سیمان سیاه

سیمان سیاه یک اتصال دهنده پودری با خواص هیدرولیکی است. این بر اساس کلینکر تولید می شود که در آن مواد افزودنی معدنی حاوی سولفات کلسیم به عنوان افزودنی اضافه می شود.

سیمان یک چسب هیدراته، غیرآلی و غیرفلزی است که عمدتاً از سنگ آهک، خاک رس و/یا مارن تشکیل شده است. این مواد در معادن با استفاده از سنگ شکن، چاک دهنده یا انفجار استخراج می شوند و سپس تا اندازه شن خرد می شوند. سپس مواد افزودنی مانند ماسه کوارتز و سنگ آهن به این شن خام اضافه می شود.

ترکیبات مخلوط سیمان سیاه

اگر مخلوط ترکیب مورد نظر را داشته باشد، در حدود 1400 تا 1500 درجه سانتیگراد پخته می شود که گلوله های سخت کوچکی ایجاد می کند که اصطلاحاً کلینکر نامیده می شود. سایر مواد اضافی مانند گچ، انیدریت، خاکستر بادی یا سرباره کوره بلند ممکن است به آنها اضافه شود. مرحله نهایی آسیاب ریز مواد خام است. در نهایت محصول نهایی به صورت عمده و یا بسته بندی در دسترس است.

مشخصات و خواص 

• مقاومت در برابر خوردگی

توانایی بتن سخت شده برای مقاومت در برابر اثرات تهاجمی محیط های شیمیایی و قلیایی است. برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی، در طول تولید، اجزای پلیمری در ترکیبات بتن، تخلخل بتن را کاهش می دهد.

مقاومت در برابر دماهای منفی و همچنین انجماد و ذوب مکرر. کیفیت سیمان بستگی به تعداد چرخه هایی دارد که ملات سخت شده می تواند بدون آسیب، تحمل کند. برای افزایش دوام بتن از مواد افزودنی معدنی مختلف، برای افزایش مقاومت در برابر سرما، استفاده می شود.

• استحکام کششی

محلول سیمان سیاه، توسط نیروهایی (که بر حسب MPa اندازه گیری می شود) تعیین می شود که باید برای از بین بردن نمونه اولیه اعمال شود. بسته به این شاخص، سیمان سیاه به گریدهای M300 تا M600 تقسیم می شود. برای اشیاء خاص از محصولات برند 700 یا 1000 استفاده می شود.

• آب

سیمان نیاز به یک ماده خشک در مقدار معینی آب برای به دست آوردن تحرک لازم محلول نهایی، با توجه به شرایط فنی استفاده، دارد. آب اضافی در محلول، باعث می شود سطح سیمان سیاه به اندازه کافی قوی نباشد و مستعد تخریب است.

• ظرافت آسیاب

مشخصه اصلی پراکندگی سیمان است. این مشخصه با مقدار باقیمانده محلول خشک روی الک، پس از غربالگری تعیین می شود. ظرافت سنگ زنی بر ویژگی های مقاومت سنگ سیمان و هزینه تولید تأثیر می گذارد.

• زمان گیرش

با شروع و پایان سخت شدن محلول تعیین می شود. این شاخص به نوع سیمان، اجزای معدنی و اصلاح کننده های موجود در ترکیب و همچنین شرایط دما و رطوبت بستگی دارد.

هنگام انتخاب سیمان سیاه به چه ویژگی هایی باید توجه ویژه داشت؟

تمامی خصوصیات ساختمانی و فنی سیمان سیاه، هنگام انجام هر کاری مهم است. بنابراین، شناسایی مهم ترین ویژگی ها با قطعیت غیرممکن است. انتخاب سیمان با توجه به ترکیبات، خواص و ویژگی هایی که برای انجام ساخت و ساز خاص یا کارهای دیگر مناسب هستند، انجام می شود. به همین دلیل است که تعداد نسبتاً زیادی از سیمان های مختلف، هم برای مصارف عمومی و هم برای مصارف خاص وجود دارد.

این محصول ساختمانی به دلیل ترکیبات شیمیایی و خواصی که دارد هیدراته می شود، به این معنی که به صورت خاصی با آب واکنش می دهد. اگر بایندر را با آب مخلوط کنید، هیدروکسیدها یا هیدرات های سیلیکات مختلفی ایجاد می شود که نوعی چسب ایجاد می کند که با خشک شدن فوق العاده سخت و جامد می شود. مصالح ساختمانی مختلفی مانند بتن و ملات را می توان از ماسه یا شن همراه با خمیر تهیه کرد که اساس ساخت انواع مختلفی از سازه ها را تشکیل می دهد.

انواع سیمان سیاه

طبقه بندی سیمان سیاه بسته به نوع کلینکر و اجزای اضافی مورد استفاده در ساخت، انجام می شود. ترکیبات سیمان نیز بر این طبقه بندی تأثیر می گذارد.

• سیمان پرتلند

سیمان پرتلند، رایج ترین نوع مصالح ساختمانی است که انواع مختلفی دارد. از کلینکر سیمان پرتلند ساخته شده است که بر پایه دو و سه سیلیکات کلسیم و همچنین اکسیدهای سیلیکون و کلسیم است. نوع پرتلند در ساخت و ساز برای ساخت ملات های تکمیلی و بنایی، تهیه فوم بتن، تولید سازه های پیش ساخته بتن مسلح و سازه های یکپارچه همه منظوره استفاده می شود.

• سیمان سریع گیر

یکی از انواع سیمان پرتلند، سیمان با سخت شدن سریع (BPC) است که شامل اجزای معدنی است و استحکام را در مرحله اولیه سخت شدن، فراهم می کند. BPC  در تولید سازه های بتنی مسلح بدون محفظه بخار و همچنین با سرعت بالا، برای تهیه ملات بنایی استفاده می شود.

افزودنی های آبگریز در سیمان سیاه

اجزای آبگریز مانند اسید اولئیک، آسیدول و غیره در ترکیب سیمان سیاه، استفاده می شود. به لطف این افزودنی ها، یک لایه آبگریز بر روی سطح سنگ سیمانی تشکیل می شود که رطوبت سنجی و در نتیجه خاصیت جذب رطوبت بتن را کاهش می دهد. چنین افزودنی هایی در ساخت ملات برای پایه ها، سازه های بتنی مسلح که در شرایط مرطوب، کار می کنند، در آب یا زمانی که خطر سیل وجود دارد استفاده می شود.

افزودنی های فعال سطحی در طول فرآیند آسیاب به ترکیب وارد می شوند. وقتی مخلوط می شود، نازک ترین لایه روی دانه های ملات را تشکیل می دهد که از چسبیدن ذرات به یکدیگر جلوگیری می کند. این به محلول نهایی تحرک و انعطاف پذیری خوبی می دهد و سیمان سیاه را قابل اجرا می کند. چنین راه حلی در ایجاد ساختارهای معماری پیچیده، ترکیبات برجسته و جزر و مد عناصر تزئینی استفاده می شود.

سیمان سیاه کم رطوبت

سیمان سیاه کم رطوبت با استفاده از افزودنی های مختلفی تولید می شوند که باعث افزایش سیالیت محلول مایع، سرعت گیرش و استحکام آن پس از سخت شدن نهایی می شود. از این نوع سیمان، برای محافظت از چاه های نفت و گاز در برابر آب های زیرزمینی با مسدود کردن آنها استفاده می شود.

رنگ

اگر رنگدانه رنگی خشک به ملات اضافه شود، ماده رنگی به دست می آید. این روش به شما امکان می دهد تقریباً به هر سایه و اشباع محلول برسید. روش دیگر برای به دست آوردن سیمان پرتلند رنگی، برشته کردن تکنولوژیکی مواد خام است. در دمای مشخصی، کلینکر به سبز، زرد و سیاه تغییر رنگ می دهد. ویژگی محصول رنگی انقباض زیاد، رسوب نمک و سخت شدن آهسته است. بنابراین معمولاً نرم کننده ها و پرکننده ها به محلول اضافه می شوند. از ملات رنگی برای طراحی مجسمه ها، گچ تزئینی، تولید کاشی های رنگی استفاده می شود.

سیمان پوزولانی

این نوع محصول تا 30 درصد مواد افزودنی معدنی و مواد فعال است که با سیمان واکنش شیمیایی می دهد. چنین افزودنی هایی بتن آماده را در برابر سولفات ها و آب شیرین مقاوم می کند و در ساخت محصولات به روش اتوکلاو، بسیار بادوام است. محصولات سیمانی پوزولانی اغلب در ساخت سازه‌ها و ارتباطات زیرزمینی یا زیر آب استفاده می‌شوند، زیرا مقاومت ضعیفی در برابر سرما دارند.

انواع سیمان سیاه

طبقه بندی سیمان سیاه بستگی به نوع کلینکر و اجزای اضافی مورد استفاده در ساخت دارد. سایر ترکیبات نیز بر این دسته بندی تأثیر می گذارد.

سیمان پرتلند

سیمان سیاه پرتلند رایج ترین نوع مصالح ساختمانی است که انواع مختلفی دارد. از کلینکر سیمان پرتلند ساخته شده است که بر پایه دو و سه سیلیکات کلسیم و همچنین اکسیدهای سیلیکون و کلسیم است. PC در ساخت و ساز برای ساخت ملات های تکمیلی و بنایی، تهیه فوم بتن، تولید سازه های پیش ساخته بتن مسلح و سازه های یکپارچه همه منظوره استفاده می شود.

سیمان از نظر شیمیایی، از اکسیدهای زیر تشکیل شده است؟

• دی اکسید سیلیکون (SiO2): بین 19 تا 25 درصد ملات را تشکیل می دهد.
• آلومینا (Al2O3): مقدار آن بین 5/3 تا 8 درصد متغیر است.
• اکسید آهن (Fe2O3): نسبت آن بین 5/2 تا 5/4 درصد کل مقدار است.
• آهک (CaCO3): جزء غالب است که بین 62 تا 65 درصد مواد را تشکیل می دهد.
• گچ (SO3): 1.5 و 4.5 درصد از مواد را تشکیل می دهد.
• منیزیم (Mg): نسبت آن بین 0.5 تا 5 درصد مخلوط است.
• قلیاها (Na2O, K2O): در نهایت میزان این اکسید بین 0.2 تا 1.2 درصد کل متغیر است.

چرا استفاده از سیمان بسیار مهم است؟

این محصول یک ماده مهم در ساخت و ساز است زیرا امکان تشکیل بتن را فراهم می کند. چسباندن سنگدانه ها و شن و ماسه بدون سیمان امکان پذیر نیست، زیرا وظیفه اتصال به یک مخلوط منسجم را بر عهده دارد.

سیمان سیاه پرتلند سریع گیر

یکی از انواع PC مواد با سخت شدن سریع (BPC) در نظر گرفته می شود که علاوه بر کلینکر سیمان پرتلند، شامل اجزای معدنی است که مجموعه ای فشرده از استحکام را در مرحله اولیه سخت شدن فراهم می کند. BPC در تولید سازه های بتنی مسلح بدون محفظه بخار و همچنین با سرعت بالا (بدون وقفه) ساخت برای تهیه ملات بنایی استفاده می شود.

انواع اصلی سیمان سیاه عبارتند از:

• نوع اول: پرتلند معمولی
• نوع دوم: اصلاح شده
• نوع III: سریع سخت شونده
• نوع چهارم: پرتلند با دمای پایین
• نوع V: کوره بلند پرتلند یا سیمان سرباره
• نوع VI: مقاوم در برابر سولفات

نوع I

 سیمان نوع  I با مخلوطی از گچ و کلینکر درست می شود. در ساخت ساختمان های صنعتی و عمرانی (کف، سازه، خانه و …) استفاده می شود. در اکثر پروژه ها استفاده می شود، مگر اینکه در مشخصات ساخت و ساز نوع دیگری مشخص شده باشد. مزایای این نوع سیمان عبارتند از: مقاومت اولیه آن و زمان کوتاهی که برای کندن آن لازم است.

نوع II

این یک سیمان اصلاح شده است که برای سازه هایی که به مقادیر زیادی بتن نیاز دارند واقعا مفید است. یا اینکه در برابر حمله سولفات یا کلرید مقاومت می کنند. برای مثال سازه هایی که در تماس با آب هستند. به همین دلیل می توان آن را در پل ها یا لوله های بتنی نیز یافت.

مزایای سیمان سیاه

• این سیمان، دارای خواص مقاومتی عالی است. بنابراین، بیشتر در ساخت سازه های یکپارچه بتنی و سایر اشیاء مشابه استفاده می شود.
• دمای پایین را تحمل می کند. در چنین شرایطی، ماده در برابر تغییر شکل مقاومت می کند و به سختی ترک می خورد. این ماده ضد آب است. یعنی دچار رطوبت نمی شود.
• از این سیمان نیز می توان برای ساخت فونداسیون در شرایط سخت استفاده کرد. در این ساخت و سازها از محلول مقاوم به سولفات استفاده می شود.
• هر خریدار می تواند بهترین گزینه را برای خود انتخاب کند. شما می توانید یک سیمان درجه یک یا یک سیمان متوسط ​​را خریداری کنید.
• اگر سیمان بسیار باکیفیت خریداری کرده اید، نباید نگران انقباض و تاب برداشتن بعدی آن باشید. پس از نصب دچار ترک خوردگی یا آسیب های مشابه دیگر نمی شود.

استفاده از بتن  در ساخت ساختمان ها

بتن و ملات در ساخت ساختمان ها، در گذاشتن کابل ها و خطوط به عنوان لوله های محافظ، و در طیف گسترده ای از سیستم ها، از تابلوهای خیابان گرفته تا نیروگاه های بادی، اهمیت بسیار زیادی دارند. با توجه به ترکیب این محصول، به مصالح ساختمانی خود خواص مختلفی مانند مقاومت در برابر آب و هوا یا آتش، مقاومت فشاری، پایداری به طور کلی یا حتی خاصیت ارتجاعی، به ویژه در ترکیب با سایر افزودنی ها می دهد.

علاوه بر این، تولید این محصول بسیار ارزان است و اجزای منفرد آن به راحتی در دسترس هستند و تقریباً به طور بی پایان در همه جا در دسترس هستند. سایر چسب‌ها مانند پلاستیک یا رزین اغلب با ویژگی‌های خاص‌تری مشخص می‌شوند، اما به دلیل استخراج یا تولید پیچیده‌تر آنها فقط به صورت انتخابی استفاده می‌شوند، برای مثال هنگام مخلوط کردن گچ‌های مخصوص بیرونی یا برای استفاده در محیط‌های مرطوب یا زیر آب مناسب است. با این حال، تولید این محصول در کوره های سیمان تاکنون با انتشار زیاد CO2 همراه بوده است. کارشناسان محیط زیست تخمین می زنند که حدود هشت درصد از انتشار CO2 جهانی از تولید سیمان ناشی می شود.

مراحل ساخت سیمان سیاه

تهیه این سیمان شامل 10 مرحله می باشد. 

پذیرش و تهیه مواد اولیه:

برای مواد سخت، مانند سنگ آهک و تخته سنگ، از انفجار کنترل شده برای استخراج معدن استفاده می شود. در حالی که برای مصالح نرم (رس و مارن) از بیل مکانیکی استفاده می شود.

مرحله خرد کردن

پس از استخراج و طبقه بندی مواد، آن را خرد می کنند تا به اندازه ذرات مناسب برای آسیاب برسد. سپس توسط تسمه نقاله یا کامیون به کارخانه حمل می شود. در آنجا در پارک پیش همگن سازی ذخیره می شود.

پیش همگن سازی

مواد خرد شده در لایه های یکنواخت ذخیره شده و سپس به صورت کنترل شده دسته بندی می شوند. این مرحله امکان آماده سازی اجزای مختلف را در دوز صحیح و کاهش تنوع آنها فراهم می کند.

سنگ زنی

مواد برای کاهش اندازه و تسهیل احتراق در کوره خرد می شوند.

پیش گرمکن سیکلون

در این مرحله کوره را برای گرم کردن مواد خام برای احتراق تغذیه می کنند.

تولید کلینکر: کوره

وقتی آرد وارد فر شد دما به 1500 درجه سانتی گراد می رسد. سپس یک واکنش شیمیایی پیچیده انجام می شود که منجر به تولید کلینکر می شود.

تولید کلینکر: 

کلینکر از کوره به کولر منتقل می شود، جایی که هوای سرد از بیرون به داخل پمپ می شود. هدف کاهش دما از 1400 درجه سانتیگراد به 100 درجه سانتیگراد است.

خرد کردن کلینکر و فرآوری سیمان

کلینکر با گچ و مواد افزودنی در آسیاب سیمان مخلوط می شود.

ذخیره سازی

در این مرحله سیمان توسط طبقات جدا شده و در سیلوها ذخیره می شود.

بسته بندی یا حمل و نقل عمده

سیمان در کیسه ها بسته بندی می شود یا در کامیون های تانکر بارگیری می شود و از طریق جاده یا راه آهن حمل می شود.