مقالات

بخش ۱۰: سیمان پرتلند (آزمایش‌های سیمان – قسمت اول)

بتن (اجزای تشکیل دهنده، ویژگی‌ها، طرح مخلوط، انواع، آزمایش‌ها)

بخش ۱۰: سیمان پرتلند (آزمایش‌های سیمان قسمت اول)

 

همانطور که در استانداردهای سیمان مشاهده شد، برای تعیین مقادیر ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی سیمان، نیاز به انجام آزمایش‌هایی می‌باشد. از جمله مهم‌ترین این آزمایش‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

– ترکیبات شیمیایی سیمان [تعیین مقدار سیلیس (SiO۲)، هیدروکسید آمونیوم (NH۴OH)، اکسید آهن (Fe۲O۳)، پنتاکسید فسفر (P۲O۵)، دی اکسید تیتانیوم (TiO۲)، اکسید روی (ZnO)، اکسید آلومینیوم (Al۲O۳)، آهک (CaO)، اکسید منیزیم (MgO)، سولفات (SO۳)، سولفید (S۲-)، اکسید سدیم و پتاسیم (Na۲O, K۲O)، اکسید منگنز (MnO۲)، کلرید (Cl) و دی اکسید کربن (CO۲)]

– باقیمانده نامحلول در اسید (Insoluble Residue / IR)

– افت سرخ شدن (Loss on Ignition / LOI)

– درصد هوای ملات

– انبساط خمیر سیمان

– زمان گیرش

– مقاومت فشاری سیمان

– ریزی یا نرمی (سطح ویژه) سیمان

– گرمازایی سیمان

 

اندازه‌گیری ترکیبات شیمیایی سیمان

برای محاسبه مقدار ترکیبات اصلی سیمان (C۳S، C۲S، C۳A و C۴AF) بر اساس روابط بوگ یا روابط مشابه، نیاز به اندازه‌گیری مقدار ترکیبات شیمیایی سیمان می‌باشد. جزییات روش‌های اندازه‌گیری مقدار ترکیبات، در استانداردهای ASTM C114، ISIRI 1692 و EN 196-2 قابل مشاهده می‌باشد.

باقیمانده نامحلول در اسید (Insoluble Residue / IR)

چنانچه پودر سیمان را در اسید کلریدریک غلیظ و گرم حل کنیم و مقدار وزن خشک باقیمانده نامحلول را اندازه‌گیری نماییم و درصد آنرا نسبت به وزن سیمان خشک اولیه محاسبه کنیم این پارامتر بدست می‌آید. جزییات روش آزمایش در استانداردهای ASTM C114، ISIRI 1692 و EN 196-2 قابل مشاهده می‌باشد.

در سیمان‌های پرتلند معمولا مقدار مجاز آن‌را کمتر از سیمان‌های آمیخته سرباره‌ای می‌دانند. در آمریکا و ایران برای سیمان‌های آمیخته پوزولانی و پودر سنگ آهکی محدودیت ندارد. در اروپا مقدار مجاز آن حتی برای سیمان‌های پرتلند خیلی زیادتر است.

این یک ویژگی شیمیایی کنترلی اما غیرعملکردی است.

افت سرخ شدن (Loss on Ignition / LOI) یا افت وزنی در اثر حرارت

این آزمایش برای تعیین کاهش وزن سیمان خشک شده (دمای °C 110) در دمای حدود °C1000 به مدت ۳ ساعت انجام می‌شود. جزییات روش آزمایش در استانداردهای ASTM C114، ISIRI 1692 و EN 196-2 قابل مشاهده می‌باشد.

این آزمایش مقدار مواد فرار سیمان را نشان می‌دهد که مربوط به سنگ گچ یا کلینکر و یا مواد پودری معدنی مانند پوزولان، سرباره یا سنگ آهک آمیخته با سیمان می‌باشد.

حداکثر مقدار کاهش وزن سیمان پرتلند و حتی آمیخته محدود شده است.

افزایش این مقدار در یک سیمان پرتلند یا آمیخته در طول زمان می‌تواند مربوط به هیدراته شدن یا کربناته شدن و به عبارتی فساد سیمان در اثر نگهداری ناقص و انبار کردن باشد.

زیاد بودن این کاهش وزن در یک سیمان پرتلند تازه می‌تواند به دلیل آمیختن آن با پوزولان یا سرباره یا پودر سنگ آهک باشد.

افت سرخ شدن، یک ویژگی شیمیایی کنترلی است اما عملکردی محسوب نمی‌گردد.

مقدار SO۳ (سولفات)

مقدار SO۳ بصورت شیمیایی یا از طریق پرتو ایکس بدست می‌آید و نشان‌دهنده میزان مصرف سنگ گچ در تولید سیمان می‌باشد. جزییات روش آزمایش در استانداردهای ASTM C114، ISIRI 1692 و EN 196-2 قابل مشاهده می‌باشد.

در سیمان‌های پرتلند مقدار آن محدود می‌شود و تابع C۳A و نوع سیمان است. در استاندارد سیمان‌های آمیخته در ASTM مقدار آن با توجه به نوع سیمان محدود می‌شود. در استاندارد ایران و اروپا نیز محدودیت دارد.

بالا بودن مقدار SO۳ نشانه احتمال خطر انبساط خمیر سیمان و ضعف زیاد در برابر حملات سولفاتی احتمالی است.

این یک ویژگی شیمیایی کنترلی اما غیرعملکردی است.

قلیایی معادل

مقدار قلیایی معادل یک ویژگی شیمیایی کنترلی اما غیرعملکردی و اختیاری است، زیرا در استانداردهای سیمان اجباری نیست.

با اندازه‌گیری Na۲O و K۲O با روش شیمیایی یا پرتو ایکس می‌توان این پارامتر را محاسبه کرد. روش شیمیایی ارجح می‌باشد و مقدار کمتری بدست می‌دهد. جزییات روش آزمایش در استانداردهای ASTM C114، ISIRI 1692 و EN 196-2 قابل مشاهده می‌باشد. معادل قلیایی‌ها بر حسب Na۲O با رابطه زیر بدست می‌آید:

Na۲O + 0.658 K۲O

محدود کردن آن معمولا برای کنترل انبساط ناشی از واکنش آن با سنگدانه‌های واکنش‌زا بکار گرفته می‌شود.

مقدار کلرید

در برخی استانداردهای سیمان آمیخته در ایران و در استاندارد اروپایی سیمان، محدود شده است اما در ASTM و سیمان پرتلند ایران، محدودیت ندارد.

یک ویژگی شیمیایی کنترلی اما غیرعملکردی است که گاه اجباری و گاه اختیاری است.

اندازه‌گیری آن با روش شیمیایی یا پرتو ایکس انجام می‌شود که روش شیمیایی ارجح است. جزییات روش آزمایش در استانداردهای ASTM C114، ISIRI 6443 و EN 196-2 قابل مشاهده می‌باشد.

محدود کردن آن معمولا برای کاهش یون کلرید موجود در بتن و جلوگیری از خوردگی میلگردها در مناطق خورنده می‌باشد.

درصد هوای ملات

کنترل درصد هوای ملات در استاندارد ASTM C150 و استاندارد ۳۸۹ ایران ویرایش ۱۳۹۹، بعنوان یک ضابطه اجباری غیرعملکردی فیزیکی برای سیمان‌های حبابزا و در ASTM بصورت اجباری و در ایران بصورت اختیاری برای سیمان‌های غیرحباب‌زا مطرح شده است، اما در استاندارد ایران ۱-۱۷۵۱۸ و EN 197-1 جایگاهی ندارد.

برای سیمان‌های غیرحبابزا، حداکثر آن ۱۲ درصد و برای سیمان‌های حبابزا حداکثر ۲۲ درصد و حداقل ۱۶ درصد مشخص شده است. ملات‌ها طبق استاندارد ASTM C185 و ISIRI 6170 ساخته می‌شود و درصد هوای حجمی ملات اندازه‌گیری می‌گردد. در استاندارد اروپا، روش اندازه‌گیری درصد هوای ملات تازه در استاندارد EN 1015-7 آمده است.

انبساط خمیر سیمان

انبساط خمیر سیمان یک ضابطه کنترلی اجباری عملکردی فیزیکی محسوب می‌شود که پایه شیمیایی دارد.

قدیمی‌ترین آزمایش‌های کنترلی سیمان، مربوط به انبساط سیمان است، هر چند شیوه‌های آن از نیمه دوم قرن ۱۹ تاکنون تغییرات زیادی داشته است. یکی از این روش‌ها، جوشاندن قرص خمیر سیمان بوده است.

امروزه در استاندارد EN از آزمایش انبرک لوشاتلیه استفاده می‌شود.

در آزمایش انبرک لوشاتله (EN 196-3)، ابتدا خمیر نرمال طبق تعریف و آزمایش اروپایی آن ساخته و کنترل می‌شود و سپس درون دو قالب استوانه‌ای چاکدار به‌قطر ۳۰ و ارتفاع ۳۰ م.م. که دو میله به طول ۱۵۰ تا ۲۰۰ م.م. به دو طرف چاک آن متصل است ریخته و متراکم می‌شود.

دو صفحه شیشه‌ای زیر و بالای استوانه پر از خمیر سیمان قرار می‌گیرد و وزنه حدود ۸۰ گرمی روی صفحه شیشه بالایی قرار داده می‌شود.

این مجموعه‌ها در آبی به دمای ۲±۲۰ غوطه‌ور می‌شود و پس از ۲۴ ساعت فاصله دو نوک میله با دقت ۰.۵ م.م. اندازه‌گیری می‌شود.

سپس طی مدت ۵±۳۰ دقیقه باید آب بجوش آید و پس از ۳ ساعت جوشاندن، اجازه داده شود تا آب سرد شود و به دمای قبلی برسد.

سپس دوباره فاصله دو نوک میله‌ها با دقت ۰.۵ م.م. اندازه‌گیری می‌شود. اختلاف دو اندازه‌گیری همان انبساط خمیر سیمان خواهد بود که میانگین آنها برای دو قالب (دو آزمونه) بدست می‌آید و با تقریب ۰.۵ م.م. گزارش می‌شود که نباید از ۱۰ م.م. بیشتر گردد.

در استاندارد ایران به شماره ۳۹۱ و استاندارد ASTM C151، اندازه‌گیری انبساط به روش اتوکلاو برای خمیر سیمان انجام می‌شود.

در این آزمایش، خمیر سیمان نرمال طبق تعریف و آزمایش مربوطه در ایران و استانداردهای ASTM C187 و ASTM C305 تهیه می‌گردد و مورد استفاده قرار می‌گیرد.

خمیر سیمان در قالب‌های منشوری به ابعاد ۲۸۵×۲۵×۲۵ م.م. ریخته و متراکم و صاف می‌شود و بمدت ۲۴ ساعت در اتاق مرطوب طبق استاندارد ASTM C511 نگهداری می‌شود.

پس از این مدت طول منشورها از محل دو میله فلزی مدفون در سر و ته منشور با دستگاه مخصوص مقایسه‌گر طول با دقت ۰.۰۰۲ م.م. (طبق ASTM C490) اندازه‌گیری می‌شود.

سپس منشورهای آزمایش در دستگاه اتوکلاو قرار می‌گیرد و طی مدت ۴۵ تا ۷۵ دقیقه باید به دمای ۲±۲۱۶ درجه سانتی‌گراد و فشار MPa 0.07 ± ۲ برسد و سه ساعت در این شرایط بماند.

پس از آن دستگاه خاموش می‌شود و باید ظرف مدت ۱/۵ ساعت فشار آن به MPa 0.07 یا کمتر از آن برسد و درب اتوکلاو برداشته شود.

در این حالت باید اجازه داد آزمونه‌ها درون آب خنک شوند و به دمای حدود ۲۳ درجه در مدت ۱۵ دقیقه برسند و پس از ۱۵ دقیقه دیگر ماندن در ابن دما، آزمونه‌ها از آب خارج و تغییر طول آن اندازه‌گیری می‌گردد.

تغییر طول آزمونه تقسیم بر طول اولیه بصورت درصدی از طول اولیه با تقریب ۰.۰۱ درصد گزارش می‌شود که دارای علامت + یا – (انبساط یا انقباض) می‌باشد. حداقل تعداد آزمونه‌ها یک عدد می‌باشد.

حداکثر انبساط خمیر سیمان با روش اتوکلاو برای سیمان پرتلند ۰.۸ درصد است و برای سیمان‌های آمیخته حداکثر انقباض معادل ۰.۲ درصد منظور شده است (ASTM C595) در حالی‌که در استاندارد ۳۴۳۲ ایران برای سیمان‌های حاوی پوزولان و سرباره حداکثر انبساط به ۰.۵ درصد و انقباض به ۰.۲ درصد محدود شده است.

دیدگاهتان را بنویسید

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