گروه مقاله : مقالات و انتشارات
تاريخ انتشار : 1396/07/30 - 23:00
كد :194

سیمان نسوز

سمیان نسوز (سیمان پر آلومین)

از لحاظ ترکیبات شیمیایی سیمان نسوز (سیمان پر آلومین) ترکیبی از اکسید کلسیم با سایر اکسیدها مثل اکسید آلومینیوم، اکسید سیلیسیوم، اکسید آهن و… است. سیمان نسوز در مجاورت هوا و در ترکیب با آب به تدریج سفت و سخت می‌شود و مقاومت بالایی دارد طوری که اگر ۲۸ روز زیر آب باشد دارای مقاومتی حدود ۲۵۰ کیلو گرم بر سانتی متر مربع می‌شود. ترکیبات سیمان می‌تواند شامل انواع چسب‌ها نیز باشد مثلاً چسب مایع که در چسبانیدن قطعات سنگ و فلزات به‌کار می‌رود. نمونه‌ای از این چسب‌ها در صنعت سیمان در کار گذاشتن آجر نسوز در کوره مصرف دارد و خاصیت اصلی‌اش چسباندن آجر به دیواره کوره است یا سیمان‌هایی که در دندانپزشکی کاربرد دارند حاوی این چسب‌ها هستند.

بر خلاف سیمان‌های سیلیکاتی سیمان پر آلومین اساساً از آلومینوسیلیکات کلسیم تشکیل یافته است که پس از اختلاط با آب تشکیل هیدرات های آلومینات کلسیم میدهد. که قابلیت سخت شدگی دارا هستند. اصولاً سیمان های پر آلویمن به طریقی مشابه با سیمان های سیلیکاتی یا سایر چسباننده ها در تهیه بتن عادی به کار نمی‌روند‌. به لحاظ از خواص ویژه ای که این سیمان ها از آن برخوردار هستند گرایش به استفاده از آنها جهت کارهای خاص وجود دارد. ایمن خواص شامل موارد زیر است.

  1. سخت شدگی سریع، حتی در دماهای پایین
  2. دوام بالا در درجه حرارت های زیاد، خواص ماده نسوز را دارا است.
  3. مقاومت بالا در برابر بسیاری از محیط های خورنده شیمیایی بالاست.

بتن‌های با کیفیت ممتاز ساخته شده از سیمان نسوز (پر آلومین) از مقاومت بالایی در برابر خوردگی و فرسایش برخوردارند. سیمان پر آلومین در مقادیری کم به سایر چسباننده‌ها نظیر سایر چسباننده‌ها نظیر سیمان پرتلند افزوده می‌شود، ‌تا گیرش آنها را سرعت بخشد یا همراه با سولفات، سیمانی منبسط شونده با انبساط کنترل شده پدید آورد.

رنگ سیمان پر آلومین اصولاً از اکسید آهن موجود در آنها تامین می‌شود. سیمان‌های غنی از اکسید آهن به رنگ قهوه‌ای – زرد تا خاکستری تیره‌، سیمان‌های با مقدار اکسید آهن پایین به رنگ قهوه‌ای روشن تا خاکستری روشن و سیمان‌های عاری از اکسید آهن رنگ هستند.

سیمان نسوز

تولید سیمان نسوز

در توليد اين سيمان حدود ۴۰% سنگ آهك را با ۴۰% بوكسيت مخلوط نموده، ۲۰% مواد دارای آهن و سيليس می‌افزایند و مخلوط را درون كوره حرارت می‌دهند. كوره توليد سيمان برقی دارای يك قسمت قائم و يك قسمت افقی است كه دما در قسمت افقی به بالاترين حد، يعنی حدود ۱۶۰۰ درجه می‌رسد. در اين دم‌، برخلاف روند توليد سيمان پرتلند، ۲۵% مواد ذوب می‌شوند. تمامی مواد اوليه به صورت مذاب در می‌آيند. مواد مذاب از انتهای كوره خارج می‌شوند و داخل سينی‌هايی می‌ريزند تا به سرعت سرد شوند‌. حاصل، ورقه‌های شيشه‌ای مانند است كه به دستگاه خردكن می‌روند و به صورت قطعات كوچكی در می‌آيند. اين قطعات‌، كلينكر سيمان برقی هستند.

كلينكر سيمان برقی را به آسياب می‌برند و بدون افزودن هيچگونه ماده‌ای آن را آسياب می‌كنند. نتيجه فرايند‌، سيمان پرآلومين است كه دارای رنگی تيره تر از سيمان پرتلند معمولی (تقريباً سياه) است. ‌هدف از تهيه اين سيمان، مقاومت در برابر حمله سولفات‌ها بود كه به خوبی انجام پذيرفت. بعداً ديده شد كه مقاومت اين سيمان در مقايسه با سيمان پرتلند معمولی بسيار سريعتر افزايش می‌يابد. به گونه‌ای كه در يك روز، مقاومت ۲۸ روزه سيمان پرتلند عادی را بدست می‌دهد.

اين سيمان در دمای بين ۲۰ تا ۳۰ درجه مخصوصاً در محيط‌های مرطوب دچار تغييرات شيميايی شده‌، چسبندگی خود را از دست می‌دهد كه اين امر باعث تخريب سازه‌های اين نوع سيمان است. كشف پديده تبديل‌، مصرف سيمان پرآلومين در كارهای ساختمانی را ممنوع كرد‌. امروزه كاربرد اين سيمان در دماهای بسيار بالا يا پايين است.‌ مهمترين كاربرد آن‌، استفاده به عنوان سيمان نسوز است. اين سيمان تا دمای حدود ۱۶۰۰ درجه را به خوبی تحمل می‌كند و لذا می توان از آن در چسباندن آجرهای نسوز درون كوره سيمان بهره جست.

هیدارتاسیون سیمان نسوز

مقدار آب مورد نیاز سیمان پر آلومین به میزان ۲۴٪ تا ۲۸٪ وزنی جهت دستیابی به قوام استاندارد معمولاً به مراتب کمتر از میزان آب مورد نیاز سیمان پرتلند با مقاومت اولیه بالا است. این سیمان دارای یرش کندتری است اما فاصله زمانی بین گیرش اولیه و گیرش نهایی آن به مراتب کوتاهتر است. سیمان پر آلومین استاندارد متناظر با هیدراتاسیون بسیار سریع خود با سرعتی فوق العاده بالا سخت می‌شود. در واقع مقاومت نهایی این نوع سیمان همسان و قابل مقایسه با مقاومت نهایی سیمان‌های سیلیکاتی است اما زمان دستیابی آن به این مقاومت صرفاً چند روز به طول می‌انجامد. گرمای حاصل از هیدراتاسیون این گونه سیمان‌ها نیز سریعاً آزاد می‌شود. اما مقدار کافی کل گرمای آزاد شده چندان بزرگتر از گرمای آزاد شده در طول هیدارتاسیون سیمان‌های پرتلند نیست.

بافت میکروسکوپی سیمان نسوز (سیمان پر آلومین)

میزان جمع شدگی شیمیایی سیمان پر آلومین در حدود ۱۶ سانیتمتر مکعب در هر ۱۰۰ گرم سیمان است که به طور قابل ملاحظه‌ای بزرگتر از سیمان پرتلند است. با این حال به منظور افزایش دوام، در بتن ساخته شده از سیمان پر آلومین حداقل سیمان معرفی ۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. و حداکثر نسبت آب به سیمان برابر ۰/۰۴ است. بنابراین حتی با وجود مونوکلسیم آلومینات به مقدار بسیار کم‌، میزان آب اختلاط جهت هیدراسیون کامل سیمان کافی نیست. بدین ترتیب جمع شدگی شیمیایی این نوع سیمان معمولاً چندان بیشتر از سیمان پرتلند نیست.

پس از سخت شدن در دمای ۱۰ درجه سانتیگراد خمیر سیمان سخت شده از سیمان پر آلومین عمدتاً حاوی مونوکلسیم آلومینات است. با توجه به پایین بودن نسبت آب به سیمان تخلخل مویینه این خمیر پایین و متناظراً مقاومت آن بالا است. بدین ترتیب رابطه بین تخلخل مویینه و مقاومت اساساً شبیه به خمیر سیمان پرتلند سخت ‌شده است.

میزان جمع شدگی بتن‌های ساخته شده از سیمان پر آلومین که پس از خشک شدن در مدت زمانی نسبتاً طولانی رخ می‌دهد مشابه با میزان جمع شدگی در بتن‌های تهیه شده از سیمان‌های سیلیکاتی است. با این حال به دلیل هیدراتاسیون سریع این نوع سیمان دستیابی به ابعاد نهایی با سرعت به مراتب بیشتری امکان پذیری است. ‌

خواص سیمان نسوز در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی

آنچه این نوع سیمان را از سیمان پرتلند متمایز می‌سازد خواص زیر است.

  1. بتن ساخته شده با سیمان نسوز‌ و دانه‌های مناسب مقاومت بسیار زیادی در برابر ضربه و سایش از خود نشان می‌دهد. از این رو برای کف سالن‌های صنعتی مناسب است.
  2. سیمان نسوز‌ در برابر مواد خورنده بسیاری  از جمله، آب دریا، آب‌های اسیدی و سولفاته، آب خالص، اسیدها با PH حدود ۳/۵ تا ۴ مقاوم است. از خاصیت مقاومت این سیمان در برابر خورندگی اسید سولفوریک‌‌ استفاده می‌شود.
  3. در اثرسخت شدن سریع سیمان نسوز فوندو، گرمای زیادی تولید می‌شود که آن را مناسب کاربرد در هوای سرد تا-۱۰۰C  می‌نماید.
  4. زمان گیرش سیمان نسوز ‌تقریباً معادل سیمان پرتلند معمولی است، اما بسیار سریع‌تر سخت می‌شود. از این رو در کارهای تعمیراتی که زمان به کارگیری مجدد محل مهم است مثل باند فرودگاه جا‌ده‌ها و پل‌ها و فوندانسیون دستگاه‌ها، از این خاصیت به خوبی می‌توان استفاده کرد.
  5. بتن این سیمان در درجات حرارت بالا مقاومت مکانیکی خود را حفظ می‌نماید و برخلاف سیمان معمولی مقاومت خوبی در برابر شوک حرارتی و متلاشی شدن از خود نشان می‌دهد. به این دلیل در صنعت نسوز برای تولید جرم‌های سبک (عایق) و سنگین نسوز کاربرد دارد.
  6. در ساخت بتن حداقل ۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب سیمان نسوز باید استفاده شود و نسبت آب به سیمان ۰/۴ رعایت شود.

سیمان نسوز کم آهن

سیمان نسوز کم آهن IRC-50‌ سیمان هیدرولیکی با محتوای آلومینای تقریبا ۵۰ % است. جزء اصلی تشکیل دهنده سیمان IRC-50 ‌ترکیبات کلسیم آلومینا است. این ترکیبات سیمان ایده آلی برای کاربردهای نسوز فراهم می‌­آورند. فاز اصلی تشکیل دهنده IRC-50 مونوکلسیم آلومینات ‌(CA)است. در اثر وجود این فاز‏‏، خصوصیات مکانیکی عالی در جرمها ‌ و بتن‌ها بوجود می‌­آید. درصد کم اکسید آهن در این سیمان باعث می­‌شود این سیمان در مقابل اتمسفر احیایی ناشی از مونواکسیدکربن مقاوم باشد. به علت خواص روانی خوب، نصب این سیمان با تمامی انواع روش‌های نصب مخصوصاً قالب گیری و  روش پاشیدن امکان پذیر است. این محصول برای کاربرد‌هایی که خواص سخت شدن سریع و کارایی مکانیکی عالی مورد نیاز است، پیشنهاد می‌شود. این سیمان در برابر اسید سولفوریک بیوژنیک مقاوم است. ‌IRC-50 فاقد مواد اضافه شونده است و برای کاربرد در جرم‌های نسوز از پیش مخلوط شده پیشنهاد می‌شود.

همانند انواع سیمان‌ها، IRC-50 باید دور از رطوبت نگهداری شود و ترجیحاً روی زمین قرار داده نشود. این سیمان خواص خود را تا ۶ ماه حفظ می‌کند. بسیاری از موارد این سیمان تا یک سال نیز خواص خود را حفظ کرده است.

خواص سیمان نسوز کم آهن IRC-50

عمدتاً حاوی مونو کلسیم آلومینات (CA) است. این فاز بلوری دلیل اصلی استحکام سریع و بالاست. با مخلوط شدن این سیمان با آب، هیدرات‌های کلسیم آلومینات بوجود می‌آید.

سیمان نسوز فوندو

جزء اصلی تشکیل دهنده سیمان پرتلند که در کار‌های ساختمانی استفاده می‌شود ترکیبات آهک سیلیس (کلسیم سیلیکات) است. در سیمان‌های نسوز که به سیمان آلومینی و سیمان کلسیم آلومینات هم معروف‌اند، ترکیبات آهک – آلومینا جزء اصلی را تشکیل می‌دهند. سیمان نسوز وقتی با آب مخلوط می‌شود هیدرات‌های کلسیم آلومینات شکل می‌گیرند. حین هیدراته شدن این سیمان بر خلاف سیمان پرتلند، آهک آزاد [Ca(OH)2] به وجود نمی‌آید.

انقباض بتن سیمان فوندو مشابه بتن سیمان پرتلند معمولی است، ولی این انقباض خیلی سریع تر اتفاق می‌افتد. (در دو سه روز) بنابراین در بتن سیمان فوندو شیارهای با فاصله کمتر نیاز است.

سیمان نسوز فوندو ضد اسید نیست، ولی در مواجه شدن با محیط های اسیدی و خورنده عملکرد بسیار بهتری نسبت به سیمان پرتلند دارد. عملاً این سیمان در محیط های باکتریایی و اسیدی با PH بیشتر از ۴ کاملاً مقاوم است. به طور خاص از این سیمان در شبکه‌های فاضلاب، دیوارهای در تماس با آب دریا، و بتن‌های محیط‌های کشاورزی و صنایع غذایی استفاده شده‌ و مناسب بوده است. ‌ برای محیط های اسیدی تر با PH کمتر از ۳/۵ محصول دیگر ما به نام ‌ملات نسوز ضد اسید‌ مناسب است.

سیمان نسوز فوندو با ذوب مخلوطی از مواد اولیه (بوکسیت و آهک) در کوره‌های مخصوص این کار و سپس پودر کردن مواد بلوری بدست آمده در آسیاب با نرمی مورد نظر تولید می‌شود.

سیمان فوندو و آب دریا

بتن‌های فوندو مقاومت قابل توجهی در برابر آب دریا و جریان‌های اسیدی طبیعی و صنعتی از خود نشان می‌دهند.‌ آب دریا نسبت به فونداسیون‌های سیمان پرتلند مجاور‌، اثرات بسیار کمتری روی آنها داشته است‌.

ترکیبی از خواص مقاومت در برابر آب دریا و سرعت سخت شدن سیمان کلسیم آلومینی، فوندو را برای بتن سازی بین حد بالائی و پائینی جزر و مد مفید می‌سازد. یک کاربرد جدید و جالب در خطوط لوله زیر دریایی است. لوله‌ها روی قایق‌ها به هم جوش داده می‌شوند و خطوط پیوسته در کف دریا قرار داده می‌شوند. یک قالب از بین رونده دور هر جوش بسته شده و از ملات غنی از سیمان فوندو پر می‌شود. اضافه شونده‌های شیمیایی هم به آن افزوده می‌شود. لایه محافظ چند دقیقه بعد از ورود لوله به آب سخت می‌شود.

‌کاربرد سیمان‌ نسوز در صنایع مختلف

بتن نسوز ساخته شده از سیمان نسوز (سیمان پر آلومین)

بتن‌های ساخته شده از سیمان‌های سیلیکاتی معمولاً تا دماهای حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد قابل استفاده هستند. ‌هر گاه از سنگدانه‌های ویژه، نظیر شاموت استفاده شود‌، استفاده از آنها تا دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد نیز امکان پذیر است. از جمله عوامل محدود کننده در این رابطه می‌توان از تشکیل اکسید کلسیم که در نتیجه آب زدایی هیدروکسید کلسیم تولید شده و در هوای مرطوب بروز انبساط می‌شود و حضور کوارتز نام برد.‌ کوارتز ‌‌موجب آسیب رسانیدن به بافت میکروسکوپی بتن در حین تغییر تبدیل اجزای آن می‌شود‌.

بتن ساخته شده از سیمان پر آلومین که در حین سخت شدن خود هیچ گونه هیدروکسید کلسیم تولید نکند تا دماهایی در حدود ۱۹۰۰ درجه و بسته به ترکیب سیمان و نوع سنگدانه‌های بتن، ضد آتش است. به هنگام به کارگیری بتن در دماهایی پایین مقدار سیمان نسبتاً زیادی در حدود ۲۰٪ تا ۳۰٪ وزنی در بتن مصرف می‌شود حال آنکه به هنگام مواجهه با درجه حرارت‌های بالاتر مقدار سیمان مصرفی در بتن کاهش یافته و ‌به ۱۰٪ وزنی محدود می‌شود. بالاترین مقاومت در برابر آتش (دیرگدازی) با بتنی متشکل از سنگدانه‌های Fusion Cast Aluminium Oxide و حاوی درصدهای پایین سیمان پر آلومین در حدود ۵٪ تا ۱۵٪ وزنی که حداقل ۷۰٪ وزنی اکسید آلومینیوم دربرداشته باشد حاصل می‌شود. موقعی که این بتن‌ها حرارت می‌بینند در ابتدا از مقاومتشان کاسته می‌شود و در دماهایی بین ۱۱۰۰-۹۰۰ درجه سانتیگراد به حداقل مقاومت خود می‌رسند و سپس در نتیجه ایجاد پیوند سرامیکی بین فازهای تازه تشکیل یافته سیمان پر آلومین، دوباره مقاومت آنها افزایش می‌یابد.

نويسندگان شرکت دال ماندگار
ابزار تلگرام

آپلود عکسابزار تلگرام برای وبلاگ