بررسی هیدراسیون زودهنگام سیمان پرتلند طبیعی اتریشی

مشخصه های شیمیایی و کانی شناسیپسماندهای سیمانی و محصولات هیدراسیون، در مورد ملات های سیمان پرتلندی قدیمی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده ی پخت درازمدت و خنک سازی آهسته ی آن ها می باشد. تفاله های C2AS، CS و مواد خام کمتر سوزانده شده نشان دهنده ی توزیع غیریکنواخت حرارت در کوره های میله ای می باشد. ترکیب مانوسولفولامینات با موموکربولامینات غالبا منجر به محصولاتی با هیدراسیون بینابینی می گردد که بر عدم وجود سولفات کلسیم به عنوان عامل کندگیر کننده دلالت دارد. توزیع فازهای AFm نشان دهنده ی تجزیه ی سولفور از پسماندهای سیمانی حاوی سولفور و سپس کربناته شدن در مراحل بعدی هیدراسیون می باشد. اندازه ی دانه های درشت سیمان و محتملا استفاده از روش بی اثرسازی منجر به ایجاد سوراخ های ریزساختار می گردد.

مقدمه

رشد و توسعه ی بیندرهای هیدرولیکی آهکی در طی قرن ۱۹ میلادی حاصل انجام آزمایشات فراوان و پیشرفت هایی است که آغاز ان به دهه ی ۱۷۵۰ میلادی برمی گردد. این اقدامات نه تنها منجر به تولید بیندرهای آب بند گردید، بلکه مصالحی را نیز بوجود اورد که از مقاومت بیشتری در مقایسه با ملات های هیدرولیکی متداول مبتنی بر آهک پوزولانی برخوردار می باشند.

بررسی هیدراسیون زودهنگام سیمان پرتلند طبیعی اتریشی

بررسی هیدراسیون  زودهنگام سیمان پرتلند طبیعی اتریشی

محصولات اولیه ی این تلاش های تحقیقاتی عبارت بود از آهک هیدرولیکی طبیعی (NHL، ۱۷۵۶) و سیمان رومی (RC، ۱۷۹۶) که به عنوان پیش قراولان سیمان های پرتلند اولیه قلمداد می گردند. رشد مستمر سیمان پرتلند (PC) در دهه ی ۱۸۴۰ با تلاش های ویلیام آسپدین و نیز آگاهی ایساک جانسون از اهمیت حرارت کافی در طی تبدیل آهکی آغاز گردید. این سیمان های پرتلند اولیه یا اصطلاحا مزو- سیمان ها حاوی مصالحی همگن از جنس کلسیم سیلیکات بودند که در حدود دمای خاکسترشدن شکل گرفته اما فازهای آن در محدوده های دمایی کمتری بوجود امده اند که بسیار مشابه به شکل گیری NHL یا RC می باشد.

آزمون نظام مهندسی عمران محاسبات

نظام مهندسی عمران تبریز

بعدها در دهه های ۱۸۷۰ الی ۱۸۸۰، اجرای کوره های میله ای پیوسته به عنوان عاملی مهم در توسعه ی فنی سیمان پرتلند، همراه با لحاظ استانداردهای اولیه، منجر به افزایش کیفیت و کمیت محصولات سیمان پرتلند گردید. در طی قرن ۲۰ ام میلادی، افزایش الزامات صنعت ساخت و ساز به همراه معرفی کوره های دوار، آسیاب های گلوله ای و استفاده از کلسیم سولفات به عنوان عامل کندگیر کننده، منجر به آن گردید که سیمان پرتلند به پرکاربردترین محصولا ساختمان و بیندر هیدرولیکی در دنیا بدل گردد.

در حالی که بیشتر تولیدکننده های سیمان اروپایی، سیمان های پرتلند اولیه ی خود را با استفاده از مواد خامی ساخته اند (نظیر سیمان و آهک) که به صورت دستی ترکیب گردیده اند، نخستین سیمان پرتلند در اتریش با استفاده از آهک رس محلی به عنوان تنها ماده ی خام در کارخانه ی سیمان پرلموس در شهر کرچبیچل در سال ۱۸۵۶ ساخته شد. این سیمان جدید به طرزی اتفاقی و در زمانی کشف شد که پسماندهای کوره ی بیش حرارت دیده ی تولید سیمان پرتلند محلی، آسیاب گردیده و به عنوان بیندر ملات در یک کارگاه ساختمانی محلی مورد استفاده قرار گرفت. کیفیت متحیرکننده و مقاومت فشاری بسیار بالاتر این بیندر در مقایسه با سیمان های مبتنی بر RC منجر به تلاش های تحقیقاتی بیشتر در این زمینه، شناسایی ساختار دقیق زمین شناسی مواد خام و در نهایت، آغاز تولید سیمان پرتلند طبیعی در اتریش گردید. این مزو- سیمان پرتلند طبیعی به طرزی مشابه با RC تولید گردید: مصالح خام درشت خرد شده محتوی کلسیم کربنات، سیلیکات و کانی های آلومینوسیلیکات در مخلوط اصلی، با بهره گیری از ذغال سنگ قهوه ای محلی به عنوان سوخت جامد، در کوره ی میله ای قائم خشک گردید. با این حال، برخلاف RCها، دمای آهکی شدن بالاتر بوده و از دمای خاکسترشدن (یعنی ۱۳۰۰ درجه ی سانتی گراد) متجاوز گردیده، در حالی که آهک آزاد با C₂S ترکیب گردیده و C₃S را بوجود می آورد. الزامات کانی برای تولید سیمان باکیفیت به منزله ی آن است که در نیمه ی دوم دهه ی ۱۸۰۰ میلادی تنها امکان پخش محدودی از سیمان های پرتلند طبیعی ممکن بوده است. برمبنای اطلاعات تاریخی، در قرن ۱۹ میلادی تنها سه کارگاه تولید سیمان اتریشی و یک کارگاه دیگر در نزدیکی دریای سیاه، سیمان پرتلند طبیعی تولید می نمودند.

بررسی هیدراسیون زودهنگام سیمان پرتلند طبیعی اتریشی

مطالعه ی حاضر به بررسی نمونه ملات های ساخته شده از سیمان پرتلند طبیعی قرن ۱۹ میلادی می پردازد که در کلیسای نیئوگوتیک از صومعه ی بندیکت آدمونت در آستریای شمالی، کشور اتریش بکار گرفته شده است. کلیسای قرون وسطایی اصلی پس از آتش سوزی فاجعه بار در سال ۱۸۶۵ بازسازی گردید. ادبیات موضوعی این مقوله به همراه برخی از اسناد اصلی منتشرنشده از فرآیند بارگیری و حمل مصالح از کارگاه تولید سیمان قدیمی پرلموس، که سیمان پرتلند طبیعی را مابین دهه های ۱۸۶۰ و ۷۰ تولید می نمود، مؤید این مطلب است که سیمان پرلموس در جریان بازسازی کلیسا مابین سال های ۱۸۶۶ و ۱۸۷۰ مورد استفاده قرار گرفت. مطالعه ی ملات ها برمبنای تکنیک های الکترونی و نوری قرار داشته تا علاوه بر تکنولوژی ساخت، با مکانیزم های هیدراسیون و عملکرد درازمدت آن ها نیز آشنا شویم.

نتایج

یکی از نخستین کاربردهای مستند سیمان پرتلند در اتریش (بین سال های ۱۸۶۶ الی ۱۸۷۰) مورد مطالعه قرار گرفت. برمبنای بررسی پسماندهای سیمانی و محصولات هیدراسیونی دو نمونه ملات، نتایج زیر بدست آمده است:

• بیندر یک نوع سیمان پرتلند معمولی بوده که در یک کوره ی میله ای قائم پخته شده است. تقریبا ۴/۳ پسماندهای سیمانی هیدراته نشده دارای مشخصه ی سیمان پرتلند بوده که اندازه، مقدار و ترکیب کانی های آن معرف پخت درازمدت و نرخ کندسازی آهسته ی آن می باشد. بلورهای بزرگ و طویل C₂S دال بر دمای زیاد آن به هنگام شکل گیری بوده (بالای ۱۴۰۰ درجه ی سانتی گراد) که نشان دهنده ی وجود نقاط داغ در کوره می باشد. کانی های سیمانی اعم از CS، C₂AS و پسماند مصالح خام سوزانده شده نشان دهنده ی آن بخشی از کوره است که از دمای به مراتب کمتری (۷۰۰ الی ۱۱۰۰ درجه ی سانتی گراد) برخوردار بوده و در نتیجه حرارت غیریکنواختی در طی آهکی شدن برروی آن بوجود خواهد آمد. پسماند مصالح خام کم حرارت دیده شواهدی سودمند برای تأئید مصالح خام اصلی بوده که در مورد این سیمان یک سنگ مارل طبیعی قلمداد می شود.
• وجود پسماند سیمانی حاوی سولفور به بکارگیری سنگ مارل محلی حاوی پیریت به عنوان ماده ی خام و نیز بکارگیری ذغال سنگ قهوه ای به عنوان سوخت جامدی مرتبط است که حاوی FeS₂ می باشد. در طی حرارت دهی، SO₃ خارج شده و با کانی های معدنی ترکیب می گردد که به شکل گیری مقادیر محدودی سولفوسیلیکات، سولفوآلومینات و CaS منجر می گردد.
• زمان کارایی ملات به طور مستقیم متأثر از اندازه ی دانه های درشت سیمان و احتمالا بکارگیری یک روش واکنش زدایی است که برروی کلینکر در یک بازه ی زمانی و شرایط جوی بخصوص اعمال می گردد.
• برخلاف ملات های نوین مبتنی بر OPC، پارامترهای فوق بر روند توسعه ی ساختار موئینگی تأثیرگذار بوده و البته تأثیر مشخصی بر مسائل دوام نداشته و منجر به وضعیت بسیار خوب نگهداری پس از ۱۵۰ سال مواجهه با شرایط جوی گردیده است.