سیمان ضد سولفات
در بحث واکنش های هیدراتاسیون سیمان و به ویژه در فرآیند گیرش، از واکنش بین C3A و سنگ گچ (CaSO4.2H2O) و در نتیجه تشکیل سولفو آلومینات کلسیم یاد شد. در سیمان سخت شده، هیدرات آلومینات کلسیم می تواند به طور مشابهی با نمکهای سولفاتی خارج از بتن واکنش نشان دهد: محصول این واکنش سولفو آلومینات کلسیم می باشد که در داخل ساختار خمیر سیمان هیدراته شده تشکیل می گردد. از آنجا که افزایش حجمی مواد در حالت جامد به ۲۲۷ درصد می رسد، بتن به صورت تدریجی از هم پاشیده می شود. نوع دوم واکنش براساس تعویض یونها بین هیدروکسید کلسیم و سولفات ها است که در نتیجه سنگ گچ تشکیل شده و ۱۲۴ درصد افزایش در حجم مواد جامد حاصل می گردد.
Admin1
این واکنش ها به نام حمله سولفاتها معروف اند. نمک هایی که بیش از حد در این زمینه فعال می باشند عبارت اند از سولفاتهای منیزیم و سدیم. حمله سولفاتها اگر همراه با تر و خشک شدن متناوب باشد، شدیدتر می گردد.
علاج این مساله به کار بردن سیمانی است که مقدار C3A آن کم باشد و چنین سیمانی به نام سیمان برتلند ضد سولفات معروف است. آیین نامه انگلیسی BS 4027:1991 حداکثر مقدار C3A این سیمان را 3.5 درصد مشخص نموده است. مقدار SO3 به 2.5 درصد محدود شده است. سایر جنبه های سیمان ضد سولفات مشابه سیمان پرتلند معمولی است و لذا در آیین نامه ENV 197-1:1992 به طور جداگانه مشخص نگردیده اند. در ایالات متحده، سیمان ضد سولفات به نام سیمان نوع V معروف است و مشخصات آن در آیین نامه ASTM C 150-94 آمده است. این مشخصات مقدار C3A را به ۵ درصد و همچنین مجموع مقدار C4AF به علاوه دو برابر مقدار C3A را به ۲۵ درصد محدود نموده است. مقدار اکسید منیزیم به ۶ درصد محدود شده است.
نقش C4AF کاملا روشن نشده است. انتظار می رود از جنبه شیمیایی، C4AF سبب تشکیل سولفو آلومینات و همچنین سولفوفریت کلسیم شود و لذا انبساط حجمی ایجاد نماید. ولیكن چنین به نظر می رسد که هرچه نسبت Al2O3:Fe2O3 کمتر باشد عمل سولفات کلسیم بر سیمان هیدراته شده کمتر خواهد بود. بعضی محلول های جامد ایجاد می شوند که مستعد حمله نسبتا کمی می باشند. تترا کلسیم فریت حتی مقاوم تر بوده و ممکن است یک قشر محافظ بر روی آلومینات کلسیم آزاد تشکیل دهد 6-2.
از آنجا که اغلب، کاهش دادن Al2O3 در مواد خام مناسب نمی باشد، ممکن است Fe2O3 به مخلوط اضافه گردد تا مقدار C4AF به ازای کاهش C3A، افزایش یابد ۷-۲.
مثالی از سیمان با نسبت Al2O3/Fe2O خیلی کم، سیمان فراری (Ferrari) می باشد که در تولید آن اکسید آهن جایگزین قسمتی از خاک رس میگردد. در آلمان سیمان مشابهی تحت نام سیمان Erz تولید میشود. گاهی نام سیمان سنگ آهن نیز برای این نوع سیمان به کار برده می شود.
مقادیر کم C3A و نسبتا کم C4AF در سیمان ضد سولفات به این معنی است که مقدار سیلیکات آن زیاد بوده و مقاومت زیادی به سیمان می دهد، ولی چون قسمت بیشتری از سیلیکات ها به صورت C2S می باشد، لذا مقاومت اولیه آن کم است. حرارت توسعه یافته به وسیله سیمان ضد سولفات خیلی بیشتر از حرارت ناشی از سیمان با حرارت کم نمی باشد. بنابراین می توان چنین استدلال نمود که سیمان ضد سولفات از لحاظ تئوری یک سیمان ایده آل باشد، ولی به علت الزامات ویژه برای مواد خامی که در تولید آن به کار می روند، نمی توان آن را به صورت عمومی و ارزان تولید نمود.
باید توجه داشت که در محلی که خطر یونهای کلرید در بتن حاوی میلگرد فولادی با سایر فولادهای مدفون شده، وجود دارد ممکن است کاربرد سیمان ضد سولفات مزیتی نداشته باشد. دلیل این موضوع آن است که C3A یونهای کلرید را به هم می چسباند و در نتیجه کلر و آلومینات کلسیم تشکیل می گردد. لذا این یونها وجود نخواهند داشت تا سبب خوردگی فولاد شوند. این موضوع در صفحه ۶۷۶ بررسی خواهد شد.
شرایط یک سیمان ضد سولفات با قلیایی کم در آیین نامه BS 4027:1997 آمده است. در این خصوص، شایان ذکر است که سیمان با مقدار قلیایی کم، به لحاظ حمله سولفاتها، بدون توجه به مقدار C3A در سیمان، سودمند خواهد بود. دلیل این امر آن است که مقدار کم قلیایی، دسترسی اولیه یونهای سولفات به C3A را کاهش می دهد12-2؛ هنوز مشخص نیست که این تاثیر بتواند برای مدت طولانی پایدار بماند.
