جدول المحتويات
المواد الخام وعملية التصنيع
تتم عملية بورتلاند عن طريق خلط الكثير من مواد الحجر الجيري مع الكثير من المواد الطينية بعد أن تكون الأرض الأولى. أثناء الاحتراق، تحدث تفاعلات كيميائية وكربون مع المكونات، مما ينتج عنه ما يعرف بالكلنكر. ثم يتم طحن الخليط بكمية من جص باريس إلى الدرجة المطلوبة من النعومة.
مواد أولية
قبل خلط المكونات، من الضروري معرفة التحليل الكيميائي لجميع مكونات الطين والحجر الجيري وأي مواد إضافية مثل: الرمل وخام الحديد والجبس والرخام.
تحضير الخليط
للمعالجة المختلطة، يجب سحق المواد الخام في كسارات مثل مطاحن المطرقة أو السمحاق ثم نقلها إلى المطحنة التكرارية أو الأنبوبية من أجل تحقيق أقصى درجة من الطحن والدقة المطلوبة في العملية الجافة أو الرطبة.
الطريقة الجافة
تستخدم عملية الطحن الجاف للمواد، فهي أفضل طريقة لتوصيل المواد بالدقة المطلوبة كما أنها تعتبر الأكثر اقتصادا لأنها موفرة للطاقة.
طريقة رطبة
تستخدم هذه الطريقة عندما تحتوي المواد الخام على نسبة عالية من الرطوبة على عكس المواد الجافة، لذلك فهي تعتبر غير اقتصادية، حيث يتم إضافة كمية من الماء تصل إلى 40٪ للحصول على خليط متجانس وضخ المكونات باستخدام مضخات عجن.
يحرق
يُسكب المزيج الجاف أو الخليط في الفتحة العلوية للفرن. يبلغ ارتفاع الفرن من 30 إلى 150 مترًا وقطره من 5 إلى 15 مترًا. الفرن مركب على منحدر 2.5 بحيث يكون مائلاً قليلاً من الأسفل، وهذا الفرن مصنوع من الحديد. يتم تقليبها بحركة الفرن إلى قاع الفرن أو نهايته.
يعمل الفرن على الديزل أو الغاز الطبيعي، وتصل درجة الحرارة إلى أعلى مستوى ممكن ويدخل اللهب من خلال ثقب في قاع الفرن. تزداد درجة الحرارة في قاع الفرن وتنخفض تدريجيًا إلى أعلى، حيث تصل درجة الحرارة في قاع الفرن إلى حوالي 1450 درجة. يحدث الارتفاع بسبب ارتفاع درجة الحرارة، وتسمى هذه المرحلة بمرحلة التجفيف، وبعدها ترتفع كل من المادة العضوية وثاني أكسيد الكربون ويتصاعد بخار الماء من الحجر الجيري من المنطقة المركزية للفرن أو ما يسمى بمنطقة التكليس، وبعد ذلك تبدأ عملية تكسير الكبريتات ويرتفع ثاني أكسيد الكبريت.
تسمى المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة منطقة الكلنكر، حيث تصبح حوالي 30٪ من المكونات الصلبة للخليط سائلة، مع حدوث بعض التفاعلات الكيميائية التي تخلق مواد جديدة وتختفي المكونات الأساسية. صغير أو رمادي اللون.
أثبتت التجارب والأبحاث أن الكلنكر يتكون من أربعة معادن أساسية، وهي كالتالي:
- سيليكات ثلاثي الكالسيوم (Alit) C3S.
- ديكالسيوم سيليكات بيتا (باليه) C2S β-
- ثلاثي الكالسيوم ألومينات C3A.
- ألومينوفيرو الكالسيوم (لائحة) C4AF.
C3S و C2S β-matin عبارة عن معادن تتشكل عن طريق التماسك، في حين أن C3A و C4AF هما المسؤولان عنهما.
تبريد الكلنكر
فور ظهور الكلنكر، يتعرض للتبريد المفاجئ بالماء أو الهواء، حيث يتم الجمع بين خصائص الأسمنت الجيد اعتمادًا على سرعة التبريد.
- ثلاثي كالسيوم-سيليكات (آليتي) C3S: في حالة الشك، يمكن مقارنة هذا النوع بالأسمنت البورتلاندي العادي، حيث أنه يعطي قوة وصلابة بعد أسبوع واحد فقط من الخلط مع الماء وتبلغ النسبة في الأسمنت البورتلاندي العادي ما بين 35 و 50٪.
- سيليكات ثنائي الكالسيوم بيتا (بيليت) C2S β-: يبدأ هذا المعدن في التصلب بعد بضعة أيام، ويصبح في البداية أضعف، ويصبح أقوى ثم يتصلب.
- ثلاثي الكالسيوم ألومينات C3A: يتميز هذا النوع من المعادن بدرجة عالية من الاستقرار عند درجات حرارة عالية، ويتراوح محتوى الأسمنت من هذا النوع بين 15.7٪، لذلك من المهم التأكد من أن محتوى الأسمنت لا يتجاوز 3.5٪.
- ألومينوفير الكالسيوم الرباعي (الصخري) C4AF: هذا النوع له نسبة اشتباه عالية، لكنه لا يتجاوز معدن C3A، ومحتواه الأسمنتي ما بين 5 و 10، وهذا النوع هو الأكثر مقاومة للكبريت.
أنواع الأسمنت
- الاسمنت البورتلاندي العادي: يستخدم هذا النوع لاغراض عديدة وخاصة الخرسانة.
- الأسمنت المقاوم للكبريتات: يستخدم هذا النوع في المناطق التي تحتوي على نسب عالية من أملاح الكبريتات.
- الأسمنت الأبيض: يتميز هذا النوع بسرعته الضبطية، حيث أن تركيبته الكيميائية تشبه الأسمنت البورتلاندي العادي، لذلك فهو يعتبر مثل الكلنكر، ولكنه يتميز بمستوى عالٍ من النعومة ويستخدم للأغراض التي تتطلب سرعة ضبط عالية، خاصة في المناخات الباردة وحتى تحت الماء.
- الأسمنت ذو درجة الحرارة المنخفضة: يتكون هذا النوع من نسبة كبيرة من القضبان التي لن تتشقق في المباني، لذا فهو أفضل للمباني الكبيرة والشاهقة مثل الجسور والسدود حيث لا تتطلب درجة حرارة عالية. .
- تمدد الأسمنت: يتكون هذا النوع من الأسمنت البورتلاندي الشائع المصنوع في البلاد من عامل نفخ وعامل استقرار. يستخدم هذا النوع للأغراض التي تتطلب التحجيم حيث يتوسع هذا النوع بعد أسبوع من الخلط.
- الأسمنت القلوي المنخفض: يحتوي الركام على بعض المكونات النشطة التي تتفاعل مع القلويات لتكوين سيليكات الصوديوم أو البوتاسيوم، مثل الأوبالين أو الشرت. كل هذه المكونات موجودة في الحصى. لذلك، يجب أن يصنع الأسمنت بطريقة لا تحتوي على أكاسيد الصوديوم أو البوتاسيوم حتى لا تتفاعل مع الركام النشط.
- إسمنت الآبار: يستخدم هذا النوع في تبطين آبار النفط ومكونات الصخور بنفاذية عالية، لذا فهو يستخدم تحت درجات حرارة عالية وضغط عالي. لذلك، يجب أن يحتوي هذا النوع على كمية كبيرة من القضبان حتى تصبح أكثر خشونة من الأسمنت العادي.
- أسمنت عالي الأمونيا: يتكون هذا النوع من خليط من الحجر الجيري والبوكسيت بعد حرقه بالبوتقات. ينقسم الأسمنت المقاوم للصهر إلى ثلاثة أنواع، يحتوي كل منها على نسبة مختلفة من أكسيد الألومنيوم.
- الأسمنت المختلط: يتم تصنيع هذا النوع من الأسمنت عن طريق حرق الأسمنت البورتلاندي الذي يحتوي على مجموعة من المخلفات الصناعية مثل خبث الحديد والسيليكا المدخنة وقشور الأرز والصوفيا الطبيعية أو المصنعة. ومن أهم الأمثلة على هذا النوع:
الأسمنت الحديدي: يتكون هذا النوع من طحن كمية من خبث الحديد الذي تم تبريده فجأة بالكلنكر والجبس، ويتراوح محتوى الخبث في هذا النوع إلى حوالي 45٪ بالوزن الأسمنت. إنه أكثر متانة من الأسمنت البورتلاندي العادي ويتميز بقدرته على مقاومة الكبريت أيضًا.
الأسمنت الجيري أو الرمل (الكرنك): يستخدم هذا النوع من الأسمنت لأغراض عديدة ويتكون من مجموعة من المكونات المختلفة مثل التكلفة.