مترجم: حبيب الله عليخاني
منبع: راسخون
منبع: راسخون
مقدمه
سيمان هنوز هم يك ماده ي اصلي در بتن سازي است اما در برخي از بتن هاي مدرن، اين ماده ديگر به عنوان مهم ترين ماده مورد استفاده تلقي نمي شود زيرا اين بتن ها در حقيقت مواد مركب هستند. در مواد مركب، اين ممكن نيست كه بگوييم كدام ماده، مهم تر است زيرا به دليل طبيعت آن، يك كامپوزيت داراي خواصي است كه همواره بهتر از خواص تك تك اعضاست. اين ضرب المثل وجود دارد كه گفته مي شود بين كور و معلول، نمي توان گفت كه كدام يك توانايي بيشتري دارند.بتن هاي مدرن چيزي بيش از يك مخلوط ساده از سيمان، آب و شن و ماسه هستند. در واقع بتن هاي مدرن داراي اجزاي معدني هستند كه داراي خواص ويژه مي باشند. اين خواص موجب مي شود تا بتن هاي ويژه توليد شوند. همچنين افزودن مواد شيميايي خاص به بتن مي تواند اثر ويژه اي را در اين مواد ايجاد كند. بتن هاي مدرن به عنوان يك ماده ي شيميايي بسيار پيچيده تبديل شده است كه محصولي از مواد معدني و آمورف است و نه تنها از كلينكر آسياب شده و گچ تشكيل شده است بلكه از مولكول هاي آلي و پليمري نيز تشكيل مي شوند. اين نوع از بتن ها براي كاربردهاي خاص طراحي و ساخته شده اند.
توسعه ي بتن هاي با تكنولوژي بالا نيز ضرورتاً موجب افزايش مصرف كل سيمان يا بايندرهاي مورد استفاده نمي شود زيرا دراين تكنولوژي ها، رويه به سمت استفاده ي بهينه از سيمان حركت كرده است. در واقع در كشورهاي در حال توسعه، اين ممكن است كه ميزان بيشتري بتن را با استفاده از يك مقدار معين بايندر، توليد كرد.
بايندرهاي آينده شامل كلينكر كمتري هستند به نحوي كه صنعت سيمان به صنعت توليد بايندرهاي صنعتي تبديل مي شود. اين صنعت، صنعت توليد پودرهاي ريزي است كه در زمان مخلوط شدن با آب، سخت مي شوند. اين مسئله جالب توجه است كه اين افزايش در استفاده از اجزاي معدني و جايگزيني آنها با كلينكر آسياب شده مي تواند به صنعت سيمان كمك كند و برخي از اهداف اين صنعت را از جنبه ي توسعه ي پايدار، تكميل كند. اين مسئله در جهان امروز مهم مي باشد كه صنعت سيمان امروز اين نقش جديد را پر رنگ كرده است.
بتن: متداول ترين ماده ي ساختماني مورد استفاده در جهان
اين مسئله را مي دانيم كه سيمان پرتلند در طي قرن 20 ام به متداول ترين ماده ي ساختماني مورد استفاده در جهان تبديل شده است. در سال 1900، توليد جهاني سيمان پرتلند در حدود 10 ميليون تن بوده است. اين توليد در سال 1998 به 1.6 ميليارد تن در سال رسيده است. اگر اين مسئله را در نظر بگيريم كه براي توليد هر متر مربع بتن، نياز به 250 كيلوگرم سيمان باشد، در سال 1900 تنها 40 ميليون متر مكعب بتن توليد شده است در حالي كه اين مقدار در سال 1997 به 6.4 ميليارد متر مكعب بتن رسيد. اين مقدار كمي بيشتر از يك متر مكعب بتن براي هر نفر در سال مي باشد. براي توليد اين بتن ها مقادير قابل توجهي آب مصرف مي شود.
افزايش شگفت انگيز در مصرف بتن و سيمان مي تواند با فرايند شهرنشيني در ارتباط باشد. اين فرايند در بيشتر جوامع رخ داده است و با جهاني شدن تجارت همراه است. به هر حال، اگر ما به شكل 1 به طور دقيق تر نگاه كنيم، مي بينيم كه مصرف سيمان به طور سريع در حال افزايش مي باشد. البته اين مسئله بايد تذكر داده شود كه بعد از جنگ جهاني اول، بازسازي اروپا و ژاپن مقدار قابل توجهي سيمان مصرف كرده است. اما بعد از جنگ نيز به دليل افزايش شهرنشيني در بسياري از كشورها و جوامع، مصرف سيمان نيز افزايش قابل توجهي داشته است.
همانگونه كه مي دانيد اين ممكن است كه يك رابطه ي مستقيم ميان مصرف سيمان و توليد ناخالص ملي يك كشور ايجاد كرد اما اين افزايش مصرف در زماني كه سطح استاندارد زندگي به سطح معيني رسيد، ديگر ادامه نيافته است. اين مسئله به خاطر چند دليل رخ مي دهد: فرايند شهرنشيني به حالت اشباع مي رسد. هچنين بخش اصلي زيرساختا هاي مورد نياز ساخته شده است و پيشرفت فني موجب استفاده ي بهتر از بتن شده است. يكي ديگر از دلايل اين است كه مشابه ساير مواد، با افزايش رضايتمندي اجتماعي- اقتصادي يك جامعه، ميزان مصرف سيمان كاهش مي يابد. هم اكنون در كشورهاي صنعتي، مصرف هر ماده به حالت اشباع رسيده است و تنها كارهاي مربوط به بازسازي، جايگزيني انجام مي شود.
تنها بازارهاي سيمان كه هنوز هم با گسترش قابل توجهي همراه است، بازار كشورهاي در حال توسعه است.
پيشرفت هاي حاصل شده در صنعت سيمان در سال هاي اخير
در سال هاي اخير، صنعت سيمان پيشرفته قابل توجهي داشته است. اين پيشرفت مخصوصاً در زمينه ي صرفه جويي در مصرف انرژي مشهود است. به هر حال، همانگونه كه مي دانيد از نقطه نظر ترموديناميكي، اين دياگرام فازي
است كه موجب توليد سيمان پرتلند مي شود. هم اكنون اين ممكن است كه دماي توليد سيمان در كوره ي سيمان را از طريق كنترل بهتر تركيب مينرالي ماده ي اوليه، كاهش داد.با گذر زمان، فرآوري سيمان پرتلند پيچيده تر و فني تر شده است. اين فرايندها گسترش يافته است و نيازمند استفاده از تأسيسات محاسباتي قدرتمند است. در واقع بدون استفاده از اين سيستم ها و همچنين بدون استفاده از پرسنل زبده، امكان كار كردن اين تأسيسات وجود ندارد.
علاوه بر اين، پيشرفت هاي قابل توجهي در زمينه ي توسعه ي پايدار اين صنعت بوجود آمده است و برخي از كارخانه هاي سيمان هم اكنون توانسته اند بسياري از آلودگي ها و ضايعات صنعتي را حذف كنند. برخي اوقات، برخي از كارخانه هاي سيمان حتي با هزينه هاي منفي سيمان توليد مي كنند زيرا به آنها هزينه پرداخت مي شود تا آلودگي ها و ضايعات صنعتي را حدف كنند. اين بدين معناست كه اين شركت ها پيش از توليد سيمان، پول آن را دريافت مي كنند و علارغم سود ده نبودن اين كارخانه ها، هنوز به كار ادامه مي دهند.
به هر حال، برخي از جنبه هاي توليد سيمان هنوز هم به خوبي توسعه نيافته است. در ادامه برخي از اين جوانب را توصيف مي كنيم.
ظهور علم توليد سيمان
در طي 30 سال گذشته، علم بتن توسعه قابل توجهي داشته است. بتن ميوه ي يك تكنولوژي ساده و يك علم پيچده است كه شروع شده و به كمال رسيده است اما نه در تمام ابعاد خود. در حقيقت، سخت شدن يك بتن مدرن نتيجه اي از واكنش هاي اتفاق افتاده ميان مواد آمورف و معدني، آب و مولكول هايي است كه كم و بيش آلي هستند (در برخي موارد، مينرال هاي نمكي). هم اكنون مطالعات انجام شده بر روي بتن با استفاده از مشاهدات كاملاً پيچيده و تكنيك هاي اندازه گيري همراه است به نحوي كه ما به طور پيوسته در حال بهبود اطلاعات خود در مورد بتن هستيم و توانسته ايم اين تكنولوژي را كنترل كنيم. ما حتي قادر شديم تا استفاده هاي جديدي از بتن در زمينه هايي پيدا كنيم كه پيش بيني آن در سال هاي قبل غير ممكن بود.پيشرفت هاي اخير در زمينه ي مخلوط هاي شيميايي
ايده ي افزودن مخلوط ها به بتن ايده اي تازه نيست. اين مسئله جالب توجه است كه بنايان رومي سفيده ي تخم مرغ يا خون را به بتن هاي خود اضافه مي كردند. كشف هاي اخير در زمينه ي بتن اغلب شانسي بوده است اما اين كشف ها امروزه از لحاظ علمي نيز توصيف شده اند.براي زمان هاي طولاني، تكنولوژي مخلوط هاي شيميايي به زمينه اي تبديل شده است كه در دست گروهي از كارخانجات بود. اين مسئله همچنين تشخيص داده شده است كه شركت هاي توليد مخلوط شركت هايي باهوش هستند و به عنوان بخش كامل كننده ي صنعت سيمان محسوب مي شوند. اين شركت ها بيشتر با صنعت بتن در ارتباطند تا با صنعت سيمان.
براي من به شخصه اين مسئله ي جالبي است كه اين شركت ها به جاي استفاده از واژه كاهنده ي سيمان (cement reducer) از واژه ي كاهنده ي آب (water reducer) استفاده كرده اند. اين مواد مولكول هاي آلي هستند كه بوسيله ي توليدكنندگان بتن براي توليد يك بتن با كارپذيري معين با مقدار آبي كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد. البته استفاده از اين مواد موجب كاهش مصرف سيمان نيز مي شود. البته، از زماني كه Feret و Abrams (1995) بر روي اين مواد كار كردند، اين به خوبي فهميده شده است كه اين مقدار سيمان مورد استفاده در بتن نيست كه بر روي استحكام آن اثر دارد، بلكه نسبت بين آب به سيمان است كه استحكام و دوام آن را تعيين مي كند. قانون Feret كه در سال 1896 فرموله شده است، هنوز هم قانوني مورد قبول در مورد بررسي بتن هاي با كارايي بالاست. اين بتن هاي با كارايي بالا مقدار آب كافي براي هيدراسيون تمام ذرات سيمان ندارند.
بدبختانه شركت هاي توليد مواد مخلوط توانسته اند در حفظ راز خود در زمينه ي اين افزودني ها موفق بوده اند. مخلوط هاي شيميايي يك چنين محصولات مرموزي نيستند. در واقع نحوه ي عملكرد آنها از قوانين پيچيده ي فيزيك، شيمي و ترموديناميكي پيروي مي كند. تنها 4 نوع مواد مخلوط وجود دارد:
آنهايي كه موجب پخش شدن ذرات سيمان مي شوند.
آنهايي كه موجب اصلاح كينتيك هيدراسيون مي شوند.
آنهايي كه با يكي از محصولات جانبي واكنش هيدراسيون واكنش مي دهند.
آنهايي كه تنها عملكرد فيزيكي دارند.
براي سال هاي زياد، شركت هاي توليد كننده ي افزودني، براي حفظ بازار خود، بر روي محدود كردن قيمت اين افزودني هاي تمركز داشتند. آنها قادر به توليد محصولاتي بودند كه از نقطه نظر اقتصادي، توانايي رقابت با راه كار جايگزين (افزايش مقدار سيمان مورد استفاده) را دارا بود. البته هر زمان اين بررسي ها انجام مي شد اين مسئله مشخص مي شد كه علارغم چيزي كه توليد كنندگان سيمان مي گفتند، سيمان پرتلند ماده اي گران قيمت نبود. بنابراين، در فاز اوليه ي توسعه، صنعت افزودني هاي سيمان از خواص جالب توجه برخي از محصولات جانبي صنعتي استفاده كرد. اين فاز با به بازار آمدن رزين وينسول (vinsol resin) به عنوان عامل به دام انداختن هوا و ليگنوسولفونات ها به عنوان ماده ي كاهنده ي ميزان مصرف آب همراه بوده است. هر دوي اين مواد، محصولات جانبي صنعت كاغذ و پالپ هستند.
توسعه ي همزمان اين صنعت در ژاپن و آلمان در انتهاي دهه ي 1960 و ابتداي دهه ي 1970 كه در زمينه ي خواص پراكنده سازي استثنايي برخي از پليمرهاي سنتزي بود، يك تغيير قابل توجه در توسعه ي تجارت مواد افزودني سيمان ايجاد كرده است. اين پليمرها، پلاستيسايزر ناميده مي شوند. در ابتدا، محصولات با خلوص بالا به عنوان افزودني بتن مورد استفاده قرار مي گرفت. اين محصولات نسبت به ليگنوسولفونات ها گران قيمت تر بودند اما بازده آنها بيشتر بود. در حقيقت، وقتي از كاهنده هاي آب توليد شده بر پايه ي ليگنوسولفات استفاده مي شود، در بهترين حالت، كاهش مقدار آب مورد نياز به مقدار 8 تا 10 % قابل انجام مي باشد. با استفاده از پلاستيسايزرها امكان كاهش بيشتر آب نيز وجود دارد. حتي در مورد بتن هاي با كارايي بالا كه در آنها نسبت آب/ بايندر بسيار پايين است، اين ممكن است كه 200 ميلي ليتر يا 250 ميلي ليتر دوغاب بتن توليد كنيم كه براي هيدراسيون آن نياز به استفاده از آب فراواني نيست. همچنين براي قراردادن اين بتن ها در مكان مورد نياز، احتياجي به ويبراتور نيز وجود ندارد.
50 سال نياز بود تا پلاستيسايزرها به طور كامل وارد بازار بتن شوند و اين مسئله گفته شده است كه هنوز هم اين مواد در جايگاه مناسب خود قرار نگرفته اند.
خواص استثنايي سوپرپلاستيسايزرها به عنوان اصولي براي توسعه ي علوم مربوط به مواد افزودني محسوب مي شد. با مطالعه ي اين مواد زمينه براي آگاهي يافتن از محدوديت هاي ليگنوسولفات ها و برتري سوپرپلاستيسايزرها ايجاد گرديد. در حقيقت، ما هم اكنون مي دانيم كه چرا امكان وارد كردن بيش از 1 ليتر ليگنوسولفات (كاهنده ي آب) به داخل يك متر مكعب از بتن (بدون مشاهده ي اثرات ثانويه ي منفي) وجود ندارد. اين در حالي است كه امكان وارد كردن غلظت هايي تا 15 ليتر سوپرپلاستيسايزر بر هر متر مكعب بتن هاي با كارايي بالا وجود دارد. اين مقدار در بتن هاي با پودر فعال به ميزان 40 ليتر نيز مي رسد.
به هر حال، وقتي غلظت سوپرپلاستيسايزرها به منظور كاهش نسبت آب/ سيمان در بتن هاي با كارايي بالا، افزايش يابد، اين فهميده شده است كه در پاره اي از موارد، برخي از سيمان ها و سوپرپلاستسايزرها با هم سازگاري ندارند و امكان كاهش آب بواسطه ي افزودن اين مواد، وجود ندارد. اين ضروري است كه بفهميم چرا اين پديده تنها در برخي سيمان ها و برخي سوپرپلاستيسايزرها، بوجود مي آيد اما در برخي ديگر اين پديده رخ نمي دهد.
اخيراً صنعت مواد افزودني سيمان به سرعت رشد كرده است اما نياز به ايجاد پيشرفت در اين زمينه هنوز هم ادامه دارد زيرا در برخي موارد، ما هنوز اطلاعات كافي در مورد مكانيزم هاي موجود در زمينه ي مخلوط هاي سيمان پرتلند و پلاستيسايزرها نداريم. به هر حال، ما مي دانيم كه چگونه به صورت صنعتي بتن هايي با مقاومت 150 مگاپاسكال توليد كنيم. در يك چنين سطح استحكامي، اين اگريگيت هاي درشت هستند كه ضعيف ترين اتصال با بتن را ايجاد مي كنند. بنابراين براي افزايش استحكام بايد اين اگريگيت ها را خارج كنيم. با اين كار توانايي افزايش استحكام فشاري بتن وجود دارد. در واقع با استفاده از اين روش در بتن هاي با اگريگيت فعال، امكان توليد استحكامي تا حدود 200 مگاپاسكال نيز قابل حصول مي باشد. اگر اين اگريگيت هاي فعال به ديواره ي تيوب هاي فولاد ضد زنگ محدود شوند، امكان افزايش استحكام فشاري تا 375 مگاپاسكال وجود دارد. اگر ماسه را با پودرهاي فلزي جايگزين كنيم، مي توان ديد كه اين استحكام تا 800 مگاپاسكال نيز افزايش مي يابد.
يك بتن با استحكام 1000 مگاپاسكال يك رويا نيست. اين بتن در قرن حاضر توليد خواهد شد.
پيشرفت هاي بدست آمده با استفاده از مشاهدات ريزساختاري و يادگيري حالت نانوساختار بتن
چندين پيشرفت ديگر در زمينه ي تكنولوژي بتن، به دليل استفاده از ادوات جديد براي مشاهده ي ريزساختار بتن، بوجود آمده است. اين مشاهدات نشان داده است كه اخيراً بتن نانوساختار نيز توليد شده است. يك ميكروسكوپ الكترون روبشي (SEM) نه تنها يك وسيله براي گرفتن تصاوير زيبا از سطح مي باشد، بلكه بوسيله ي آن امكان بدست آوردن جزئيات ريزساختاري اين ماده نيز وجود دارد. استفاده از SEM يك فاكتور كليدي در ظهور علوم بتن و مواد افزودني است. به هر حال امروزه اين امكان وجود دارد كه اثر ذرات افزودني را به طور بهتري مشاهده و بررسي كنيم. اين مسئله را نبايد فراموش كنيد كه با استفاده از ميكروسكوپ نوري (تحت نور معمولي و پلاريزه شده) هنوز هم در بررسي و مطالعه ي بتن هاي مدرن، ضروري است. با استفاده از اين ابزارهاي پيچيده، امكان بررسي مستقيم بتن وجود دارد و مي توان با استفاده از سعي و خطا، مولكول هاي آلي را پيدا كرد كه براي استفاده در بتن مناسب باشند. در اصل خواص ماكروسكوپيك داراي ارتباط مستقيم با خواص ريزساختاري است.
اولين استفاده ها از رزونانس مغناطيسي براي مطالعه ي ساختار نانومتري بتن مرحله ي مهمي از آگاهي يافتن از طبيعت واقعي هيدراسيون كلسيم سيليكات مي باشد زيرا با استفاده از اين روش امكان توصيف اين پديده وجود دارد. ما شروع به يادگيري بهتر در مورد جزئيات ساختاري تتراهدرال هاي سيليسي و اكتاهدرال هاي آلومينيومي و تتراهدرال هاي سيليسيمي در كائولن و آزبست هاي كريستايل كرديم. اين دو ماده ساختارهاي هم خانواده ي C-S-H هستند. كائولن و آزبست هاي كريستايل به ترتيب آلومينيوم سيليكات هاي هيدراته و منيزيم سيليكات هيدراته هستند.
يون هاي آلومينيوم كه در اكتاهدرال هاي آلومينيوم موجود در كائولينيت، داراي شعاع 0.50 آنگسترم هستند، به طور مناسب با صفحات ايجاد كننده ي تتراهدرال هاي سيليكاتي، فيت شده اند. برخلاف اين، يون هاي منيزيم كه شعاعي بزرگتر دارد (0.78 آنگسترم)، صفحات اكتاهدرال را تحت فشار قرار مي دهند و منجر به تشكيل اشكال فيبرمانند مي شوند. به دليل اينكه يون هاي كلسيم از اين دو يون بزرگتر هستند (با شعاع 1.06 آنگسترم)، اجازه ي تشكيل صفحات وسيع و يا ساختارهاي اليافي وجود ندارد و در واقع ساختاري ايجاد مي شود كه در آن مقادير اندكي تتراهدرال هاي سيليسي و اكتاهدرال هاي آلومينايي به صورت كريستال هاي بسيار كوچك، تشكيل مي شوند.
در نهايت، به دليل پيشرفت هاي ايجاد شده در ميكروسكوپ هاي نيروي اتمي، امروزه اين امكان پذير است كه توضيح دهيم چرا وقتي نسبت C/S در C-S-H پايين است، استحكام ذاتي C-S-H افزايش مي يابد. همچنين با استفاده از اين ادوات امكان توصيف برهمكنش اين مواد در سطح نانومتري وجود دارد.
سيمان هاي ديروز و امروز
تغييرات ايجاد شده در خواص
اگر كلي صحبت كنيم، بايد بگوييم كه سيمان هاي ديروز درشت تر بوده و داراي مقادير قابل توجهي
نبوده اند اما اين تفاوت ها، تمام تفاوت هاي ميان سيمان هاي ديروز و امروز نيست. علاوه بر اين، اختلاف هاي پنهاني وجود دارد كه داراي اثرات فني مهمي هستند. قبل از بحث در مورد تفاوت هاي پنهان سيمان هاي ديروز و امروز، ابتدا دو تفاوت مورد بررسي قرار مي گيرد.همانگونه كه مي دانيد، پيمانكاران مشغول در صنعت سيمان بر توليدكنندگان سيمان فشار آوردند تا ميزان ريز بودن و مقدار فاز
سيمان را افزايش دهند. با اين كار به پيمانكاران اجازه داده مي شود تا قالب هاي مورد استفاده را سريع تر جداسازي كنند و بدين وسيله، قابليت رقابت اين پيمانكاران افزايش مي يابد. در اصل، ما مي توانيم يك چنين استدلالي را قبول كنيم اما اين كار داراي اثر منفي بر روي صنعت سيمان مي باشد زيرا با ورود يك چنين سيمان هاي جديدي به بازار، امكان حصول استحكام 28 روزه ي بيشتر با استفاده از سيمان كمتر، وجود دارد. اما اين استحكام 28 روزه ي بالاتر موجب كاهش دوام دراز مدت بتن مي شود. براي مثال، در همين زمان در ايالت كاليفورنياي آمريكا بحث بر روي مزيت ها و محدوديت هاي اين سيمان هاي جديد شروع شد. اين نتيجه گيري شد كه راه هاي بسيار ديگر وجود دارد كه بوسيله ي آنها مي توان بدون ايجاد محدوديت هاي خطرناك، استحكام اوليه ي بتن را افزايش داد.البته در برخي موارد، اين افزايش ها در ريزي ذرات سيمان و افزايش فاز
قابل قبول است؛ براي مثال در مورد بتن هاي ساختاري مورد استفاده در آب و هواي معتدل، اما در بسياري از موارد، اين افزايش در ريزي ذرات و مقدار C_3 A داراي نتايج فاجعه آميز است. اين مسئله وقتي مشهود است كه بتن با محيط هاي سخت دست و پنجه نرم مي كند.در حقيقت، وقتي سيمان هاي ريزتر و غني از
مورد استفاده قرار گيرد، اين ممكن است كه استحكام فشاري 28 روزه با نسبت آب/ سيمان بزرگتر، ايجاد شود. با توجه به نوشته ي Wischers، در سال 1960 در انگليس، يك بتن با استحكام فشاري 30 تا 35 مگاپاسكال با استفاده از 350 كيلوگرم سيمان بر هر متر مكعب بتن و يك نسبت آب/ بايندر 0.45 قابل حصول است. در سال 1985، بتن هاي ساختاري مشابه تنها با استفاده از 250 كيلوگرم سيمان بر متر مكعب و يك نسبت آب/ بايندر 0.60، قابل توليد مي باشد. براي طراح هايي كه محاسبات ساختاري انجام مي دهند، اين دو بتن هم ارز هستند. به هر حال، از نقطه نظر ساختاري، تخلخل و نفوذ پذيري اين بتن ها كاملاً متفاوت است. يك بتن با نسبت آب/ بايندر 0.60، سريع تر از بتن داراي نسبت آب/ بايندر 0.45 ، كربناته مي شود و دوام آنها نسبت در مقابل آب دريا، يخ زدگي و نمك هاي مخرب نيز خوب نيست.به محض اينكه يك بتن وارد محيط نامناسبي شود، فاكتور كليدي كه دوام آن را تعيين مي كند، نسبت آب/ بايندر آن است نه استحكام آن. البته اين مسئله بايد در نظر گرفته شود كه اين مقايسه در حالت ريزي برابر و مقدار فاز
يكسان قابل انجام مي باشد.بنابراين، سيمان هاي ديروز درشت تر بودند و مقدار فاز
در آنها نيز كمتر بوده است. استحكام اين بتن ها به طور پيوسته و بعد از 28 روز، افزايش مي يابد. اين در حالي است كه سيمان هاي مدرن ما تقريباً بعد از 28 روز از لحاظ استحكام به حد كمال خود مي رسند. براي طراحان و توليدكنندگان سيمان، اين سيمان ها هم ارزند اما براي صاحبان ساختمان ها كه نگران هزينه هاي نگهداري و عمر مفيد ساختمان هستند، بتن هاي قديمي قوي تر و مقاومت بيشتري دارند.استانداردها
سيمان پرتلند يك محصول معدني بسيار پيچيده است كه حداقل از 5 فاز معدني اصلي
، 
، 
، 
و كلسيم سولفات تشكيل شده است. سيمان از مواد اوليه اي توليد مي شوند كه داراي مقادير اندكي اكسيدهاي ديگر مانند سيليس، اكسيد كلسيم، آلومينا و 
هستند. وجود اين اكسيدها موجب تشكيل فازهاي فرعي در سيمان مي شود. اين فازهاي فرعي از يك نوع سيمان به نوع ديگر، متفاوت هستند. با در نظر گرفتن اين تفاوت ها در تركيب فازي و شيميايي سيمان، اين مسئله مشخص مي شود كه سيمان پرتلند نيازمندهاي مربوط به استانداردهاي مخلتف را ارضا مي كند به نحوي كه مي توان بتن هايي توليد كرد كه داراي خواص قابل پيش بيني مي باشند.آزمون ها انجام شده بر روي ملات ها يا خميرهاي خالص با نسبت آب/ بايندر 0.5 براي مدت هاي طولاني به عنوان راهي ايمن براي بررسي خواص سيمان مي باشد. علت اين مسئله اين است كه اكثر بتن هاي صنعتي داراي نسبت آب/ بايندر بزرگتر از 0.50 بودند اما امروزه اين مسئله ديگر صحت ندارد. در واقع تكنولوژي بتن نه تنها با بتن هاي با نسبت آب/ بايندر كم و شكل اگريگيت هاي مورد استفاده، مواجه هستند، بلكه با مسائل مربوط به سازگاري بتن و افزودني هاي مورد استفاده نيز روبرو هستند. اين مسئله بسيار بحث انگيز است و سوالات مهمي را مطرح مي كند: آيا استانداردهايي كه هم اكنون در صنعت سيمان مورد استفاده قرار مي گيرند، با دنياي واقعي بتن تطابق دارند؟ آيا ما خواص حقيقي را مورد ارزيابي قرار مي دهيم؟
جواب من به اين سوال در صورتي بله است كه هدف صنعت سيمان توسعه ي پايدار استفاده از محصولاتي باشد كه استحكام فشاري آنها برابر با 20 مگاپاسكال باشد. جواب من به اين سوال منفي است اگر هدف دراز مدت صنعت سيمان تبديل برخي از مواد بتني به محصولات هوشمندي باشد كه بتوانند با ساير مواد ساختماني رقابت كنند.
تركيب سيماني / سازگارپذيري
با توجه به نظر پيمانكاران و توليد كنندگان بتن، مسائل مربوط به سازگارپذيري ميان مواد كاهنده ي آب (مواد بر پايه ي ليگنوسولفات ها) و سيمان مدت ها قبل بوجود آمده است و اين مسائل امروزه در زمينه ي استفاده از پلاستيسايزرها، مطرح مي شود. به هر حال، همانگونه كه مي دانيد، مستندات علمي در مورد اين سازگارپذيري ها بسيار اندك مي باشد. اين به نظر مي رسد كه اين پديده ها به درستي بوسيله ي توليد كنندگان افزودني ها بتن و توليد كنندگان سيمان، مورد ارزيابي قرار نگرفته است. علاوه بر اين، هر موقع مشكلي در اين زمينه بوجود آيد، اين مشكل به صورت تجربي حل مي شود و كسي علاقه مند به آگاهي در مورد جزئيات اتفاق افتاده در طي بروز اين مشكل نيست. در موارد اندكي كه در مقالات در مورد اين مسائل، صحبت شده است، اين به نظر مي رسد كه عامل اصلي بروز اكثر اين مشكلات، وجود مقادير قابل توجه از انيدريت در كلسيم سولفات است. البته يك توليد كننده ي سيمان مي تواند با افزودن گچ يا مخلوطي از گچ و انيدريت، مقدار
موجود در سيمان را تنظيم كند، اما اين به نظر مي رسد كه وقتي مقدار انيدريت بسيار بالا باشد و علاوه بر آن، ليگنوسولفات نيز مورد استفاده قرار گيرد، سرعت انحلال يون هاي سولفات به طور شديدي كاهش مي يابد.تعداد مشكلات مربوط به عدم سازگارپذيري با استفاده از سوپرپلاستيسايزرهاي توليد شده از پلي سولفونات در بتن هاي با كارايي بالا (با نسبت آب/ بايندر يا آب/ سيمان پايين)، به طور قابل توجهي افزايش مي يابد. البته نسبت آب/ بايندر مورد استفاده در اين بتن هاي با كارايي بالا بسيار كمتر از نسبت متداول در استانداردهاست. به دليل اينكه در اين مورد، امكان حل مشكل با استفاده از پلاستيسايزر وجود ندارد، اين ضروري است كه مشكل به طور جزئي مورد مطالعه قرار گيرد. البته هم اكنون اين مشكل ديگر براي صنعت سيمان، مهم تلقي نمي شود. اين مسئله بيشتر براي صنعت افزودني هاي بتن مهم است زيرا بتن هاي با كارايي بالا (HPC) يك بازار مطمئن تلقي مي شود. در واقع براي توليد هر متر مكعب بتن با كارايي بالا، چندين ليتر پلاستيسايزر مورد نياز است. اين وضعيت كه عموماً يك وضعيت معمولي براي هر سيمان يا ماده ي سوپرپلاستيسايزري نيست، توجه شركت هاي توليد كنند ي مواد افزودني و برخي از محققين دانشگاهي را كه تلاش مي كنند اين مسئله را از نقطه نظر فني مورد بررسي قرار دهند، به خود اختصاص داده است.
وقتي سوپرپلاستيسايزرهاي پلي كربوكسيلاتي به عنوان جايگزيني براي سوپرپلاستيسايزرهاي پلي سولفوناتي مورد استفاده قرار گرفت، اين مشاهده شد كه اين سوپرپلاستيسايزرها داراي بازده بالايي هستند اما در واقع اين مواد نيز با برخي از سيمان ها ناسازگار بودند. به عنوان يك قانون كلي، اين را مي توان گفت كه يك تركيب سيماني- پلي سولفوناتي با سازگاري بيشتر با سوپرپلاستيسايزرهاي پلي كربوكسيلاتي ناسازگارترند و به طور عكس.
اگر چه ما هنوز تمام برهمكنش هاي پلاستيسايزرها با انواع سيمان ها و فازهاي سولفاتي موجود در سيمان پرتلند را به طور كامل نشناخته ايم، ما هم اكنون برخي راه حل هاي عملي براي حل اين مشكلات بدست آورده ايم. روش ابداع دو برابر (double introduction method) يكي از اين روش هاست. اين روش شامل افزودن پلاستيسايزر در دو غلظت مختلف است: اولين غلظت در شروع مخلوط كردن و دومين غلظت در انتهاي مخلوط كردن يا دقيقا قبل از جادهي بتن در مكان مورد نظر، مي باشد. ما مي توانيم همچنين مي توانيم به افزودن يك مقدار اندك از بازدارنده يا افزودن مقداري سديم سولفات با سوپرپلاستيسايزرهاي پلي سولفوناتي يا كلسيم كلريد با همراه پلي كربوكسيلات، اشاره كنيم. به هر حال، هنوز هم مشكلات تركيب شدن سيمان/ سوپرپلاستيسايزر وجود دارد كه هنوز حل نشده اند.
در حقيقت، اگر مقدار
بتن هاي ديروز و امروز تغيير نكرده باشد، اين مسئله براي مقدار موجود در كلينكر، حقيقت ندارد. تا چند سال پيش، مقدار موجود در كلينكر معمولاً در حد 0.5 % است اما امروزه اين مقدار در برخي موارد به 1.5 يا مقدار بيشتر (2.5 %) نيز مي رسد. وقتي مقدار ماكزيمم در استانداردها به 3.5 % برسد، شركت هاي سيمان در برخي موارد، مقدار كلسيم سولفاتي كه آنها مي توانند به كلينكر اضافه كنند را محدود مي كنند. اين مسئله مخصوصاً وقتي انجام مي شود كه آنها سولفات آهن را به منظور كمپلكس سازي كروم شش ظرفيتي، به سيمان مي افزايند.نتايج بدست آمده از كار Jiang و همكارانش در دانشگاه Sherbrooke نشان داده است كه از نقطه نظر رئولوژي، براي بسياري از سيمان هايي كه در آنها از مواد پلي سولفوناتي استفاده شده است، يك مقدار بهينه از مواد قليايي محلول وجود دارد. اين مقدار ايده آل از مواد قليايي انحلال پذير در برخي از سيمان هاي مدرن وجود ندارند زيرا براي خشنود كردن برخي از بخش هاي مصرف كننده ي سيمان، برخي از شركت هاي توليد كننده ي سيمان، سيمان هايي با مقدار مواد قليايي پايين مي فروشند.
مسئله ي ديگري كه مي تواند مشكل زا باشد، مقدار
در تشكيل به تأخير افتاده ي اترينجيت (DEF) است. يك تعداد از محققيني كه در زمينه ي واكنش مواد قليايي- اگريگيت كار مي كردند، ديگر علاقه مند به مطالعه در اين زمينه نيستند و به سمت بررسي فرايند DEF رفته اند. هم اكنون نيز در اين زمينه مقالات و كتاب ها زيادي نوشته شده است.استفاده از مطالب اين مقاله با ذكر منبع راسخون بلامانع مي باشد.
/ج
