سيراميكا
04-15-2011, 08:18 AM
عام 1824م حصل البريطاني جوزيف اسبن عامل البناء البسيط على براءة اختراع الاسمنت الذي اكتشف طريقه صنعه بمطبخ منزله. قام المخترع المذكور بتسخين خليط من الحجارة الجيرية والطين (Clay) بفرن منزله قبل ان يقوم بطحن ذلك الخليط وتحويله الى بودرة خالقا اسمنت هيدروليكي يتصلد فور اضافة الماء اليه. قام المخترع البريطاني بتسمية أختراعه بالاسمنت البورتلاندي تيمنا بأسم المنطقة التي جلب منها الاحجار التي قام بطحنها وصنع الاسمنت منها وهى جزيرة بورتلاند على السواحل البريطانية. بهذا الاختراع قاد اسبن قاعدة ما يمكن ان يسمى اليوم بصناعة الاسمنت البورتلاندي.
مراحل التصنيع
الاسمنت البورتلاندي المكون الاساسي لتصنيع الخرسانة هو عبارة عن اسمنت سيليكات الكالسيوم مصنوع من مجموعة من الكاليسوم والسيليكون والالمونيوم والحديد. لانتاج أسمنت يحتوي على مواصفات كميائية وفيزائية محددة وخاصة يحتاج الى عناية وتحكم خلال عملية التصنيع.
الخطوة الاولى في عملية تصنيع الاسمنت هو الحصول على المواد الخام للتصنيع ، بشكل عام المواد الخام تتكون من احجار جيرية ( صدفية او طباشيرية ) (Shells or chalks) وطين الصلصال او الرمل أو خام الحديد ويمكنم ان يتم استخراج هذه المواد الخام من مناطق تكون قريبة من المصنع عادة. يتم تقليص المواد الخام بعمليات سحق اولية ثم بعملية اخرى ثانوية للوصول الى الحجم المناسب للحبيبات المراد استخدامها في عملية التصنيع.
في البداية يتم تفتيت الصخور الى خمسة انشات (125 مم) بعدها يتم سحقها لتتفتت الى (3/4 انش) (19 مم).
بمجرد وصول المواد الخام الى المصنع يتم تقسيمها وتوزيعها حسب الخصائص الكميائية التي يراد تصنيع الاسمنت بها وحسبما تناسبت المواد الخام مع بعضها لصنع الاسمنت ذو الخصائص المطلوبة.
هناك طريقتين لتصنيع الاسمنت الطريقة الجافة والطريقة المبتلة وشرح العمليتان كالتالي :
يتم اخراج هذه الكرات من اسفل الفرن وهى حمراء متوهجة الحرارة ليتم تحويلها الى انواع مختلفة من طرق التبريد لتخفيض درجة حرارة هذه الكور الى درجة يمكن التعامل معها. الكرنكر البارد يتم اضافة الجبس اليه ويطحن الى مسحوق ناعم تتلائم نعومته مع المشخل رقم (200) أو مقاس (75 ميكرو). هذا المسحوق الرمادي اللون هو الاسمنت البورتلاندي.
أنواع الاسمنت البورتلاندي
عدة انواع من الاسمنت البورتلاندي يتم تصنيعها لتلائم انواع مختلفة من المتطلبات سواء كانت متطلبات فيزيائية او كميائية.
الجمعية الامريكية للاختبارات والمواد (ASTM) قررت وجود 8 انواع من الاسمنت البورتلاندي وهى :
2- النوع (IA) هو قريب الشبه من النوع الاول بالاضافة الى حمله لخاصية حفظ الهواء بداخل الخلطة الخرسانية.
4- النوع (IIA) وهو شبيه بالنوع الثاني وينتج منه الخرسانة الحافظة لفقاعات الهواء بداخلها.
الاسمنت البورتلاندي الابيض
بالاضافة الى الانواع الثمانية التي تم ذكرها يوجد عدد من الاسمنت الخاص الذي يتم انتاجه وتصنيعه من بين هذه الانواع الخاص يوجد الاسمنت البورتلاندي الابيض وهو مماثل للاسمنت الرمادي فقط اللون هو الفرق ويتم تصنيعه بان يتم اختيار المواد الخام ( في مرحلة التقسيم) التي لا تحتوي او بها نسبة ضئيلة جدا من اكاسيد الحديد والمغنيسيوم وهما المادتين اللتين يعطيان اللون الرمادي للاسمنت ويمكن ان يستخدم كما يستخدم الاسمنت البورتلادي تمام في خلطات الخرسانة ولصنع المورتر وكل شيء يمكن تصنيعه بالاسمنت الرمادية يمكن صنعه بالاسمنت الابيض الا ان متطلبات الانتاج من حيث اختيار المواد الخالية من اكاسيد الحديد والمعنسيوم والاختبارات ووفرة هذه المواد المحتوية على الاكاسيد بشكل اكبر اتفقت على استخدام الاسمنت الرمادي بشكل عام والاسمنت الابيض بشكل خاص للمشاريع التي يحتاج شكلها وديكورها الى اللون الابيض في الخرسانة او في التشطيبات.
الاسمنت المخلوط
يتم انتاج هذا النوع من الاسمنت بخلط الاسمنت بنوع او اثنين من المواد الاسمنتية مثل ( الرماد المتطاير أو غبار السيليكا أو خبث الافران) مما يكسب الاسمنت صفة اضافية لا يمكن ان تكون به لولا هذه الاضافات والمخاليط مثل امكانية صنع خرسانة اقل مسامية واكثر متانة واقل انتاج للحرارة واكثر قوة عند التصلد. يتم انتاج هذا النوع من الاسمنت بنفس طرق انتاج الانواع الاخرى من الاسمنت. يجب ان تضاف هذه المواد الاسمنتية بنسب معينة الى حجم او كتلة الاسمنت الاساسية لتعطي النتائج المطلوبة وقد اسهب الكود الامريكي في شرح طرق استخدام هذه المواد الاسمنتية وطرق انتاجها وكميات الاضافات الا انها قليلة الاستخدام في البلدان العربية لقلة المصانع التي تنتجها ولارتفاع سعرها سواء بالاستيراد او التصنيع لقلة الطلب عليها لعدم الاهتمام بفوائدها من ناحية ولصغر المنشأت الخرسانية العربية مقارنة بمثيلاتها الامريكية في الحجم والقوة والمواصفات .... الخ. 1- الطريقة الجافة : يتم اختيار المواد الخام الجافة وتطحن حتى تتحول الى بودرة ناعمة ثم تخلط جميع انواع البودرة الناتجة من مختلف المواد الخام وتودع بداخل فرن لتسخن وهى في حالة جافة تماما بدون اضافة اي سوائل. 2- الطريقة المبتلة : يتم مزج المواد الخام المنتقاة لتناسب بعضها بالماء بشكل صحيح لخلق نوع من المزيج يسمى (Slurry) ثم سحق يطحن المزيج ويخلط وهو في حالة المزيج المذكور بعدها يوضع المزيج في فرن اسطواني مائل ويدور حول نفسه. يجب ان يتم اضافة المزيج بمعدل يتم التحكم به من خلال ميلان الفرن وسرعة حركة دورانه. وقود الحرق لهذه الافران يتكون من الفحم المطحون او من الغاز الطبيعي ويكون مصدر الحرارة في قاع الفرن لتصل درجة حرارة المواد الخام بداخل الفرن الى حوالي (1430-1650) درجة مئوية. عند درجة حرارة (1480 درجة مئوية) سلسلة من التفاعلات الكميائية تحدث للمواد الخام لتنصهر هذه المواد وتشكل كرات الاسمنت القاسية رمادية اللون التي تسمى (Clinker). 1- النوع (I) وهو الطبيعي ويستخدم للاحتياجات الاسمنتية العادية في المشاريع الانشائية مثل المباني والجسور والارضيات والطرق وأنواع الخرسانة المنتجة (OPC). 3- النوع (II) ينتج اقل كمية من الحرارة (الامهه) في اقل معدل للتصلد وله قدرة متوسطة على مقاومة هجوم الكبريتات (SRC). 5- النوع (III) هو الاسمنت سريع التصلد وهو يسبب تصلد الخرسانة السريع واكتسابها لقوة بوقت قصير. هذا النوع شبيه من الناحية الكميائية والفيزيائية للنوع الاول الا ان الفرق ان حبيباته اقل صغر واكثر دقة. 6- النوع (IIIA) وهو اسمنت يجمع بين صفتين وهما حافظ لفقاعات الهواء ومكتسب سريع لقوة مبكرة للخرسانة. 7- النوع (IV) وهو منتج للقليل جدا من الحرارة اثناء عملية الامهه ويكسب الخرسانة قوة بمعدلات بطيئة نتيجة حرارة الامهه القليلة التي ينتجها مما يعني ان التفاعل بداخله يتم بصورة بطيئة للغاية وتحتاج الى وقت طويل ولربما يصل الى 80% من القوة المطلوبة منه بعد خمس سنوات من الصب وهو أسمنت نموذجي للاستخدام في السدود وفي المنشأت التي يتطلب انشائها كميات كبيرة من الخرسانة التي قد تسبب حارة الامهه فيها الى تشققات تؤثر على كفاءة المنشأة وطريقة عملها وفائدتها كالسدود مثلا. 8- النوع (V) وهو يستخدم فقط في الخرسانة التي ستتعرض لهجوم قاسي من تقاعلات الكبريتات وبشكل خاص يقصد بها قواعد المباني التي تتعرض مباشرة للتربة والمياه الجوفية التي تحوي نسبة عالية من الكبريتات.
مراحل التصنيع
الاسمنت البورتلاندي المكون الاساسي لتصنيع الخرسانة هو عبارة عن اسمنت سيليكات الكالسيوم مصنوع من مجموعة من الكاليسوم والسيليكون والالمونيوم والحديد. لانتاج أسمنت يحتوي على مواصفات كميائية وفيزائية محددة وخاصة يحتاج الى عناية وتحكم خلال عملية التصنيع.
الخطوة الاولى في عملية تصنيع الاسمنت هو الحصول على المواد الخام للتصنيع ، بشكل عام المواد الخام تتكون من احجار جيرية ( صدفية او طباشيرية ) (Shells or chalks) وطين الصلصال او الرمل أو خام الحديد ويمكنم ان يتم استخراج هذه المواد الخام من مناطق تكون قريبة من المصنع عادة. يتم تقليص المواد الخام بعمليات سحق اولية ثم بعملية اخرى ثانوية للوصول الى الحجم المناسب للحبيبات المراد استخدامها في عملية التصنيع.
في البداية يتم تفتيت الصخور الى خمسة انشات (125 مم) بعدها يتم سحقها لتتفتت الى (3/4 انش) (19 مم).
بمجرد وصول المواد الخام الى المصنع يتم تقسيمها وتوزيعها حسب الخصائص الكميائية التي يراد تصنيع الاسمنت بها وحسبما تناسبت المواد الخام مع بعضها لصنع الاسمنت ذو الخصائص المطلوبة.
هناك طريقتين لتصنيع الاسمنت الطريقة الجافة والطريقة المبتلة وشرح العمليتان كالتالي :
يتم اخراج هذه الكرات من اسفل الفرن وهى حمراء متوهجة الحرارة ليتم تحويلها الى انواع مختلفة من طرق التبريد لتخفيض درجة حرارة هذه الكور الى درجة يمكن التعامل معها. الكرنكر البارد يتم اضافة الجبس اليه ويطحن الى مسحوق ناعم تتلائم نعومته مع المشخل رقم (200) أو مقاس (75 ميكرو). هذا المسحوق الرمادي اللون هو الاسمنت البورتلاندي.
أنواع الاسمنت البورتلاندي
عدة انواع من الاسمنت البورتلاندي يتم تصنيعها لتلائم انواع مختلفة من المتطلبات سواء كانت متطلبات فيزيائية او كميائية.
الجمعية الامريكية للاختبارات والمواد (ASTM) قررت وجود 8 انواع من الاسمنت البورتلاندي وهى :
2- النوع (IA) هو قريب الشبه من النوع الاول بالاضافة الى حمله لخاصية حفظ الهواء بداخل الخلطة الخرسانية.
4- النوع (IIA) وهو شبيه بالنوع الثاني وينتج منه الخرسانة الحافظة لفقاعات الهواء بداخلها.
الاسمنت البورتلاندي الابيض
بالاضافة الى الانواع الثمانية التي تم ذكرها يوجد عدد من الاسمنت الخاص الذي يتم انتاجه وتصنيعه من بين هذه الانواع الخاص يوجد الاسمنت البورتلاندي الابيض وهو مماثل للاسمنت الرمادي فقط اللون هو الفرق ويتم تصنيعه بان يتم اختيار المواد الخام ( في مرحلة التقسيم) التي لا تحتوي او بها نسبة ضئيلة جدا من اكاسيد الحديد والمغنيسيوم وهما المادتين اللتين يعطيان اللون الرمادي للاسمنت ويمكن ان يستخدم كما يستخدم الاسمنت البورتلادي تمام في خلطات الخرسانة ولصنع المورتر وكل شيء يمكن تصنيعه بالاسمنت الرمادية يمكن صنعه بالاسمنت الابيض الا ان متطلبات الانتاج من حيث اختيار المواد الخالية من اكاسيد الحديد والمعنسيوم والاختبارات ووفرة هذه المواد المحتوية على الاكاسيد بشكل اكبر اتفقت على استخدام الاسمنت الرمادي بشكل عام والاسمنت الابيض بشكل خاص للمشاريع التي يحتاج شكلها وديكورها الى اللون الابيض في الخرسانة او في التشطيبات.
الاسمنت المخلوط
يتم انتاج هذا النوع من الاسمنت بخلط الاسمنت بنوع او اثنين من المواد الاسمنتية مثل ( الرماد المتطاير أو غبار السيليكا أو خبث الافران) مما يكسب الاسمنت صفة اضافية لا يمكن ان تكون به لولا هذه الاضافات والمخاليط مثل امكانية صنع خرسانة اقل مسامية واكثر متانة واقل انتاج للحرارة واكثر قوة عند التصلد. يتم انتاج هذا النوع من الاسمنت بنفس طرق انتاج الانواع الاخرى من الاسمنت. يجب ان تضاف هذه المواد الاسمنتية بنسب معينة الى حجم او كتلة الاسمنت الاساسية لتعطي النتائج المطلوبة وقد اسهب الكود الامريكي في شرح طرق استخدام هذه المواد الاسمنتية وطرق انتاجها وكميات الاضافات الا انها قليلة الاستخدام في البلدان العربية لقلة المصانع التي تنتجها ولارتفاع سعرها سواء بالاستيراد او التصنيع لقلة الطلب عليها لعدم الاهتمام بفوائدها من ناحية ولصغر المنشأت الخرسانية العربية مقارنة بمثيلاتها الامريكية في الحجم والقوة والمواصفات .... الخ. 1- الطريقة الجافة : يتم اختيار المواد الخام الجافة وتطحن حتى تتحول الى بودرة ناعمة ثم تخلط جميع انواع البودرة الناتجة من مختلف المواد الخام وتودع بداخل فرن لتسخن وهى في حالة جافة تماما بدون اضافة اي سوائل. 2- الطريقة المبتلة : يتم مزج المواد الخام المنتقاة لتناسب بعضها بالماء بشكل صحيح لخلق نوع من المزيج يسمى (Slurry) ثم سحق يطحن المزيج ويخلط وهو في حالة المزيج المذكور بعدها يوضع المزيج في فرن اسطواني مائل ويدور حول نفسه. يجب ان يتم اضافة المزيج بمعدل يتم التحكم به من خلال ميلان الفرن وسرعة حركة دورانه. وقود الحرق لهذه الافران يتكون من الفحم المطحون او من الغاز الطبيعي ويكون مصدر الحرارة في قاع الفرن لتصل درجة حرارة المواد الخام بداخل الفرن الى حوالي (1430-1650) درجة مئوية. عند درجة حرارة (1480 درجة مئوية) سلسلة من التفاعلات الكميائية تحدث للمواد الخام لتنصهر هذه المواد وتشكل كرات الاسمنت القاسية رمادية اللون التي تسمى (Clinker). 1- النوع (I) وهو الطبيعي ويستخدم للاحتياجات الاسمنتية العادية في المشاريع الانشائية مثل المباني والجسور والارضيات والطرق وأنواع الخرسانة المنتجة (OPC). 3- النوع (II) ينتج اقل كمية من الحرارة (الامهه) في اقل معدل للتصلد وله قدرة متوسطة على مقاومة هجوم الكبريتات (SRC). 5- النوع (III) هو الاسمنت سريع التصلد وهو يسبب تصلد الخرسانة السريع واكتسابها لقوة بوقت قصير. هذا النوع شبيه من الناحية الكميائية والفيزيائية للنوع الاول الا ان الفرق ان حبيباته اقل صغر واكثر دقة. 6- النوع (IIIA) وهو اسمنت يجمع بين صفتين وهما حافظ لفقاعات الهواء ومكتسب سريع لقوة مبكرة للخرسانة. 7- النوع (IV) وهو منتج للقليل جدا من الحرارة اثناء عملية الامهه ويكسب الخرسانة قوة بمعدلات بطيئة نتيجة حرارة الامهه القليلة التي ينتجها مما يعني ان التفاعل بداخله يتم بصورة بطيئة للغاية وتحتاج الى وقت طويل ولربما يصل الى 80% من القوة المطلوبة منه بعد خمس سنوات من الصب وهو أسمنت نموذجي للاستخدام في السدود وفي المنشأت التي يتطلب انشائها كميات كبيرة من الخرسانة التي قد تسبب حارة الامهه فيها الى تشققات تؤثر على كفاءة المنشأة وطريقة عملها وفائدتها كالسدود مثلا. 8- النوع (V) وهو يستخدم فقط في الخرسانة التي ستتعرض لهجوم قاسي من تقاعلات الكبريتات وبشكل خاص يقصد بها قواعد المباني التي تتعرض مباشرة للتربة والمياه الجوفية التي تحوي نسبة عالية من الكبريتات.