X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

سیمان

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

سیمان ماده‌ای چسبنده است که قابلیت چسبانیدن ذرات به یکدیگر و بوجود آوردن جسم یک پارچه از ذرات متشکله را دارند و از ترکیب مصالح آهکی، رس، سیلیس و اکسید‌های معدنی در دمای ۱۴۰۰ درجه تا ۱۵۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد ساخته می‌شود. به جسم حاصل، پس از حرارت دیدن کلینگر می‌گویند و از آسیاب کردن آن سیمان بدست آید. اندازهٔ دانه‌های کلینگر ۲۰ میلی‌متر می‌باشد


سیمان

سیمان ماده‌ای چسبنده است که قابلیت چسبانیدن ذرات به یکدیگر و بوجود آوردن جسم یک پارچه از ذرات متشکله را دارند و از ترکیب مصالح آهکی، رس، سیلیس و اکسید‌های معدنی در دمای ۱۴۰۰ درجه تا ۱۵۰۰ درجهٔ سانتی‌گراد ساخته می‌شود. به جسم حاصل، پس از حرارت دیدن کلینگر می‌گویند و از آسیاب کردن آن سیمان بدست آید. اندازهٔ دانه‌های کلینگر ۲۰ میلی‌متر می‌باشد

اجزای تشکیل دهنده سیمان

۱٫مصالح آهکی (حدود ۶۰٪ الی ۶۷٪)

۲٫رس (حدود ۳٪ الی ۷٪)

۳٫سیلیس (۱۷٪ الی ۲۷٪)

۴٫اکسسید‌های معدنی[۲]

اکسیدهای معدنی سیمان

۱٫اکسید آهن (۰/۵٪ الی ۶٪)

۲٫اکسید سدیم (۰/۲٪ الی ۱/۳٪)

۳٫اکسید منیزیم (۰/۱٪ الی ۴/۵٪)

۴٫اکسید پتاسیم (۰/۲٪ الی ۱/۳٪)

۵٫اکسید آلومینیوم (۳٪ الی ۸٪) Al2O3[۳]

انواع سیمان‌

۱٫سیمان پرتلند تیپ I

۲٫سیمان پرتلند تیپ II

۳٫سیمان پرتلند تیپ III

۴٫سیمان پرتلند تیپ IV

۵٫سیمان پرتلند تیپ V

۶٫سیمان پوزولان

۷٫سیمان برقی (پرآلومین)

۸٫سیمان رنگی

۹٫سیمان سفید

۱۰٫                   سیمان سرباره‌ای ضد سولفات

۱۱٫                   سیمان پرتلند آهکی

۱۲٫                   سیمان بنائی

۱۳٫                   سیمان نسوز

۱۴٫                   سیمان چاه نفت

۱۵٫                   سیمان پرتلند ضدآب

۱۶٫                   سیمان باگیرش تنظیم شده[۴]

روشهای ساخت سیمان

  • روش تر
  • روش نیمه تر
  • روش نیمه خشک
  • روش خشک

شیمی ترکیبات سیمان

مواد خام تشکیل دهنده سیمان اساسا از اکسیدهای کلسیم و سیلیسیم و آهن تشکیل شده است. این مواد در کوره با هم ترکیب شده و غیر از مقداری آهک آزاد باقی مانده، که فرصت کافی برای فعل و انفعال نداشته است، ترکیبات شیمیایی جدید و پایداری نتیجه می شوند. در هنگام خنک کردن مصالح، براساس سرعت خنک کردن، مواد به صورت بلوری و بی شکل ظاهر می گردند. دانه های بی شکل که اکثرا شیشه ای هستند و دانه های بلوری شده، درحالی که یک فرمول شیمیایی دارند، دارای خواص متفاوتی هستند. برای سیمان معمولی، درصد ترکیبات حاصل از فعل و انفعالات فوق با داشتن درصد اکسیدهای موجود در کلینکر و با فرض اینکه کریستاله شدن کامل انجام پذیرفته باشد قابل محاسبه است.[۶] چهارترکیب اصلی سیمان عبارتند از:تری کلسیم سیلیکات، دی کلسیم سیلیکات، تری کلسیم آلومینات، تترا کلسیم آلومینو فریت؛ که به ترتیب با علائم اختصاری به صورت: C4AF C3A C2S C3S نامیده می شوند.[۷]

معادلات بوگ

محاسبه مربوط به میزان ترکیبات سیمان حاصل از اکسیدهای اصلی تشکیل دهنده آن توسط «بوگ» انجام شده و به نام معادلات بوگ معروف می باشد. این معادلات درصد ترکیبات اصلی سیمان را نمایش می دهد.[۸]

C3S = 4.0710(CaO)-7.6024(SiO2)-1.4297(Fe2O3)-6.7187(Al2O3

C2S = 8.6024(SiO2)+1.0785(Fe2O3)+5.0683(Al2O3)-3.0710(CaO

C3A = 2.6504(Al2O3)-1.6920(Fe2O3

C4AF = 3.0432(Fe2O3

خواص ترکیبات اصلی سیمان

سیلیکات ها یعنی C2S و C3S ترکیبات اصلی و مهم سیمان می باشند و در حقیقت مقاومت سیمان هیدراته شده به آنها بستگی دارد. اکسیدهای تشکیل دهنده این سیلیکات ها تاثیرات مهمی روی شکل اتمی و کریستالی و خواص هیدرولیکی انها دارند. در حقیقت حضور C3A در سیمان سودمند نیست. این ترکیب نقشی در مقاومت سیمان، به جز کمی در سن اولیه آن، نداشته و بعد از سخت شدن سیمان در صورت حمله سولفاتی با تشکیل سولفوآلومینات کلسیم (اترینگایت) سبب خرابی بتن می گردد. ولی C3A در فرایند تولید در ترکیب اکسیدکلسیم با اکسیدسیلیسیم سهولت ایجاد کرده و سودمند است. C4AF که به میزان کمی به وجود می آید در مقابل سه ترکیب دیگر نقش عمده ای در خواص سیمان ندارد. به هرحال این ترکیب با سنگ گج سیمان، سولفوفریت کلسیم تشکیل می دهد که این ماده هیدراتاسیون سیلیکات ها را تسریع می کند.[۹]

کاربرد انواع سیمان

  (P.C-type I) سیمان پرتلند نوع ۱ (سیمان پرتلند معمولی)

در مواردی به کار می رود که هیچ گونه خواص ویژه مانند سایر انواع سیمان مورد نظر

نیست
(P.C-type II) سیمان پرتلند نوع ۲

برای استفاده عمومی و نیز استفاده ویژه در مواردی که گرمای هیدراتاسیون متوسط مورد نظر است

(P.C-type III ) سیمان پرتلند نوع ۳

 
برای استفاده در مواقعی که مقاومت های بالا در کوتاه مدت مورد نظر است
(P.C-type V) سیمان پرتلند نوع ۵

در مواقعی که مقاومت زیاد در مقابل سولفات ها مورد نظر باشد استفاده می شود
(White Cement) سیمان سفید

برای استفاده در سطح ساختمان ها و مواقعی که استفاده از سیمان های بدون رنگ با مقاومت های بالا مورد نیاز باشد از این سیمان در تولید انواع سیمان های رنگی استفاده می شود
(SR.slag Cement) سیمان سرباره ای ضد سولفات

در مواقعی که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و یا حرارت هیدراتاسیون متوسط مورد نظر است استفاده می گردد

(P.P. Cement) سیمان پرتلند – پوزولانی

در ساختمان های بتنی معمولی و بیشتر در مواردی که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و حرارت هیدراتاسیون متوسط مورد نظر باشد استفاده می شود
(P.K.Z. Cement) سیمان پرتلند – آهکی

این نوع سیمان در تهیه ملات و بتن در کلیه مواردی که سیمان پرتلند نوع ۱ بکار می رود قابل استفاده است . دوام بتن را در برابر یخ زدن ، آب شدن و املاح یخ زا و عوامل شیمیایی بهبود می دهد

(Masonry Cement) سیمان بنائی

برای استفاده در مواقعی که ملات بنائی با مقاومت های کمتر از سیمان پرتلند نوع ۱ مورد نیاز است

(Rf Cement 450) سیمان نسوز ۴۵۰

با اتصال هیدروکسیلی و فازهای کلسیم آلومینات ، برای مصرف به عنوان ماده نسوز در Al 2 O 3 حاوی بیش از %۴۰

صنایع حرارتی استفاده می شود

(Rf Cement 500) سیمان نسوز ۵۰۰

برای مصرف به عنوان ماده نسوز با درصد CA 2 ، CA با اتصال هیدروکسیلی و فازهای Al 2 O 3 حاوی بیش از %۷۰

به کار می رود CO.H 2 خلوص بالا در صنایع حرارتی و اتمسفرهای
(Rf Cement 550) سیمان نسوز ۵۵۰

با اتصال هیدروکسیلی و آلومینات کلسیم به عنوان ترکیب اصلی ، دارای نسوزندگی و خواص Al 2 O 3 حاوی بیش از %۸۰

ترمومکانیکی بالا و کاربردهای ویژه نسوز مانند اتمسفرهای احیا هیدروژن
سیمان های چاه نفت

این سیمان ها برای درزگیری چاه های نفت به کار می روند . عمده این نوع سیمان ها دیرگیر بوده و در برابر دماها و فشارهای بالا مقاوم می باشند . این سیمان ممکن است در حفر چاه های آب و فاضلاب نیز به مصرف برسد

سیمان های پرتلند ضد آب

این سیمان به رنگ سفید ، خاکستری تولید می شود . این نوع سیمان ، انتقال مویینه آب را تحت فشار ناچیز یا بدون فشار ، کاهش می دهد ولی جلوی انتقال بخار آب را نمی گیرد
سیمان های با گیرش تنظیم شده

سیمان با گیرش تنظیم شده به گونه ای کنترل و ساخته می شود که می تواند بتنی با زمان های گیرش از چند دقیقه تا یک ساعت تولید کند

سیمان های رنگی

این سیمان ها بیشتر جنبه تزئینی و آرایشی دارند و در نماسازی سیمانی و تولید بتن نمادار به مصرف می رسند

 

 

ریشه لغوی

کلمه سیمان از یک لغت لاتین به نام سی‌منت ( cement ) گرفته شده است و ماده ای است که دارای خاصیت چسبانندگی مواد به یکدیگر است و در حقیقت ، واسطه چسباندن است.

سیمان در صنایع ساختمانی

در صنایع ساختمانی ، سیمان به ماده ای گفته می‌شود که برای چسباندن مصالح مختلف به یکدیگر از قبیل سنگ و شن ، ماسه ، آجر و غیره بکار می‌رود و ترکیبات اصلی این سیمان از مواد آهکی است. سیمانهای آهکی معمولا از ترکیبات سیلیکات و آلومیناتهای آهک تشکیل شده‌اند که هم به‌صورت طبیعی یافت می‌شوند و هم قابل تولید در کارخانجات سیمان‌سازی هستند.

تاریخچه

اگرچه از زمانهای بسیار گذشته اقوام و ملل مختلف به نحوی با استفاده از سیمان در ساخت بنا سود می‌جستند، ولی اولین بار در سال ۱۸۲۴ ، سیمان پرتلند به نام \”ژوزف آسپدین\” که یک معمار انگلیسی بود، ثبت شد. به لحاظ شباهت ظاهری و کیفیت بتن‌های تولید شده از سیمانهای اولیه به سنگهای ناحیه پرتلند در دورست انگلیس ، سیمان به نام سیمان پرتلند معروف شد و تا به امروز برای سیمانهایی که از مخلوط نمودن و حرارت دادن مواد آهکی و رسی و مواد حاوی سیلیس ، آلومینا و اکسید آهن و تولید کلینکر و نهایتا آسیاب نمودن کلینکر بدست می‌آید، استفاده می‌شود.

ساختار سیمان

اساسا سیمان با آسیاب نمودن مواد خام از قبیل سنگ و آهک و آلومینا و سیلیسی که به صورت خاک رس و یا سنگهای رسی وجود دارد و مخلوط نمودن آنها با نسبتهای معین و با حرارت دادن در کوره‌های دوار تا حدود ۱۴۰۰درجه سانتی‌گراد بدست می‌آید. در این مرحله ، مواد در کوره تبدیل به گلوله‌های تقریبا سیاه رنگی می‌شوند که کلینکر نامیده می‌شود.

کلینکر پس از سرد شدن ، با مقداری سنگ گچ به‌منظور تنظیم گیرش ، مخلوط و آسیاب شده و پودر خاکستری رنگی حاصل می‌شود که همان سیمان پرتلند است. با توجه به نوع و کیفیت مواد خام ، سیمان با دو روش عمده‌تر و خشک تولید می‌شود، ضمن اینکه روشهای دیگری نیز وجود دارد. البته امروزه عمومـا از روش خشک در تولید سیمان استفاده می‌شود، مگر در مواردی که مواد خام ، روش تر را ایجاب کند، زیرا در روش خشک ، انرژی کمتری برای تولید مورد نیاز است.

ترکیبات شیمیایی سیمان

مواد خام مورد مصرف در تولید سیمان در هنگام پخت با هم واکنش نشان داده و ترکیبات دیگری را بوجود می‌آورند. معمولا چهار ترکیب عمده به‌عنوان عوامل اصلی تشکیل دهنده سیمان در نظر گرفته می‌شوند که عبارتند از:
سه کلسیم سیلیکات (۳O2=C3S)

  • دو کلسیم سیلیکات ( ۲CaOSiO2=C2S)
  • سه کلسیم آلومینات (۳CaOAl2O3=C3A)
  • چهار کلسیم آلومینو فریت (۴CaOAl2O3Fe2O3)

که اختصارا اکسیدهای CaO را با C و SiO2 را با S و Al2O3 را با A و Fe2O3 را با F نشان می‌دهند. سیلیکاتهای C3S و C2S مهمترین ترکیبات سیمان در ایجاد مقاومت خمیر سیمان هیدراته می‌باشند. در واقع سیلیکاتها در سیمان ، ترکیبات کاملا خالصی نیستند، بلکه دارای اکسیدهای جزئی به‌صورت محلول جامد نیز می‌باشند. این اکسیدها اثرات قابل ملاحظه ای در نحوه قرار گرفتن اتمها، فرم بلوری و خواص هیدرولیکی سیلیکاتها دارند.

ترکیبات دیگری نیز در سیمان وجود دارند که از نظر وزن قابل ملاحظه نیستند، ولی تأثیرات قابل ملاحظه ای در خواص سیمان دارند که عمدتا عبارتند از: MgO،TiO2،Mn2O3،K2O،NaO2، که اکسیدهای سدیم و پتاسیم به نام اکسیدهای قلیایی شناخته شده‌اند. آزمایشها نشان داده است که این قلیائی‌ها با بعضی از سنگدانه‌ها واکنش نشان داده‌اند و حاصل این واکنش باعث تخریب بتن شده است. البته قلیائی‌ها در مقاومت بتن نیز اثر دارند.

وجود سه کلسیم آلو مینات (C3A) در سیمان نقش عمده ای در مقاومت سیمان به جزء در سنین اولیه ندارند و در برابر حملات سولفاتها نیز که منجر به سولفوآلومینات کلسیم می‌شود، مشکلاتی به بار می‌آورد، اما وجود آن در مراحل تولید ، ترکیب آهک و سیلیس را تسهیل می‌کند. میزان C4AF در سیمان هم در مقایسه با سه ترکیب دیگر کمتر است و تأثیر زیادی در رفتار سیمان ندارند، ولی در واکنش با گچ ، سولفو فریت کلسیم را می‌سازد و وجود آن به هیدراسیون سیلیکاتها شتاب می‌بخشد.
مقدار و اندازه واقعی اکسیدها در ترکیبات انواع سیمان ، مختلف است. البته باقی مانده نامحلول نیز که عمدتا از ناخالصی‌های سنگ گچ حاصل می‌گردد، اندازه گیری می‌شود، تا حدود ۱,۵ درصد وزن در سیمان مجاز است. افت حرارتی نیز که دامنه کربناسیون و هیدراسیون آهک آزاد و منیزیم آزاد را در مجاورت هوا نشان می‌دهد، تا حدود ۳ الی ۴ در صد وزن سیمان اندازه گیری می‌شود.

هیدراسیون سیمان

ماده مورد نظر ما ملات یا خمیر سیمان است که با اختلاط آب و پودر سیمان ماده چسباننده ای می‌شود. در واقع سیلیکاتها و آلومیناتهای سیمان در مجاورت آب محصولی هیدراسیونی را تشکیل می‌دهند که کم‌کم با گذشت زمان ، جسم سختی بوجود می‌آید.
دو ترکیب عمده سیلیکاتی سیمان یعنی C3S و C2S عوامل عمده سخت شدن سیمان هستند و عمل هیدراسیون روی C3S سریعتر از C2S انجام می‌گیرد.

حرارت هیدراسیون

همانند هر واکنش شیمیایی ، هیدراسیون ترکیبات سیمان نیز حرارت‌زا است و به میزان حرارتی که در هر گرم از سیمان هیدراته در اثر هیدراسیون در دمای معینی تولید می‌گردد، حرارت هیدراسیون گفته می‌شود و به روشهای مختلفی قابل اندازه گیری است. درجه حرارت و دمائی که در آن عمل هیدزاسیون انجام می‌شود، تأثیر قابل ملاحظه ای در نرخ حرارت تولید شده است دارد.

برای سیمانهای پرتلند معمولی ، حدود نصف کل حرارت تا سه روز و حدود ۳,۴ حرارت تا حدود ۷ روز و تقریبا ۹۰ در صد حرارت در ۶ ماه آزاد می‌شود. در واقع حرارت هیدراسیون بستگی به ترکیب شیمیایی سیمان دارد و تقریبا برابر است با مجموع حرارتهای ایجاد شده یکایک ترکیبات خالص سیمان ، اگر به صورت جداگانه هیدراته شود.
هر گرم از سیمان تقریبا ۱۲۰ کالری حرارت آزاد می‌کند. چون هدایت حرارتی بتن کم است، لذا حرارت می‌تواند به‌عنوان یک عایق حرارتی عمل نماید. از طرف دیگر حرارت تولید شده بوسیله هیدراسیون سیمان می‌تواند از یخ زدن آب در لوله‌های موئین بتن تازه ریخته شده جلوگیری نماید. بنابراین آگاهی به خواص حرارت‌زایی سیمان می‌تواند در انتخاب نوع مناسب سیمان برای هدف مشخصی مفید باشد.

همانطور که گفته شد، نقش اصلی در مقاومت سیمان C3S و C2S ایفا می‌کنند و C3S در ۴ هفته سنین اولیه و C2S پس از آن مقاومت سیمان را ایجاد می‌کنند. نقش این دو ترکیب در مقاومت سیمان پس از یک سال تقریبا مساوی می‌شود.

 

آزمایشهای سیمان

به لحاظ اهمیت کیفیت سیمان در ساختن بتن ، معمولا تولید کنندگان ، آزمایشهای متعدد و استاندارد شده ای را برای کنترل کیفیت سیمان انجام می‌دهند و بعضا نیز مصرف‌کنندگان برای اطمینان خاطر ، خواص سیمان تولید شده را از کارخانجات درخواست می‌کنند و گاها نیز آزمایشهایی انجام می‌دهند. خواص فیزیکی سیمان عمدتا عبارتست از نرمی سیمان ، گیرش سیمان ، سلامت سیمان و مقاومت سیمان.

 

 

نرمی سیمان

از آنجا که هیدراسیون از سطح ذرات سیمان شروع می‌شود، مساحت تمامی سطح سیمان موجود در هیدراسیون شرکت دارند. بنابراین نرخ هیدراسیون بستگی به ریزی سیمان دارد و مثلا برای کسب مقاومت سریعتر نیز به سیمان نرم تر یا ریزتر می‌باشد. اما باید توجه داشت که همیشه یک سیمان نرم از نظر اقتصادی و فنی مقرون به صرفه نیست، زیرا هزینه آسیاب کردن و اثرات بیش از حد نرم بودن سیمان بر خواص دیگر آن مانند نیاز بیشتر به گچ برای تنظیم گیرش ، کارآیی بتن تازه و سایر موارد نیز باید مد نظر باشد.

نرمی یکی از خواص عمده سیمان است که معمولا در استانداردها با سطح مخصوص تعیین می‌شود (m2/kg). روشهای متداول و متفاوتی برای تعیین نرمی سیمان در دنیا بکار گرفته می‌شود. استاندارد ملی ایران به شماره ۳۹۰ تعیین نرمی سیمان را مشخص می‌کند.

گیرش سیمان

کلمه گیرش برای سفت شدن خمیر سیمان بکار برده می‌شود، یعنی تغییر وضعیت از حالت مایع به جامد. گیرش به‌علت هیدراسیون C3S و C2A با افزایش دمای خمیر سیمان اتفاق می‌افتد. گیرش اولیه مربوط به افزایش سریع دما و گیرش نهایی مربوط به دمای نهایی است. مدت زمان گیرش سیمان با افزایش درجه حرارت کاهش می‌یابد، ولی آزمایش نشان داده است که در دمای حدود ۳۰ درجه سانتی‌گراد ، اثر معکوس را می‌توان مشاهده نمود. در درجات حرارت پائین ، گیرش سیمان کند می‌شود.

سیمان پرتلند

سیمان پرتلند طبق تعریف ‎ ASTM C 150[۱]‎، نوعی سیمان هیدرولیک است که از پودر کردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی سیمان پرتلند می باشند، بدست می‌آید.

تاریخچه

گرچه استفاده از سیمان (هیدرولیک و غیرهیدرولیک) به چندین هزار سال قبل بازمی‌گردد، اما اولین بار در سال ۱۸۲۴ میلادی ژوزف اسپین 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 کانسارهای آهکی جزیره پرتلند[۲] در انگلستان انتخاب کرد [۳].

کارخانه سیمان

بسته‌های سیمان پرتلند روی هم چیده شده

انواع

استاندارد ASTM C 150 و ‎AASHTO M 85 [۴]‎ مشخصات ۸ نوع مختلف سیمان پرتلند را برای کاربردهای مختلف آورده‌اند.

 

انواع سیمان پرتلند و کاربرد آنها

نوع سیمان پرتلند 

کاربرد 

I

پرتلند معمولی

II

پرتلند اصلاح‌شده (دارای مقاومت متوسط در برابر سولفات‌ها)

III

پرتلند زودگیر (دارای استحکام اولیه بالا)

IV

پرتلند با گرمازایی کم (دارای گرمای هیدراتاسیون پایین)

V

پرتلند مقاوم در برابر سولفات (دارای مقاومت خوب در برابر سولفات‌ها)

IA

نوع ۱ به همراه عامل هوادهنده

IIA

نوع ۲ به همراه عامل هوادهنده

IIIA

نوع ۳ به همراه عامل هوادهنده

ترکیب شیمیایی

فازهای اصلی تشکیل دهندهٔ سیمان پرتلند

  • تری‌کلسیم سیلیکات (آلیت)‎ [۵] (C3S)‏ ۲۰-۷۵ درصد
  • دی‌کلسیم سیلیکات (بلیت)[۶] (C2S)۱۵-۴۶ درصد
  • تری‌کلسیم آلومینات[۷] (C3A)۴-۱۳ درصد
  • تتراکلسیم آلومینوفریت[۸] (C4AF)۸-۱۲ درصد است.

نسبت این فازها بسته به نوع و کاربرد سیمان متغیر است.

اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان پرتلند

  • اکسید کلسیم شصت تا شصت و هفت درصد ترکیبات سیمان را تشکیل می دهد.[۹]
  • اکسید سیلیسیم
  • اکسید آلومینیوم
  • اکسید آهن
  • اکسید منیزیم
  • اکسید گوگرد که معمولا به جای سنگ گچ، سولفات مورد نیاز تترا کلسیم آلومینو فریت را برای تشکیل سولفو فریت کلسیم به منظور تسهیل هیدراتاسیون سیمان، تامین می کند. (برای پایین آوردن میزان پسماند نامحلول که توسط اسید کلریدریک مشخص می شود از این ترکیب به جای سنگ گچ استفاده می شود.)[۱۰]
  • قلیایی های سیمان: شامل اکسید پتاسیم و اکسید سدیم می باشد که با پاره ای از مواد سنگی در بتن ترکیب شده و سبب خرابی بتن و تغییر در میزان افزایش مقاومت آن می شوند. در نتیجه مقدار کم این ترکیبات نیز بایستی کنترل و به آن اهمیت داده شود.[۱۱]

افزودنی‌ ها (که بعد از تولید کلینکر سیمان به آن اضافه می‌شود)

  • سولفات کلسیم:این ترکیب حداکثر به میزان ۳ درصد وزنی در سیمان پرتلند استفاده می‌شود، این ماده با تتراکلسیم آلومینوفریت ترکیب شده و مقدار کمی سولفوفریت کلسیم ایجاد می کند که این ماده هیدراتاسیون سیلیکات ها را تسریع می کند. ضمنا تماس این سولفات با ترکیب تری آلومینات کلسیم موجب ایجاد سولفو آلومینات کلسیم (اترینگایت) می شود که موجب افزایش حجم ملات می گردد. این افزایش حجم در هنگامی که ملات در حالت خمیری است بی ضرر است، اما در صورتی که پس از گیرش ملات ایجاد شود باعث ایجاد سلسله ترک های متوالی و تخریب بتن می گردد. در نتیجه میزان سنگ گچی که به سیمان اضافه می شود بسیار مهم بوده و بستگی به میزان تری آلومینات کلسیم و قلیایی های سیمان دارد. بالا رفتن ریزی سیمان باعث افزایش میزان سنگ گچ مورد نیاز می شود و افزایش سنگ گچ بنوبه خود سبب انبساط بیش از حد و خرابی سیمان سخت شده می گردد. میزان بهینه سنگ گچ بر اساس حرارت ایجاد شده از فعل و انفعالات سیمان تعیین می شود، و پیشرفت مناسب فعل و انفعالات ما را مطمئن می سازد که وقتی همه سنگ گچ ترکیب می شود مقدار کمی تری آلومینات کلسیم باقی می ماند. آزمایش مشخصی جهت نشان دادن عدم سلامت سیمان به علت وجود سولفات کلسیم اضافی وجود ندارد ولی مقدار آن با روش تجزیه شیمیایی به آسانی قابل محاسبه است. استاندارد BS12 مقدار مناسب سنگ گچ را به صورت میزان SO3 موجود توصیه می کند.[۱۲]
  • انواع افزودنی های شیمیایی که به سه گروه اصلی زیر تقسیم می شوند:

۱-تندگیر کننده ها که ترکیباتی هستند مانند: کلرور کلسیم، کربنات سدیم، کلرور آلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم و نمک های آهن می باشند.[۱۳] ۲-کندگیر کننده ها: نظیر مشتقات هیدروکربنی نمک های محلول روی، شکر و براتهای محلول[۱۴] ۳-تقلیل دهندگان آب: نظیر اسید هیدروکسی کربوکسیلیک و اسید لیگنوسولفونیک[۱۵]

ایمنی

سیمان پرتلند خورنده است. تماس آن با چشم، پوست و دستگاه تنفسی باعث ایجاد ناراحتی می‌شود. در مورد چشم این امر ممکن است موجب سوزش شیمیایی و حتی در موارد شدیدتر منجر به کوری شود. تماس مکرر و دراز مدت آن با پوست موجب آماس می‌شود

مواد افزودنی به سیمان حفاری

مواد افزودنی به سیمان حفاری  

 

معرفی محصول
مواد افزودنی به سیمان مصرفی در عملیات سیمان‌کاری حفاری چاه‌های نفت شامل اقلام زیر است:
• کندکننده زمان بندش سیمان (دیربند سیمان)
• افزایه کنترل‌کننده هرزروی سیمان
• پخش‌کننده ذرات سیمان
• شوینده شیمیایی
• افزایه خارج‌کننده گازهای موجود در دوغاب سیمان

این مواد جهت ساخت دوغاب سیمان حفاری برای سیمان‌کاری لوله‌های جداری چاه‌های نفت به‌کار می‌رود.
با توجه به اینکه قسمتی از عملیات حفاری جهت دستیابی به مخازن نفت و همچنین بعد از رسیدن به مخازن نفت برای کنترل جریان نفت و گاز و هدایت آنها به سطح زمین نیاز به لوله‌گذاری و نصب لوله‌های جداری دارد و متعاقب آن عملیات سیمان‌کاری در فاصله بین دیواره چاه و پشت لوله‌های جداری (casing) انجام می‌شود مواد شیمیایی سیمان‌کاری از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می‌باشد.
هدف از نصب لوله‌های جداری (casing) و همچنین سیمانکاری چاه‌های نفت به شرح زیر است:‌
• نگهداری لوله‌های جداری و محکم نمودن آن با زمین
• جلوگیری از ریزش دیواره چاه و به وجود آمدن دالان (cave)
• جهت قطع ارتباط آب در طبقات مختلف زمین و جلوگیری از آلودگی نفت و گاز با سیالات دیگر.
• جلوگیری از نفوذ سیالات دیگر به درون چاه یا اطراف لوله‌های جداری که باعث خورده شدن آنها می‌شود.
• جهت کنترل فشار مخازن نفت و گاز و فوران آنها و همچنین هدایت آنها به سطح زمین.

میزان مصرف و ارزش اقتصادی تقریبی سالیانه

مصرف سالانه مواد افزودنی سیمان حدود ۲۵۰ تن و به ارزش تقریبی یک میلیون دلار می‌باشد.

پیش‌بینی نیاز بلند مدت
میزان مصرف مواد افزودنی سیمان با توجه به افزایش حفاری های اکتشافی و استخراجی در میادین نفت و گاز طی ۱۰ سال آینده میزان مصرف حداقل به ۵۰۰ تن در سال افزایش خواهد یافت.

 

 

ارسال نظر