أسمنت

استخدم القدماء في الماضي البعيد خليطا من الجير والطمي والرمل والماء في إقامة مبانيهم، فقد استخدمه قدماء المصريين بالفعل منذ 2600 عام، وأتقن الرومان صناعته خلال القرن الأول الميلادي حيث اكتشفوا أن إضافة التربة البركانية المأخوذة من منطقة بزولي، بالقرب من نابلس، تمكنهم من الحصول على خليط يصلح للتحكم في المياه الجوفية. وقد أصبحنا نعرف الآن أن تلك التربة المأخوذة من بزولي، التي استخدم اسمها بقدر من التحريف (بزولان) ليطلق على ذلك الصخر السليكوني البركاني، تحتوي على نسبة 60-90٪ من الرمل، و 10-40٪ من الجير، على حسب مصدرها. وتم بالفعل اكتشاف آثار قديمة في عدة مدن رومانية كبقايا الأسمنت الجاف تعود لتلك الحقبة التاريخية.

في الإمبراطورية الرومانية استعملوا الجبس، حيث أضاف يونان إيطاليا رماد البراكين الموجود بمنطقة بوزلس، ثم طوره الرومان وعمموه إلى نهاية العصر الحاضر.

الأسمنت هو مزيج من الجير مثل القرميد والآجر المكسرة، مضافة إلى الطين. la pouzzolane(هي أرض بركانية لمنطقة بوزون بناحية نابولي بإيطاليا)، وهذا مستعمل كثيرا كمزيج، الاسمنت لم يعرف كما هو موجود الآن، حتى القرن 19، ثم قام العالم louis Vicat بكشف لغز الرطوبة في الجير في العام 1817 والمتعلقة بالاسمنت التي كانوا يسمونها الجير المميه. والجير المحدود في 1840.

البحوث التي أجريت في نهاية القرن 18 للوصول إلى النتائج الحالية في صناعة الأسمنت الحديث في عام 1840، كانت تتعلق بالجير المقوى (غير مميه) لا يمتزج بالماء، أما الجير المميه فيه كمية من الماء وهو مشبع بالطين، يتصلب ويجف بسرعة ولكن يتحلل إذا لم يشو إلى درجة الذوبان. وفي العام 1796 اكتشف العالم james parker على جزيرة شايبي ببريطانيا العظمى، الأسمنت السهل (وهو عبارة عن جير مميه أو أسمنت طبيعي ينصهر بسرعة عند درجة انضاجه عند 900 °C كسائر الجير الطبيعي العادي). وأعطاه اسم الأسمنت الروماني، حيث أخذ شهرة ما بين 1820- 1920 تقريبا. وفي العام 1824 العالم البريطاني joseph aspalin أودع براءة لصناعة الجير المميه وأطلق عليه الأسمنت البورتلاندي نسبة إلى أعالي شبه جزيرة بورتلاند الموجودة على ضفاف بحر المانش الذي يفصل بين فرنسا وبريطانيا. إن أول مصنع للأسمنت اخترع بواسطة dupont et demarlé في سنة 1846 في منطقة boulogne-sur-mer، ولقد تطورت بعد ظهور مواد جديدة (فرن حركي الدوران حول نفسه) مكسر لكريات الكلنكر، تطورت وسائل صناعة الأسمنت دون توقف، وفي عام 1870 كان إنتاج الطن الواحد من الكلنكر (المكون الرئيسي للاسمنت) يستغرق 40 ساعة، أما الآن فيستغرق 3 دقائق فقط.

الخليط الأساسي لصناعة الأسمنت يتكون من:

• الحجر الجيري لاستخراج الكلس (Calcite).
• الصلصال لاستخراج السليكا والبوكسيت (d’argiles).

والجير الطيني يملكان مواصفات تقارب 80٪ من الجير، و20٪ من الطين، ومواد علاجية: أكاسيد الحديد (fe2o3)، والبوكسيت (Al2O3)، الرمل(SiO2) وهذه المواد تضاف للوصول إلى التركيبة المرغوبة.

يحتوي الإسمنت على مادتين أساسيتين هما الكلس والطين هذا الأخير نضيف إليه مواد أساسية هي السليس، والألمين وأكسيد الحديد.

مادتي الكلس والطين تُسحقان في آلات السحق وتمزجان مع بعضهما البعض بنسب يحددها المخبر ويطحنان في آلات الطحن ثم نمررهما عبر الفرن الذي تبلغ درجة حرارته حوالي 1430°م. فنحصل حينئذ على مادة الكلنكر. نضيف لهذه المادة مواد أخرى. وندخلها في آلة الطحن من بعدها نحصل على مادة الإسمنت التي توضع بأكياس ثم تعبأ.

الإسمنت يتكوّن كمواد خام من مادتين أساسيتين هما الحجر الجيرى lime stone والطفلة clay ومادتين إضافيتين يضافا حسب ظرف وطبيعة كل مصنع وهما الsand، iron ore الحديد والرمل ويسمّى الحديد والرمل corrective materials أي مواد لتصحيح النسب المراد الوصول إليها فأحيانا تأتي الطفلة والحجر بهما نسبه عالية من الرمل فلا تحتاج لإضافة رمل الحجر الجيري هو أساسا عبارة عن CaCo3 كالسيوم كربونات ولكن في الطبيعة يوجد به شوائب كثيرة مثل الSiO2 وAl2O3 وNa2O3 وFe2O3 وغيرها مثل البوتاسيوم والكلور وغيرها

الطفلة تتكون من 50 % SiO2 ومن 14 – 16 % Al2O3 والباقي عبارة عن CaO، وNa2O وFe2O3 وغيرها البوتاسيوم والكلور وغيرها

الرمل يتكوّن بشكل رئيسي من ال SiO2 في حدود 70 % والباقي عبارة عن Al2O3 وNa2O3 وFe2O3 وCaO وغيرها مثل البوتاسيوم والكلور وغيرها

الحديد يتكوّن بشكل أساسي من Fe2O3 تكلمنا عن تركيب الإسمنت من حيث المواد الخام سنتكلم عن تركيب الإسمنت بشكل آخر من حيث التركيب الكيميائي ونربطه مع المواد الخام ولماذا اخترنا هذه المواد يتكوّن الإسمنت من أربعة أكاسيد هي الSiO2 وAl2O3 وCaO وFe2O3 المصدر الأساسي لل CaO هو الحجر الجيرى حيث يتحول CaCo3 إلى CaO في درجات الحرارة العالية كما سيتبيّن فيما بعد المصدر الأساسي لل Al2O3 هو الطفلة المصدر الأساسي لل SiO2 هو الرمل المصدر الأساسي لل Fe2O3 هو الحديد ولكن أود أن ألقت انتباهك إلى بعض النقاط • مع أن SiO2 50 % من الطفلة إلا أننا لم نضيف الطفلة لنحصل منها على ال SiO2 ولكننا أضفنا الطفلة لنحصل على ال Al2O3 • ولكن لامانع من أننا فعليّا نستفيد من وجود ال SiO2 في الطفلة وكذلك بقية العناصر • يتم إضافة هذه المواد الخام بنسب معينه وتدخل طاحونة ضخمه لتطحن حتى تصل إلى درجة نعومه عالية وتسمى هذه الطاحونة بطاحونة الخام raw mill ولايحدث بالطاحونة أي تفاعلات كيميائية ولكن فقط طحن المواد الخام وفائدة هذا الطحن زيادة مساحة سطح الحبيبات تجهيزا لدخولها التفاعلات الكيميائية حتى تتعرض كل الجزيئات للتفاعلات • تكون النسب في المواد الخام تقريبا في حدود 75 % من الحجر و20 % من الطفلة و3% من الرمل و2% من الحديد وتختلف هذه النسب تبعا للنتائج والتحاليل ويراعى في هذه النسب ثلاثة معاملات هي L S F معامل تشبع الجير وS.M وهو معامل السيليكا ومعامل الألومينا A.M ولكل من هذة المعاملات مدلولاته وأهميتة من الناحية التشغيلية علاوة على جودة المنتج

• بعد خروج المادة الخام من الطاحونة تدخل صومعة للتخزين وتقليب المادة الخام فقط وفائدتها التقليب
• ثم تبدا أول مراحل التفاعلات الكيميائية في مبنى ضخم يسمى البرج أو ال preheater وهو عبارة عن خمسة cyclone,فوق بعض وcalciner وال cyclone عبارة عن مايشبه خزان ضخم وال وcalciner عبارة عن خزان ضخم ولكن به شعله وكلهم متصلين ببعضهم البعض
• وفائدة هذا البرج هي

1- تسخين المادة الخام وتمهيدها لدخول الفرن 2- تحويل ال CaCo3 إلى CaO لإننا قد ذكرنا أن الحجر يتكوّن من CaCo3 ونحن نحتاج في الصناعة ل CaO ويتم ذلك التحويل وفقا للمعادله التالية CaCo3 CaO + Co2 وذلك عند درجة حراره 850 درجة مئوية وبذلك تكون الأكاسيد الأربعة جاهزة للتفاعل في الفرن

• تدخل المادة الخام الفرن وهو عبارة عن اسطوانة ضخمة مائلة بزاوية بسيطة أفقيٍا تدور حول نفسها وفي طرفها شعلة ضخمة • وبداخل الفرن تتحد الأكاسيد الأربعة مكوّناً مايسمى أطوار الكلينكر وهب • C3S, C2S, C3A، C4AF وهذه المواد الأربعة يكونوا مايسمى ب الكلينكر clinker وهو المواد الأولية في صناعة الإسمنت ويمكن أن يصدر الكلينكر أو يدخل في المرحلة التالية ليتكوّن الإسمنت • جدير بالذكر أن المركبات الأربع السابقة عبارة عن اختصار لما يلي • الC اختصار ل CaO • ال A اختصار ل Al2O3 • ال S اختصار ل SiO2 • ال F اختصار ل Fe2O3 • أي ان ال C3S عبارة عن ثلاث جزيء من ال CaO متحده مع جزيء من ال SiO2 وهكذا وتصل درجات الحرارة إلى 1450 درجة عند نهاية الفرن منطقة الحريق عند الشعلة • بعد الفرن تدخل المادة المنتجة وتسمى الكلنكر إلى المبرد cooler للتبريد المفاجئ وفائدته تبريد الكلينكر ومنع التفاعل العكسي وتفكك أطوار الكلينكر الأربعة إلى الأكاسيد المكونة لها • بعد المبرد يخرج الكلينكر وهو المنتج الأولى في صناعه الإسمنت. •يُضاف بعد ذلك الجبس الخام وتركيبة كبريتات الكالسيومCaSO4.2H2O إلى الكلينكر ويدخلا معا طاحونة تُسمّى طاحونة إسمنت cement mill ويكون المنتج النهائي هو الإسمنت • يُضاف الجبس في حدود 5% وفائدته تنظيم زمن الشك للإسمنت • في أطوار الكلينكر ال C3A يشك لحظيا عند إضافة ماء ولكننا نضيف الجبس لتأخير زمن شكها • يتكون الجبس من CaSO4.2H2O وتتحد هذه المادة مع ال C3A مكونة مادة تسمى الاترنجيت تحيط بال C3A وتاخر من زمن وصول الماء إلى ال C3A وبالتالي تأخر من زمن الشك

هناك ثلاث طرق لإيجاد المركب الكيميائي الأمثل للأسمنت.

للإشارة إلى مراحل نستعمل عادة إشارات مختصرة، ونرمز لها ب

هذه هي: Fe2O3)F، (Al2O3) A، (Sio2) S (chaux) Cao C) المكونات التي نصادفها في صناعة الاسمنت، نذكرها.

• أليت:.(C3S) : (CaO)3(SiO2)
• ألومنات:(C3A) : (CaO)3(Al2O3)
• بوليت:C2S): (CaO)2(SiO2)
• الكلس: (CaCO3)

• سليت:.Céliteزالت تسمية السليت C4AF.

• الجيرالحر: تكون شدتها عادة أقل من 2% من كتلة الكلنكر.CaO

• فوغيت:أحيانا تكون (C4AF): (CaO)4(Al2O3)(Fe2O) الألمينوفوغيت أو بغونميليغيت (CaO)2FeAlO3)هذه نصف تركيبة.
• جيبس:، (CaSO4).(H20) يسخن عند الدرجة(60-200)°م
• بيغيكلاس :MgO

• بوغتلونديت : يساهم في هدرجة الجير الحر.2(Ca(OH) هيدروكسيد الكلسيوم

• الرمل: السيليس(SiO2)

التركيبة الكيميائية للاسمنت (المواد المذكورة سابقا تساعد صلابة الاسمنت وتشده لشهور

النوعية النهائية المقدرة بواسطة قيمات محسوبة انطلاقا من التركيبة.

هناك 27 نوع للأسمنت:

• أسمنت المداخين العالية.
• أسمنت حليبي (رماد) أو أسمنت مركب (CEMV).
• الأسمنت الأبيض (يختلف في تركيبه).
• الأسمنت البورتلاندي العادي.
• الأسمنت البورتلاندي المركب.
• الأسمنت البورتلاندي المقاوم للجراثيم.
• الأسمنت البورتلاندي المتصلب في درجة الحرارة العالية ومقاوم للكبريتات.
• الأسمنت سريع التصلد.

تختلف أصناف الأسمنت سريع التصلب أو التصلد عن الأسمنت العادي من عدة نواحي، منها أن نسبة الحجر الجيري إلى السيليكات ونسبة سيليكات ثلاثي الكالسيوم في الأسمنت سريع التصلب تكون أكبر من مثيلاتها في الأسمنت العادي. كما يتصف هذا النوع بدرجة نعومة أكبر من الأسمنت العادي، مما يؤدى إلى سرعة التصلب وتولد سريع للحرارة. يستخدم الأسمنت سريع التصلب في إنشاء الطرق.

• الأسمنت البورتلاندي منخفض الحرارة.
• الأسمنت البوزولاني.
• الأسمنت البورتلاندي المقاوم للجراثيم.

تستهلك طاقة كبيرة ولا تحتاج إلى يد عاملة، وعملية نقله وتسويقه عن طريق البر باهظة الثمن، أما عن طريق المحيطات فهي سهلة. لذلك يفضل أن تكون المصانع قربية من الساحل لكي يسهل نقلها عن طريق البحر مع شرط توفر شرط آخر ألا وهو قرب المحاجر الكلسية من المصنع وذلك الأفضل.

• خرسانة
• غبار السيليكا
• ملدن
• الخرسانة المقذوفة

• ملاحظة 1 المرادفات: الإسمنت [1][2] أو الأسمنت أو تُرَابَة[2]

• بوابة علم المواد
• بوابة صناعة
• بوابة هندسة
• بوابة عمارة
• بوابة الكيمياء