سیمان و بتن دو ترکیب کلیدی در بناهای تجاری و مسکونی می باشند. بتن و دیگر مصالح سیمانی فایده و زیانهائی برای محیط دارد که برای بررسی این موضوع، چگونگی تولید و استفاده آن بررسی می گردد.
در تولید سیمان و بتن بایستی علاوه بر پژوهش در افزایش کیفیت و کمیت به مسائل زیست محیطی آن نیز توجه شود که در این مقاله برای این منظور به بررسی ترکیبات اصلی بتن، انرژی مصرفی، تولید و انتشار گازها، آلودگی آبها و دیگر آلاینده ها پرداخته می شود.
سیمان جزء مهم در ساختمان بتن می باشد. تولید سیمان نیز به یک منبع کلسیم دارد، ( معمولا سنگ آهک) و منبعی از سیلیکون (مثل رس یا ماسه)مقدار کمی نیز هیدروکسید آلومینیوم آهن دار و یا سنگ آهن به آن اضافه می شود. این مواد کامل خرد و ترکیب می شوند و سپس وارد کوره دوار سیمان می گردد. کوره مواد طویل یک استوانه شیب دار است که بیش از ۱۴۸۰ گرم می شود. در کوره ، مواد خام دستخوش تغییرات فیزیکی و شیمیایی شده که باعث می شود مواد تولید تحت فرآیند هیدراسیون واکنش نشان دهند. بیشترین نوع کوره سیمانی رایج کوره خشک است که مواد به صورت خشک باهم ترکیب می شوند. اولین واکنش مهمی که در کوره اتفاق می افتد پخته شدن سنگ آهک (کربنات کلسیم )است که تحت ان آهک زنده و دی اکسید کربن بوجود می آید،
Caco3àcao+Co2
این واکنش در قسمتی از کوره که کمترین دما را دارد حدود ۹۰۰ اتفاق من بخش عمده ای از این عمل تگلیس امروزه در پیش گرم کن ها و یا همه آن در دستگاه پیش کلسینه کننده انجام می شود تا انرژی کمتری مصرف شود.
دومین واکنش پیوستگی اکسید کلسیم و سیلیکات به فرم دی و تری کلسیم سیلیکات می باشد. مقدار کمی نیز تری کلسیم آلومینات و تتراکلسیم آلومینو فريت تشکیل می شود. بسته به این که این چهار ترکیب اساسی هر کدام به چه نسبتی در اجزاء تشکیل دهنده سیمان حضور دارند انواع های مختلف کلینکر سیمان برای تولید سیمان پرتلند، نوع I و II و … حاصل می شود. این واکنش ها در دمای خیلی بالا که مواد تشکیل دهنده حالت مذاب دارند انجام می شود. وقتی ترکیبات جدید خنک می شوند به حالت جامد در آمده و تبدیل به کلوخه و گلوله هایی می گردد که به آن کلینکر (Clinker) گفته می شود. سپس کلینکر به همراه سنگ گچ آسیاب شده و به حالت پودری در می آید و پس از این فرآیند سیمان بسته بندی شده و یا این که به صورت فله برای تولید بتن و ملات حمل می شود. بتن از ترکیب سیمان با سنگدانه های ریز و سنگدانه های درشت (ماسه و شن)، آب و همچنین اغلب مقدار کمی مواد شیمیایی که زمان گیرش و چسبندگی را کنترل می کند و یا خواص جدیدی را بوجود می آورد تشکیل می شود. فرآیند سخت شدن یک فرآیند شیمیایی است که هیدراسیون نامیده می شود. وقتی آب به سیمان اضافه شود تشکیل مادها آبکی با ژله ای را میدهد که سطوح بین ذرات را پوشاند و خلل و خرج را پر کرده و تبدیل به بتن جامد می گردد. خصوصیات بتن بستگی به نوع سیمان مصرف شده افزودنی ها و نسبت مواد تشکیل دهنده (سیمان سنگدانه و آب)
دارد.
مواد مصرفی
مواد خام مورد استفاده در سیمان به مقدار زیاد و به سهولت در دسترس است. سنگ آهک، مارل و گچ مهمترین منبع کلسیم در سیمان می باشند. مهمترین منبع سیلیکون، رس، ماسه و شیل می باشد. يقينا مواد زاید مثل خاکستر نیز می تواند به عنوان منبع سیلیکون بکار رود. آهن و آلومینیم از سنگ آهن و بوکسیت تولید می شود. بالاخره حدود ۵ درصد از وزن سیمان از گچ تشکیل شده است، حدود ۱۴۵۰ تا ۱۶۰۰ کیلوگرم مواد خام برای تولید یک تن سیمان مصرف می شود.
آب، شن و ماسه علاوه بر سیمان در تولید بتن بکار می رود.
جدول زیر ترکیبات اصلی بتن اجزای تشکیل دهنده حدود درصد وزنی سیمان پرتلند
بهترین کیفیت و مشاوره رایگان
| افقی | عمودی | وزن مخصوص خشک بدون آرماتور - کیلوگرم برمترمکعب |
|---|---|---|
| 500 | 500 | کیلوگرم / مترمکعب |
| 0.10 | 0.10 | ضریب تبادل حرارتی- کیلوکالری |
| 80 کیلوگرم مترمربع فشار زیاد |
3.5 کیلوگرم سانتیمتر مربعتا 3 متر طول |
بارمجاز |
| 750 | 750 | وزن- کیلوگرم بر مترمکعب |
دو راه مفید واقع می شود. یکی، مشکلات زایده های بوجود آمده در خاک و دیگر این که مصرف انرژی را کاهش می دهد، خاکستر با آهک آزاد واکنش نشان داده و بعد از هیدراته شدن به فرم هیدروکلسیم سیلیکات باقی می ماند فرآیند خاکستر بادی مقاومت بتن را افزایش داده و مقاومت در مقابل سوانا بهبود می بخشد، نفوذپذیری را کم می نماید و مقدار آب مورد نیاز را کاهش م همچنین قابلیت پمپاژ شدن را افزایش میدهد و کار با بتن را آسان تر می خاکستر بادی یا پوزولانهای
طبیعی به آسانی می تواند نسبت ۱۵ تا ۳۵ درصدد ترکیب سیمان بتن جانشین گردد. مواد زاید دیگر صنایع از جمله خاکستر ناشی از کوره های ذوب مواد فلزی که برای بالا بردن دمای آن از دمیدن هوا در قسمت پایین کوره استفاده میشود، مواد زاید ناشی از گداخته شدن مواد (ذغال های نیم سوخته)، لایه اکسیدی پوشاننده مواد آهنی بوجود آمده از صنایع برش مواد می تواند در ترکیب با بتن مصرف شود. گرچه سطوح نامناسب سنگدانه های درشت (شن و ماسه از کیفیت کمتری برخوردارند چون مخلوط آب و سیمان بیشتری برای پر کردن تمام سطوح مصرف می کند در واقع بتن خرد شده به عنوان جزء ترکیبی با آب و سیمان ممکن است بیش از آن که مفید واقع شود، ایجاد مشکل نماید چون باعث مصرف بیشتر سیمان می گردد.
با توجه به ترکیبات اصلی بتن که در جدول ۱ مشخص گردیده است فاصله و کیفیت منابع مواد اولیه اثر مهمی در میزان انرژی مورد استفاده برای تبدیل مواد، آب مصرفی برای شستن و گرد خاک تولید شده دارد. برخی از سنگدانه های مورد مصرف در بتن تبدیل به منبع گاز رادن می گردد. بدترین مشکلات زمانی پیش می آید که در ا ترکیب بتن خرده سنگهای باطله (پس مانده)، بر جای مانده از معدن اورانیوم وجود داشته باشد. اما برخی از سنگ های طبیعی نیز رادن منتشر می کنند. استفاده از خاکسترهای بادی حاصله از نیروگاههایی که سوخت مصرفی آنها زغال سنگ است. ازدو راه مفید واقع می شود. یکی، مشکلات زایده های بوجود آمده در خاک و دیگر این که مصرف انرژی را کاهش می دهد، خاکستر با آهک آزاد واکنش نشان داده و بعد از هیدراته شدن به فرم هیدروکلسیم سیلیکات باقی می ماند فرآیند خاکستر بادی مقاومت بتن را افزایش داده و مقاومت در مقابل سوانا بهبود می بخشد، نفوذپذیری را کم می نماید و مقدار آب مورد نیاز را کاهش م همچنین قابلیت پمپاژ شدن را افزایش میدهد و کار با بتن را آسان تر می خاکستر بادی یا پوزولانهای طبیعی به آسانی می تواند نسبت ۱۵ تا ۳۵ درصدد ترکیب سیمان بتن جانشین گردد. مواد زاید دیگر صنایع از جمله خاکستر ناشی از کوره های ذوب مواد فلزی که برای بالا بردن دمای آن از دمیدن هوا در قسمت پایین کوره استفاده میشود، مواد زاید ناشی از گداخته شدن مواد (ذغال های نیم سوخته)، لایه اکسیدی پوشاننده مواد آهنی بوجود آمده از صنایع برش مواد می تواند در ترکیب با بتن مصرف شود. گرچه سطوح نامناسب سنگدانه های درشت (شن و ماسه از کیفیت کمتری برخوردارند چون مخلوط آب و سیمان بیشتری برای پر کردن تمام سطوح مصرف می کند در واقع بتن خرد شده به عنوان جزء ترکیبی با آب و سیمان ممکن است بیش از آن که مفید واقع شود، ایجاد مشکل نماید چون باعث مصرف بیشتر سیمان می گردد.
بهترین کیفیت و مشاوره رایگان
