تعیین حرارت هیدراتاسیون سیمان و روند انجام آزمایش آن
حرارت هیدراتاسیون سیمان شامل میزان حرارتی است که بر حسب ژول بر گرم محاسبه می‌شود. در واقع درصد حرارت سیمان هیدراته نشده است که تحت تاثیر دمای مشخصی در اثر هیدراتاسیون کامل به وجود می‌آید. حال برای تعیین این حرارت از روش‌ها و آزمایش‌های خاصی استفاده می‌کنند تا میزان حرارت هیدراته سیمان مشخص شود. برای آشنایی بیشتر در رابطه با این آزمایش و این روند ادامه متن را بخوانید.
تعیین حرارت هیدراتاسیون سیمان
بتن تحت تاثیر اختلاط سیمان، سنگدانه‌ها، آب و ماده افزودنی بتن به شدت افزایش دما پیدا می‌کند. همین بالا رفتن حرارت حاصل واکنش شیمیایی گرمازا سیمان و آب است که آن را با نام هیدراته شدن سیمان می‌شناسند. این واکنش خاصیت چسبندگی در سیمان به وجود می‌آورد، چرا که سیمان به تنهایی فاقد این خاصیت است. در صورت ترکیب آب با دیگر مواد این خاصیت قابل توجه و کارآمد حاصل می‌شود. البته این واکنش نیز خود در ۵ مرحله صورت می‌گیرد که شامل:
واکنش اولیه
در همان مرحله اولیه با ترکیب سیمان با آب، دما به صورت ناگهانی افزایش می‌یابد. این افزایش دما نیز تحت تاثیر انرژی آزاد شده و در اثر واکنش آلومینات و آب به وجود می‌آید.
نهفتگی
در این مرحله به سبب کاور شدن سطح دانه‌های سیمان واکنش کاهش پیدا می‌کند و در این مرحله بتن آماده ریختن است.
کسب مقاومت
در مرحله کسب مقاومت بین کلسیم سیلیکات‌ها واکنشی رخ می‌دهد که باعث افزایش حرارت می‌شود. در این مرحله هیدرات سیلیکات به وجود می‌آید که به شدت سرعت بتن را بالا می‌برد. در این مرحله حدود ۷۰درحه سانتیگراد دمای بتن افزایش دارد که باعث تغییراتی در بتن می‌شود.
کم شدن سرعت واکنش
در این مرحله سرعت واکنش کاهش پیدا می‌کند، در نتیجه بهترین زمان برای قالب‌بندی بتن است.
گستردگی یکنواختی
در مرحله نهایی کمی از ذرات سیمان و آب باقی مانده که هنوز واکنشی در آن‌ها صورت نگرفته است. در واقع بتن نیاز به مدت زمان زیادی و حتی تا ماه‌ها زمان برای واکنش هیدراتاسیون دارند.
پارامترهای تاثیرگذار بر حرارت هیدراتاسیون سیمان
عوامل بسیار زیادی بر نرخ حرارت هیدراتاسیون سیمان تاثیر می‌گذارد، البته میزان تاثیرگذاری هر یک از این پارامترها نسبت به دیگری کم یا بیشتر است.
شرایط عمل آوری بتن
از مهمترین و تاثیرگذارترین عوامل بر نرخ حرارت این واکنش شرایط عمل‌آوری بتن است. اگر در شرایط آب‌وهوایی گرم و خشک بتن‌ریزی انجام شود اما عمل آوری به تناسب استاندارد نباشد، تحت تاثیر فرایند تبخیر نسبت آب به سیمان کاهش می‌یابد. این فرآیند باعث ضعیف شدن این واکنش و در نتیجه بروز ترک‌های بسیار زیادی در بتن می‌شود.
ترکیبات سیمان
اصلی‌ترین پارامتر تاثیرگذار بر نرخ این حرارت ترکیبات معدنی سیمان است. ترکیبات متعددی در سیمان وجود دارد که هر یک در اثر ترکیب با آب واکنشی به وجود می‌آورند. کم یا زیاد شدن هر یک از این مواد یا ناخالصی‌های موجود در آن می‌تواند فرایند سرعت سخت شدن را به شدت بالا ببرد.
نرمی سیمان
نرمی سیمان و همچنین اندازه ذرات آن بر نرخ هیدراتاسیون تاثیر می‌گذارند، همچنین تاثیر مستقیمی بر مقاومت سخت شدن و گیرش بتن خواهند داشت. در اثر نرمی سیمان سطح جانبی دانه‌ها بیشتر و در نتیجه آب بیشتری در واکنش لازم است. تحت تاثیر این فرایند نیز واکنش حرارتی هیدراتاسیون به سرعت رخ می‌دهد و مقاومت زودتر از زمان لازمه به وجود می‌آید.
روند انجام آزمایش هیدراتاسیون سیمان
برای انجام آزمایش هیدراتاسیون نیاز به تجهیزات متعددی دارید. وسایلی نظیر کالری‌متر، مخلوط کن، مخزن، هاون، گرمخانه، کوره، الک آزمایشی، ترازو و واکنش‌گرها نیاز هستند. به کارگیری تمامی این تجهیزات و مواد برای نتیجه مطلوب در آزمایش الزامی خواهند بود. این آزمایش طی چند مرحله صورت می‌گیرد که شامل:
نمونه گیری سیمان
در این مرحله نیاز به سیمان مناسب و معمولاً هم سیمان خشک یا سیمان جزئی هیدراته شده است. پس از آن باید ظرفیت حرارتی کالری متر را از جرم سرخ شده سیمان با توجه به فرمول‌های خاصی به دست بیاورید. از این رو نمونه‌هایی که برای استفاده در کالری‌متر آماده کرده‌اید، نمونه دیگری مشابه با همین نمونه‌ها را جدا می‌کنید. این نمونه‌ها باید حدود یک و نیم ساعت برای رسیدن به جرم ثابت طی بازه دمایی ۵۰ تا ۹۵۰ درجه سلسیوس سرخ شوند. اکنون این نمونه را وزن می‌کنید و از یک معادله خاصی جرم سرخ شده را به دست می‌آورید.
تعیین ظرفیت حرارتی کالری متر
نوبت به آن است تا ظرفیت حرارتی کالری متر و مواد داخل آن را تعیین کنید. در این مرحله ترکیباتی از اسید نیتریک و اسید هیدروفلوئوریک تا وزن ۴۲۵ گرمی با یکدیگر مخلوط باید با یکدیگر مخلوط شوند. در نتیجه ۲۰ دقیقه آن را در دستگاه قرار دهید تا به دمای یکنواخت برسد و دمای محیط و همچنین اسید را یادداشت کنید. اکنون نوبت آن است تا ۳ گرم سیمان خشک با آن مخلوط کرده و پس از ۲۰ دقیقه و گذشت ۴۰ دقیقه مجدداً دما را ببینید. این افزایش دما در ۲۰ دقیقه اول به دلیل گرمای انحلال نمونه است و اما دمای ۲۰ دقیقه دوم به سبب کاهش یا افزایش گرما از محیط خواهد بود.
محاسبه گرمای انحلال سیمان خشک و هیدراته
اکنون باید گرمای انحلال، سیمان خشک را تحت فرآیند آزمایش هیدراتاسیون با یک رابطه ریاضی مشخصی محاسبه کنید. در انتهای این آزمایش می‌توانید حرارت این واکنش را توسط فرمول مخصوصی به دست بیاورید. در نتیجه بر اساس داده‌ها به صورت دقیق گزارش کار می‌نویسید.
مواد افزودنی بتن در واکنش هیدراتاسیون
برای تعیین حرارت هیدراتاسیون باید آزمایش خاصی صورت بگیرد. تمامی سیمان‌ها خاصیت ضد آب دارند که آن‌ها را با نام سیمان هیدرولیکی می‌شناسند. معمولا در کاربردهای عمرانی نیز به چنین سیمانی نیاز است. سیمان‌هایی با خاصیت گیرش و چسبندگی بالا دارای سیلیکات و آلومینات آهک هستند و به چند دسته تقسیم می‌شوند. حال تحت تاثیر ترکیب مواد با آب واکنش هیدراتاسیون صورت می‌گیرد که تحت تاثیر این واکنش حرارتی نیز آزاد می‌کند.
از هر گرم از سیمان نیز معمولاً ۵۰۰ ژول حرارت آزاد می‌شود. به کارگیری سیمان در بتن به دلیل کم بودن هدایت حرارتی بتن به‌عنوان یک عایق حرارتی خواهد بود. معمولا در بتن فرایند هیدراته شدن سیمان باعث افزایش درجه حرارت می‌شود و در نتیجه سطح خارجی بتن دمای خود را از دست می‌دهد. همین واکنش باعث می‌شود تا بلافاصله بعد از اینکه هسته بتن نیز سرد شد، ترک‌های بزرگی در داخل آن به وجود بیاید.
اگر تولید حرارت صورت بگیرد یخ زدن آب در لوله‌های مویینه اتفاق نمی‌افتد. در این واکنش مواد افزودنی بتن خاصی را می‌توان برای تقویت این فرآیند و البته بهبود کیفیت بتن مانند انواع روان کننده بتن استفاده کرد.
تسریع کننده‌ها
بهترین افزودنی‌های بتن شامل تسریع کننده‌هایی هستند که به منظور افزایش آبرسانی، قدرت اولیه و در نتیجه کاهش زمان تنظیم اولیه از آن‌ها استفاده می‌شود.
شتاب دهنده‌ها
شتاب‌دهنده‌ها دیگر مواد افزودنی بتن هستند که با ضعیف کردن مانع اطراف ذرات سیمان باعث می‌شوند تا آب به راحتی به فازهای مختلف دسترسی داشته باشد. این مواد برای جبران اثر عقب ماندگی در گیرش و به ویژه در هوای سرد کاربرد دارند.
بازدارنده‌ها
از دیگر مواد بسیار کاربردی که در فرایند هیدراته شدن سیمان نقش مهمی دارند، می‌توان به بازدارنده‌ها اشاره کرد. این افزودنی‌های بتن برای جلوگیری از رشد و همچنین تشکیل بسیاری از محصولات آبرسانی باعث کندتر شدن فرایند هیدراته سیمان می‌شوند.
جمع‌بندی
بتن برای نتیجه مطلوب و مقاومت نیاز به شرایط خاصی دارد. یکی از این شرایط مناسب بودن دمای بتن تحت تاثیر واکنش‌های خاصی نظیر واکنش هیدراته سیمان است. چرا که در اثر واکنش آب به سیمان و دیگر مواد افزودنی بتن افزایش دما به وجود می‌آید. ناگفته نماند که هیدراتاسیون همان کم آبی است که می‌تواند تحت تاثیر افزایش شدید دمای اختلاط به وجود بیاید. امروزه افزودنی‌های بتن در هیدراتاسیون تاثیر بسیار فراوانی دارند. شما کاربران عزیز می‌توانید همین حالا بهترین مواد افزودنی بتن تاثیرگذار بر هیدراتاسیون سیمان را از این مجموعه معتبر تهیه کنید.
