جلسه دوازدهم معرفی سازه های فولادی
معرفی سازه های فولادی
مواد چسباننده
واژه سیمان یا سیمنت در معنی کلی، بر هر یک از مواد گوناگونی که برای چسباندن اجسام مختلف به کار میرود، اطلاق می شود و به مفهوم عنصر یا عامل پیوند دهنده یا چسباننده نیز آمده است. چسباننده های ساختمانی شامل گچ، آهک، قیر، سیمان پرتلند، بتانه ها و مانند این ها می شود که می توان آنها را به دو گروه کلی چسباننده های آبی (یا هیدرولیک) و چسباننده های هوایی تقسیم بندی نمود. گروه اول چسباننده هایی هستند که با آب ترکیب می شوند، دوغاب شان در هوا و در آب سفت و سخت می شود و در آب پایدار و سخت می مانند. به این ترتیب با وجود اینکه گچ در نتیجه ترکیب با آب سفت و سخت می شود و برای گرفتن و سخت شدن به هوا نیازی ندارد، به علت اینکه محصول به دست آمده قابلیت دوام طولانی در برابر آب را ندارد و به مرور در آن حل میشود، جزو گروه چسباننده های آبی قرار نمی گیرد.
چسباننده های هوایی برای گرفتن و سفت و سخت شدن و سخت ماندن به هوا نیاز دارند. گرچه ملات آهک هوایی پس از سخت شدن در برابر آب پایدار است، ولی چون برای سفت و سخت شدن به دی اکسیدکربن هوا نیاز دارد، از چسباننده های هوایی به شمار می رود.
سیمان
در این بخش، راجع به سیمان های آبی طبیعی و مصنوعی که در ساختن بتن و ملات های سیمانی مصرف می شوند بحث خواهد شد. مواد اصلی تشکیل دهنده سیمان های آبی عبارتند از: آهک، سیلیس، آلومین و اکسید آهن
سیمان پرتلند مصنوعی
از مهمترین سیمان های هیدرولیک مصنوعی، سیمان پرتلند است. سیمان پرتلند فرآورده ای است که از اختلاط سنگ آهک و خاک رس به نسبت وزنی حدود ۳به ۱ تا ۴ به ۱ بسته به ترکیب شیمیایی آنها ،آسیاب کردن مخلوط به روش های تر یا خشک، همگن کردن مواد خام، پختن مواد در کوره تا مرز عرق کردن سطح دانه ها و چسبیدن آنها به یکدیگر به شکل جوش یا کلینکر، سرد کردن و آسیاب کردن کلینکر با کمی سنگ گچ به دست می آید.
انواع سیمان پرتلند در استاندارد ایران به پیروی از استاندارد آمریکایی ASTMبه شرح زیر است:
سیمان نوع ۱
سیمان پرتلند معمولی در کارهای معمولی و عمومی نظیر ساختن اسکلت های بتن آرمه، پل ها، قطعات
پیش ساخته بتن آرمه، جدول خیابان ها، ملات ها، اندودها و پی ساختمان هایی که امکان حمله سولفات ها وجود
ندارد مصرف می شود.
سیمان نوع ۲
سیمان نوع ۲یا سیمان اصلاح شده در برابر حمله سولفات ها از سیمان معمولی مقاوم تر است و در مواردی که آب زیرزمینی حاوی کمی سولفات است مصرف می شود. به علاوه چون گرمازایی این نوع سیمان هنگام آبگیری کمتر از سیمان معمولی است، در بتن ریزی های حجیم (جسیم) و بتن ریزی در هوای گرم نیز به مصرف می رسد.
سیمان نوع ۳
سیمان نوع ۳ یا سیمان خیلی زودگیر را در مواقعی که بارگذاری باید مدتی کوتاه بعد از بتن ریزی صورت گیرد یا بخواهند قالب ها را زودتر بردارند یا به هنگام بتن ریزی در هوای سرد به مصرف می رسانند.
سیمان نوع ۴
سیمان نوع ۴ یا سیمان کم حرارت غالباً در بتن ریزی های حجیم به ویژه در فصول گرم به مصرف می رسد.
سیمان نوع ۵
سیمان نوع ۵ یا سیمان ضد سولفات، برای مصرف در بخش هایی از ساختمان که شدیداً در معرض حمله سولفات ها باشد مناسب است.
در حال حاضر کارخانه های ایران سیمانهای انواع ۲ ۱و ۵و را تولید می کنند و برای تولید انواع دیگر سفارش می پذیرند. در استاندارد آمریکایی ASTM انواع IA و IIA و IIIA نیز وجود دارد که به ترتیب همانند سیمان های نوع I و II و III می باشند، با این تفاوت که حاوی مواد افزودنی حباب ساز می باشند. این سیمان ها تاکنون در ایران استاندارد و تولید نشده اند.
سیمان های سفید و رنگی
ترکیب شیمیایی سیمان سفید همانند سیمان پرتلند معمولی است با این تفاوت که با انتخاب مواد اولیه مناسب، از ورود مواد رنگی نظیر اکسیدهای آهن و منیزیم و غیره به فرایند ساخت جلوگیری می شود. برای ساختن سیمان های رنگی، مواد رنگی معدنی بی اثر شیمیایی را به سیمان می افزایند. با سیمان پرتلند معمولی نیز می توان فقط سیمان های رنگی قرمز، قهوه ای و سیاه ساخت. سیمان های سفید و رنگی بیشتر برای کارهای تزئینی مصرف می شوند. رنگ سیمان باید در برابر عوامل جوی و نور پایدار باشد. مواد رنگی متداول عبارتند از اکسید آهن برای رنگ های قرمز، زرد، قهوه ای و سیاه، اکسید منگنز برای رنگ های سیاه و قهوهای، اکسید و هیدروکسید کرم برای رنگ سبز، آبی کبالت برای رنگ های آبی، اولترامارین برای رنگ سرمه ای، دوده برای رنگ سیاه، کهربای خام و سوخته برای رنگ قهوهای و گل اخرا برای رنگ زرد میزان رنگ حدود %۵ تا %۱۰ وزنی سیمان است.
سیمان های طبیعی
واژه سیمان طبیعی به دو نوع سیمان اطلاق می شود:
۱- سیمان هایی که از پختن سنگ های سیمانی موجود در طبیعت به دست می آید. ترکیب این نوع سیمان ها مشابه پرتلند معمولی و ویژگی آنها بستگی به ترکیب سنگ طبیعی آن دارد. درجه پخت این سیمان ها کمتر از سیمان پرتلند بوده و ترکیب شیمیایی آنها نزدیک به آهک های آبی است.
۲- سیمان هایی که از ترکیب گرده ای باقیمانده آتشفشانی یا رسوب های دیاتومه یا آب آهک به دست می آیند. خاکسترها، پوکه سنگ ها و کف سنگ های آتشفشانی که سیلیس آنها غیر بلوری می باشد، به تنهایی خاصیت چسبانندگی ندارند، ولی گرد نرم آنها چه به شکل طبیعی و چه به صورت عمل آورده، با آهک واکنش داشته و تشکیل ترکیباتی را می دهند که خاصیت چسبانندگی دارد و در آب پایدارند، بنابراین نوعی سیمان هیدرولیکی به حساب می آیند. قبل از اختراع سیمان پرتلند مصنوعی، رومی ها، یونانی ها و ساکنین اروپای شمالی ساختمان های دریایی و آبی را با مخلوطی از سیمانهای طبیعی و گرد آهک، شکفته می ساختند. بهترین و مشهورترین پوکه سنگ از ناحیه پوزولی واقع در نزدیکی خلیج ناپل استخراج شده و پوزولان نامیده می شود، به این علت کلمه پوزولان به تمام موادی که دارای سیلیس اکتیو بوده و قادر به ترکیب با آهک هیدراته و سخت شدن باشند، اطلاق می گردد. تراس پوکه سنگ دیگری است که مخلوط آن با دوغاب آهک در شمال اروپا مصرف می شد.
در ایران تاکنون مواد پوزولانی اکتیوی در جاجرود، هراز، دره لومار، تفتان، بستان آباد، سبلان و ممقان آذرشهر یافت شده و مطالعاتی روی آنها انجام گردیده است. برای سیمان های طبیعی ایران استانداردی به نام ”گرد تراس“ . تدوین شده است.
سیمان های آمیخته
جزء اصلی این سیمان ها کلینکر سیمان پرتلند است. همراه کلینکر مواد پوزولانی طبیعی یا مصنوعی یا مواد افزودنی ویژه ای آمیخته و آسیاب می شود، عمده این سیمان ها به شرح زیر است:
- سیمان پرتلند پوزولانی
این سیمان از اختلاط کامل گرد سیمان پرتلند و پوزولان طبیعی و یا مخلوط کردن کلینکر سیمان پرتلند و پوزولان و سپس آسیاب کردن مخلوطی از این دو با کمی سنگ گچ به دست می آید، درصد پوزولان معمولاً در مخلوط بین ۱۵% تا ۴۰% است.
- سیمان پرتلند روباره آهن گدازی
این سیمان از آسیاب کردن حدود %۵تا %۸۵کلینکر سیمان پرتلند به همراه ۹۵ % تا ۱۵ % سرباره کوره آهن گدازی که سریعاً سرد شده با کمی سنگ گچ به دست می آید. درصد سرباره در کشورهای مختلف متفاوت است. در ایران با افزودن حدود ۱۵ % تا ۲۰ % سرباره ذوب آهن اصفهان به کلینکر سیمان پرتلند در کارخانه سیمان سپاهان، سیمان سرباره ساخته می شود.
هر دو نوع سیمان پرتلند پوزولانی و پرتلند روباره، بسته به مقدار مواد پوزولانی و سرباره، کم و بیش
در برابر سولفات ها پایدارند و بتن ساخته شده با آنها خلل و فرج و نفوذپذیری کمتری دارد. این دو نوع
سیمان در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی دیرگیرتر بوده و گرمای آب گیری آنها نیز کمتر است.
سیمان بنایی
سیمان بنایی سیمانی است که در بیشتر کشورهای صنعتی به منظور مصرف در ملات ها و کارهای بنایی ساخته می شود. اکثر کارخانه ها فرمول خاص خود را برای ساختن این سیمان رعایت کرده و آن را مخفی نگه می دارند و منتشر نمی کنند.
این سیمان معمولاً از مخلوط کردن حدود ۵۰ درصد کلینکر سیمان پرتلند و حدود ۴۵ درصد گرد سنگ آهک مرغوب و قدری سنگ گچ و برخی مواد افزودنی با مقاومت کمتر از سیمان پرتلند ولی دارای خواص مطلوب جهت کارهای بنایی ساخته می شود. بعضی سیمان های بنایی، آمیخته ای از سیمان پرتلند و آهک مرده و مواد افزودنی هستند.
سیمان های ویژه دیگری نظیر سیمان چاه نفت، سیمان برقی، سیمان سوپر سولفات، سیمان منبسط شونده، سیمان با گیرش تنظیم شده ، سیمان با ماده حباب ساز ،۴سیمان آب بند کننده ،۵سیمان پلاستیک )خمیری( ، نیز وجود دارد که از بحث پیرامون آنها خودداری می شود.
