هيدراسيون سيمان پرتلند (1)

مقدمه

عبارت هيدراسيون سيمان پرتلند و واكنش هيدراسيون براي بيان يك تعداد معين از فرآيندهاي فيزيكي- شيميايي و ترموديناميكي مورد استفاده قرار مي گيرد كه در زمان تماس سيمان با آب، ايجاد مي شود.
اين را در نظر بگيريد كه:

سيمان پرتلند ضرورتاً يك ماده ي چند فازي است كه تركيب شيميايي آن مي تواند متغير باشد.
فازهاي موجود در سيمان پرتلند، كاملاً خالص نيستند زيرا برخي ناخالصي ها در طي فرآيند پخت وارد آن ها مي شود.
برخي از اين ناخالصي ها به عنوان عامل بازدارنده، پايداركننده يا تسريع كننده ي تشكيل فازهاي خاصي محسوب مي شوند و حتي در برخي مواقع، شبكه ي كريستالوگرافي برخي از فازها و در نتيجه واكنش پذيري آنها را تغيير مي دهند.
فازهاي مختلف موجود در كلينكر همواره داراي مورفولوژي يكساني نيستند.
در برخي موارد، شرايط پخت موجب مطلوب شدن رشد كريستال هاي بزرگ مي شود و در برخي موارد ديگر، شرايط به گونه اي است كه، كريستال هاي بسيار ريز يا يك مخلوط از كريستال هاي بزرگ و درشت تشكليل مي شود.
فاز درون شبكه اي بعد از كوئينچ شدن ماده، مي تواند به صورت نسبي كريستالي باشد. اين مسئله بعد از خروج كلينكر از ناحيه ي كلينكرسازي، رخ مي دهد.
سيمان هاي پرتلند تجاري، همواره شامل برخي از اجزا هستند كه اجزاي فرعي ناميده مي شوند. اين اجزاي فرعي عبارتند از آهك تركيب نشده، پريكلاژ، سولفات مواد قليايي، آهك آزاد و ... .
بسياري از فاكتورهاي ديگر فرايند مي تواند ويژگي هاي كلينكر را تغيير دهد (مثلاً شرايط اكسايشي يا كاهنده و ... .)

پيچيدگي و تغييرپذيري فرآيندهاي فيزيكي – شيميايي و ترموديناميكي كه در پشت فرآيند هيدراسيون قرار گرفته است، بايد تشخيص داده شود.
اين پيچيدگي نشان مي دهد كه به چه دليل و به چه دليل، اين مبحث به طور كرار مورد بررسي و تحقيق قرار گرفته است. اين جالب توجه است كه 100 سال بعد از كار انجام شده بوسيله ي Le Chatelier و Michaelis، محققين زيادي وجود دارند كه با شور و اشتياق بر روي هيدراسيون سيمان پرتلند مطالعه مي كنند. در حقيقت، همانگونه كه قبلاً اشاره شد، واكنش هاي شيميايي كه در طي فرآيند هيدراسيون سيمان پرتلند، اتفاق مي افتد، پيچيده هستند. علاوه بر اين، با افزوده شدن مواد افزودني و اجزاي معدني، اين واكنش هاي پيچيده تر شده اند.
اين مسئله بايد مورد تأكيد قرار گيرد كه هم اكنون ما در مورد ويژگي هاي جزئي هيدراسيون پرتلند صحبت نمي كنيم، در واقع ما در مورد كليات اين پديده، صحبت مي كنيم. علارغم تمام پيچيدگي هاي اين پديده، هيدراسيون سيمان پرتلند نتيجه اي از يك سري پديده هاي بنيادي است كه در هنگام برخورد آب با سيمان رخ مي دهند. هيدراسيون سيمان پرتلند به خاطر ايجاد عوامل زير پديد مي آيد:

توالي واكنش هاي شيميايي كه در آنها فازهاي بي آب سيمان پرتلند به فازهاي آب دار تبديل مي شوند.
ظاهر شدن يك ساختار تدريجي در داخل خمير سيمان هيدراته كه اين مسئله موجب مي شود در داخل بتن ساختاري ايجاد شود كه اين ساختار، بعداً استحكام مي يابد.
افزايش دما كه كم و بيش سريع و شديد است.
تغيير در حجم مطلق و ظاهري خمير
يك كاهش در رسانايي الكتريكي محلول درون شبكه اي در بتن تازه

اين گفته شده است كه هيدراسيون سيمان پرتلند در داخل يك مثلت ايجاد مي شود: استحكام، حرارت و تغييرات حجمي. اين مثلث در شكل 1 نشان داده شده است. استفاده كنندگان از سيمان پرتلند انتخاب ديگري ندارند و بايد ياد بگيرند كه چگونه با اين سه پديده ي همراه، رفتار كنند.
از نقطه نظر فني، واكنش آب با سيمان پرتلند، حتي پيچيده تر هم هست زيرا آب يك نقش كليدي در رفتار رئولوژيك بتن تازه بازي مي كند. در حقيقت، اين واكنش اوليه ي آب با ذرات سيمان پرتلند است كه به بتن خاصيت هاي فرونشت اوليه (initial slump)، كارپذيري و مقاومت در برابر جاري شدن و جدايش را به آن مي دهد. از نقطه نظر عملي، فرونشت اوليه و كارپذيري دو ويژگي مهم هستند زيرا آنها موجب مي شوند تا حمل و نقل بتن ساده باشد. در نهايت، اثر دما بر روي كينتيك هيدراسيون و ريزساختار و خواص مكانيكي حاصله از نقطه نظر فني، مهم مي باشد.

پيچيدگي علمي يك پديده ي فني ساده

هيدراسيون سيمان پرتلند در حالي كه پديده ي فني ساده است كه منجر به استحكام بخشي در بتن تازه و استحكام بخشي آن مي شود، همچنين يك فرآيند شيميايي بسيار پيچيده است.
بنابراين، بتن از ديد فني بسيار ساده ولي از ديد علمي، پديده اي پيچيده است. اين دوگانگي در يك زمان موجب مي شود تا بتن از لحاظ فني موفق باشد اما وقتي اين علم پيچيده به خوبي فراگرفته نشود، مي تواند موجب تضعيف بتن شود.
اگر چه مي توان واكنش هاي شيميايي ساده اي را براي توصيف هيدراسيون كلسيم سولفات (همي هيدرات يا گچ پاريس) در زمان تبديل شدن به ژيپس، نوشت يا واكنش هاي شيميايي كه در تبديل آهك زنده به كلسيم كربنات رخ مي دهد را به سادگي بر روي كاغذ نوشت، اين ممكن نيست كه يك واكنش شيميايي ساده اي را به تشكيل كلسيم سيليكات از دو شكل بي آب و نسبت داد.
تمام نويسندگان هيدراسيون و را به صورت زير نشان مي نويسند:

همچنين عبارت يك عبارت تقريبي است زيرا تركيب واقعي كلسيم سيليكات مي توان به طور قابل توجهي تغيير كند و هنوز هم سخت است كه مورفولوژي واقعي آن را توصيف كنيم.
Karen Scrivener(2001) ترجيح داده اند كه واكنش هيدراسيون و را به صورت زير بنويسد:

اولين تئوري شيميايي در مورد هيدراسيون سيمان پرتلند در مطالعاتي ارائه شده است كه بيش از 100 سال پيش بوسيله ي شيميدان هاي معروفي مانند Le Chatelier و Michaelis انجام شده است. اين افراد سعي كردند تا پديده هاي شيميايي ايجاد شده در حين هيدراسيون سيمان را با استفاده از ابزارهاي تجربي محدودي كه آن زمان در اختيار داشتند، فرموله كنند. براي مثال، Le Chatelier در نوشته هاي خود به هيدراسيون كلسيم سيليكات و تشكيل ( نماد آب است)، اشاره كرده است. در اين كتاب عبارت مدرن تر C-S-H براي بيان اين پديده آورده شده است. اين بايد تصديق شود كه ما در طي 100 سال گذشته، اطلاعات زيادي در مورد هيدراسيون كلسيم كربنات بدست نياورده ايم. Le Chatelier در كار فوق العاده ي خود كه در سال 1904 انتشار يافته است، به اهميت و توالي پديده هاي فيزيكي- شيميايي و ترموديناميكي ايجاد شده در واكنش هيدراسيون اشاره كرده است به نحوي كه انقباض حجمي مطلقي كه از هيدراسيون فازهاي بدون آب ايجاد مي شود، هنوز هم در مقالات فرانسوي، به عنوان انقباض Le Chatelier معروف است. به هر حال، Le Chatelier به خودي خود تصديق كرده است كه او قادر به توضيح اين موضوع نيست كه چرا اين انقباض حجمي مي تواند در زماني كه خمير سيماني در زير آب عمل آوري مي شود، به انبساط حجمي ظاهري تبديل مي شود.
در حقيقت، هيدراسيون سيمان پرتلند چيزي بيشتر از يك سري واكنش هاي شيميايي ساده است؛ اين هيدراسيون همچنين يك آرايش مجدد در گونه هاي يوني است كه در كلينكر وجود دارند و در زماني كه با آب واكنش مي دهند، هيدراته مي شوند و به گروه هاي هيدروكسيل تبديل مي شوند. براي معدن شناسي
كه در زمينه ي قرارگيري فضايي عناصر ساختاري اطلاع دارد، كلسيم سيليكات هيدراته، از تترا هدرال هاي تشكيل شده است كه يون اكسيژن موجود در آنها بوسيله ي يون هاي احاطه شده است و در اين ساختار حفرات اكتاهدرال، داراي يون هاي هستند. به هر حال، اگر چه ساختار سيليكات آلومينيوم هيدراته، كائولينيت ( ) به آساني توصيف مي شوند، ساختار كريستالوگرافي دقيق C-S-H هنوز بوسيله ي متخصصين معدن شناسي، توصيف نشده است.
براي يك معدن شناس، كائولينيت مي تواند به صورت و چريسوتيل (chrysotile: يكي از كاني هاي آزبست) مي توان به صورت باشد. قرارگيري فضايي تتراهدرال هاي سيليكوني و اكتاهدرال هاي آلومينا موجب تشكيل يك ساختار صفحه اي در كائولينيت مي شود اما اين ساختار در چريسوتيل به دليل بزرگتر بودن يون هاي منيزيم از يون هاي آلومينيوم، تشكيل نمي شود (شكل 2). به هر حال، اين مشاهده شده است كه وقتي يون هاي آلومينيوم و منيزيم با يون هاي بزرگتر كلسيم جايگزين شوند، بنابراين، مي توان C-S-H را به صورت نوشت.
اندازه ي يون در مركز محل هاي اكتاهدرال داراي اهميت فني بيشتري دارد زيرا اين ممكن است با تغيير يون هاي موجود در اين موقعيت، مواد مختلفي مانند يك رس، يك آزبست و يك چسب معدني، حاصل شود. اين چسب به سهولت مورد استفاده قرار مي گيرد و خواص فيزيكي آن موجب شده است تا بتن در طي 100 سال گذشته، متداول ترين ماده ي ساختماني مورد استفاده در جهان باشد.

چگونه مي توانيم به واكنش هيدراسيون برسيم

براي چيره شدن بر اين پيچيدگي، واكنش هيدراسيون مي تواند به راه هاي مختلفي در نظر گرفته شود. يك روش شامل مطالعه ي هيدراسيون هر 4 فاز اصلي سيمان پرتلند به صورت مجزا مي باشد. البته در اين روش بايد اميدوار باشيم، واكنش هم ارز از مجموع اين واكنش هاي منفرد، ايجاد شود. يك چنين روشي به طور گسترده مورد استفاده قرار مي گيرد، اگر چه اين فهميده شده است كه در طي هيدراسيون، برخي برهمكنش ها و واكنش هاي توأمان درميان اين 4 جزء ايجاد مي شود. براي مثال، اين فهميده شده است كه هيدراسيون هيدراسيون را تسريع مي كند. برخي مشاهدات و نتايج در بخش هاي بعدي آورده شده است.
يك روش ديگر، شامل بررسي سطح تازه ي شكست نمونه هاي خمير سيمان، ملات و بتن تازه در زير ميكروسكوپ الكتروني روبشي است. در اين نمونه ها، واكنش هيدراسيون بواسطه ي استون، متوقف شده است. با اين روش مي توان نمونه هاي كريستالي ايجاد شده در يك زمان خاص، مورد ارزيابي قرار گيرد. اين روش دو محدوديت دارد: اول اينكه، واكنش هيدراسيون به طور نامناسبي بوسيله ي استون متوقف مي شود و دوم اينكه، نمونه ها بايد قبل از مشاهده در زير ميكروسكوپ الكتروني روبشي، خشك بشوند. به هر حال، اين روش از مشاهده ي واكنش هيدراسيون اجازه ي مشاهده ي مستقيم كريستال هاي تشكيل شده و امكان آناليز ميكروشيميايي بر روي اين كريستال ها را به ما مي دهد. همچنين با استفاده از اين روش، امكان تهيه ي نقشه ي عناصر شيميايي نيز وجود دارد. استفاده از يك SEM محيطي، نياز به خشك كردن نمونه ها را از بين مي برد و اين مسئله منجر مي شود تا برخي از محققين صحت استفاده از اين ميكروسكوپ در مشاهده ي اين مواد را بپذيرند. با پيشرفته ترين SEM هاي محيطي، صحت مشاهدات مورد تأييد قرار مي گيرد و مشاهدات كاملاً واقعي به نظر مي رسند.
يكي ديگر از روش ها شامل ارزيابي پديده هاي همزمان است كه به طور متوالي در واكنش هيدراسيون، بوقوع مي پيوندند. براي مثال، استحكام افزايش مي يابد، مدول الاستيك افزايش مي يابد، تغيير در رسانايي الكتريكي محلول اوليه، ايجاد مي شود يا تغييرات حجمي تحت شرايط عمل آوري مختلف،‌ ايجاد مي شود (شكل 3).
با استفاده از يك چنين روشي، معادلات شيميايي مختلف مي تواند نوشته شود و با توجه به محدوديت هاي موجود صحت انجام آنها مورد بررسي قرار گيرد. مدل هاي رياضي مي تواند در زماني مورد استفاده قرار گيرد كه برخي فرضيه ها در اين زمينه وجود داشته باشد. با استفاده از رزونانس معناطيسي هسته مي توان نانوساختار هيدراته را مورد بررسي قرار داد.
روش آخري كه در اينجا مورد توجه قرار گرفته است، روش مهندسي عمران است. با استفاده از آن مي توان انواع مختلف بتن، با طول عمرهاي مختلف و تركيبات مختلف را در زير يك SEM مشاهده نمود. در اين روش مهندسي، رئولوژي بتن، تغييرات حجمي و حرارت ايجاد شده در داخل بتن سخت شده، به عنوان يك عامل مهم مورد ارزيابي قرار مي گيرد.
نقش ايفا شده بوسيله ي يون گچ در توسعه ي واكنش هيدراسيون ابتدا مورد آناليز قرار مي گيرد كه علت تقدم آن اهميت بسيار بالاي اين فاكتور بر روي فرايند هيدراسيون است. دو رخداد غير متداول مورد بحث قرار مي گيرد. اين رخداد ها عبارتند از گيرش آني و گيرش كاذب. پس از آن، برخي نتايج واكنش هيدراسيون مورد آناليز قرار مي گيرد. اين نتايج عبارتند از تغييرات ايجاد شده در رسنايي الكتريكي محلول اوليه، گيرش، تغييرات حجمي، حرارت ايجاد شده و افزايش استحكام مي باشد. برخي مشاهدات با SEM بر روي خميرهاي سيماني در حال هيدراسيون، انجام مي شود و بوسيله ي آنها تصوير نهايي حاصل مي شود و در نهايت، مدل هاي هيدراسيون و برخي از مدل هاي ساختاري توسعه يافته براي C-S-H نيز به طور خلاصه ارائه مي شود.
سيمان پرتلند و گچ (ژيپس)
كنترل هيدراسيون
وقتي در تماس با آب قرار مي گيرد، به سرعت با آن واكنش مي دهد و مقدار قابل توجهي انرژي آزاد مي كند و به كلسيم آلومينات آب دار تبديل مي شود.
ا توجه به واكنش زير با آب واكنش مي دهد:

به دليل اينكه اين دو ماده ي آب دار پايداري زيادي ندارند، آنها به سرعت بر طبق واكنش زير به تركيبات ديگر تبديل مي شوند:

شيميدان فرانسوي Giron در هنگام كار در ايالات متحده ي آمريكا، فهميد كه افزودن مقادير اندك از گچ مي تواند براي كنترل هيدراسيون مورد استفاده قرار گيرد. بعدها ، Le Chatelier (1904) و Candlot (1906) قادر به توضيح نحوه ي كنترل هيدراسيون C_3 A بوسيله ي افزوده شدن گچ شدند. در حضور گچ و آب، C_3 A به صورت تري كلسيم سولفوآلومينات هيدراته تبديل مي شود كه اترينجيت (ettringite) ناميده مي شود. واكنش اين تبديل به صورت زير است:

برخي افراد وسواسي اين تركيب را تري سولفات كلسيم آلومينات آب دار مي نامند در حالي كه برخي از محققين فرانسوي اين تركيب را نمك كاندلوت (Candlot) مي نامند.
تركيب شيميايي بدست آمده براي اترينجيت به صورت زير است:

اما در برخي موارد، استفاده از يك فرمول مشابه كه به صورت زير نوشته مي شود، مفيد است:

اين نماد به طور واضح سه گروه شيميايي را كه در ناحيه ي اترينجيت و در طي هيدراسيون سيمان پرتلند وجود دارد، نشان مي دهد.
در برخي منابع، فرمول اترينجيت به صورت هاي زير نوشته شده است:

يكي از جنبه هاي جالب توجه اين واكنش، كريستاليزاسيون ساده و تشكيل اشكال هگزاگونال است كه يك تركيب شيميايي واحد براي آنها تعيين نشده است. اين مسئله در بين محققين اتفاق نظري ندارد و برخي از منابع مي گويند اترينجيت 31 مولكول آب ندارد چون 31 عدد اول است. آنها مي گويند اين ماده ممكن است كريستالي داشته باشد كه داراي تقارن هگزاگونال بوده و تعداد مولكول هاي آب آن يك عدد اول است.
سوال مطرح شده در زمينه ي تعداد واقعي مولكول هاي آب موجود در اترينجيت بوسيله ي Mickeline Moranville-Regourd پاسخ داده شده است. اين فرد توضيح مي دهد كه در اترينجيت هگزاگونال، دو مولكول آب وجود دارد كه به چارچوب اصلي كريستال اترينجيت متصل شده اند (شكل 4a). نكته ي مهم اين است كه اين دو مولكول آب به سهولت از ساختار جدا مي شوند و از اين رو تعداد مولكول هاي آب موجود در اين ماده گاهاً 30 و گاها 31 عدد مشاهده مي شود.
بنابراين، مقداري كلسيم سولفات به كلينكر سيمان پرتلند اضافه مي شود تا به اترينجيت تبديل شود و بدين وسيله، هيدراسيون سيمان پايدار شود.
به هر حال، وقتي يك محاسبه ي سريع انجام دهيم، مقدار در محاسبات از طريق محاسبه ي Bogue
بدست مي آيد. اين نكته بايد تذكر داده شود كه موجود در كلينكر سيمان درطي فرايند نهايي آسياب كاري، امكان دارد به طور كامل به اترينجيت تبديل نشود. اين مسئله به دو دليل رخ مي دهد: دليل اول اين است كه تمام موجود در سيمان پرتلند، به طور همزمان هيدراته نمي شود. و علت دوم اين است كه كه در سطح دانه هاي سيمان قرار گرفته اند، به طور همزمان بوسيله ي آب تجزيه نمي شود. بنابراين، از نقطه نظر رئولوژيك، اين ضروري است كه هيدراسيون تمام موجود در سيمان پرتلند كنترل شود. در نهايت، اين مهم است كه بگوييم، اترينجيت يك تركيب پايدار نمي باشد. در واقع 100 سال قبل، Michaelis اترينجيت را باكتري تخريب كننده ي بتن (concrete bacillus ناميد.
وقتي تمام كلسيم سولفات اضافه شده در طي آسياب كاري، با تركيب شود، باقيمانده به اترينجيت تبديل مي شود كه يكي ديگر از كلسيم سولفوآلومينات هاي با درصد كلسيم سولفات كمتر است كه پايداري بيشتري دارد. اين ماده، تري كلسيم مونوسولفوآلومينات آب دار يا به طور ساده تر، مونوسولفوآلومينات ناميده مي شود كه با توجه به واكنش شيميايي زير تشكيل مي شود:

مونوسولفوآلومينات مي تواند همچنين به صورت يا نشان داده شود. ساختار مونوسولفوآلومينات در شكل 4b نشان داده شده است.
در نتيجه، وقتي استاندارد به طور هدفمند، مقدار كلسيم سولفات مورد نياز براي كنترل زمان گيرش و افزايش استحكام سيمان پرتلند بعد از 24 ساعت را افزايش دهد، آنها به طور جزئي يا كلي تجزيه ي اترينجيت را كه ابتدا تشكيل شده است، را مطلوب مي كند. به هر حال، اين واكنش تجزيه در داخل سيمان سخت شده،‌ رخ مي دهد و از نقطه نظر گيرش و رئولوژيك، مد نظر نمي باشد. اين مسئله براي يك خمير سيماني در حال هيدراته شدن، اين امكان دارد كه مقداري از به طور مستقيم به صورت مونوسولفوآلومينات هيدراته وجود داشته باشد.
در اين مقاله، اترينجيت همچنين با نماد و مونوسولفوآلومينات با نماد نشان داده مي شود.
وقتي سعي مي كنيم تا كلسيم سولفات موجود را مقدار اترينجيت و مونوسولفوآلومينات تطبيق دهيم، اين مسئله همواره مشاهده شده است كه مقدار كافي از كلسيم سولفات در طي آسياب كاري به كلينكر سيمان پرتلند، اضافه نشده است و در نتيجه، مقداري از در نهايت به صورت مستقيم هيدراته مي شود. اما تشكيل اين محصولات ناشي از هيدراسيون مستقيم، در بتن هاي در حال سخت شدن، خيلي دير انجام مي شود. علاوه بر اين، تجربه نشان داده است كه برخي از يون هاي سولفاته از بدام افتادن در داخل C-S-H خارج مي شود و بنابراين، با مواد موجود واكنش نمي دهد و اترينجيت يا سولفوآلومينات تشكيل نمي شود.
به هر حال، وقتي بعدها، به هر دليلي، يون هاي سولفات در محلول بين شبكه اي نفوذ كند (برخورد باران اسيدي، آب هاي زيرزميني غني از سولفات و حملات باكتريايي)، مونوسولفوآلومينات در بتن سخت شده نفوذ مي كنند كه اين مسئله موجب بادكردن بتن مي شود. دركشورهاي شمالي، اين مسئله مي تواند منجر به اثرات زيان آوري مي شود. در كشورهاي شمالي، كه بتن تحت سيكل هاي يخ زدگي قرار مي گيرد، خوشه هاي اترينجيت همواره در داخل حباب هاي هواي به دام افتاده در داخل بتن، مشاهده مي شود (شكل 5). اترينجيت همچنين در ترك ها و ناحيه ي انتقالي ميان شن و ماسه و خمير سيمان موجود در بتن، مشاهده مي شود. اين ترك ها به دليل بوجود آمدن سيكل هاي يخ زدگي ايجاد مي شوند. اگر چه اين اترينجيت به طور مستقيم مسئول تخريب بتن نمي باشد.

طبيعت واقعي كلسيم سولفات موجود در سيمان پرتلند

براي مدت هاي طولاني، گچ براي كنترل گيرش سيمان پرتلند، مورد استفاده قرار مي گيرد؛ اما هم اكنون اين بهتر است كه در مورد افزودن كلسيم سولفات، صحبت كنيم. در حقيقت، حتي وقتي گچ به آسياب گلوله اي وارد مي شود، اين يقين وجود ندارد كه همان مقدار وارد شده، در سيمان وجود دارد. علت اين مسئله، به دليل افزايش دما در آسياب گلوله اي، مقداري گچ مي تواند به طور جزئي دهيدراته شود و به صورت كلسيم سولفات همي هيدرات ، در آيد. حتي امكان تشكيل كلسيم سولفات بدون آب نيز وجود دارد كه اين ماده انيدريت محلول ناميده مي شود (انيدريت يك مينرال طبيعي است كه داراي تركيب يكساني است اما ساختار مينرالي آن متفاوت است و نرخ حلاليت آن بيشتر است). اين نوع از كلسيم سولفات بايد گچ دهيدراته ناميده شود تا بدين صورت منشع و نرخ حلاليت بالاي آن، نشان داده شود. دهيدراسيون گچ مي تواند در دماي پايين و در سيلوهاي ذخيره سازي، انجام شود.
دهيدراسيون جزئي گچ هم اكنون بوسيله ي برخي از توليدكنندگان سيمان براي كنترل گيرش سيمان هاي نامرغوب مورد استفاده قرار گيرد. سيمان هاي نامرغوب معمولاً به طور زيادي آسياب كاري شده اند و از فاز غني هستند. دراين سيمان ها خاص، 30 تا 40 % گچ مي تواند به طور جزئي دهيدراته شود.
به هر حال، وقتي دما در طي آسياب كاري، به طور قابل توجهي بالا رود، مقادير قابل توجهي از گچ مي تواند دهيدراته شود و موجب پديد آمدن سفتي زودرس بتن شود. اين نوع از حوادث، در صنعت به عنوان گيرش دروغين ناميده مي شود. سفت شدن زودرس بتن مشابه همان چيزي است كه در مورد گيرش آني مشاهده مي شود. حال اگر مخلوط كردن ادامه يابد، گچي كه در طي هيدراسيون همي هيدرات در داخل بتن تازه تشكيل مي شود، مي تواند حل شود و بنابراين بتن مي تواند پلاستيسيته ي خود را بازيابي كند.
مشكلي كه در زمان سفت شدن سريع بتن در داخل ميكسر رخ مي دهد، اين است كه ايجاد تمايز ميان گيرش دروغين و گيرش آني ممكن نيست. بنابراين، در هر دو مورد، بهتر است تا آب بيشتري به مخلوط اضافه شود و بعد ميكسر تخليه گردد. بعد از اين، اين پيشنهاد مي شود كه در صورت امكان ميزان بچ اوليه ي ملات، كمتر در نظر گرفته شود تا بدين صورت، بتوان تشخيص گيرش آني و گيرش دروغين ساده تر باشد.
اگر اين گيرش، يك گيرش دروغين باشد، اين ضروري است كه زمان مخلوط كردن را افزايش دهيم و مقداري آب به ملات اضافه كنيم؛ و حتي بهتر است مقداري پلاستيسايزر به بتن اضافه كنيم. اما اگر اين گيرش، يك گيرش آني باشد، اين ضروري است كه توليد بتن را متوقف كنيم و سيمان پرتلند را با يك سيمان مناسب جايگزين كنيم. اين نوع از رخدادها، بسيار هزينه بر است چون اتلاف زيادي در توليد وجود دارد ولي اين مسئله زياد رخ نمي دهد.
گيرش دروغين برخي اوقات در تابستان رخ مي دهد. اين مسئله زماني رخ مي دهد كه كلينكر بسيار داغ به صورت مستقيم به داخل آسياب شارژ شود.
يكي ديگر از منابع پديد آمدن مشكلات رئولوژيكي ايجاد شده به دليل افزوده شدن مقادير نامناسب كلسيم سولفات به سيمان، به دليل اين حقيقت رخ مي دهد كه توليدكنندگان سيمان گچ هاي با كيفيت پايين استفاده مي كنند. اين منابع كلسيم سولفات داراي تركيب يكنواختي نيستند. البته، وقتي آناليز شيميايي سيمان پرتلند، انجام مي شود، مقدار سيمان يكسان است اما آزاد شدن يون هاي SO_4^(2-) در محلول درون شبكه اي، كه مهمترين فاكتور از نقطه نظر رئولوژيك است، مي تواند تغيير كند و از اين رو، كنترل رئولوژي بتن مشكل است.
برخي اوقات، انيدريت هاي طبيعي جايگزين گچ مي شوند. انيدريت هاي طبيعي، يك شكل كريستالي كلسيم سولفات است كه در رسوبات طبيعي بزرگ، يافت مي شوند. همچنين مي توان از مخلوطي از گچ و رسوبات گچي نيز استفاده شود. وقتي توليد صفحات گچي اتوماتيك مي شود، توليدكنندگان سيمان مي توانند گچ هاي ناخالص را با پرداخت پول اندكي خريداري كنند. تا زماني كه توليدكنندگان سيمان استانداردهاي كنوني در مورد درصد را رعايت مي كنند، آنها نگراني در مورد طبيعت مينرال هاي داراي ، ندارند. درحقيقت، براي نسبت هاي آب/ سيمان بزرگتر از 50/0، طبيعت كلسيم سولفات، اثر زيادي بر روي خواص گيرش و خواص رئولوژيك سيمان، ندارد. رئولوژي بتن با يك چنين نسبت آب/سيمان بالايي، هنوز هم با استفاده از افزودن آب، كنترل مي شود. به هر حال، وقتي با بتن هايي روبرو هستيم كه داراي نسبت آب/ سيمان پايين تر هستند، نرخ حلاليت بسيار پايين انيدريت هاي طبيعي مشكلاتي ايجاد مي كند زيرا همانگونه كه بتن هاي با كارايي بالا داراي مقادير بالايي از سيمان هستند، بنابراين، مقدار بيشتر و ميزان آب كمتري براي حل شدن يون هاي SO_4^(2-) وجود دارد، به نحوي كه مولكول هاي پلاستيسايزر براي كنترل هيدراسيون مورد استفاده قرار مي گيرد.
درصد در داخل كلينكر
براي زمان هاي طولاني، درصد ي موجود در سيمان و ميزان پرت حرارتي (LOI) مي تواند براي بررسي مقدار مناسب گچ موجود در سيمان مورد استفاده قرار گيرد اما بررسي اين دو معيار دقت قابل توجهي ندارد زيرا درصد در برخي كلينكرهاي مدرن به طور قابل توجهي تغيير مي كند. اين تغيير در درصد كلينكر پشت اين حقيقت پنهان شده است كه توليدكنندگان سيمان همواره تنها درصد سيمان خود را گزارش مي دهند. درصد سيمان هاي موجود به درصد موجود در كلينكر و منابع مختلف كلسيم سولفات اضافه شده در حين آسياب كاري، وابسته است.
سال ها قبل، وقتي قيمت نفت بسيار پايين بود و استفاده كنندگان از زغال سنگ و پالايشگاه ها، نگراني در مورد مقدار آزاد شده در اتمسفر نداشتند، توليدكنندگان سيمان مي توانستند سوخت هايي با درصد گوگرد پايين و زغال سنگ هاي پاك (از لحاظ درصد ) خريداري كنند. ساير صنايع نيز مقادير قابل توجهي SO_3 توليد مي كنند كه موجب افزايش بارش باران هاي اسيدي مي شود. وقتي دولت ها تصميم گرفتند تا محدوديت هايي بر روي انتشار گاز اعمال كنند، قيمت سوخت ها و زغال سنگ پاك، افزايش مي يابد در حالي كه قيمت سوخت ها و زغال سنگ هاي غني از ، كاهش يافت. به دليل اينكه صنعت سيمان يكي از معدود صنايعي است كه درآنها مي توان از سوخت هاي غني از استفاده كرد، از اين رو، فرصت مناسبي براي صنايع سيمان بوجود آمده تا بتواند سوخت ارزان قيمتي را خريداري كند.
در نتيجه، مقدار در كلينكر كه در زمان هاي طولاني در حد 5/0 درصد بود، به مقدار 5/1 تا 2 % و حتي تا 5/2% رسيده است. به دليل اينكه استانداردهاي سيمان همواره بر اين نكته تأكيد دارند كه درصد بايد كمتر از 5/3% باشد، توليدكنندگان سيمان تنها مي توانند مقدار اندكي كلسيم سولفات به كلينكر اضافه كنند. اين مسئله بايد تذكر داده شود كه نمي توان گفت چه ميزاني از موجود در سيمان، مربوط به كلسيم سولفات است. در برخي موارد، يك چنين وضعيتي موجب مشكلات رئولوژيك مي شود (مخصوصاً در بتن هاي با نسبت آب/ بايندر پايين).
استفاده از مطالب اين مقاله با ذكر منبع راسخون بلامانع مي باشد.