کاربرد سیمان نسوز چیست؟ فرآیند فراوری، مزایا و معایب آن - دَبی بلاگ

تاریخچه سیمان نسوز

سیمان نسوز برای اولین بار توسط Lafarge، فراوری کننده سیمان ساخته شد و در سال 1925 در انگلیس در دسترس نهاده شد. به ویژه برای کاربردهای دریایی که احتیاج است ساختار در برابر حمله شیمیایی مقاومت بالایی داشته باشد، مورد استفاده قرار می گرفت. این سیمان در دهه 50، 60 و 70 میلادی محبوب شد، زیرا ساخت آن نسبتاً سریع انجام می شد.

با این حال، سیمان نسوز مستعد یک تنظیم مجدد کریستالی بود که منجر به کاهش قدرت و همچنین آسیب پذیری در برابر حمله شیمیایی در طولانی مدت قرار می گرفت. در دهه 70 میلادی، بسیاری از سازه هایی که با این سیمان ساخته شده اند، در زمان بهره برداری دچار شکست شدند و خرابی گسترده ایجاد کردند.

در سال 1975، کمیته مشورتی ساختمان محیط زیست (DOE) و کمیته مشورتی (BRAC) رهنمودهایی را برای مراحل آنالیز طراحی سیمان پر آلومین منتشر کردند. این راهنما نشان می دهد که استفاده از سیمان پر آلومین تنها برای مصارف غیر سازه ای امکان پذیر است و هیچ ساختمانی نباید درعناصر باربر خود اعم از فونداسیون، تیر، ستون و سقف از این سیمان در طرح اختلاط بتن استفاده کند.

سیمان نسوز چیست؟

برخلاف سیمان پرتلند که از سیلیکات های کلسیم تشکیل شده است، سیمان نسور از آلومینات کلسیم (سنگ آهک یا گچ و بوکسیت) ساخته می گردد. مواد تشکیل دهنده این نوع سیمان طبق جدول زیر است:

سیمان پر آلومین منجر به از دست دادن مقاومت نهایی بتن می گردد، به این دلیل که تری کلسیم آلومینا هگزا هیدرات مکعبی (C3AH6) دارای تراکم بیشتری نسبت به مونو کلسیم آلومینات دک هیدرات مونو تبدیل نشده (CAH10) است. بنابراین، اگر حجم کلی ثابت بماند، در نتیجه منجر به افزایش تخلخل مخلوط می گردد که تأثیر جانبی بر مقاومت بتن می گذارد.

بیشتر بخوانید: آجر نما نسوز چیست؟ انواع، مزایا، معایب و کاربرد آن

مقاومت، تابعی از دما و نسبت آب به سیمان است. در نسبت آب به سیمان متوسط و زیاد، مقاومت باقی مانده آنقدر کم است که برای بیشتر اهداف ساختاری (اعضای باربر) قابل قبول نیست. حتی با نسبت آب به سیمان پایین نیز به اندازه ای تخلخل افزایش پیدا می نماید که حملات شیمیایی ممکن است به راحتی انجام گردد. بنابراین به دلیل اثرات جانبی، سیمان نسوز برای اعضای بتنی باربر مورد استفاده قرار نمی گیرد. اما ماده مفیدی برای تعمیر با عمر محدود و کارهای موقت است.

آب هیدراتاسیون سیمان پر آلومین حدود 50 درصد وزن سیمان خشک است، یعنی حدود 100 برابر آب مورد احتیاج برای هیدراتاسیون سیمان پرتلند معمولی، اما با سیمان آلومینا بالا نسبت آب به سیمان پایین در نرخ 0.35 می تواند عملی بوده و در حد مطلوب می گردد. وقتی گیرش سریع از اهمیت حیاتی برخوردار باشد (برای جلوگیری از ورود آب یا ساخت و ساز موقتی بین جزر و مد) از مخلوط سیمان پرتلند معمولی و سیمان پر آلومین با نسبت مناسب استفاده می گردد، اما مقاومت نهایی این نوع مخلوط ها بسیار کم است.

فرآیند فراوری سیمان نسوز

فرایند فراوری سیمان پر آلومین در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی متفاوت است. بوکسیت رسوبی باقی مانده است که در اثر هوازدگی در شرایط گرمسیری سنگ های حاوی آلومینیوم تشکیل می گردد. این ماده از آلومینای هیدراته، اکسیدهای آهن و تیتانیوم و مقادیر کمی سیلیس تشکیل شده است.

مواد مورد استفاده در ساخت سیمان نسوز کاملاً در کوره ذوب می شوند. به همین دلیل نسبت به سیمان پرتلند معمولی دارای خصوصیات متفاوتی است. از بوکسیت و آهک به عنوان ماده اولیه استفاده می گردد. مواد اولیه به نسبت مورد احتیاج مخلوط شده و به قطعات کوچک 100 میلی متر خُرد می شوند. این توده ها در کوره تغذیه می شوند و تا نقطه همجوشی خود که 1600 درجه سانتی گراد است تحت گرما قرار می گیرند.

مواد مذاب روی صفحه فولادی می افتند و در کوره دوار برای خنک شدن ارسال می گردد. این مواد که به صورت ورقه های شیشه ای هستند و کاملاً سرد شده اند، وارد دستگاه خُردکن شده و به قطعات کوچک تری به نام کلینکر تبدیل می شوند. سپس کلینکر به آسیاب سنگ زنی رفته و پودر می گردد. نتیجه کل این فرآیند، فراوری سیمان با آلومین بالا است.

سختی کلینکر سیمان نسوز بسیار زیاد است. از این رو مصرف برق و سایش آسیاب سنگ زنی بیشتر از سیمان پرتلند معمولی است. از این رو، به دلیل هزینه زیاد برق برای آسیاب، هزینه بالای سوخت برای سوختن مواد تا دمای بالا، هزینه این سیمان در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی بسیار زیاد است (حدود سه برابر).

مشخصات سیمان پر آلومین

ویژگی های سیمان نسوز عبارتند از:

• سیمان پر آلومین به رنگ قهوه ای تا خاکستری روشن است.
• زمان گیرش اولیه این سیمان چهار تا پنج ساعت و زمان گیرش نهایی حدود 30 دقیقه بعد از گیرش اولیه است.
• در برابر حملات شیمیایی بسیار مقاوم است.
• سطح PH پایینی دارد.
• در برابر خوردگی شیمیایی بسیار مقاوم است.
• این سیمان مقاوم به اسید نیست، اما می تواند محلول های بسیار رقیق اسیدها (مقدار PH بیشتر از 3.5 تا 4.0) موجود در پساب های صنعتی را تحمل کند.
• این سیمان به راحتی توسط اسیدهای نیتریک، هیدروکلریک یا هیدروفلوئوریک مورد حمله قرار می گیرد.
• ضریب شکست این سیمان زیاد است.
• ماندگاری بالایی در اسید سولفوریک دارد.
• خاصیت سخت شدن این سیمان سریع است.
• وقتی به مواد ریخته گری نسوز اضافه گردد، به عنوان ماده پیوند دهنده عمل می نماید، زیرا در دمای بالا پیوند سرامیکی ایجاد می نماید.

کاربردهای سیمان نسوز

به دلیل مقامت خوردگی بالا، این سیمان برای ساخت لوله های آب، لوله های فاضلاب، تخلیه کارخانه، سازه های ساحلی و دودکش های کارخانه استفاده می گردد. همچنین به دلیل خاصیت سخت شدن و مقاومت سریع، به طور گسترده ای در ساخت و سازهای دریایی و زیرساخت های فاضلابی مورد استفاده قرار می گیرد. از کاربردهای دیگر این سیمان می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• سیمان نسوز در بتن های نسوز که در دمای بسیار بالا به مقاومت بیشتری احتیاج دارد نیز کاربرد دارد.
• به عنوان یک جزء در فرمولاسیون های مخلوط سیمان، برای خواص مختلف از جمله مقاومت فوق العاده سریع و انبساط کنترل شده مورد استفاده قرار می گیرد.
• در شبکه های فاضلاب در برابر خوردگی سولفید بیوژن- سایپرز احتیاج به سیمان پرآلومین است.
• برای اهداف عایق بندی هنگامی که افزایش دما تا 950 درجه سانتی گراد پیش بینی می گردد، می توان از بتن سبک ساخته شده با سیمان پر آلومین و سنگدانه های سبک وزن استفاده کرد.

مزایای سیمان نسوز

مزایای سیمان آلومینا بالا به توضیح زیر است:

• به دلیل کُند بودن زمان گیرش، زمان اختلاط و ریختن مخلوط نیز بیشتر است (صرف زمان کمتر).
• در برابر عمل شیمیایی مقاومت بالایی دارد.
• می تواند درجه حرارت بالا را تحمل کند.
• عمل یخ زدگی کم است، زیرا گرما در هنگام هیدراتاسیون بیشتر می گردد.
• بسیار واکنش پذیر است و مقاومت فشاری بسیار بالایی دارد.
• در برابر آتش مقاومت زیادی دارد.
• بتن ساخته شده با سیمان آلومینا کارآیی بیشتری نسبت به بتن سیمان پرتلند دارد (با نسبت آب به سیمان مشابه)، به این دلیل که ذرات سیمان آلومینا سطح صاف تری نسبت به ذرات سیمان پرتلند دارند.

معایب سیمان پر آلومینا

معایب سیمان آلومینا بالا به توضیح زیر است:

• از آنجا که گرمای مورد احتیاج برای ساخت این سیمان بیشتر است، هزینه ساخت آن نیز بالاست.
• از آنجا که نرمی سیمان نسوز کمتر از 2250 سانتی مترمربع در گرم است، ذرات آن بسیار ریز هستند. بنابراین باید در زمان استفاده از چشم یا دهان خود محافظت کرد.
• از آنجا که گرما هنگام گیرش زیاد است، نمی توان از آن در بتن ریزی های حجیم استفاده کرد.
• این سیمان برای اعضای باربر سازه ای به هیچ عنوان مناسب نیست و نباید در مخلوط بتن استفاده گردد.

کلام آخر

سیمان نسوز از نظر ترکیبات و بعضی خصوصیات کاملاً متفاوت از سیمان پرتلند معمولی است. از این رو استفاده سازه ای (اعضای باربر) از آن بسیار محدود است. این سیمان برای مواقعی که مقاومت در برابر حرارت و حملات شیمیایی مورد احتیاج است، کاربر دارد.