پایان نامه با واژه های کلیدی هیدرولیک، توسعه اقتصادی، آرایش فضایی

دانلود پایان نامه ارشد

آلی، غیر فلزی و بصورت پودری بوده که پس از مخلوط شدن با آب در نتیجه فعل و انفعالات شیمیایی خود را گرفته، سخت گردیده و باعث بوجود آوردن جسمی يکپارچه از ذرات متشکله میشود. این ماده پس از سخت شدن، مقاومت و پایداری خود را حتی در زیر آب نیز حفظ میکند ]37[.
سيمان داراى آنچنان جامعيتى است که مىتواند شامل انواع چسبها از جمله چسبهاى مايع که در چسبانيدن قطعات سنگ و فلزات به يکديگر بکار مىروند، نيز باشد. نمونهاى از اين چسبها در صنعت سيمان در کار گذاشتن آجر نسوز در کوره سيمان مورد مصرف دارد و خاصيت اصلى آن اين است که آجر نسوز (که يک جسم سراميکى است) را به بدنه کوره آهن مىچسباند. آنچه که از کلمه سيمان در اين متن مورد نظر است، آن نوع از سيمانها است که داراى ريشه آهکى بوده یا به عبارت ديگر سيمانهايى که ماده اصلى تشکيل دهنده آنها را آهک تشکیل میدهد. بر اين اساس سيمان ترکيبى است از اکسيد کلسيم (آهک) با ساير اکسيدها نظير اکسيد آلومينيم، اکسيد سيليسيم، اکسيد آهن، اکسيد منيزيم و اکسيدهاى قليايى که ميل ترکيبی با آب داشته و در مجاورت هوا و در زير آب بمرور زمان سخت گردیده و داراى مقاومت مىشود. در صنایع ساختمانی سیمان به مادهای گفته میشود که برای چسباندن مصالح مختلف به یکدیگر از قبیل سنگ و شن، ماسه آجر و غیره به کار میرود، بنابراین عمده مصرف سیمان در ساخت ملات47 و بتن48 است که در آنها سیمان نقش عامل پیوند سنگدانههای49 طبیعی یا مصنوعی را به هم ایفا میکند؛ که اگر در تهیه مخلوط خمیری، ماسه و شن با دانههایی با اندازه حداکثر تاmm 4 مورد استفاده قرار گیرد، مخلوط حاصل ملات و اگر سنگدانههایی درشتتر نیز در مخلوط استفاده شود مخلوط حاصل بتن نامیده میشود. خواص بتن، ملات و خمیر سخت شده سیمان، تحت تأثیر مستقیم ساختار میکروسکوپی محصولات حاصل از هیدراسیون سیمان، یعنی ساختار، آرایش فضایی و وزن مخصوص آنها میباشد ]14، 37-36[.
سخت شدگی هیدرولیکی50 اصولاً با تشکیل هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H) آغاز میشود، بنابراین ترکیب سیمان شامل مخلوط موادی است که در نتیجه واکنش با آب اختلاط با سرعتی مناسب منجر به تشکیل هیدرات سیلیکات کلسیم به مقداری شود که مقاومت و دوام لازم را ایجاد نماید. با این حال، عناصر دیگری نظیر آلومیناتهای کلسیم نیز ممکن است در این روند سختشدگی نقش ایفا کنند. گیرش و سخت شدن سیمان مبتنی بر تشکیل ترکیبات آبدار است که در زمان واکنش بین اجزای سیمان و آب اختلاط پدید میآیند. این واکنش هیدراسیون51 نامیده میشود و ترکیبات حاصل از این واکنش، صرف نظر از این که آب از چه طریق در ترکیب آنها شرکت میکند، به عنوان هیدرات یا فازهای هیدراتی شناخته میشوند. وزن آبی که جهت اختلاط مورد استفاده قرار میگیرد مرتبط با وزن سیمان بدون آب بوده و بعنوان نسبت آب به سیمان 52(W/C) معروف است. عموماً واکنش هیدراسیون سیمان در مخلوطهای خمیری نسبتاً کم آب و یا نسبتهای آب به سیمان در حدود 6/0-3/0 انجام میگیرد. مخلوط خمیری سیمان و آب، خمیر سیمان53 و مخلوط سخت شده خمیر سیمان سخت شده54 یا سنگ سیمان نامیده میشود. عموماً در همه کشورها استانداردهایی برای سیمان به عنوان یک ماده اساسی جهت تولید انواع ملات و بتن تدوین گردیده است. تفاوتهای موجود در رابطه با توسعه اقتصادی و صنعتی، منابع مواد خام و شرایط اقلیمی منجر به توسعه مصالح ساختمانی و روشهای گوناگون ساخت در کشورهای مختلف گردیدهاند که این امر خود منجر به تولید انواع مختلف سیمان شده است. بدین دلیل تفاوتهایی اساسی نیز بین استانداردهای کشورهای مختلف در مورد سیمان وجود دارد که همگام با سایر موارد بر مشخصات دوام بتنهای ساخته شده از این سیمانها تاثیر گذار هستند ]18[.
با توجه به اینکه سیمان مورد بحث در این پایان نامه از نوع سیمان پرتلند میباشد در اینجا هم به توضیح پارهای از خواص و ویژگیهای این نوع سیمان پرداخته میشود. سیمان پرتلند طبق تعریف استاندارد ASTM-C150نوعی سیمان هیدرولیک است که از پودرکردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی میباشند، بدست می‌آید. گرچه استفاده از سیمان (هیدرولیک و غیرهیدرولیک) به چندین هزار سال قبل باز می‌گردد، اما اولین بار در سال ۱۸۲۴ میلادی ژوزف آسپین55 معمار بریتانیایی طرح اصلاحی خود را برای آهک هیدرولیک تحت عنوان سیمان پرتلند به ثبت رساند. وی نام پرتلند را به علت تشابه سیمان حاصل با رنگ کانیهای آهکی جزیره پرتلند در انگلستان انتخاب کرد. سیمان پرتلند خود دارای انواع مختلف بوده که هر کدام با توجه به ترکیب، خواص منحصر بفردی را دارا میباشند ]13[.
2-2-1 انواع سیمان پرتلند و کاربرد آنها
طبق استاندارد شماره ASTM-C150 پنج نوع سیمان پرتلند وجود دارد که به اختصار عبارتند از ]39[:
1. سیمان پرتلند نوع I : این نوع سیمان در مواردی به کار میرود که شرایط خاص ساختمانی مثل مقاومت در برابر آبهای سولفاتدار، کارهای ساختمانی در دریا و غیره وجود نداشته باشد. موارد عمده استعمال سیمان پرتلند نوع I ساختمانهای بتنی، پل سازی، کانالکشی، مخازن آب، آجر و بلوکهای بتنی است.
2. سیمان پرتلند نوع II : این سیمان کندتر از سیمان نوع اول سخت میشود به همین دلیل در قسمتهایی به کار میرود که مستقیماً زیر نور خورشید قرار میگیرند. سیمان پرتلند تیپ II در مقابل آبهای سولفاتدار مقاومت بیشتری نسبت به نوع اول دارد .
3. سیمان پرتلند نوع III : طرز تهیه این نوع با سیمان پرتلند نوع I فرق چندانی نداشته فقط در این نوع، مواد اولیه با دقت بیشتری تهیه میشوند و نیز کلینکر این نوع سیمان دوباره از کوره گذرانده میشود تا آهک موجود در مواد خام به خوبی با سایر مواد ترکیب شود و به صورت آزاد وجود نداشته باشد و همچنین آنرا ریزتر میکنند .
4. سیمان پرتلند نوع IV : سرعت ترکیب این نوع سیمان از سیمان پرتلند نوع II نیز کندتر است و چون تولید حرارت در هنگام سخت شدن این سیمان کم است برای ساختمان سدها که بتن ریزیهای حجیمی دارند، بیشتر استفاده میشود .
5. سیمان پرتلند نوع V : این سیمان نسبت به آبهای سولفاتدار مقاوم است به همین دلیل در مواردی استفاده میشود که ساختمان در برابر آبهای سولفاتدار (سازههای دریایی) قرار داشته باشد.

2-2-2 ترکیبات سیمان پرتلند
ترکیبات سیمان پرتلند به دو دسته ترکیبات اصلی و ترکیبات جزئی اضافی تقسیم بندی میشوند. ترکیبات اصلی، موادی هستند که مقدار آنها در سیمان بیش از 5% وزنی است و شامل:
کلینکر سیمان پرتلند، سرباره، مواد پوزولانی، خاکستر بادی، شیل پخته شده، سنگ آهک، دوره سیلیسی، ترکیبات جزیی افزودنی، سولفات کلسیم و مواد افزودنی میباشند. ترکیبات جرئی اضافی هم میتوانند همان مواد اصلی و نیز مواد معدنی غیر آلی ناشی از تولید کلینکر در نظر گرفته شوند، مشروط بر آنکه حداکثر 5% وزن سیمان را تشکیل دهند ]39[.

2-2-2-1 کلینکر سیمان پرتلند
کلینکر سیمان پرتلند که با عنوان کلینکر سیمان و یا صرفاً به عنوان کلینکر نیز شناخته میشود حاوی حداکثر دو سوم از دو نوع سیلیکات کلسیم یعنی دیکلسیم سیلیکات و تریکلسیم سیلیکات بوده که میتوانند با آب اختلاط واکنش داده و با سرعتی نرمال سخت شوند. بهمین دلیل، کلینکر به عنوان یک ماده هیدرولیکی شناخته میشود. فازها و كريستالهاي موجود در کلینکر با تركيب شيميائيشان در جدول 2-3 آمده است.

جدول 2-3. نام و ترکیب فازهای موجود در کلینکر سیمان پرتلند ]40[.
نام فاز
ترکیب شیمیایی
فریت
Ferrite
Ca2(Al,Fe)2O5
آهک آزاد
Free lime
CaO
الیت
Alite
Ca3SiO5
بلیت
Belite
Ca2SiO4
آلومینوفریت
Alumino- Ferrite
Ca4Al2Fe2O10
آرکانیت
Arcanite
K2SO4
آلومینات (مکعبی)
Aluminate-cub.
Ca3Al2O6
آلومینات (اورترومبیک)
Aluminate-ort.
NaCaAl3O9
سینگنیت
Syngenite
K2Ca(SO4).2H2O
آنیدریت
Anhydrite
CaSO4
بازانیت
Bassanite
2CaSO4·H2O
گچ
Gypsum
Ca(SO4)·2H2O
تناردیت
Thenardite
Ca(SO4)·2H2O
پریکلاز
Periclase
MgO
پرتلندیت
Portlandite
Ca(OH)2
توبرموریت
Tobermorite
Ca5Si6O18H2
هیدروگارنت
Hydrogarnet
Ca3Al2(OH)12
پلومبیریت
Plombierite
Ca5Si6O16(OH)2.8H2O
مونوسولفات
Monosulfate
[Ca2Al(OH)6][0.5(SO4).3H2O]
اترینژایت
Ettringite
{Ca6[Al(OH)6]2·24H2O}[(SO4)3·1.5H2O]
تومازیت
Thaumasite
Ca3Si(OH)6·24H2O (CO3)(SO4)
بروشیت
Brucite
Mg(OH)2
هیدروتالسیت
Hydrotalcite
[Mg0.75Al0.25(OH)2](CO3)0.125(H2O)0.5
کلسیت
Calcite
CaCO3
دولومیت
Dolomite
Ca.Mg(CO3)2
کوارتز
Quartz
SiO2

کلینکر از مخلوطی از مواد خام تولید میگردد که عمدتاً شامل آهک (CaO)، سیلیس (SiO2)، اکسید آلومینیوم (Al2O3) و اکسید آهن (Fe2O3) بوده که با نسبت معینی با یکدیگر آمیخته میشوند. هنگامی که به این مخلوط حرارت داده میشود تا به درجهای از پختن برسد که مواد بدون ذوب شدن به هم بچسبند (تف جوشی)، ترکیبات جدیدی شکل میگیرند که تا حدودی خواصی متفاوت با خواص مواد اولیه دارند. علائم اختصاری و فرمول شیمیایی این مواد بهمراه محدوده حضور آنها در ترکیب کلینکر سیمان در جدول 2-4 نمایش داده شده است. تورنبوم56 در سال 1897 نخستین کسی بود که واژههای آلیت57 و بلیت58 را به ترتیب در مورد تریکلسیم سیلیکات و دیکلسیم سیلیکات بکار برد ]41[. این فازها به عنوان اجزای اصلی تشکیل دهنده کلینکر در زیر میکروسکوپ قابل تشخیص بودند و بر حسب حروف الفبا توسط وی نامگذاری شدند. واژههای آلیت و بلیت امروزه نیز جهت متمایز ساختن سیلیکاتهایی در کلینکر به کار میروند که همواره دارای مقادیر کمی ناخالصی نظیر آلومینیوم، آهن، اکسید منیزیم، علاوه بر سیلیکاتهای خالص میباشند. واژههای سلیت59 و فلیت60 که امروزه دیگر کاربرد ندارند، در گذشته به ترتیب معرف کلسیم آلومینو فریت و حالت خاصی از دی کلسیم سیلیکات محسوب میشدند. در شیمی سیمان و به منظور سادهتر کردن فرمول شیمیایی، علائم اختصاری مطابق جدول 2-2 بکار میروند.

جدول 2-4. ترکیب بالقوه فازهای تشکیل دهنده سیمان معمولی [18].
فاز کلینکر
فرمول شیمیایی
علامت اختصاری
ظرفیت برحسب درصد وزنی (wt%)
تری کلسیم سیلیکات
(آلیت)
3CaO.SiO2
C3S
ماکسیمم
میانگین
مینیمم
85
65
52
دی کلسیم سیلیکات
(بلیت)
2CaO.SiO2
C2S
ماکسیمم
میانگین
مینیمم
27
13
0/2
کلسیم آلومینوفریت
(آلومینوفریت)
4CaO. (Al2O3,Fe2O3)
C4AF
ماکسیمم
میانگین
مینیمم
16
8
4
تری کلسیم آلومینات
(آلومینات)
3CaO.Al2O3
C3A
ماکسیمم
میانگین
مینیمم
16
11
7
CaO آزاد
(آهک آزاد)
CaO
CaO
ماکسیمم
میانگین
مینیمم
6/5
2/1
1/0
MgO آزاد
(پریکلاس)
MgO
MgO
ماکسیمم
میانگین
مینیمم
5/4
5/1
7/0
اما بطور کلی، ترکیبات اصلی کلینکر سیمان عبارتند از تریکلسیم سیلیکات (C3S)، دیکلسیم سیلیکات (C2S)، تریکلسیم آلومینات (C3A) و کلسیم آلومینوفریت (C4AF).

2-2-3 هیدراسیون سیمان پرتلند
سیلیکاتهای کلسیم یا اجزای سیلیکاتی حدوداً 70% وزن سیمانهای سیلیکاتی را تشکیل میدهند، لذا هیدراسیون این ترکیبات و خواص هیدراتهای تولید شده از آنها نیز دارای اهمیت ویژهای میباشند. هیدراتهای سیلیکات کلسیم نسبت به سیلیکات کلسیم موجود در کلینکر سیمان دارای CaO کمتری میباشند، لذا در زمان هیدراسیون سیمان پرتلند هیدروکسید کلسیم نیز تشکیل میگردد. از آنجاییکه کلیه سیمانها دارای ترکیبات اکسید آلومینیم، اکسید آهن و نیز سولفات میباشند، لذا تشکیل هیدرات آلومینات کلسیم، هیدرات کلسیم فریت و نیز ترکیبات سولفاتی در نتیجه واکنش هیدراسیون قابل انتظار خواهد بود. محصولات هیدراسیون پیچیدهای که دارای ترکیبات CaO، SiO2، Al2O3 و Fe2O3 هستند نیز تحت شرایط خاصی تولید میشوند ]44[.
عمده محصولات حاصل از هیدراسیون سیمان عبارتند از:

2-2-3-1 هیدروکسیدکلسیم (Ca(OH)2)،

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با واژه های کلیدی هیدرولیک، کاربرد مستقیم، زیست محیطی Next Entries پایان نامه با واژه های کلیدی پرتوی ایکس، زمان واکنش، رطوبت نسبی