هیدراتاسیون سیمان

هیدراتاسیون سیمان

فعل و اتفعالاتی که در اثر آن سیمان به ماده چسبنده تبدیل میگردد در خمیر آب و سیمان صورت می­گیرد و به این عمل هیدراسیون سیمان می­گویند. به عبارت دیگر در مجاورت آب سیلکاتها و آلومیناتها مطابق جدول زیر نتیجه هیدراسیون را تولید می­کنند که به مرور زمان تبدیل به جسم سفتی به نام خمیر سخت شده سیمان می­گردد. در شکل زیر فعل و انفعالات ساختن سیمان و هیدراسیون آن به طور ساده و خلاصه نشان داده شده است.

المانهای اصلی

Fe

Al

Ca

Si

O2

اکسیدهای اصلی

Fe2O3

Al2O3

SiO2

CaO

اکسیدهای مرکب سیمان

C4AF

C3A

C2S

C3S

سیمانهای پرتلند

انواع مختلف سیمان های پرتلند

نتیجه هیدراسیون

Ca(OH)2

ژل سیمان

دو نوع سیلیکات کلسیم موجود (یعنی C3S و C2S) در ترکیب اصلی و مهم هستند که چسباندگی سیمان را تولید می­کنند.

ماده منتجه پس از هیدراسیون خاصیت آنرا دارد که در آب حل نمی­شود و این امر در عمل باعث پایداری سازه­های بتنی در برابر آب می­باشد. ذراتی از سیمان که در مجاورت آب قرار می­گیرند و هیدراسیون در آنها صورت می­گیرد خاصیت آنرا دارند که به ذراتی که  در  آنها هیدراسیون صورت نگرفته برسد. با این عمل دیده می­شود که شدت انجام هیدراسیون به مرور زمان کم می­شود و به کندی صورت می­گیرد و بنابراین حتی بعد از مدت زیاد هنوز ذراتی از سیمان که هیدراسیون در آنها صورت نگرفته موجود خواهد بود. این عمل باعث می­شود که پس از آن که بتن مقاومت اولیه خود را به دست آورد (در حدود شش ماه) باز هم مقاومت آن به تدریج و به مقدار کم زیاد شود.

واضح است که هر چه دانهای سیمان ریزتر باشند عمل هیدراسیون با سرعت بیشتری انجام می پذیرد . آقای (Powers) نشان داده که در شرایط عادی هیدراسیون کامل وقتی میسر است که اندازه دانها از µ 50 کمتر باشد.

بنابراین دیده می­شود که حتی بعد از مدت طولانی بعد از شروع عمل هیدراسیون هنوز ذراتی از سیمان که در آنها هیدراسیون صورت نگرفته باقی خواهند بود که به مرور زمان با آب ترکیب شده، باعث ازدیاد مقاومت بتن می­گردند. این خود یکی دیگر از مزایای سازه­های بتنی بر سازه­های فلزی است زیرا ضریب اطمینانی که در طرح ساختمان بتنی به کار برده شده تقریبا برای همیشه باقی خواهد ماند.

خواص فیزیکی سیمان پرتلند

مهمترین خواص فیزیکی سیمان که در آئین نامه BS12 ذکر شده است عبارتند از نرمی ذرات سیمان (Fineness)، زمان خود گیری (Setting Time) ، مرغوبیت (Soundness) ، حرارت هیدراسیون، مقاومت کششی برای سیمان زود سخت شونده (سوپر) ، مقاومت فشاری مکعب های ملات سیمان و با مقاومت فشاری مکعب­های بتنی.

در جدول زیر حداکثر و یا حداقل مقدار مجاز هر یک از کمیت های فوق که B S  12  تعیین نموده برای چند نوع سیمان مختلف داده شده است. خواص هر یک از این سیمانها بعدا مشروحا داده خواهد شد. لازم به تذکر است که در آمریکا برای کارهای ساختمانی آئین نامه ASTM سیمان­های پرتلند را به پنج نوع تقسیم بندی نموده و خواص فیزیکی هر نوع از این سیمان ها را داده است. در جدول زیر خواص فیزیکی مجاز چند نوع سیمان پرتلند مطابق آئین نامه BS12 داده شده است.

آزمایش	نوع سیمان پرتلند
	معمولی	زود سخت شونده                     (سوپر)	با حرارت­هیدراسیون کم	سیمان کوره آهن گذاری
نرمی دانها سطح مخصوص بر حسب سانتیمتر مربع بر کیلوگرم نباید کمتر از این مقادیر باشد	2250	3250	3200	2250
زمان خودگیری خودگیری اولیه بر حسب دقیقه خودگیری نهائی بر حسب ساعت	45 10	45 10	60 10	45 10
مرغوبیت گسترش در آزمایش Le Chatelier بعد از یک ساعت جوشاندن بر حسب میلیمتر بعد از هفت روز هوا دادن و یک ساعت جوشاندن بر حسب میلیمتر	10 5	10 5	10 5	10 5
مقاومت کششی برای ملات سیمان و ماسه 1:3 بعد از یک روز نباید کمتر از این مقدار باشد (اعداد داخل پرانتز 1b/In2)
مقاومت فشاری برای مکعبهای ملات سیمان و ماسه 1:3 بعد از سه روز نباید کمتر از بعد از هفت روز نباید کمتر از  بعد از 28 روز نباید کمتر از (اعداد داخل پرانتز 1b/In2)	154(2200) 238(3400) __	210(3000) 280(4000) __	77(1100) 140(8000) 280(4000)	112(1600) 210(3000) 350(5000)
مقاومت فشاری Kg/cm2 برای مکعب های cm 10 بتنی به نسبت 1:6 (سیمان به مواد سنگی) بعد از سه روز نباید کمتر از  بعد از هفت روز نباید کمتر از  بعد از 28 روز نباید کمتر از	84(1200) 140(2000) __	119(1700) 175(2500) __	35(500) 70(1000) 140(2000)	56(800) 112(1600) 224(3200)
حرارت هیدراسیون بر حسب کالری به گرم بعد از هفت روز نباید کمتر از بعد از 28 روز نباید بیشتر از			60 70

برگرفته ازجزوه تکنولوژی یتن مهندس داور پناه عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد مشهد

به کوشش محمدصادق کاظمیان