوخت لازم است. البته توجه به خلوص سوخت مصرفي نيز مسأله اي حياتي است.
انتخاب سوخت براي فرآيند پخت کلينکر يک مسأله ي مهم است.اين مسأله با توجه به اقليم و موقعيت کشور انتخاب مي شود. در کشور ما نيز با توجه به وجود منابع عظيم گازطبيعي بهترين گزينه گازطبيعي است. مزاياي گازطبيعي علاوه بر هزينه ي کم براي کارخانجات داخلي،آلودگي کمتر نيز هست. ضمناً با استفاده از گازطبيعي احتمال ورود ناخالصي به خوراک کوره از سوخت هاي جايگزين وجود ندارد. اين مسأله بر روي خوردگي ديرگدازهاي کوره و کنترل فرآيند پخت کلينکر تأثير بسزايي دارد. و از ديدگاه بنده خوردگي ديرگدازها را کاهش داده و کنترل وضعيت فرايند پخت کلينکر را نيز آسان تر مي کند.

3. 4. 4. کوتينگ در کوره


عوامل مختلف درتشکيل لايه در کوره ي پخت کلينکر تأثير مي گذارد. مثلاً يکي از اين عوامل ميزان ويسکوزيته ي فاز شيشه اي است. اگر کوتينگ تا حدود 20 سانتيمتر رشد داشته باشد مفيد است و به صورت يک لايه ي محافظ عمل کرده و از خوردگي آجرهاي نسوز جلوگيري مي کند. اگر ضخامت اين کوتينگ از 20 سانتيمتر بيشتر شود به آن حلقه (رينگ) مي گويند که اين رينگ مخرب بوده و احتمال اين وجود دارد که رشد آن بيشتر شود و باعث بسته شدن بخشي از کوره بگردد. اين بسته شدن مي تواند حتي باعث انفجار کوره گردد.
وظايف کوتينگ در کوره:
1) حفاظت آجر نسوز در مقابل حرارت
2) حفاظت از آستر نسوز درمقابل حمله ي شيميايي ترکيبات کلينکر
3) بهبود يکنواختي کلينکر (فاز شيشه اي بوجود آمده بر روي سطح کلينکر مي نشيند و سطح کلنيکر را غير يکنواخت مي کند. با حرکت کلينکر بر روي کوتينگ،سطح کلينکر کاملاً گرد و يکنواخت مي شود.)
4) کاهش تشعشع حرارتي
5) حفاظت از بدنه کوره
کلنيکرتوليدي از انتهاي ديگر کوره خارج شده و به سرعت سرد مي شود اين سريع سردکردن بر خواص گيرش سيمان توليدي اثر مي گذارد. سپس کلينکر آسياب مي شود و به صورت يک پودر نرم درمي آيد. پودر حاصله بوسيله ي مواد افزوني معين مخلوط مي شود و به سمت مراکز مصرف فرستاده مي شود.

منبع راسخون

 

[*vernal*]

انواع سیمان

انواع سیمان

سيمان ها بر اساس ترکيب و فازهاي تشکيل دهنده به انواع مختلفي تقسيم بندي مي شوند .عموماً در همه ي کشورها استانداردهايي براي سيمان به عنوان يک ماده پايه جهت توليد انواع ملاتها و بتن تدوين گرديده است .تفاوت هاي موجود در رابطه با توسعه ي اقتصادي و صنعتي ،منابع مواد خام و شرايط اقليمي منجر به توسعه ي مصالح ساختماني و روشهاي گوناگون ساختار در کشورهاي مختلف گرديده اند که اين امر خود منجر به توليد مختلف سيمان شده است .بدين دليل تفاوتهايي اساسي نيز بين استانداردهاي کشورهاي مختلف در مورد سيمان وجود دارد .که همگام با ساير موارد بر مشخصات دوام بتنهاي ساخته شده از اين سيمانها تأثير گذار هستند.

در اروپا کار بر روي تدوين اصولي فني استاندارد سيمان اروپايي از سال 1975در حال توسعه و پيشرفت بوده است.در اين راه،تاکيد اوليه بر روي مجموعه روش هاي مورد توافق در انجام آزمايشات بود که اين روشها در [D42]EN196ارائه گرديده اند .بدين ترتيب مشخصات انواع بتن ،ترکيبات و کلاس مقاومتي آنها که مورد پذيرش کليه کشورهاي اروپايي بود در [E26] EN1971:2000مشخص گرديد .مبناي اين استاندارد سيمانهايي با سخت شدگي سيليکات کلسيم بودند که در کشورهاي مرکزي و غربي اروپا براي مصارف عمومي[A19] توليد مي گرديدند. با خواص ويژه اضافي (سيمانهاي ويژه (special cement)و سيمانهاي با مکانيزم هاي متفاوت سخت شوندگي در بخشهاي ديگر اين استاندارد مي بايست مورد توجه قرار گيرد.[E26،s193].از نوع سيمان مشخص شده در EN197-1در ابتدا فقط 12 نوع سيمان در استاندارد سيمان آلمان [oct.1994 [D51 )

DIN1164مورد پذيرش قرار گرفتند .علت پذيرش اين 12 نوع سيمان در آيين نامه ي DIN1164.اثبات نقش موفقيت آميز آنها در دوام بتن هاي ساخته شده از اين نوع سيمانها بود.از تاريخ اول آوريل 2001 استاندارد سيمان اروپا به عنوان (Feb.2001)DIN EN1971-1:2001به عنوان استاندارد سيمان آلمان پذيرفته شده که بدين ترتيب اين استاندارد جايگزين (OCT 1994)DIN 1164-1 مي گردد.استفاده از سيمانهاي مشخص شده در استاندارد جديد DIN EN197-1مشمول مقررات آيين نامه هاي 1-DIN 1045-2 (D44،49،w2)وDIN.EN 206مي گردد.
در اين ميان استانداردهاي ASTMنيز از اهميت خاصي برخوردارند .اين استانداردها بوسيله ي انجمن استاندارد آمريکا انتشار يافته است براي اطلاع بيشتر خواننده ضوابط مربوط به اين سيمانها را با شماره ي ASTMآنها معرفي مي کنيم:

-سيمان پرتلند که در [A46]ASTM C150مشخص شده اند
-سيمان هيدروليکي مخلوط با ترکيبات مشخص که در ASTMc595m[A60]تعريف شده است .
-سيمان هيدروليکي مخلوط با ويژگي هاي اجرايي مشخص که در [A66]ASTMc1157mمشخصات آنها ذکر شده است و مطابق با اصطلاحات استاندارد شده مربوط به سيمان در ASTM c845[A49، مورد بحث قرار گرفته است.

مطابق با اصطلاحات استاندارد شده مربوط به سيمان در A49 ASTMC، سيمان هيدروليکي مخلوط (Blended Hydraulic Coment) سيماني است که از دو يا چند ماده غير آلي تشکيل شده که حداقل يکي از آنها سيمان پرتلند و يا کلينکر سيمان پرتلند نيست و از آميختن مواد با يکديگر به طور همزمان در حين آسياب کردن و يا آسياب کردن آنها به طور مجزا و سپس مخلوط کردن آنها با هم توليد مي شود .بنابراين به جاي واژه سيمان هيدروليکي مخلوط بهتر است عنوان صحيح سيمان ساخته شده از چند جزء اصلي را به کار برد.
البته همانگونه که اشاره شد در هر کشور استاندارد معيني وجود دارد و سيمان جزء موادي است که داراي استاندارد اجباري است.از اين رو توجه به اهداف استفاده از سيمان در انتخاب نوع آن ضروري است. نوع سيمان مصرفي بر روي خواص گيرش،استحکام و...موثر است،لذا بايد در انتخاب نوع سيمان دقت کنيم .با مراجعه به استانداردهاي مختلف موجود در سطح کشور و همچنين سطح جهان مي توانيم افزودني هاي مورد نياز براي سيمان هاي ويژه را انتخاب کنيم.در زير سيمان هاي متداول مصرفي در کشور را مورد بررسي قرار داديم.لازم به توضيح است که توجه به افزودني هاي مصرفي در سيمان بسيار ضروري مي باشد.(اين افزودني ها ممکن است به مواد اوليه ،به خوراک کوره و يا به کلينکر اضافه شوند.)

سيمان پرتلند نوع I


اين نوع سيمان که يک سيمان پرتلند معمولي است در مواردي مصرف مي شود که هيچگونه خواص ويژه اي مانند ساير انواع سيمان مورد نظر نباشد.

سيمان پرتلند نوعII


اين سيمان براي استفاده هاي عمومي استفاده مي شود.اين سيمان گرماي هيدراسيون متوسط دارد و در کاربردهايي که گرماي هيدراسيون متوسط مد نظر باشد مطلوب است.

سيمان پرتلند نوعIII


اين نوع سيمان ايجاد مقاومت بالا در کوتاه مدت مي کند .مثلاً در مکان هايي که بخواهيم پايه هاي موقت براي پل ها ايجاد کنيم مي توانيم از اين سيمان استفاده کنيم.در اين پايه هاي موقت که مدتي کوتاه براي ما مفيد هستند مقاومت بالا در کوتاه مدت مورد نظر است.

سيمان پرتلند نوعV(نوع پنج)


اين نوع سيمان در مواقعي که نياز به مقاومت زياد در مقابل سولفاتها مورد نظر باشد ،استفاده مي شود.ترکيب اين نوع سيمان ها با توجه به استاندارد متغير است ولي اکثراً داراي ترازهاي پايين تري کلسيم ،آلومينات هستند .ضمناً سيمان هاي روباره اي حاوي ترازهاي بالاي روباره ي کوره ي آهن گدازي نيز از جمله سيمانهاي با مقاومت بالا در برابر سولفات شناخته مي شوند.



منبع راسخون

 

[*vernal*]

سيمان بنايي

مورد استفاده ي اين نوع سيمان در مکان هايي است که به مقاومتهاي کمتر از سيمان پرتلند نوع Iمورد نياز باشد.
ملاتها و اندودهاي بنايي معمولاً ازچسباننده هايي توليد مي شود که موجب بهبود کارايي و ظرفيت نگهداري آب ملات تازه شده،اما توسعه مقاومت آنها تا به حدي کمتر از سيمان محدود کننده،تا بدين ترتيب ملات سخت شده باز هم داراي تغيير شکل پذيري کافي باشد.
اين چسباننده عموماً از سيمان ،روباره دانه شده کوره آهن گدازي ،پوزولان و احتمالاً آهک هيدراته يا آهک هيدروليکي و پر کننده(Filler)تشکيل مي شوند.

سيمان سفيد


اين نوع سيمان داراي رنگ سفيدي است و براي استفاده در سطح ساختمانها و مواقعي که استفاده از سيمانهاي بدون زنگ با مقاومتهاي بالا مورد نياز باشد،از اين سيمان در توليد انواع سيمانهاي رنگي استفاده مي شود.

سيمان پرتلند -آهکي


اين نوع سيمان در تهيه ي ملات بتن در کليه ي مواردي که سيمان پرتلند نوع Iبه کار مي رود قابل استفاده است.دوام بتن را در برابر يخ زدن،آب شدن و املاح يخزا و عوامل شيميايي بهبود مي دهد.

سيمان پرتلند -پوزولاني


در ساختمانهاي بتني معمولي و بيشتر در مواردي که مقاومت متوسط در مقابل سولفاتها و حرارت هيدراتاسيون متوسط مورد نظر باشد،استفاده مي گردد.

سيمان سرباره اي ضد سولفات


در مواقعي که مقاومت متوسط در برابر سولفاتها و حرارت هيدراتسيون متوسط مورد نظر است از اين نوع سيمان استفاده مي شود.

سيمان نسوز


اين نوع سيمان ها از ترکيبات حاوي آلومين تشکيل شده اند .اين سيمانها به سيمانهاي آلوميني يا آلومينات کلسيمي معروف اند . اين سيمان ها داراي گريدهاي مختلفي هستند و به عنوان ماده نسوز و بادرصد خلوص بالا در صنايع حرارتي و اتمسفرهاي Co،H2 به کار مي روند.

سيمان پرتلند ضد آب


اين سيمان به رنگ سفيد،خاکستري توليد مي شود، اين نوع سيمان انتقال مويينه آب تحت فشار ناچيز يا بدون فشار،کاهش مي دهد و لي جلوي انتقال بخار آب را نمي گيرد.

سيمان هاي چاه نفت

اين سيمانها براي درزگيري چاه هاي نفت به کار مي رود ،عمده اين نوع سيمانها ديرگير بوده و در برابر دما ها و فشارهاي بالا مقاوم مي باشند ،اين سيمان ممکن است در حفره هاي چاه هاي آب و فاضلاب نيز مصرف مي شوند.

سيمانهاي باگيرش تنظيم شده


سيمانهاي باگيرش تنظيم شده به گونه اي کنترل و ساخته مي شود که مي تواند بتني با زمانهاي گيرش از چند دقيقه تا يک ساعت توليد کند.

سيمان هاي رنگي


اين سيمانها بيشتر جنبه ي تزئيني و آرايشي دارند و در نما سازي سيماني و توليد بتن نمادار به مصرف مي رسند .


منبع راسخون