أنواع الأسمنت البورتلاندي Types of Portland cement

أنواع الأسمنت البورتلاندي Types of Portland cement

– في هذا الموضوع سيتم مناقشة أنواع الأسمنت البورتلاندي. وسيتم ذكر نبذة مختصرة عن كل نوع منها كما يلي:

(1) الأسمنت سريع الشك Rapid-Hardening Cement

(2) الأسمنت المقاوم للكبريتات Sulphate Exesisting Cement

(3) الأسمنت الحديدي Portland Blast-Furnace Cement

(4) الأسمنت البوزولاني (أسمنت الكرنك) Portalnd-Pozzolana Cement

(5) الأسمنت الأبيض White Cement

(6) الأسمنت المنخفض الحرارة Low-Heat Cement

وسيتم مناقشة كل نوع من أنواع الأسمنت البورتلاندي بنبذة مختصرة كما يلي:

التركيب المعدني للأسمنت الخام Mineralogical Composition of Clinker

– نتيجة لحرق المواد الخام المستخدمة في صناعة الأسمنت فإنه يحدث تفاعل كيميائي بين هذه الأكاسيد عند درجة حرارة عالية (1450م^o). وينتج لهذا التفاعل أربعة مكونات رئيسية كالآتي:

 

– في الموضوعات السابقة تم مناقشة المكونات الأساسية لصناعة الأسمنت البورتلاندي. وتعرضنا إلى بعض المكونات المهمة.

– يتضح من الحديث عن صناعة الأسمنت البورتلانـدي العـادي أن C₄AF , C₃A ليس لهما دور مؤثر على اكتساب الصلابة والمتانة للإسمنت البورتلاندي العادي والتي تعتمد بشكل أساسي على وجود C₂S , C₃S

– وعلى الرغم من وجود C₄AF , C₃A قد يسبب الكثير من المشـاكل في الخواص الميكانيكية والفيزيائية للأسمنت بجانب ذلك فوجود C₃A يتسبب في سهولة مهاجمة أملاح الكبريتات للأسمنت، أيضاً انطلاق كمية كبيرة من حرارة التفاعل مما يتسبب في التأثير على انخفاض قـوة المتانـة للأسمنت والخرسانة وخصوصاً في الكتل الخرسانية الكبيرة.

– فبرغم من هذه السلبيات لوجود C₄AF, C₃A فإن وجـود أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) وأكسيد الحديديك (Fe₂O₃) في المواد الخام يساعد بصورة كبيرة في عملية التصنيع، حيث أن وجودهما يخفـض درجـة حـرارة تكــوين سليكات الكالســوم (C₃S, C₂S) التي هي الأساس في صناعة الأسمنت لذلك فوجود Al₂O₃ ، Fe₂O₃ يعمل (Flux) أي مخفض لدرجة حرارة تكوين الكلنكر مما يتسبب في خفض تكلفـة إنتـاج الأسمنت البورتلانـدي ولـذلك فـإن وجـود C₄AF + C₃A يجب ألا تزيد نسبتهما في الكلنكر عن 15%.

(1) الأسمنت سريع الشك Rapid-Hardening Cement

– في هذا النوع من الأسمنت يجب أن تكون نسبة C₃S أكبر من نسـبة وجوده في الأسمنت البورتلاندي العادي. وذلك على حسـاب وجـود C₂S ، حيث أن سرعة الشك للمركب C₃S أكبر من سرعة الشك للمركـب C₂S.

– لذلك يراعي في تصنيع الأسمنت سريع الشك أن تكون نسبة الـ CaO فـي المواد الخام المستخدمة في تصنيع هذا النوع أكبر من نسبة وجوده في المواد الخام المستخدمة في تصنيع الأسمنت البورتلاندي العادي.

– علاوة على ذلك يجب أن تكون درجة نعومة الأسمنت سـريـع الشـك أكبر بكثير من درجة نعومة الأسمنت البورتلاندي العادي. مما قد يساعد فـي عملية الهيدرة في الأوقات المبكرة من إضافة الماء للأسمنت.

(2) الأسمنت المقاوم للكبريتات Sulphate Exesisting Cement

– هذا النوع من الأسمنت يطلق عليه أحياناً أسم (Set water cement).

– وغالباً ما يستخدم هذا النوع في الإنشاءات التي تتعرض لوجود أملاح فـي التربة أو أن تكون معرضة لمياه البحار التي تحتوي على نسبة عاليـة مـن أملاح الكبريتات والكلوريدات. لذلك يجب أن يكون هذا النوع مقـاوم لتفاعـل الأملاح السابق ذكرها معه.

– عند استخدام الأسمنت البورتلاندي العادي في وسـط يحتـوى علـى أملاح الكبريتات كمياه البحار والمحيطات. فإن أيونات الكبريتات ^–SO₄² يتفاعل مع المركب الثالث المكون للكلنكر C₃A. ويكون مركب آخر يسمي (3Ca.Al₂O₃.31H₂O) كالسيوم سلفوألومينات.

– وهذا المركب الجديـد عنـد عملية الهيدرة يحدث له تمديد كبير في الحكم مما يستبب في إنهــار المتانة الميكانيكية للخرسانة.

– لذلك فإنه عند تصنيع الأسمنت المقاوم للكبريتات يجب أن يحتوي على كمية قليلة جداً من C₃A وذلك عن طريق استخدام خامات تحتوي على نسبة قليلة من أكسيد الألومنيوم عن نسبة أكسيد الألومنيوم المستخدمة فـي المـواد الخام المستخدمة في تصنيع الأسمنت البورتلاندي العادي.

(3) الأسمنت الحديدي Portland Blast-Furnace Cement

– في صناعة هذا النوع من الأسمنت يتم خلط 65% كلنكـر الأسـمنت البورتلاندي العادي مع 35% من خبث الحديد الناتج من الفرن العالي. وتـتم عملية طحن هذا المخلوط بعد إضافة نسبة 5% من الجبس.

– والغرض من تصنيع هذا النوع من الأسمنت هو الحصول على أسمنت بورتلاندي بتكلفة أقل. حيث يعتبر خبث الأفران العالية من المخلفات الصناعية الغير مستغلة.

(4) الأسمنت البوزولاني (أسمنت الكرنك) Portalnd-Pozzolana Cement

– لإنتاج أسمنت الكرنك يتم خلط 60% من كلنكر الأسمنت البورتلاندي مع حوالي 35% إلى 40% من الرمل. ويتم طحن هذا المخلوط بعد إضـافة الجبس له.

– كما يعتبر هذا النوع من الأسمنت ذات جودة أقل من الأنواع السابقة نظراً لاحتوائه على نسبة عالية من الرمال والتي ليس لها خواص إسمنتية.

(5) الأسمنت الأبيض White Cement

– يصنع هذا الأسمنت بنفس طريقة الأسمنت البورتلاندي العادي.

– ولكن لا يجب أن تحتوي المواد الخام المستخدمة في تصنيع الأسمنت الأبيض على أي نسبة من الأكاسيد الملونة وخصوصاً أكاسيد الحديد.

(6) الأسمنت المنخفض الحرارة Low-Heat Cement

– يستخدم هذا النوع من الأسمنت في إنشاء وبنـاء الكتـل الخرسانية الضخمة. والتي تتطلب عدم انطلاق حرارة تفاعل كبيرة أثناء إضـافـة المـاء (الهيدرة).

– لذلك إذا نظرنا لمكونات كلنكر الأسمنت البورتلاندي العادي فنجـد أن C₃A ينتج عند انطلاق كمية حرارة تفاعل كبيرة جداً تبلغ حوالي 850 جول /جم.

– علاوة على ذلك فأنه يجب عند تصنيع الأسمنت المخفض الحرارة مراعاة أن تكون نسبة C₃A أقل ما يمكن ولا تزيد عن 4% وذلك باستخدام مواد خام تحتوي على نسبة قليلة من أكسيد الألومنيوم نقل من نسبة الألومنيوم الموجـود فـي المواد الخام المستخدمة في صناعة الأسمنت البورتلاندي العادي.

المراجع: كتاب أسس الكيمياء الصناعية – الطبعة الأولى 2005 – أ.د. محمد مجدي واصل أستاذ الكيمياء الفيزيائية – كلية العلوم – جامعة الأزهر – مصر