تعريف الأسمنت
الأسمنت هو تلك المادة الناعمة الداكنة اللون التي تمتلك خواص تماسكية و تلاصقية بوجود الماء مما يجعله قادراَ على ربط مكونات الخرسانة بعضها ببعض و تماسكها مع حديد التسليح. ويتكون الأسمنت من ثلاث مواد خام أساسية هي كربونات الكالسيوم الموجودة في الحجر الكلسي، والسيليكا الموجودة في الطين والرمل ، والألومنيا (أكسيد الألمنيوم) .
أنواع الأسمنت
هناك عدة أنواع من الاسمنت تأحذ اسمها من الغرض منها ولزوم استعمالها ولكن تبقى مكوناتها الأساسية واحدة وان اختلفت نسبتها من نوع لآخر ومن أهم هذه الأنواع :
الأسمنت البورتلاندى العادي
يستخدم في أعمال الإنشاءات بوجه عام، وهناك أصناف مختلفة من هذا النوع مثل الأسمنت الأبيض الذي يحتوى على نسبة أقل من أكسيد الحديديك، و أسمنت آبار البترول (Oil-Well Cement) المستخدم في تبطين آبار البترول، والأسمنت سريع الشك، وأصناف أخرى متعددة ذات استخدامات خاصة .استخدامات الأسمنت البورتلاندى العادى
يستخدم الأسمنت العادى فى جميع أنواع المنشأت الخرسانية غير المعرضة مباشرة لأملاح الكبريتات أو فى بيئة مشبعة مثل :- الخرسانة المسلحة للقواعد وكافة المنشأت.
- أعمال خزانات المياه والصرف الصحى وأثاثات الطرق والكبارى
- الخوازيق وأنواعها
- صناعة المواسير الخرسانية وتبطين المواسير الحديدية .
المكونات الرئيسية للأسمنت البورتلاندي العادي
- سليكات ثلاثي الكالسيوم وتبلغ نسبتها من 45 - 55 % وهي المسئولة عن إعطاء القوة للخرسانة خلال الأيام الثمانية والعشرين الأولى.
- سليكات ثنائي الكالسيوموتبلغ نسبتها من 15-25 % وهي المسئولة عن ظاهرة الالتئام الذاتي حيث تقوم بإغلاقالشقوق الشعرية في المونة وفي الخرسانة و كذلك قوة الشد للخرسانة.
- ألومنياتثلاثي الكالسيوم وتتراوح نسبتها من 12-15 % وهي تتفاعل بسرعة عند الخلط وتطلق حرارةعالية لذلك فهي تعطي الخرسانة قوتها في اليوم الأول ولكنها لا تؤثر في القوةالنهائية للخرسانة
- ألومنيات حديد رباعي الكالسيوم وتتراوح نسبتها من 7-12 % وهي تتفاعل في الأيام الأولى وتعطي حرارة عالية ولكنها أبطأ من ثلاثي ألومنياتالكالسيوم.
- بالاضافة إلى المكونات السابقة يحتوي الأسمنت على مركبات ثانويةعلى شكل أكاسيد مثل أكاسيد البوتاسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والتيتانيوم وثانيأكسيد الكبريت . وتشكل هذه المركبات نسبة قليلة من وزن الأسمنت.
التحليل الكيمائي للأسمنت البورتلاندي وبيان مكوناته :
| المكون | المدى المتوسط |
|---|---|
| أوكسيد الكالسيوم (Ca o) | 60-65 ═ 62.5 |
| السيلكا (Sio2) | 25-20 ═ 22.5 |
| الألومنيا (Al2o3) | 9-5 ═ 7 |
| أوكسيد الحديديك (Fe2o3) | 5-1 ═ 3 |
| الماغنيسيا (Mgo) | 4 ═ 2 |
| ثالث اوكسيد الكبريت (So3) | 1.6-0.4 ═ 1 |
الأسمنت سريع التصلب
تختلف أصناف الأسمنت سريع التصلب عن الأسمنت العادي من عدة نواحي، منها أن نسبة الحجر الجيري إلى السيليكات ونسبة سيليكات ثلاثي الكالسيوم في الأسمنت سريع التصلب تكون أكبر من مثيلاتها في الأسمنت العادي.كما يتصف هذا النوع بدرجة نعومة أكبر من الأسمنت العادي، مما يؤدى إلى سرعة التصلب وتولد سريع للحرارة. ويستخدم الأسمنت سريع التصلب في إنشاء الطرق.الأسمنت البورتلاندي منخفض الحرارة
يحتوى هذا النوع على نسبة منخفضة من كبريتات ثلاثي الكالسيوم وألومينات ثلاثي الكالسيوم، مما يؤدى إلى انخفاض في الحرارة المتولدة. تستخدم أكاسيد الحديديك لخفض نسبة ألومينات ثلاثى الكالسيوم، وبالتالى ترتفع نسبة رباعي ألومينات الكالسيوم الحديدية في هذا النوع من الأسمنت.الأسمنت المقاوم للكبريتات
وهو الإسمنت البورتلندي المقاوم للتأثيرات الكيميائية وبصورة خاصة الأملاح الكبريتية ويطلق عليه للتمييز الإسمنت المقاوم للكبريتات يحتوى هذا النوع من الأسمنت على نسبة منخفضة من ألومينات ثلاثي الكالسيوم، ويتصف بقدرة أكبر على مقاومة الكبريتات بسبب مكوناته، أو بسبب العمليات المستخدمة في صناعته، لذلك فهو يستخدم في الحالات التي تتطلب مقاومة عالية للكبريتات . ولما كان تأثير المحاليل الكبريتية على الإسمنت البورتلندي يزداد خطراً كلما كان محتوى الألومين في الإسمنت مرتفعاً،أصبح من الضروري إبدال الألومين بالحديد للحصول على نوع من الإسمنت مقاوم للكبريتات، أيضاً دلت التجارب على أن اضافة قليل من كربونات الباريوم للإسمنت تجعله مقاوماً للكبريتات (لأن كربونات الباريوم تتفاعل مع المياه الكبريتية المخربة منتجة كبريتات الباريوم غير الذوابة ( . اقترح (برانيسكي) تحضير الإسمنت على أساس أكسيد الباريوم عوضاً عن أكسيد الكلسيوم .وعلاوة على هذه المقاومة الكيميائية يفيد هذا النوع من الإسمنت في تحضير البيتون الذي يمنع نفوذ الأشعة و يستخدم هذا النوع من الإسمنت فقط للبيتون المعرض لتأثير مركبات الكبريت كما في المنشآت البحرية. عندما نطلب مقاومة عالية للكبريتات نحتاج لمركب ألمنيوم ثلاثي الكلسيوم عادةً بنسبة 5% أو أقل C3Aالأسمنت البوزلاني
ينتج عن إضافة البوزلانا إلي مادة الكلنكر الأسمنتي العادي وهذا النوع من الأسمنت متميز لما له من مواصفات تختلف عن الأنواع الأخرى من الأسمنت فهو يتكون من( 70%-80%) أسمنت بورتلاند مضافا إليه ( 15-20%) بوزلانا سوداء اللون وهي(مواد بركانية سليكونية والومنيومية طبيعية مئة بالمائة, تؤخذ من الجبال البركانية مباشرة ولا تتعرض لأية تفاعلات أو إضافات كيميائية ولذلك ينصح باستخدامها حيث لا توجد أية أضرار أو سلبيات من استخداماتها المختلفة والتي تعطي بنفسها قيمة إسمنتية .الاسمنت البوزلاني
انواع ومصادر البوزلانا
- بوزلانا طبيعية متجددة ناتجة عن رماد وحمم بركانية
- بوزلانا صناعية ناتجة عن تدوير مخلفات المصانع
- رماد الفحم الناتج عن حرق الفحم لمحطات توليد الكهرباء .
- خبث الحديد الناتج عن مخلفات حرق الحديد في الفرن المصانع الحديد والصلب .
الاسمنت البوزلاني
أنواع الاسمنت البوزلاني
- PULVERISED FUEL ASH AFA يتكون من خلط الاسمنت البوزلاني العادي مع OPC مع نسبة 20-30 % من رماد الفحم .
- GGBFS ويتكون من خلط الاسمنت البورتلاندي العادي OPC مع نسبة 70 % من خبث الحديد .
- POZZLANA CEMENT PPC PORTLAND يتكون من خلط الاسمنت البورتلاندي العادي OPC مع نسبة 20-30% من البوزلانا الطبيعية .
خواص وفحوصات الأسمنت:
يجرى على الاسمنت العديد من الفحوصات لتحديد صفاته وللتأكد من جودته ومطابقته للمواصفات، ومن أهم هذه الفحوصات:- نعومة الأسمنت Fineness of Cement
- فحص القوام القياسي للعجينة الأسمنتية.
- زمن الشك الابتدائي والنهائي Initial & Final setting time
- التحليل الكيماوي للاسمنت.
- ثبات الأسمنت .
- مقاومة الأسمنت للضغط المباشر.
- مقاومة الاسمنت للشد المباشر.
- فحص الانثناء
المواد الخام الأولية في صناعة الأسمنت :
- الحجر الجيري
- الطفلة
- رمل السيليكات
- طفلة وأتربة البوكسيت (جسيمات متوسطة الحجم من الطبقات الرسوبية مثل الطفلة، ولها محتوى منخفض من الماء( .
- أكاسيد الحديد : وتستخدم كعوامل مذيبة أو صهارة (Fluxing Agent) لتقليل درجة الحرارة الناتجة عن التفاعلات الكيميائية .
- الجبس: ويضاف في المرحلة النهائية بمطاحن الأسمنت
خصائص المواد الأولية اللازمة في صناعة الاسمنت :
- المواد الكلسية : يعتبر الكلنكر الخليط الأولي اللازم لإنتاج الاسمنت البورتلاندي ويتكون الكلنكر من :
- الشق الكلسي : ( الحجر الجيري ) الذي يعتبر مصدرا أساسيا لكربون الكالسيوم CaO3
- الشق الطيني : الذي يعتبر مصدرا أساسيا لأكسيدات السليكون – الألمنيوم – الحديد (SiO2 - Al2O3 - Fe2O3 )
- المواد المضافة : والتي تعتبر تصحيحية لتغطية النقص في إحدى المكونات الكيميائية للخليط الخام في حال إنتاج الاسمنت العادي او لتحضير أنواع أخرى من الاسمنت .