هیدراتاسیون سیمان
در ترکیب آب با سیمان، سیلیکات ها و آلومینات های سیمان هیدراته شده و به تدریج سخت می شوند. سیلیکات های سیمان (سه کلسیم سیلیکات C3S و دو کلسیم سیلیکات C2S) اصلی ترین فعل و انفعال را با آب ایجاد می کنند. لیکن C3S معمولاً با سرعت بیشتری ترکیب می شود. در سیمان های تجارتی سیلیکات های کلسیم نسبت به سایر اکسیدهای موجود در کلینکر ناخالصی بسیار کمی دارند. این ناخالصی ها در خواص سیلیکات های هیدراته شده تأثیر بسزایی دارند. C3S ناخالص الایت (alite) و C2S ناخالص بلایت (belite) نام دارند. فعل و انفعال C3S و آب، هیدرات میکروکریستالی C3S2H3 و همچنین هیدروکسید کلسیم کریستالی Ca(OH)2 تولید می کند. C2S نیز ترکیباتی مشابه تولید می کند، لیکن میزان آهک تولید شده آن کمتر است. امروزه به سیلیکات های کلسیم هیدراته شده C-S-H گفته می شود (قبلاً به نام ژل توبرموریتی بوده است). فعل و انفعالات به صورت زیر خلاصه می گردد.
اعداد داخل کروشه نماینده وزن ترکیبات فوق بوده و بر این اساس، مشاهده می شود که سیلیکات ها هر دو تقریباً به یک میزان آب برای فعل و انفعال احتیاج دارند. لیکن C3S تقریباً بیش از 2 برابر C2S تولید Ca(OH)2 می کند. مقدار سه کلسیم آلومینات C3A در اکثر سیمان ها بسیار کم بوده و بعد از فعل و انفعال به صورت بلورهای مکعبی درآمده و توسط سیلیکات های کلسیم هیدراته شده محاصره می گردد. فعل و انفعال C3A خالص با آب، گیرش بسیار سریع داشته و این امر با اضافه کردن گچ کنترل می گردد. به هر حال گیرش C3A سریعتر از گیرش سیلیکات های کلسیم بوده و به صورت فرمول زیر بیان می گردد.
مقدار وزن داخل پرانتز نشان می دهد که C3A در مقایسه با سیلیکات ها به آب بیشتری برای فعل و انفعال نیاز دارد. فعل و انفعالات و هیدراتاسیون سیمان و آب و مواد تشکیل دهنده در شکل1 خلاصه می گردد.
حرارت هیدراتاسیون و مقاومت
هیدراتاسیون سیمان همانند بسیاری از فعل و انفعالات شیمیایی حرارت زا بوده و حرارت هیدراتاسیون به مقدار حرارت تولید شده (به ژول یا کالری) در اثر هیدراتاسیون کامل هر گرم سیمان اتلاق می شود. روش های تعیین حرارت هیدراتاسیون در درجه حرارت معین، در قسمت سوم استاندارد BS 4550 و استاندارد ASTM C186-82 به وضوح بیان گردیده است. درجه حرارتی که در آن فعل و انفعال صورت می پذیرد، اثر بسزایی در حرارت تولید شده داشته و در عمل مهم تر از کل حرارت هیدراتاسیون می باشد. برای سیمان های پرتلند حدود نیمی از کل حرارت در مدت بین 1 تا 3 روز، 75 درصد آن در 7 روز و 90 درصد آن در مدت 6 ماه آزاد می شود. میزان حرارت ایجاد شده بستگی به ترکیبات سیمان داشته و در واقع کل حرارت، مجموع حرارت متصاعد شده از هر یک از ترکیبات می باشد. حرارت هیدراتاسیون این ترکیبات در جدول1 آورده شده است.
با تقلیل درصد ترکیبات C3A و C3S ، حرارت هیدراتاسیون و میزان آزاد شدن آن نیز تقلیل می یابد. ریزی سیمان در سرعت حرارت آزاد شده تأثیر داشته، لیکن در کل حرارت ایجاد شده تأثیری ندارد. کل حرارت ایجاد شده در بتن، با میزان سیمان در آن کنترل می گردد. بایستی متذکر گردید که بین حرارت هیدراتاسیون و فرآیند سیمانی شدن هر ترکیب، ارتباط مشخصی وجود ندارد. همانطور که بیان گردید، ترکیب C3S و C2S نقش اصلی در افزایش مقاومت سیمان را داشته، و C3S در مقاومت تا 4 هفته اول و C2S در مقاومت بعد از آن تأثیر می گذارد. بعد از یک سال، دو ترکیب به یک میزان روی مقاومت سیمان هیدراته شده تأثیر می گذارند. شکل2 میزان افزایش مقاومت ترکیبات خالص سیمان با زمان را نشان می دهد. به هر حال بر خلاف پیش بینی که می توان برای حرارت تولید شده از ترکیبات مختلف سیمان داشت، امکان پیش بینی مقاومت سیمان هیدراته شده از روی ترکیبات آن وجود ندارد.
برگرفته از کتاب تکنولوژی بتن، تألیف پروفسور نویل، ترجمه دکتر علی اکبر رمضانیانپور
منبع: تکنوبتار www.technobetar.ir
