مواد شیمیایی سیمان

سيمانها موادي هستند كه داراي ميل تركيبي با آب مي باشند در اثر تركيب با آب هيدراته مي گردند و سپس ايجاد باند هيدروليكي مينمايند و در اثر اين مشخصه داراي خاصيت چسبانده مي شوند . در صورت تركيب سيمان و سپس با آب و سپس دادن فرصت لازم به مخلوط حاصله  بمرورسفت مي شود و نهايتا چيزي شبيه به سنگ (سنگ مصنوعي )  حاصل مي شود .

با توجه به تاريخچه استفاده از ملات هاي آبي در حقيقت مي توان چنين بيان داشت كه سيمان ها انشعابي از آهكهاي آبي هستند كه در آنها بدليل وجود تركيبات سیليسي و آلوميني ميل تركيبي با آب شديد است و سنگ حاصله داراي مقاومت فشاري بسياربالائي در مقايسه با آهكهای آبی است .

تنوع سيمان ها بسيار است  در اين جا سعي مي شود در مورد اجزا تشكيل دهنده پودر سيمان كه عبارتند از اكسيدهاي مختلف  فازهاي (كريستالهاي )مختلف  سنگ گچ و همچنين در مورد ماهيت نهائی سيمان  بحث شود . قبل از ورود به بحث لازم است به تعريف ارائه شده در مورد سيمان پرتلند توسط انجمن سازندگان سيمان آلمان  اشاره ای بشود . سپس با تشريح اين تعريف به بيان اجزا تشكيل دهنده سيمان بپردازيم .

سيمان گردی است نرم  جاذب آب و چسباننده خورده سنگ كه اساسا مركب است از تركيبات پخته شده و گداخته شده اكسيد کلسیم با:اکسید سیلیکون اکسید آلومینیم و اکسید آهن.ملات اين گرد قادر است بمرور درمجاورت هوا يا در زير آب سخت شود . در زير آب در ضمن داشتن ثبات حجم مقاومت خود را نيز حفظ مي نمايند و در فاصله ۲۸ روز در زير آب ماندن داراي حداقل فشاری ۲۵ نيوتون بر ميليمتر مربع می شود .

كلمه سيمان ريشه رومی دارد  در ابتدا مخلوطي از خورده سنگ هاي آتشفشاني و آهك پخته را به خوبي مخلوط و سپس با افزودن آب و تهيه بتن (شفته ملات ) در كار ساختن ساختمان مورد استفاده قرار ميداده اند . ساختمانهاي ساخته شده توسط اين مصالح را  ( opus cememtitium ) مي نامیده اند . بمرور كلمه (  cementum   ) به مخلوط هاي فوق اطلاق گرديد . در حال حاضر منظور از سيمان معنائي مترادف با چسب فارسي است . منتها چسبي كه اولا ريشه آهكي دارد  در ثاني در اثر مخلوط شدن با آب خاصيت چسبندگي پيدا مي كند .

هر چقدر نرمي سيمان بالاتر باشد مقاومت فشاري اوليه بتن حاصله بالاترخواهد بود .

مواد اوليه سيمان  اصولا از تركيبات كربنات كلسيم آلومينوسيليكاتها و سيليكاتهاي قليائي ميباشند كه قبل از ورود به كوره كاملا خرد ومخلوط شده اند . البته با توجه به روش توليد (تر يا خشك ) مواد ورودي به كورن مي تواند به صورت پودر (  powder   ) يا به صورت دوغاب (  slurry  ) باشد . اين مواد پس از ورود به كوره بمرور تجزيه شده و تبديل به اكسيد ميگردد . منظور از گداخته شدن در تعريف فوق اينست كه چنانچه درجه حرارت كوره آنچنان باشد كه صرفا باعث تشكيل اكسيد ها شود سيمان حاصله داراي خواصه هيدروليكي مورد نظر نخواهد بود . در صورت پايين بودن درجه حرارت كوره محصول حاصله شباهت كامل به آهكهاي آبي را دارد . پي بردن به اين نكته خود نقطه عطفي در تاريخ مصالح ساختماني بود . نكته مورد نظر اين است كه مي باسيتي آنچنان شرايط حرارتي وجود داشته باشد كه درصدی از اكسيدهاي حاصله به نقطه ذوب (تعريق ) برسند و در مخلوط اكسيدهاي موجود در كوره گداخته شوند (عرق كند ) گدازه حاصله زمينه مساعد را براي تشكيل كريستالهاي (فازهاي ) سيمان كه تعيين كننده خواص اصلي سيمان هستند بوجود مي آورد .

همچنين  در تعريف فوق اشاره به ثبات حجم و مقاومت فشاري سيمان شده است . استفاده كنندگان از سيمان به خوبي به اهميت اين دو مشخصه واقف هستند . ثبات حجم ملات حاصل از سيمان در حقيقت معرف سلامت و بي عيب بودن سيمان است . در صورت بالا بودن انبساط حجمي سيمان  (بتن )  مقاومت شيميائي بتن در مقابل عوامل خارجي و جوي بسيار پائين خواهد بود و نهايتا از عمر بتن كاسته مي شود .

مقاومت فشاري بتن در حقيقت عمده ترين مشخصه ايست كه كم و كيف آن اثر تعيين كننده روی كار ساختماني را دارد . البته  چگونگي اين مشخصه بستگي به عوامل گوناگون دارد كه در بخشهاي بعد بحث كافي در مورد آن صورت خواهد گرفت .

كلمه پرتلند (   portland   ) كه بدنبال سيمان معمولي ساختماني مي آيد  نام محلي است در جنوب انگلستان در سال ۱۸۲۴ يك نفر بناي انگليسي موفق به پختن مخلوطي از سنگ آهك و خاك رس گرديد كه بتن حاصل از آن داراي خواص جالبي بود  در ضمن رنگ اين بتن شبيه سنگ آهكي بود كه در جزيره پرتلند واقع در جنوب انگلستان يافت مي شد . از اين رو  اين بنا نام محصولي خود را سيمان پرتلند گذاشت  .  البته از نظر تركيب و خواص تفاوتهائي با آنچه كه امروزه بنام سيمان پرتلند مي شناسيم  داشته است .

 تركيبات موجود در سيمان  حاصل واكنش في ما بين آهك  سيليس  آلومينا و اكسيد آهن در هنگام پختن  مي باشد . اجزاء فوق  تركيبات اصلي تشكيل دهنده مواد خام هستند كه به همراه تركيبات فرعي ديگري نظير سولفاتها  قليائيها و اكسيد منيزيم مي باشد معولا درصد تركيبات فرعي مجموعا درحد ۵ درصد است . در سطور بعد  هر يك از اكسيهاي موجود در سيمان را بررسي مي كنيم و سپس درباره مجموعهاي دوتائي و چندتائي اين اكسيدها بحث خواهد شد .

اكسيد كلسيم CaO

اكسيد كلسيم يا آهك  جز اصلي تشكيل دهنده ساختماني مورد بحث در اين مطلب مي باشد . اين اكسيد از تجزيه سنگ آهك بدست مي آيد و نوع خالص آن سفيد رنگ بيشكل و ترد است وزن مخصوص آهك بستگي به درجه حرارت پختن آن دارد و در فاصله ۳/۳تا ۰۸/۳ است . ميل تركيبي آهك همانند وزن مخصوص آن  به درجه حرارت پخت آن بستگي دارد . چنانچه بالا تر از ۱۰۰۰ درجه سانتيگراد پخته نشده باشد با افزودن آب بدان سريعا شكفته مي گردد . در صورتيكه در درچه حرارت بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتي گراد پخته شده باشد  زمان شکفته شدن آن طولاني تر خواهد بود . در رابطه با ميل تركيبي آهك با بخار آب  انيدريد كربنيك نيز نقش درجه حرارت پخت همانند تركيب با آب است .

نقطه ذوب آهك ۲۶۱۴ درجه سانتي گراد است كه پس از ذوب و سرد شدن به صورت كريستالهاي مكعبي شكل داراي رنگ سفيد يا زرد كمرنگ  جامد ميگردد . اين كريستالها خيلي آهسته با آب تركيب مي شوند ودر صورت پودر كردن آنها مقدمتا به آهستگي با آب تركيب مي شوند ولي در فاصله چند دقيقه سرعت تركيب آنچنان است كه انفجار گونه ميباشد .

نتيجه تركيب آب با آهك تشكيل هيدروكسيد كلسيم Ca(OH)2    . اين تركيب در درجه حرارت حدود ۴۰۰ درجه سانتي گراد به آب و آهك تبديل مي گردد . در ابتدا هيدرو كسيد كلسيم در سيمان پرتلند وجود ندارد ولي به دليل وجود مقدار جزئي آهك آزاد     (CaO)fدر سيمان و در اثر مجاورت با رطوبت هوا يا آب آزاد شده از گچ موجود در سيمان بمرور زمان آهك آزاد هيدراته مي گردد و توليد هيدروكسيد مي شود .

 هيدروكسيد كلسيم بدست آمده از شكفته شدن آهك بصورت پودر سفيد و بيشكل  ) Amorphous ) است . اگر هيدرواكسيد به آرامي كريستاله شود . همانند آنچه كه در هيدراته شدن سيمان صورت مي گيرد ايجاد كريستالهاي حجيم  درشت و گسترده اي مي شود كه نمونه هاي آن را در ملات سخت شده سيمان يا قالبهاي قديمي سيمان مي تواند مشاهده شود . هيدروكسيد كلسيم داراي ميل تركيبي با انيدريد كربنيك است و از اين واكنش كربنات كلسيم  و آب بوجود مي آيد . اين واكنش پايه و اساس گيرش و سخت شدن ملاتهاي آهكي است و در محيط مربوط صورت ميگيرد .

اكسيد منيزيم MgO

اكسيد منيزيم يا منيزی بمقادير كم در سيمان پرتلند وجود دارد و از طريق كربنات منيزيم موجود در سنگ آهك ( دولميت ) و يا خاك رس مصرفي در تهيه مواد خام وارد كلينكر سيمان مي شود .

در صورتيكه منيزي حاصل  تا درجه حرارتهاي خيلي بالا پخته نشده باشد  داراي خواص هيدروليكي محدودی است . نوع متخلخل و سبك آن با آب تركيب مي شود و توليد     Mg(OH)2 كه عاري از خاصيت گيرش است مينمايد . نوع سخت و فشرده منيزي كه در درجه حرارتهاي بالا (تا حد سرخ شدن ) تهيه شده است داراي ميل تركيبي با آب بوده و ايجاد هيدروكسيد چسبنده فاقد مقاومت برشي مي نمايد . در صورتيكه منيزیت               MgCO3در حرارت ۱۴۰۰ – ۱۵۰۰  درجه سانتي گراد پخته شود .توليد منيزي داراي ميل تركيبي كم با آب مي نمايند . كه از آن در تهيه آجر نسوز استفاده مي شود . در درجه حرارت بالا منيزي قابليت حل شدن در آهك را دارد و اين قابليت بيش از قابليت حل شدن آهک در منيزي است . اين محلول جامد در درجات پائين تر تجزيه مي شود و به صورت مخلوطي از كريستالهاي آهك و منيزي در مي آيد .

اكسيد سيليسيم SiO2

اكسيد سيليكون يا سيليس عمده ترين جز تشكيل دهنده مينرالها سيليكاتها و خاك رس است . سيليس به صورت تركيب در سيمان وجود دارد و منشا آن خاك رس يا شيل مصرفي در مواد خام  مي باشد . نوع خالص آن در طبيعت به صورت كوارتز است كه داراي شكلهاي كريستالي وزن مخصوص و نقاط ذوب متفاوتي است . در صورت سرد كردن سيليس مذاب تمايل شديد به تشكيل شيشه و عدم تمايل به تشكيل كريستال وجود دارد . نوعي از كريستال سيليس بنام  Cristobalite  داراي نقطه ذوب ۱۷۱۰ درجه سانتيگراد مي باشد .

در درجه حرارت معمولي كوارتز داراي ميل تركيبي نيست (خنثي است ) ولي در درجات حرارت بالا داراي خاصيت اسيدي مي شود با قليائيها شديدا تركيب مي گردد و توليد سيليكاتها را مينمايد.در صورت حرارت دادن مخلوط آهک و سیلیس در تحت فشار و در حضور آب آهک با سیلیس ترکیب می شود. اين واكنش اساس ساخت آجرهاي ماسه آهكي است . اصولا ماسه در حرارت معمولي با سيمان و آهك ايجاد اتصالات مكانيكي مي نمايد ولي با آنها تركيب شيميايي نمي شود .

اكسيد آلومنيمAl2O3

در طبيعت اكسيد آلومينيم يا آلومينا بصورت کوراندوم وجود دارد،نقطه ذوب آن ۲۰۴۵ درجه سانتیگراد است.آلومینا بصورت تركيبات گوناگون (با آهك، سيليس و قليائيها ) يكي از اجزاءاصلي سيمان پرتلند است و در سيمان نقش اسيدي دارد . منشا آن خاك رس است در اين گونه مواد نقش بازي را دارد . انواع مختلفي از آن بصورت هيدروكسيد وجود دارد . يكنوع آن بوكسيت (   Bauxite ) ناميده مي شود كه بهمراه مقادير جزئي اكسيد آهن سيليس و تيتان است و از آن براي ساخت سيمانهاي آلومينائي استفاده مي شود .

در ضمن گيرش سيمان پرتلند هيدركسيد آلومنيوم تشكيل نمي شود ولي با هيدراته كردن سيمان آلومینائی نوعي از هيدروكسيد آن بنام        Gibbsite   يا  Al2O3.3H2O  تشكيل مي شود كه عامل گيرش در اين نوع سيمانها مي باشد .

اكسيد آهن Fe2O3

در سيمان پرتلند مقادير اكسيدهاي مختلف آهن چندان زياد نمي باشد و منشا آنها خاك رس مصرفي است ولي در سيمان آلومينائي بدليل مصرف بوكسيت، مقادير اكسيدهاي آهن بالاست و از اجزا اصلي اين نوع سيمانها مي باشند . در سيمان پرتلند اكسيد فرو (  FeO ) بمقدار ناچيز (بين صفر تا ۴/۰ درصد ) موجود است ولي در سيمان آلومينائي مقدار آن بيش از ۲ تا ۳ درصد است .

اكسید فريك (  Fe2O3 ) در هر نوع سيماني به مقدار بيشتري وجود دارد در سيمان ها نقش اسيدي را دارد و با آهك تركيبي مي شود . بدليل تجزيه اكسيد فريك در شرايط اتمسفر و درجه حرارت بالا (بالاتر از ۱۱۰۰ درجه سانتيگراد ) و تبديل آن به   Fe2O4 نقطه ذوبش مشخص نيست .

فازهاي سيمان و خواص آنها

تركيبات عمده اي كه در سيمان وجود دارد و بنام فازهاي  ) PHASE ) يا كريستالهاي كلينكر سيمان موسوم هستند عبارتند از : سه كلسيم سيليكات (آليت) ( C3S  یا۳CaO.SiO2   ) دو كلسيم سيليكات (بليت ) ( C2S یا ۲CaO.SiO2) سه كلسيم آلومينات ( C3A یا ۳CaO.Al2O3 ) و آلومينوفريت (  C4AF یا ۴CaO.Al2O3.Fe2O3   ).

ذكر اين نكته ضروري است كه فازهاي فوق بصورتي كه ذكر شد عملا در سيمان وجود ندارد بلكه همواره در كريستال آنها مقادير از اكسيدهاي فرعي نظير TiO2.Na2O.K2O.MgO  آهك آزاد  سولفات ها و امثالهم هم وجود دارند .

هر يك از فازهاي فوق داراي خواصي ميباشند كه بسته به موضوع بحث درباره اين خواص دربخش هاي ديگر مشروح تر ذكر مطلب خواهد شد . مقدمتا در اينجا اشاره اي به برخي خواص اصلي فازهاي فوق خواهد شد :

سه كلسيم سيليكات  C3S

 جز اصلي سيمان پرتلند ميباشد كه طبعا خواص اصلي سيمان ناشي از وجود اين كريستال است . اين فاز داراي خاصيت گيرش اوليه و نهائي است و در صورتيكه بخوبي تهيه و هيدراته شود فاقد انبساط حجمي خواهد بود . مخلوط اين فاز با آب داراي خاصيت شكل پذيري كمتري در مقايسه با خمير سيمان مي باشد و لذا  براي شكل پذير كردن آن آب بيشتري لازم است . بخش عمده اي از مقاومت (فشاري يا برشي ) سيمان مربوطه به وجود سه كلسيم سيليكات و در فاصله هفت روز به حد عمده اي از مقاومت خود مي رسد .

دو كلسيم سيليكاتC2S :

 آنچنان نقشي در كيرش ابتدائي سيمان ندارد ولي در دراز مدت (حدود چند روز ) هيدراته شده و ايجاد گيرش مي نمايد . نقش اين فاز در مقاومت اوليه سيمان ناچيز است ولي در دراز مدت از جمله عوامل موثر در ابتدا مقدار مقاومت سيمان مي باشد .

سه كلسيم آلوميناتC3A :

 داراي گيرش سريع است از مخلوط كردن پودر آن با آب آنقدر حرارت ايجاد مي شود كه شكفتن آن بصورت انفجار گونه و همراه با بخار آب است.پس از شكفته شدن خمير حاصله داراي خاصيت شكل پذيري بالائي است . در صورتيكه اين خمير در مجاورت هواي مرطوب قرار گيرد عمل گيرش ادامه پيدا مي كند و تبديل به جسم سختي مي شود كه داراي مقاومت نسبي است . اگر خمير سه كلسيم آلومينات در آب قرار داده شود بمرور در آب حل شده و متلاشي مي شود . براي كنترل گيرش سريع اين فاز گچ خام به سيمان افزوده مي شود . در فاصله يك روز ملات اين فاز به نهايت مقاومت خود ميرسد و پس از اين زمان افزايشي در مقاومت آن ديده نمي شود .

ذكر اين نكته ضروري است كه رفتار فازهاي مختلف كلينكر بصورت خالص تفاوت زيادي با رفتار آنها بصورت (مشخصا در سيمان ) دارد . از جمله اينكه در مواردي ملاحظه شده است كه وجود فاز آلومنيات باعث كاهش مقاومت سيمان مي گردد . اصولا نقش اصلي اين فاز در كلينکر سيمان خاصيت هيدروليكي و تاثير روي چسبندگي و مقاومت نهايي سيمان نيست . بلكه نقش عمده آن در پخت سيمان  است كه بعنوان كمك ذوب  (روانساز) ( FLUX ) باعث مي شوددرجه حرارت سيمان پايين بيايد و در درجه حرارت پايين تر فاز هاي ديگر كلينكر تشكيل شوند .

آلومينوفريتC4AF :

 سريعا هيدراته مي شود و هنوز نقش آن در مقاومت سيمان بوضوح مشخص نشده است . گرچه گيرش آن در چند دقيقه صورت ولي شكفتن آن همانند   C3A  انفجار گونه (  Violence  ) و همراه با حرارت زياد نمي باشد در كلينکر تركيب اكسيد هاي آلومینيم و كلسيم بصورت هاي مختلف است و بسته به مقدار آهن مي تواند بصورت هاي  C2A  تا         C2Fيعني فازهاي   C2A.C6AF.C4AF.C2F  وجود داشته باشد.

فاز C2F  داراي خاصيت گيرش سريع  است و بهمراه مقدار  قابل توجهي انبساط حجمي مي باشد . بدليل وجود این انبساط، بمرور ايجاد گسيختگي در ملات مي نمايد و باعث كاهش مقاومت مي گردد . در صورتيكه ملات اين فاز در آب قرار داده شود سريعا در آب متلاشي و از اينرو نمي توان براي آن در مقاومت سيمان نقشي قائل شد .

سنگ گچ (  Gypsum)

در طبيعت سنگ گچ بصورت ژيپس(گچ خام ) به فرمول                        CaSO4.2H2Oو يا در مواردي بصورت انيدريت  CaSO4 كه بدون آب تبلور است يافت مي شود . سنگ گچ هاي مختلف از معادن مختلف در موقع از دست دادن آب تبلور داراي رفتارهاي متفاوت هستند .

اصولا سنگ گچ از جمله مواد رسوبي حاصل از آب شور اشباع شده است كه پس از چين خوردگي هاي پوسته جامد زمين به جاهاي امروزي (معادن) جابجا شده اند . اين كاني ها اغلب بصورت لايه هاي مشخصي  كه معمولا داراي مقدار كثيري مواد كربناته، سيليسی يا ساير مواد كربندار است در طبيعت يافته مي شوند . كانيهاي گچ عاري از آب تبلور در مجاورت آب به سرعت متبلور گشته و تبديل ژيبس مي گردند.

 سه جور سنگ  گچ يافته مي شود :

۱ – سنگ گچ بلوري كه از لايه هاي نازك و يا تارهاي نازك (سوزني ) كريستالهاي سولفات كلسيم تشكيل شده است .

۲ – سنگ گچ مرمري كه از جمله سنگهاي زينتي است كه با آن وسائل تزئيني مجسمه ظروف آلات و كفپوش تهيه مي شود .

 ۳ – سنگ گچ غير بلوري كه در طبيعت فراوان است و از آن گچ ساختماني تهيه مي شود . در صنعت سيمان از نوع سوم استفاده مي شود . عموما معادن سنگ  گچ داراي گچ از نوع ژيپس مي باشند كه همراه با مقدار مختصري تركيبات سيليس و كربنات ها هستند .

قابليت حل شدن ايندريت طبيعي در آب كمتر از ژيپس است . در درجات حرارت بالاتر گچ خام بمرور آب تبلور خود را از دست مي دهد . فعل  و انفعال از دست دادن آب به صورت زير مي باشد .

                         ½ H2O                                                        ½ H2O

CaSO4.2H2O ¾¾®CaSO4.1/2 H2¾¾®CaSO4

       جسمي  كه داراي فرمولCaSO4.1/2 H2O است بنام گچ تكليس شده يا نيمه هيدارته ناميده مي شود . اين گچ ميل تركيبي شديدي با آب دارد و پس از تركيب تبديل به سنگ گچ مي شود . مقاومت فشاري اين سنگ از سنگ گچ طبيعي كمتر است .

حاصل دهيدراته شدن ( تكليس – پختن ) سنگ گچ، بوجود آمدن سولفات كلسيم بون آب (گچ پخته ) است . برخلاف گچ طبيعي كه سرعت حل شدن آن در آب بسيار كند است قابليت حل شدن گچ در آب بسيار شديد است

دليل افزودن سنگ گچ  به سيمان:

يكي از مينرال هاي موجود درکلینکر سيمان فاز سه كلسيم آلومينات  (C3A ) است . اين فاز داراي ميل تركيبي شديدي با آب و آهك هيدراته است بدين صورت :

۳CaO.Al2O3+6H2O¾¾®۳CaO.Al2O3.6H2O        (۱

۳CaO.Al2O3+Ca(OH)2+12H2O¾®۴CaO.Al2O3/13H2O   (۲

آهك هيدراته از هيدراته شدن كلسيم سيليكاتهاي موجود در كلينکر ( آليت وبليت ) حاصل مي شود . بطوريكه ملاحظه مي گردد هيدراته شدن سريع         به معني جذب مقدار زيادي آب در فاصله زماني كم است كه نتيجه اين جذب سريع سيمان و سفت شدن آن است و در نتيجه در كارهاي بنايي و ساختمان فرصت لازم براي كار با ملات يا بتن وجود نخواهد داشت .

عمده ترين دليل افزودن گچ خام به كلينکرسیمان،کنترل گيرش سيمان يا  در حقيقت كنترل سرعت هيدراته شدن آلومينات موجود در سيمان است . بعبارت ديگر گچ خام نقش بتاخير انداختن گيرش را بازي مي كند . علت آنهم اين است كه فاز آلومينات داراي ميل تركيبي با گچ خام است و در حضور گچ خام فعل و انفعال هيدراته شدن بصورت زير است:

۳CaO.Al2O3.(CaSO4.2H2O)+26H2O¾®۳CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (3

كريستال حاصله در فرمول ( ۳ ) بنام  Ettringite یاTrisulfate         است كه اولا داراي حجمي معادل ۸ برابر حجم آلومينات اوليه است در ثاني كريستالهاي آن در مقايسه با كريستالهاي آلومينات بسيار ريزتر وپراكنده تر هستند . ثالثا اين اين كريستال نوظهور بصورت قشر نازكي روي ساير ذرات موجود درسیمان را می پوشاند وبرای چند ساعتاولیه عمل هیدراتاسیون،مانع از رسیدن سریع آب به  ساير ذرات مي شود. بالنتيجه از سفت شدن سيمان جلوگيري مي گردد . نقش ديگر لايه نازك كريستال سه سولفات اين است كه ممانعتي در برابر لغزش ذرات سيمان ایجاد نمي نمايد بلكه عمل لغزش را تسريع مي كند . اين خاصيت بدين معني است كه شكل پذيری و خاصيت پلاستكي را در سيمان افزايش مي دهد .

پس از مراحل فوق کریستال های  سه سولفات (  Ettringite  ) بصورت سوزني شكل(رشته ای)شروع به رشد می نماید،در نتیجه از حالت غشاء  (پوشش ذرات ديگر سيمان ) بيرون مي آيد و آب محصور شده در فاصله بين اين غشا و ساير ذرات سيمان، فرصت تماس با ساير ذرات و تركيب با آنها و در نتيجه هیدراته كردن ساير ذرات را پيدا مي كند . از اين مرحله به بعد است كه گيرش سيمان شروع مي شود با گذشت زمان كريستالهاي سه سولفات نيز تبديل به كريستالهاي يك سولفاته مي گردند.

حدود مجاز افزودن گچ

مقدار سولفاتي (گچ خام ) كه مي بايستی به سیمان افزوده شود، بايد آنچنان باشد كه جوابگوي مصرف واكنش ( ۳ ) باشد . افزودن مقدار اضافي سولفات داراي عوارض سوئي است كه از جمله آنها انبساط حجمي بيش از حد مجاز بتن وملات سيمان مي باشد . از اينروست كه در استانداردهاي مختلف مقدار گچ مصرفي متناسب با مقدار  C3A   موجود در سيمان است .

در صورتيكه بجاي گچ خام خالص از مخلوطي از گچ و انيدريت ( گچ بدون آب تبلور ) استفاده شود رقم  مقدار كل گچ اضافه شده به سيمان بايستي كمتر در نظر گرفته شود . بعبارت دیگر در صورت استفاده ازگچ خام خالص می توان مقداربیشتری سنگ گچ استفاده نمود.برای احتراز از  گيرش نامطلوب در سيمان بهتر است از مخلوطي متناسب از گچ خام (ژيپس) و گچ ( اندريت ) استفاده شود . اين نسبت مي تواند در فاصله حدود ۱تا ۱٫۸ باشد .

عامل ديگري كه در افزودن مقدار گچ موثر است نرمي سيمان و مقدار قليائي موجود در سيمان است از اينرو با توجه مقدار مينرال آلومينات – نرمي سيمان و مقدار قلياييها مقدار گچ در سيمان متفاوت خواهد بود . براي  سيماني كه داراي مقادير بالايي آلومينات قليايي و نرمي هستند مقدار اپتيمم SO3  تا حد بيش از ۵ درصد نيز مي باشد .  براي سيماني كه نسبتا زبر است و مقدار قليايي و آلومينات در آن كم است درصد وزني SO3        بايستي در حدود ۳ – ۵/۲ درصد باشد .

شیمی سیمان

مواد اولیه:

CaCO3      ۱- مواد آهکی

Si ,Al ,Fe….     ۲- مواد رسی

 

CaO +H2O ¾®Ca(OH)2

CaCo3   ¾® CaO + CO2­

Ca(OH)2 +H2O ¾®CaCO3 + H2O

 

۱-کربناتها: کربنات کلسیم ۷۵-۷۸ درصد مواد اولیه را تشکیل می دهند.

۲- سیلیکاتها

۳-اکسیدهای مضاعف آهن و آلومینیوم

۴- افزودنی ها

سنگ آهک خالص کلسیت است .دو نوع ساختمانی دارد :

آراگونیت:آراگونیت به علت شکل ناخالص به کلسیت تبدیل می شود .

سختی سنگ اهک بین ۱٫۸-۳  است هرچه ناخالصی سنگ آهک بیشتر باشد میزان سختی آن کم است

اکسید منیزیم  ناخالصی محسوب می شود وباید کمتراز۵% باشد  MgO

در سیمان ودر مواد اولیه کمتر از ۳% باشد.

Al4[Si4 O10](OH)8        کائولن:

است.Kg/cm2    ۳۲۵-۵۲۵     مقاومت سیمان

درصد ترکیبات در خاک رس:

 

SiO2              ۴۰-۶۰ …… .. ..     Fe2O3          ۱-۵

 

Al2O3          ۵-۱۲  ……...... …    CaO           ۰٫۵ -۷

CaCO3%                     ترکیبات تقریبی مارل

 

سنگ اهک با درجه خلوص بالا               ۹۶-۱۰۰

سنگ آهک مارلی                                ۹۰ -۹۶

مارلی که آهک آن زیاد است                    ۷۵ -۹۰

مارل                                               ۴۰-۷۵

مارلی که خاک رس آن زیاد است               ۱۰-۴۰

خاک رس                                            ۰-۴۰

 

 

 

 

 

 

ترکیبات تقریبی سیمان:

 

CaO               ۶۵

SiO2              ۲۱

Al2O3             ۶

Fe2O3            ۳

MgO               ۲

K2+Na2O       ۱

SO3                 ۱

 

هرگاه جزئی از اجزاء سازنده در مواد اولیه به مقدار کم وجود داشته باشد از مواد تصحیح کننده استفاده می شود .مثال:

 

Al2O3 دینومیت(۷۰۷% ) بوکسیت آلومنیوم (۲۲-۱۶ )         SiO2

 

 

 

 

CaO  × ۱۰۰

L.S.F= ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

۲٫۸× SiO2+1.18× Al2O3+.65× Fe2O3

 

 

SiO2

SIM = ¾¾¾¾¾¾¾¾

Al2O3+Fe2O3

 

 

Al2O3

ALM = ¾¾¾¾¾¾¾¾

Fe2O3

فرایندهای شیمیایی،فیزیکی پخت:

۱- مرحله خشک شدن مواد

۲- دهیتراته شدن مواد رسی و تبدیل خاکها

Al4[ Si4O10](OH)2   . n H2O       از دست دادن آب تبلور

 

Al4[Si4O10](OH)8 ¾® ۲(Al2O3.2SiO2)+4H2O­(۴۰۰-۹۰۰ċ)

 

۳- تجزیه کربناتها (کلسیناسیون):

CaCO3 ¾¾¾®  CaO +    CO2         (۸۹۶-۱۰۰۰ċ)

۱۰۰                       ۵۶            ۴۴

۷۶                         ۴۲٫۵۶      ۳۳٫۴

ابتدا کربناتهای منیزیم تجزیه می شوند سپس کربنات کلسیم

۴- واکنشها در فاز جامد:

Al2O3 .2SiO2 ¾¾®Al2O3 + 2 SiO2         (۱۰۰۰-۱۲۵۰ ċ)

 

۳CaO +2 SiO2 +Al2O3 ¾®۲(CaO.SiO3) +CaOAl2O3

C.S                       C.A

%C3S(فاز آلیت  (( =۴٫۰۷۱×%CaO–(۷٫۶×%SiO2+6.718×%Al2O3+1.43×%Fe2O3+2.852×%SO3)

 

%C2S(فاز بلیت)  = ۲٫۸۶۷×SiO2 -0.754×C3S

 

%C3A(فاز آلومینات) = ۲٫۶۵ ×%Al2O3 – ۱٫۶۹۲×%Fe2

 

نوع تیپ سیمان در فاز آلومینات مشخص می گردد.

 

%C4AF(فاز فریت) = ۳٫۰۴۳ ×%Fe2O3

 

۵- واکنش ها در حضور فاز مایع از دمای ۱۲۵۰ شروع می شود تا ۱۴۵۰ درجه سانتیگراد ادامه دارد.

CaO +C2S ¾¾® C3S    %۴۵-%۵۵

 

عوامل ایجاد آهک آزاد در کلینکر:

۱- شرایطی مانند آهک بیشتر از مقدار لازم در مواد اولیه

….,Al2O3,SiO2(در دسرس نبودن)  ۲- نبود شرایط لازم برای تشکیل فاز

۳- نبود دمای مناسب سه عامل مهم تشکیل آهک آزاد است.

اندازه گیری آهک آزاد:                                                         

مقدار مجاز آهک آزاد بین ۱تا ۲ درصد است.و بیشتر از آن نشان می دهد که کلینکر خوب نپخته است و سیمان حاصله از آن دارای انبساط حجمی خواهد شد و مرغوب نخواهد بود.و آهک آزاد آهکی است که در ترکیبات کریستالی سیمان وارد نمی شود .

محلول های لازم جهت اندازه گیری آهک آزاد:

۱- اتیلن گلیکول خالص بدون آب

۲-برمو کروزول کربن(اندیکاتور)۰٫۱ گرم برموکروزول کربن در ۱۰۰ میلی لیترالکل سفید طبی تا اتلیک.

۳- محلول اسید کلریدریک ۰٫۱ نرمال

برای ساختن اسید ۰٫۱ نرمال مقدار ۱۶٫۶۲ میلی لیتر اسید کلریک پور انالیز را در دو لیتر اب مقطر حل می کنیم برای اطمینان از نرمالیته ۰٫۱ از این محلول یک آزمایش انجام می دهیم

وزن کرده در ۱۰۰میلی Na2CO3مقدار۰٫۱۰۶ گرم کربنات دو سدیم

لیترآب حل می کنیم و بوسیله اسید فوق تیتر می کنیم.اسید مصرفی باید ۲۰ میلی لیتر باشد در این صورت نرمالیته ۰٫۱ و فاکتور اسید ۰٫۲۸ خواهد بود .

CaO + 2HCl ¾¾® CaCl2 + H2O

فاکتور اسید

۵۶ gr        ۲۰۰۰×۱۰               ۵۶

x             ۱cc               x=¾¾¾¾=%۰٫۰۰۲۸

۲۰۰۰۰

 

برای اندازه گیری آهک آزاد:

۱گرم از نمونه نرم شده را وزن کرده داخل ارلن مایر ۲۵۰ ریخته ظرف کاملاً خشک باشد،۵۰ میلی لیتر اتیلن گلیکول به آن اضافه می کنیم و آن را در حمام بخاری در دمای ۷۰ درجه سانتیگراد به مدت نیم ساعت قرار میدهیم.برای جلوگیری از چسبندگی نمونه به کف در داخل ارلن پس از کمی گرم شدن آن را برداشته کمی تکان می دهیم بعد از نیم ساعت از حمام بیرون آورده با قیف بوخر و ۲ عدد کاغذ صافی باند مشکی آن را صاف می کنیم.

 

اندازه گیری سیلیس آزاد:

 

برای تعین سیلیس آزاد در نمونه های پرسیلیس نیم گرم ودر خاک رس ویا موادخام کوره یک گرم از نمونه را وزن کرده ۲۵ میلی لیتر آب  مقطرو۵٫۵ میلی لیتر اسید کلریدریک به آن افزوده وروی اجاق قرار می دهیم تا گرم شود و حدود ۵ الی ۱۰دقیقه در نقطه جوش نگه می داریم سپس توسط کاغذ صافی باند مشکی محصول را صاف می کنیمو رسوب را با آب اسید ۳% و آب مقطر گرم شستشو می دهیم .در یک بشر ۴۰۰ میلی لیتری حدود ۵۰۰ سی سی آب مقطر و مقدار ۱۲ گرم هیدروکسید سدیم در آن حل می کنیم که بهتر است گرم شود.کاغذ صافی حاوی رسوب حاصل ازفیلتر مرحله اول را در یک بوته پلاتینی قرار می دهیم وروی اجاق می گذاریم تا کاغذ صافی کاملاً از بین برود بعد از کنار گذاشتن بوته از روی شعله و خنک شدن مقدار ۳الی ۴گرم پیرو فسفات پتاسیم داخل بوته پلاتینی روی رسوب سوخته شده ریخته وخوب هم می زنیم بوته حاوی این مخلوط را روی شعله گاز قرار می دهیم تا کاملاًذوب شود.

بوته حاوی مواد مذاب را پس از سرد کردن در بشر ۴۰۰سی سی حاوی سودقرار دادهوروی اجاق با حرارت ملایم می گذاریم تا کم کم مواد مذاب در سود حل شود و بوته را رها کند بوته را توسط همزن از محلول بیرون می آوریم وبا آب اسید دار شستشو می دهیم .

محصول حاضر را توسط کاغذ صافی باند مشکی صاف می کنیم قیف حاوی رسوب را ۵بار با اسید کلریدریک ونهایتاً۵بار با آب مقطر گرم شستشو داده و رسوب را پس از سوزاندن روی شعله و سوختن کامل کاغذ صافی بوته را درحرارت ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد در کوره الکتریکی قرار داده وپس از نیم ساعت از کوره بیرون آورده و در دیسیکاتور قرار می دهیم و پس از وزن کردن نهایی اختلاف وزن با بوته اول را یادداشت می کنیم.برای تعین درصد سیلیس نیم گرم از مواد اولیه را در ۲۰۰ ویک گرم نمونه را در ۱۰۰ ضرب می کنیم.

 

                                                            XRay آزمایشگاه 

آنالیز توسط اشعه  انجام می شود   .                           دراین آزمایشگاه

در این آزمایشگاه نمونه از جاههای مختلف خط تولید گرفته و به صورت ساعتی آنالیز می شود نمونه ها شامل نمونه از خوراک کوره ،خروجی آسیاب مواد ،ورودی سالن اختلاط که پودر شده است ،خروجی کوره (کلینکر)،خروجی آسیاب سیمان(سیمان)به طور ساعت به ساعت آنالیز می شود.

در آنالیز نمونه در ایکس ری که توسط دستگاه انجام می شود پس از تابیده شدن اشعه ایکس آنالیز انجام می شود و تمام اجزای عناصر کنترل می شود که با توجه به کنترل مواد تنظیم مواد صورت می گیرد که مهمترین بخش و اساسی ترین قسمت در تولید سیمان ومرغوبیت آن می باشد.                 به عنوان مثال اگر در آنالیز نمونه در این آزمایشگاه مشاهده شود که یک یا چند ی از عناصر اجزای نمونه کم یا زیاد از حد طبیعی خود وجود دارد با گزارش به اطاق کنترل و اطاق کنترل با پردازش بر روی دستگاهها و قسمت های مورد نظر این عناصر را به تعادل طبیعی خود می رساند و در نتیجه سیمان با کیفیت خوب تولید می شود.

دستگاه ایکس ری برای تابش اشعه نیاز به خلاء دارد که این خلاء توسط گازهای آرگون%۹۰ ،متان %۱۰ ایجاد می شود.                           دستگاه ایکس ری بر این اساس برنامه ریزی شده است که آنالیز شیمیایی مواد توسط آزمایشگاه شیمی برای سیستم تعریف شده است وبر طبق آن یک نمودار رسم گشته که محورهای آن به طور عمودی شدت بازتابش می باشد و به طور افقی که درصد وزنی عناصر را مشخص می کند .که قرص مواد که درون دستگاه ایکس ری قرار می گیرد با تابیدن اشعه ایکس     از پائین و شناسایی آن توسط آشکارسازها های کار گذاشته شده درون دستگاه جذب وبه سیستم داده می شود که پس از مشخص شدن نمودار با دادن نمونه قرص مواد جدید به دستگاه  ایکس ری و تابش اشعه ایکس     به آن ،شدت بازتابش اشعه ایکس به نمونه قرص مواد را از روی نمودارهای مختلف خوانده و عرض از مبداء آن نقطه بیانگر درصد وزنی اکسیدهای مختلف در ان ترکیب می باشد ،هر یک از نمودارها مختص یکی از اکسیدها می باشد.

کالیبراسیون دستگاه                                                              

کالیبراسیون توسط قرص های نمونه استاندارد که دو قرص به شماره های ۱و۲ می باشند انجام می شوند که قرص شماره ۱ درصد آهک آن پائین و قرص شماره ۲ درصد آهک بالا که به این طریق دستگاه به یک حالت تعادل کالیبره می شود کالیبراسیون بر اساس شدت بازتابش از قرص مواد می باشد.

 

 

 

 

 
XRay آنالیز نمونه های مواد مختلف در

%

SiO2         ۲۰ -۲۴®۲۳                                     آنالیز رس

Al2O3         ۴ - ۶®۵٫۱۴

Fe2O3             ۳

CaO       ۳۰ – ۳۵

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

آنالیز آهک                                                      %

SiO2          ۱۰

Al2O3         ۲٫۸

Fe2O3         ۱٫۴۵

CaO              ۴۷

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

%                                         Pile آنالیز برداشت

SiO2           ۱۲٫۵۴

Al2O3           ۳٫۷۸

Fe2O3          ۱٫۷۲

CaO              ۴۳٫۳۸

 

%

SiO2           ۱۳٫۹۳                 آنالیز خوراک کوره بعد از آبگیری

Al2O3           ۳٫۸۷

Fe2O3           ۲٫۰۱

CaO              ۴۲٫۴۱

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

%

SiO2                ۲۱٫۷۰                               آنالیز کلینکر

Al2O3                ۵٫۹۷

Fe2O3                ۳ – ۱۰

CaO                     ۶۶٫۱۰

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

%

SiO2                  ۱۴٫۱                   آنالیز خوراک خام با افزودنی

Al2O3                 ۳٫۸۴

Fe2O3                 ۲٫۰۱

CaO                     ۴۲٫۳۸

   آزمایشگاه  فیزیک

در آزمایشگاه فیزیک آزمایش های زیرانجام می گیرد:

۱-الک مواد خام (محصول آسیاب مواد) که الک توسط مش های ۱۷۰و۷۰  انجام می شود که ۱۷۰ حدود ۹۰ میکرون است  و ۷۰ حدود ۲۰۰ میکرون می باشد.

۲-آزمایش بعدی درصد رطوبت است که هر یک ساعت گرفته می شود .

۳- آهک آزاد

Blain 4-آزمایش بعدی

: این آزمایش برای گرفتن نرمی و زبره سیمان است        Blain آزمایش

که توسط دستگاه بلین انجام می شود که این دستگاه یک لوله یو شکل است که درون آن از روغن بلین استفاده می شود که این روغن دی بوتیل فتالات می باشد .مقدار گرم سیمانی که استفاده می شود توسط کالیبره کردن دستگاه با استفاده از مواد استاندارد انجام می شود تعیین می گردد.مقدار گرم نمونه را درون پیستون بلین قرار داده طبق روش خاصی که در آزمایشگاه انجام می شود وفشار آنرا تنظیم کرده و زمان سنج را روشن کرده و در نقطه خاصی زمانسنج را خاموش کرده  مدت زمان بدست آمده را یاداشت کرده ودر فرمول بلین قرار داده و میزان بلین یا نرمی سیمان را محاسبه می کنیم.که بهترین بلین در ۲۸۰۰ می باشد که اگر کمتر از این باشد زبره سیمان زیاد است.

Blain = Ö t.k                                       k=ضریب بلین

۵- آزمایش بعدی آزمایش گیرش اولیه و ثانویه است که این آزمایش برای تعیین میزان گچ مورد استفاده و دمای سیمان در آسیاب سیمان می باشد.

این آزمایش توسط دستگاه گیرش در مدت زمان مشخصی انجام می شود.

آزمایش بعدی آزمایش مقاومت است که توسط قالب های آلمانی انجام می شود که سیمان دراینجا با یک نوع ماسه استاندارد مخلوط و تشکیل ملات می دهد و در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد و رطوبت ۹۰% قرار گرفته و به مدت ۲۴ ساعت می ماند.قالب های سیمان درون دستگاه تقه زن قرار گرفته و ۶۰ ضربه در دقیقه زده می شود و سپس درون یک محیط آبی در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد به مدت ۲روز،۷روز و ۲۸ روز نگهداری کرده و بعد از این زمان های خاص در دستگاه قرار گرفته و مقاومت های فشاری و خمشی اندازه گیری می شود.

آب:                                                                               

نقش آب در بتن عبارتست از :                                                 

۱- آب با سیمان ترکیب شیمیایی می دهد ،در اثر این ترکیب خمیر سیمان حاصل می گردد.ذرات ودانه های خنثی شن وماسه در این خمیر معلق می مانند تا اینکه خمیر سیمان سخت شود .

۲- همچنین آب به عنوان یک عامل روان سازدر بین ذرات ریزو زبر دانه های سنگ قرار می گیرد تا بدینوسیله بتن خاصیت کار پذیری و بکار گرفتن را پیدا نماید و جای دادن آن(بتن ریزی )بسهولت انجام گیرد. آب مصرفی در بتن باید شرایط زیر را دارا باشد :

تمیز ،روشن و قابل آشامیدن ،یا اینکه از منبع مطمئنی تهیه شده باشدف عاری از مقادیر زیان آور موادی نظیر :روغنها ،اسیدها ،قلیائیها و یا سایر مواد آلوده کننده باشد.بدلیل خاصیت حل کنندگی آب ،آبهای طبیعی همگی ناخالص هستند.به هنگام استفاده از آب رودخانه که بهمراه مقادیر زیادی اجسام جامد معلق است این آب را می توان در استخرهای مخصوص وبه کمک مواد صاف کننده تصفیه کرد.منابع آب واقع در مناطق آب وهوایی خشک ،حاوی مقادیر زیادی املاح حل شده در آب می باشند.تا جائیکه طعم آب تا حد قابل توجهی شور یا نمکی نباشد،می توان بدون انجام آزمایش آن را مورد استفاده قرار داد .در صورت استفاده از آب های صنعتی ،بدلیل تغییرات شدید ترکیبات بایستی اینگونه آب را مرتباً آزمایش کرد .

یکی از بهترین محکهای سنجش آب ،قابلیت کاربرد آب  این است که با آب مورد نظر و با آب مقطر قالبهای مکعبی بتونی  تهیه شود و سپس ارقام حاصله از آزمایش مقاومت فشاری ان دو با یکدیگر مقایسه شوند. هنگامیکه ناچار آب دریا عمده ترین منبع آب  موجود در دسترس جهت ساخت بتن می باشد ،تحت شرایط  ویِِژه ای می توان از آن استفاده کرد .آزمایشات نشان می دهد که از مقایسه بتن های ساخته شده با آب دریا با بتن های ساخته شده با آب تازه ،افت مقاومت فشاری بین ۱۰ تا ۳۰ درصد خواهد بود اصولاً آّ دریا تاثیر چندان در کیفیت یا  مقاومت فشاری بتن نخواهد داشت .ولی استفاده از بتن ساخته شده با آب  دریا در بتن مسلح یا بتن پیش تنیده توصیه نمی گردد.زیرا هم امکان زنگ زدگی آرماتور هست و هم اینکه اثر بدی روی شکل ظاهری بتن دارد.ارقام زیر اثر ترکیبات مختلف موجود درآب روی مقاومت فشاری را نشان می دهد.

 

 

درصد نمک محلول     ۰٫۵ SO4     ۱SO4     ۵NaCl       CO2

در آب

 

درصد افت مقاومت           ۴               ۱۰            ۳۰         ۲۰

فشاری

 

 

آب باران وآب طبیعی و کوهستانی ضمن طی مسیر خود  مقداری دی اکسید کربن موجود در هوا را در خود حل می نمایند و همچنین آب قادر به حل حدود ۱٫۳ گرم در لیتر آهک است وجود این دو در کنار هم تشکیل بی کربنات و سپس کربنات کلسیم می دهد.از آنجایی که در حین هیدراته شدن سیمان ،هیدروکسید آهک آزاد می شود لذا امکان ترکیب      دی اکسید کربن موجود در آب با آهک موجود در سیمان است وجود دارد و در نتیجه ایجاد خلل و فرج و سوراخ های ریزی در بتن می شود که نهایتاً باعث افت مقاومت فشاری آن می گردد.املاح منیزیم موجود در آب ،اغلب به صورت سولفات می باشند. در رابطه با ترکیب سولفاتها با ترکیب  سیمان در بخش های مختلف  مفصلاً صحبت شده است.از جمله اثرات بارز وجود سولفاتها ایجاد انبساط حجمی  و تورم در ملات یا بتن می باشد.

 

تيتراسيون هاي تشكيل كمپلكس

معرفهاي كمپلكسش ساز به طور وسيعي براي تعيين مقدار كاتيونها به كار مي روند . مفيدترين اين معرفها تركيبات آلي با چند  گروه دهنده اِلكترون هستند كه با يونهاي فلزي پيوند هاي كووالانسي چند گانه تشكيل مي دهند بسياري اَز يونهاي فلزي با گونه هاي دهنده زوج اِلكترون بر هم كنش كرده و تركيبات كئورديناسيون با يونهاي كمپلكس بوجود مي آورند. روشهاي تيتراسيون بر اَساس تشكيل كمپلكس را روشهاي كمپلكس سنجي گويند.

تيتراسيون با آمينوپلي كربوكسيليك اَسيد ها :

آمينهاي نوع سوم كه حاوي گروه هاي كربوكسيليك اسيدي نيز هستند با بسياري از يونهاي فلزي كمپلكس هاي فوق العاده پايداري تشكيل ميدهند معروف تر ين اين دسته از تركيبات اتيلن دي آمين تيترا استيك اسيد (EDTA) است كه داراي ساختار زير مي باشد

HOOC_CH2                                                                    CH2_COOH

                                :N____CH2____CH2____N:

HOOC_CH2                                                                    CH2_COOH

EDTA داراي شش مكان بالقوه براي پيوند با يونهاي فلزي است ، چهار گروه كربوكسيليك و دو گروه آمين كه هر كدام از اين دو گروه داراي يك زوج اِلكترون غير مشترك مي باشد و يكي از مشتقات آن نمك اَتيلن دي آمين تيترا اِستيك اَسيد به نام دي سديم اِتيلن دي تيترا استيك اسيد است

HCOO___CH2___N____CH2____CH2____N____CH2___COOH

                    CH2 COONa                      CH2 COONa

Na2(EDTA)

EDTA مي تواند با يونهاي فلزي معين مثل كلسيم ، منيزيم ، منگنز و..... كمپلكس تشكيل داده و يون فلز جانشين هيدروژن در گرو كربوكسيليك شده و به وسيله پيوند كربنات با يون نيتروژن EDTA اِتصال مي يابد براي مثال كمپلكس منيزيم با EDTA به صورت زير مي باشد .

            O=C ______O                                        O ___C=O

                                                      Mg

                   CH2____N                                     N___CH2

                                                                                                       NaCOOCH2               CH2__CH2                          CH2COONa

Mg2++ NA2 H2Y               NA2    mgy[ + 2H+

جهت جابجايي معادله بالا به سمت راست (تشكيل كمپلكس )نياز به اتصال يون هاي هيدروژن مي باشد كه به وسيله محلول با فر ( كلريد آمو نيوم + آمو نيا )  ( NH4OH+NH4Cl) كهPH محلول را به اندازه كافي بالا نگهداري مي كند انجام مي گيرد .

مكانيزم تيتراسيون آن است كه در محيط قليايي با استفاده ازKOH و معرف كالكن كربن يونهاي Ca2+ با EDTA تشكيل كمپلكس داده و نقطه پايان واكنش تغيير رنگ از قرمز شرابي به آبي فيروزه اي است PH=B اما در آزمايش دوم كه در حضور محلول با فر با PH حدود ۴/۱۰ و معرف اريو كروم با EDTA   تيتر مي شود ابتدا يونهاي Ca2+  و سپس Mg2+ با EDTA تشكيل كمپلكس مي دهد و به همين علت براي يافتن درصد MgO مي بايد اختلاف حجم EDTA در واكنش اول و دوم را محاسبه و منظور نماييم

كالكن PH=13         Ca2+       KOH +

         PH=10/4        Mg       با فراريوكروم

                                              ۴۰٫۳۲

Cao=0.056 × N              ۲۰CC

X                                                          ۵۰۰

X= cao =

برايgr 1سيمان براي ۱۰۰ گرم

             ۱gr

X=?                                                 ۱۰۰

با توجه به اينكه EDTA مصرفي نرمال است

EDTA mgo

                  ۴۰٫۳۲

V                                X=

۲۰CC از۵۰۰CC

Mg                     ۲۰cc

V×N

X=                         ۵۰۰

X=V×N

Mgo=V×N                                              G

X=                                                       ۱۰۰

%   mgo=

براي يك گرم سيمان  = G=1=V×N×۱۰۰

اندازه گیری عناصر اصلی سیمان:

اندازه گيري درصد اكسيد هاي كلسيم CaO % و منيزيم MgO %

CaO % :

محلول باقيمانده زير رسوب R 2O3  FE 2 O3 +AL2 O3 ) ) را كه در بالنCC 500 نگهداري شده است به حجم رسانده و سپس مقدار CC 20 از محلول را به وسيله پيپت برداشته و به داخل يك ارلن ۲۵۰ كه قبلا " كر داده شده و حدود CC 100 آب مقطر به داخل آن ريخته شده است انتقال مي دهيم بايد توجه داشت كه بدنه داخلي ارلن را با آب مقطر خوب شستشو دهيد .  سپس CC10 هيدرو اكسيد پتاسيم KOH به محلول داخل ارلن اضافه نماييد و در حضور معرف كالكن كربن با محلول تيتر و پلكسن (EDTA)   مو لار تيتر نماييد پايان واكنش رنگ آبي

پاسخ دهید