17 ژانویه 2018

گچ در صنعت سیمان

گچ در سیمان

در صنایع سیمان گچ را جهت افزایش زمان گیرایی سیمان به کار می برند. ذرات گچ که با سیمان مخلوط می گردند بسیار ریز بوده، یک پوشش روی دانه های سیمان تشکیل می دهند و مانع از رشد سریع بلورهای سیمان می شوند. در نتیجه زمان گیرایی سیمان افزایش می باید. به عبارت دیگر چون ذرات گچ نسبت به سیمان آب را سریعتر جذب می کنند و آب مخلوط شده با سیمان را در مرحله اولیه گرفته، سپس به مرور و کم کم آن را باز پس می دهند، ذرات سیمان این آب را جذب نموده، بلورهایش رشد می کنند. بدین ترتیب رشد بلورهای سیمان تحت کنترل گچ در می آید. در این صنعت سولفات کلسیم طبیعی بصورت دی هیدرات و انیدریت II به مقدار زیادی به عنوان تعویق انداز برای سیمان پرتلند و سیمان کوره بلند مورد

استفاده قرار می گیرد. مقدار سولفات کلسیم در سیمان دقیقا مشخص و برابر با ۳ درصد SO3 در سیمان پرتلند و حداکثر ۴ درصد SO3 سیمان کوره بلند می باشد.

سولفات کلسیم را با ابعاد ۵ الی ۵۰ میلیمتر در هنگام آسیاب و پودر کردن به کلینکر سیمان اضافه می نمایند. در کشورهایی که کمبود سنگ گچ طبیعی دارند مانند ژاپن، گچ شیمیایی و انیدریت شیمیایی به عنوان مواد اضافه شونده به سیمان مورد مصرف قرار میگیرد. مقدار مصرف سولفات کلسیم در صنایع تولید سیمان حدود ۴۰ درصد کل تولید سنگ گچ را تشکیل می دهد.

یکی از ناخالصی های موجود در گچ، نمک طعام است که وجود آن در سیمان مفید می باشد، چون به سیمان حالت ضدیخ می دهد. نمک طعام تحت اثر نیروی موئینه به سطح کشیده می شود و باعث تخلخل سیمان می گردد(کیفیت سیمان را پایین می آورد) لذا برای جلوگیری از این اشکال به جای نمک از کلرور سدیم CaCl2 استفاده می شود.

بررسی استاندارد ASTM برای تیپهای مختلف سیمان نشان می دهد، هرچه مقدار C3A(تری کلسیم آلومینات) بیشتر باشد، میزان گچ لازم برای به تعویق انداختن عمل گیرش بالا می رود زیرا پودر کلینکر خالص به سرعت در آب می گیرد. این گیرش سریع به علت ترکیب شدید C3A با آب می باشد.

با افزایش میزان گچ، سولفات موجود در سنگ گچ با C3A ترکیب شده و لایه ای از اترنجیت روی دانه های ریز C3A را می پوشاند.

C3A وAl2O3+ Ca(OH)2+12H2O 4CaO و Al2O3 و ۱۳ H2O

C3A+ Ca(OH)2+12H2O C4AH13

C3A+26 H2 O+3CaSO4.2 H2 O C3A و ۳CaSOو ۳۲ H2O

اترنجیت خیلی نامحلول است و روی C3A رسوب کرده و به صورت سدی جلوی ترکیب آب با C3A را می گیرد، به این عمل تاخیر گیرش می گویند. فاصله زمانی که طول می کشد آب از لایه های اترنجیت عبور کرده و با C3A ترکیب گردد زمان گیرش گویند. به طور کلی با هیدراتاسیون سیلیکات کلسیم خشک در هنگام سخت شدن خمیر سیمان CSH (ژل توبرمولیت که از ترکیب C3S را در اولین مرحله هیدراتاسیون

تحت تاثیر قرار می دهد. میزان هیدراتاسیون C3S در حضور گچ افزوده می شود و پس از ۱۰ ساعت با کاهش مقدار گچ از هیدراتاسیون کاسته می شود طبق نظر الدر پیوند بین CaSO4 و فاز CSH نسبتا ضعیف است و فرض بر این است که CaSO4 به طور فیزیکی روی سطح وسعی از ژل جذب شده و تقریبا مقداری از آن با هیدروکسید کلسیم اشباع شده از سطح خارج می گردد. در دقایق اولیه هیدراتاسیون شکل شناسی CSH در حضور گچ و در غیاب گچ تا حدودی با هم فرق می کند. که در آن خانه خانه ای شدن رشد کمتری دارد به هر صورت در چند ساعت بعدی خانه خانه شدن CSH به حداکثر خود می رسد. به عقیده بنتور اثر گچ روی مقاومت خمیر CSH را برحسب اثری که روی کمیت و کیفیت ژل CSH تشکیل شده در خلال هیدراتاسیون می گذارد، تفسیر می کنند. با افزایش گچ، مسیر ژل CSH افزایش می یابد. ولی از مقاومت اصلی می کاهد از این رو یک رابطه خطی بین مقاومت اصلی CSH و نسبت مولی C به S وجود دارد که طبق فرمول زیر است.

Fc=5225-2032 C/S

که در آن:

C: میزان کلسیم

S: میزان سیلیسیم

Fc: مقاومت بر حسب Kg f/cm2 است.

گچ اگر به میزان کافی به سیمان پرتلند افزوده شود از گیرش ناگهانی آن جلوگیری می کند. نسبت همی هیدرات کلسیم سولفات در سیمان بر روی خواص رئولوژی شفته تازه تهیه شده اثر می گذارد که این تغییر می تواند در طی فرآیند تولید، نگهداری یا انتقال سیمان اتفاق افتاده باشد و کاهش مقدار گچ همی هیدرات فشار حاصل را افزایش می دهد. برای کمترین نسبت گچ همی هیدرات یک گیرش کاذب مشاهده می شود.

به علت فساد تدریجی سیمان با گچ آزاد (GF)و سیمان پرتلند معمولی (PC) تفاوتهایی در مقاومت سیمانها دیده می شود که مکانیسم این فساد تدریجی در هر دو یکسان نبوده و به عبارت دیگر منجر به تفاوت در ریزساختارها می شود. تفاوت بین دو سیمان مذکور ناشی از سرعت کمتر این فساد در سیمان GF نسبت به سیمان PC است.

سیمان پرتلند GF یک ملات هیدرولیک کم خلل و فرج برپایه زمینه کلینکر سیمان پرتلند و افزودنی ها است. یک سیستم هم انرژی شامل یک آنیون فعال با عامل فعال سطحی (معمولا پلی الکترولیت سولفوناته) و یک نمک معدنی(معمولا سدیم کربنات) جهت تنظیم فرآیند سخت شدن به کار می رود. خواص این دو سیمان همچنین از نظر قدرت، پایداری حرارتی با یکدیگر متفاوت است. که ممکن است قدرت مکانیکی بالاتر سیمان GF به واسطه ی غیاب بلورهای پرتلندیت و تشکیل اجزای C-SH (به نسبت C/S 7/2 براساس آنالیز EDAX) به جای فازهای C-A-H در حضور Ca(OH)2 (به صورت بلورهای کوبیک و هگزاگونال) می باشد. گچ سوخته روی زمان گیرش، قدرت فولاد و تفاله ی کوره ی هوا داده شده سیمان، اثر می کند و باعث کاهش سرعت هیدراسیون و افزایش زمان گیرش می گردد. به تبع قدرت نیز کاهش می یابد. با روشهای آنالیزی به کمک میکروسکوپ الکترونی حرارت دادن گچ دی هیدرات در دماهای مختلف ۲۲۰) تا (۱۱۰۰ °C به دست آمده و مدیفیکاسیون آن نیز بر خواص موثر است. حرارت دادن گچ در ۷۵ درجه سانتیگراد باعث شتاب گرفتن هیدراتاسیون می شود. به وسیله ی افزایش مقادیر کم گچ به کلینکرسیمان، سرعت هیدراتاسیون شتاب می گیرد اما مقادیر بیش از ۲/۰ قسمت باعث کند شدن هیدراتاسیون کلینکر سنتز شده با آمونیم سولفات و کلسیم سولفات می شود. با XRD و روشهای فیزیکی مخلوط هیدرات گچ و سیمان از نظر قدرت و گیرش مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان می دهد که مخلوط فسفوژیپس و گچ یا سیتروژیپس و گچ به عنوان تنظیم کننده های گیرش محسوب می شوند و برحسب منشا، ساختار بلوری، درجه خلوص گچ، تغییرات در گیرش و قدرت سیمان متفاوت خواهند بود.

روش غیراستاندارد Rietveld Retinement دارای مزایای زیادی نسبت به روشBogue و روشهای شمارشی توسط میکروسکوپ است. جهت تعیین همزمان مقادیرآلیت، بلیت، آلومینات، فرات، آهک آزاد،

اکسید منیزیم پریکلاژ، گچ بدون آب و همی هیدرات، کلسیت و کوارتز به کار می رود. نیاز به منحنی کالیبراسیون ندارد، پس می توان به طور اتوماتیک و بسیار ساده در سیستمهای کنترل کیفیت و کنترل فرآیند صنعت سیمان به کار رود. درجه حرارت لازم جهت پخت سیمان سفید از سیمان معمولی بالاتر است. برای جلوگیری از دوب شدن و روان شدن مواد در کوره باید از دیرگذازهایی مانند کلسیم فلورید – گچ- شیشه- فلدسپات استفاده شود. که این مواد باید با خوراک به داخل کوره برود، برای تهیه سیمانهای رنگی دیگر ۲۰% وزن سیمان، مواد رنگی اضافه می کنند. نقش سولفاتها به عنوان مینرالیزاتور به وسیله (Smith Gutt) نیز (Butt) و (Timusher) مورد بحث قرار گرفت. درجه حرارت ذوب برای کلینکرهای حاوی SO3 حدودا ۲۰۰ درجه پائین تر از حد معمول گزارش شده است. اما برخی از محققین مشاهده کردند که فعالیت هیدرولیکی کلینکر در این حالت کاهش می یابد. بر طبق مطالعات انجام شده، تاثیر سولفاتها، در کند کردن و به تاخیر انداختن تشکیل کلینکر در دمای بالاتر بیشتر است. (Melta Tewori) گچ فسفره را یک مینرالیزاتور موثر سافتند برخی محقیقین FeSO4+Al2(SO4)3,FeSO4+SnSO4,TiO2,MgCO3+CaSO4 را که زوجهایی از نمکهای سولفاته هستند به عنوان مینرالیزاتورهای ذوب پیشنهاد کرده اند. گچ حتی می تواند جهت بهبود پایداری حجمی کلینکرهایی که دارای MgO بیشتر از ۲% باشند مورد استفاده قرار بگیرد اما باید از گچ به دلیل تاثیرش بر روی میزان C3S و پایداری آلیت وقتی قلیائیها در کلینکر موجود هستند باید با احتیاط استفاده شود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *