مصرف کربنات کلسیم در سیمان

سیمان

کربنات کلسیم در سیمان مصرف های مختلفی دارد .سیمان یک اتصال دهنده است، ماده ای است که برای ساخت و ساز استفاده می شود و به مواد دیگر چسبیده، سخت می شود تا آنها را به هم متصل کند. سیمان به ندرت به تنهایی استفاده می شود، بلکه بیشتر برای اتصال ماسه و ماسه سنگ (سنگدانه) به یکدیگر است. سیمان از اجزای مختلفی مثل پودرکربنات کلسیم تشکیل شده است. سیمان مخلوط با سنگدانه های ریز، یا با شن و ماسه، بتن تولید می کند. بتن یکی از پرمصرف ترین مواد موجود است و تنها آب به عنوان بیشترین ماده مصرفی سیاره زمین جلوتر از آن قرار دارد.

سیمان های مورد استفاده در ساخت و ساز معمولاً غیر آلی، اغلب آهکی یا بخش اعظم آنها از اشکال کربنات کلسیم یا سیلیکات کلسیم هستند که به ترتیب غیر هیدرولیک یا هیدرولیکی هستند، بسته به مقدار واکنش و جذب آب توسط مواد تشکیل دهنده سیمان می توان از گچ یا کربنات کلسیم یا آهک هیدرولیکی و غیر هیدرولیکی استفاده کرد.سیمان غیر هیدرولیک در شرایط مرطوب یا زیر آب تولید نمی شود. در عوض، با خشک شدن و واکنش با دی اکسید کربن موجود در هوا تنظیم و تولید می شود. و البته در مقابل حمله مواد شیمیایی مقاوم است.

کربنات کلسیم در سیمان های هیدرولیک (به عنوان مثال سیمان پرتلند) به دلیل واکنش شیمیایی بین مواد خشک و آب، چسبنده و چسبناک می شوند. واکنش شیمیایی باعث هیدراتهای معدنی می شود که محلول در آب نیستند و به همین دلیل در آب کاملاً بادوام بوده و از حمله شیمیایی در امان نیستند. این امر امکان تنظیم در شرایط مرطوب یا زیر آب را فراهم می کند و ماده سخت شده را از حمله شیمیایی محافظت می کند. فرایند شیمیایی سیمان هیدرولیک توسط رومیان باستان که از خاکستر آتشفشانی (پوزولانا) با کربنات کلسیم اضافه شده (اکسید کلسیم) استفاده می کردند، یافت شد.

کلمه “سیمان” را می توان تا اصطلاح رومی opus caementicium ردیابی کرد، که برای توصیف سنگ تراشی شبیه بتن های مدرن است که از سنگ خرد شده با آهک سوخته به عنوان اتصال دهنده ساخته شده است. مکمل های آجری خاکستر و پودر شده آتشفشانی که برای بدست آوردن چسب هیدرولیکی به آهک سوخته اضافه شده اند، بعداً به عنوان سمنوم، سمنت و سیمان گفته می شود. در عصر جدید، بعضی اوقات از پلیمرهای آلی به عنوان سیمان در بتن استفاده می شود.

ترکیب شیمیایی سیمان

مواد سیمانی را با توجه به تنظیمات مربوطه و مکانیزم های سخت کاری آنها می توان به دو دسته مجزا طبقه بندی کرد: سیمان های غیر هیدرولیک و سیمان های هیدرولیکی. تنظیم و سخت شدن سیمان های هیدرولیک واکنش های هیدراتاسیون را شامل می شود و به همین دلیل به آب احتیاج دارد، در حالی که سیمان های غیر هیدرولیکی فقط با یک گاز واکنش نشان می دهند و می توانند مستقیماً در زیر هوا قرار گیرند.

سیمان غیر هیدرولیک

اکسید کلسیم حاصل از تجزیه حرارتی کربنات کلسیم در سیمان در دمای بالا (بالاتر از ۸۲۵ درجه سانتیگراد) است.سیمان غیر هیدرولیک، مانند آهک خرد شده (اکسید کلسیم مخلوط با آب)، در اثر تماس با دی اکسید کربن که در هوا وجود دارد، طی فرآیند کربن شدن سخت می شود. اکسید کلسیم اول (آهک) از کربنات کلسیم (سنگ آهک یا گچ) با کلسیم در دمای بالاتر از ۸۲۵ درجه سانتیگراد (۱٫۵۱۷ درجه فارنهایت) برای حدود ۱۰ ساعت در فشار اتمسفر تولید می شود:

    CaCO3 → CaO + CO2

سپس از مخلوط کردن اکسید کلسیم (مخلوط شده) با آب برای تهیه آهک خرد شده (کلسیم هیدروکسید) صرف می شود:

    CaO + H2O → Ca (OH) 2

هنگامی که آب اضافی کاملاً تبخیر شد (این فرآیند از نظر فنی به عنوان تنظیم نامیده می شود)، و بعد از آن کربن سازی شروع می شود:

    Ca (OH) 2 + CO2 → CaCO3 + H2O

این واکنش کند است، زیرا فشار جزئی دی اکسید کربن در هوا کم است (۰٫۴ میلی لیتر پوند). واکنش کربناتیو مستلزم آن است که سیمان خشک در معرض هوا قرار گیرد، بنابراین آهک خرد شده سیمانی غیر هیدرولیکی است و در زیر آب قابل استفاده نیست. به این فرآیند چرخه آهک گفته می شود.سیلیکاتها وظیفه خواص مکانیکی سیمان را دارند. حضور آلومینات تری کلسیم برای تشکیل فاز مایع در طی فرآیند پخت کلینکر در دمای بالای کوره ضروری است. شیمی این واکنش ها کاملاً مشخص نیست و هنوز هم موضوع تحقیق است.

بنابر آنچه گفته شد، مصرف سیمان روز به روز در حال گسترش است و کربنات کلسیم به عنوان ماده اصلی ترکیبات سیمان نقشی ویژه در فرآیند تولید سیمان دارد. استفاده ازکربنات کلسیم در سیمان با درصد خلوص بالا در فرآیند تولید سیمان بر بهبود ساختار شیمیایی و خواص مفید سیمان بسیار موثر است.