سیمان، به عنوان یک چسب، یکی از پرکاربرد ترین مصالح ساختمانی است. در این مقاله قصد داریم به خواص فیزیکی سیمان و روش های آزمایش خواص سیمان بپردازیم.

خواص فیزیکی سیمان

کیفیت سیمان مورد استفاده در ساخت و ساز با خواص فیزیکی آن مشخص می شود. خواص فیزیکی سیمان بر‌اساس پارامترهای  زیر تعریف می‌شوند:

  • نرمی سیمان
  • سلامت
  • تغییر شکل پذیری، روانی
  • استحکام – قدرت
  • زمان گیرش
  • گرمای هیدراتاسیون
  • افت حرارتی
  • چگالی حجمی
  • وزن مخصوص (چگالی نسبی)

هرکدام از این خصوصیات فیزیکی و نام آزمایش مرتبط با هر ویژگی در ادامه توضیخ داده خواهد شد.

نرمی سیمان

اندازه ذرات سیمان معرف نرمی یا ریزی آن است. نرمی مورد نیاز سیمان خوب از طریق آسیاب کردن کلینکر در آخرین مرحله فرآیند تولید سیمان حاصل می شود. از آنجایی که میزان هیدراتاسیون سیمان رابطه مستقیمی با اندازه ذرات سیمان دارد، نرمی سیمان بسیار مهم است.

سالم بودن سیمان

سلامت سیمان به ثبات حجم خمیر سیمان در هنگام سخت شدن گفته می‌شود. سیمان مرغوب پس از گیرش بدون انبساط ثانویه (که ناشی از آهک و منیزیم آزاد پخت نشده است) تغییر حجم نمی دهد. عدم سلامت سیمان ممکن است پس از چندین سال ظاهر شود، به همین خاطر آزمایش برای اطمینان از سلامت سیمان از اهمیت برخوردار است.

تست ها:

    تست لوشاتلیه

این روش که با استفاده از دستگاه لوشاتلیه انجام می شود، انبساط سیمان در اثر وجود آهک را آزمایش می کند. خمیر سیمان بین لام های شیشه ای گرفته شده و به مدت 24 ساعت در آب با دمای 1+20 درجه سانتی گراد غوطه ور می شود. برای اندازه گیری فاصله بین نشانگرها بیرون آورده می شود و سپس در زیر آب برگردانده می شود و در 25-30 دقیقه به جوش می آید و به مدت یک ساعت می جوشانند. پس از خنک شدن دستگاه، فاصله بین نقاط نشانگر دوباره اندازه گیری می شود. اختلاف دو بار اندازه گیری معرف انبساط سیمان است. در سیمان مرغوب، فاصله نباید از 10 میلی متر تجاوز کند.

    تست اتوکلاو

خمیر سیمان (با قوام معمولی) در اتوکلاو (دستگاه تهیه بخار با فشار زیاد و مجهز به حرارت‌سنج) قرار می گیرد و به آرامی فشار آن به 2.03 مگاپاسکال می رسد و سپس به مدت 3 ساعت در آنجا نگهداری می شود. تغییر طول نمونه (پس از رساندن تدریجی اتوکلاو به دمای اتاق و فشار) اندازه گیری و بر حسب درصد بیان می شود. حداکثر 80/0 درصد انبساط اتوکلاو برای سیمان مورد قبول است.

تغییر شکل پذیری سیمان

تغییر شکل پذیری سیمان، قابلیت روان شدن خمیر سیمان یا همان روانی است که  با تست Vicat اندازه گیری می شود. در تست ویکات خمیر سیمان با روانی معمولی در دستگاه ویکات قرار داده می شود. سوزن دستگاه پایین آورده می شود تا سطح بالایی سیمان را لمس کند. سوزن بسته به روانی تا عمق خاصی در سیمان نفوذ می کند. هنگامی که سوزن 1±10 میلی متر نفوذ می کند، سیمان روانی طبیعی دارد.

مقاومت سیمان

برای سیمان سه نوع مقاومت اندازه گیری می شود: مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مقاومت خمشی. عوامل مختلفی مانند نسبت آب به سیمان، نسبت سیمان به ریزدانه، شرایط پخت، اندازه و شکل نمونه، نحوه قالب‌گیری و اختلاط، شرایط بارگذاری و سن بر روی مقاومت تأثیر می‌گذارند. هنگام تست مقاومت، موارد زیر باید در نظر گرفته شود:

  • آزمایش مقاومت روی خمیر سیمان انجام نمی‌شود بلکه روی ملات سیمان انجام می شود.
  • مقاومت ملات سیمان و مقاومت بتن سیمانی ارتباطی با هم ندارند. مقاومت سیمان صرفاً یک معیار کنترل کیفیت است.
  • سیمان به مرور زمان استحکام پیدا می کند، بنابراین باید زمان انجام آزمایش ذکر شود.

مقاومت فشاری

مقاومت فشاری میزان بار وارده بر روی نمونه در لحظه شکست است. یک نمونه آزمایشی (استوانه‌ای به قطرcm  15 و ارتفاعcm   30 یا مکعبی به ابعاد cm 20) گرفته می شود و تا زمان شکست تحت یک بار فشاری زیر جک قرار می گیرد.

مقاومت کششی

اگرچه این آزمایش در سالهای اولیه تولید سیمان رایج بود، اما اکنون اطلاعات مفیدی در مورد خواص سیمان ارائه نمی دهد.

مقاومت خمشی

مقاومت خمشی ملات سیمان معیاری از استحکام کششی در خمش است. آزمایش در یک تیر ملات سیمانی به ابعاد 40×40×160 میلی‌متر انجام می‌شود که در نقطه مرکزی آن بارگذاری می‌شود و تا زمان شکست ادامه پیدا میکند.

زمان گیرش سیمان

سیمان با اضافه کردن آب خودش را میگیرد و سفت می شود. این زمان گیرش می تواند بسته به عوامل متعددی مانند نرمی سیمان، نسبت سیمان به آب، ترکیبات شیمیایی و مواد افزودنی متفاوت باشد. زمان گیرش اولیه سیمان مورد استفاده در ساخت و ساز نباید خیلی کم باشد همچنین زمان گیرش نهایی نیز نباید خیلی زیاد باشد. بنابراین، دو زمان گیرش اندازه گیری می شود:

  • گیرش اولیه: هنگامی که خمیر شروع به سفت شدن محسوس می کند (معمولاً در عرض 30-45 دقیقه رخ می دهد)
  • گیرش نهایی: وقتی سیمان سخت می شود، می تواند مقداری بار را تحمل کند (زیر 10 ساعت رخ می دهد)

گرمای هیدراتاسیون

هنگامی که آب به سیمان اضافه می شود، واکنشی که انجام می شود هیدراتاسیون نامیده می شود. هیدراتاسیون باعث تولید گرما می شود که می تواند بر کیفیت سیمان تأثیر بگذارد زمانی که تولید گرما به خصوص در سازه های بزرگ زیاد باشد، ممکن است باعث ایجاد تنش‌های نامطلوب شود. از طرف دیگر این گرما میتواند در حفظ دمای عمل آوری در هوای سرد مفید باشد. گرمای هیدراتاسیون بیشتر تحت تأثیر تری کلسیم آلومینات و تری کلسیم سیلیکات موجود در سیمان و همچنین نسبت آب به سیمان، نرمی و دمای عمل آوری قرار می گیرد. گرمای هیدراتاسیون سیمان پرتلند با تعیین تفاوت بین سیمان خشک و نیمه هیدراته (که با مقایسه آنها در روزهای هفتم و بیست و هشتم بدست می آید) محاسبه می شود.

افت حرارتی

حرارت دادن نمونه سیمان در دمای 900 تا 1000 درجه سانتیگراد (یعنی تا زمانی که وزن ثابتی بدست آید) باعث کاهش وزن می شود. این کاهش وزن هنگام گرم شدن به عنوان افت حرارت محاسبه می شود. نگهداری یا حین حمل و نقل نامناسب و طولانی مدت ممکن است منجر به پیش هیدراتاسیون و کربناته شدن شود که هر دو ممکن است با افزایش افت حرارت نشان داده شوند.

چگالی ظاهری

هنگامی که سیمان با آب مخلوط می شود، آب جایگزین حفرات خالی هوا می شود. به همین دلیل، چگالی ظاهری سیمان خیلی مهم نیست. سیمان بسته به درصد ترکیب سیمان دارای محدوده چگالی متفاوتی است. چگالی سیمان ممکن است از 1 تا 1.25 گرم بر سانتی‌متر مکعب باشد.

وزن مخصوص (چگالی نسبی)

وزن مخصوص معمولاً در طرح اختلاط استفاده می شود. سیمان پرتلند دارای وزن مخصوص 3.15 گرم بر سانتی‌متر مکعب است، اما سایر انواع سیمان (به عنوان مثال، سیمان پرتلند سرباره‌ای و سیمان پرتلند پوزولانی) ممکن است وزن مخصوصی در حدود 2.90 گرم بر سانتی‌متر مکعب داشته باشند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.