تأثیر کمک سایش‌ها (تحلیلی به روش XRF/XRD)

استفاده از کمک سایش‌ در تولید سیمان مزایای متعددی از جمله افزایش تولید و بهبود توزیع دانه‌بندی را به همراه دارد. از طرفی روشن است که مواد اولیه استفاده شده در فرمولاسیون هر کدام از کمک سایش‌ها، اثرات شیمیائی فراوانی بر روی هیدراسیون سیمان دارد و احتمال تولید محصولات خاصی با کیفیت بهتر از نظر مقاومت فشاری، تنظیم زمان گیرش و بهبود کارپذیری سیمان وجود دارد. علی‌رغم استفاده گسترده از این کمک سایش‌ها، تأثیر متقابل ماده افزودنی و هیدراسیون سیمان هنوز به خوبی شناخته نشده است. در این خصوص مطالب و مقالات متعددی از نظر اثرات گوناگون شیمیائی منتشر شده است. هیدراسیون سیمان از نظر سینتیکی غالباً به دنبال بهبود خواص فیزیکی و شیمیائی، مورد مطالعه قرار گرفته است. خصوصاً بهبود ساختاری و ریزساختاری آن در هنگام تماس آب با سیمان به روش ساختاری آن در هنگام تماس آب با سیمان به روش اشعه XPF)X)، که تکنیک قدرتمندی برای کمک به شناخت و مقادیر کمی محصولات در طی فرایند هیدراسیون است.
در این مقاله نتایج یک رشته از آزمایش XRD برای شناخت این‌که چگونه هیدراسیون تحت تأثیر کمک سایش‌ها قرار می‌گیرد نشان داده شده است. اصلاح مینرالوژیکی ترکیب خمیر سیمان پرتلند در طی ۱۲ ساعت اول هیدراسیون و بهبود مقاومت‌های مکانیکی شرح داده شده است.
● آزمایش
▪ آماده‌سازی نمونه سیمان
یک نمونه از سیمان پرتلند معمولی (بر طبق استاندارد اروپائی EN۱۹۷-۱) با سایش کلینکر و سولفات کلسیم (ß-hemihydrate) در یک آسیاب آزمایشگاهی با نرمی مشخص تهیه شد. خصوصیات این سیمان در جدول (۱) نشان داده شده است.
کلینکر به روش فلئورسنس Rietceld)XRay) و با نرم‌افزار (G SAS) مورد بررسی قرار گرفت. ویژگی‌های شیمیائی کلینکر در جدول (۲) مشاهده می‌شود.
● آزمایش‌های مکانیکی
مقاومت فشاری پس از گذشت ۲۴ و ۴۸ ساعت از هیدراسیون سیمان براساس استاندارد اروپائی EN۱۹۶-۱ بدون حضور هیچ‌گونه افزودنی و تنها با افزودن آب براساس آلکانولامینز انجام شد (۰۵/۰ درصد وزنی سیمان).
● آنالیز به روش X-ray
این آزمایش براساس (European synchrotron Radiation Facility (ESRF و هم‌چنین (GILDA) انجام شده است. کاربرد این تجهیزات طبق استانداردهای موجود کاملاً توضیح داده شده است. یک نمونه از سیمان به وزن ۱۰۰ گرم با آب (به نسبت W/C=۰/۴) مخلوط و در یک محفظه کاملاً بسته با رطوبت حدود ۱۰۰% در دمای اتاق نگهداری می‌شود. یک نمونه دیگر با همین مقدار سیمان و آب و با افزوده شدن کمک سایش (۰۵/۰ درصد وزن سیمان) با یکدیگر مخلوط می‌شوند. در طی ۱۲ ساعت اول چندین نمونه از مخلوط‌های سیمان و نتایج آنالیز X-ray جمع‌آوری می‌شود. طول موج به کار رفته VAْـ۴۸۹۱۹/۰ است که با استاندارد LaB۶ کالیبره شده است. طیف به‌دست آمده به روش Rietbeld و با استفاده از نرم‌افزار GSAS اندازه‌گیری می‌شود تا اطلاعات کمی آن به‌دست آید. با استفاده از مدل‌های ساختاری این داده‌ها که از پایگاه داده‌ای ساختار کریستالی غیر ارگانیک گرفته می‌شود در تمام فازها، مورد پالایش و تصحیح قرار می‌گیرد.
● نتایج و مباحث
نتایج آزمون‌های مکانیکی در جدول (۳) نشان داده شده‌اند. کمک سایش‌هائی که پایه آلکانولامینز داشته‌اند تأثیر مثبتی بر روی هیدراسیون سیمان داشته و موجب افزایش مقاومت مکانیکی شده‌اند. این آزمون را می‌توان با در نظر گرفتن نتایج حاصل از آزمایش XRD تأیید کرد.
دیده شده است که در مراحل اولیه هیدراسیون خمیر سیمان، فازهای کریستالین بی‌شکل (amorphous) اتفاق می‌افتند. خصوصاً ازدیاد مقاومت‌های مکانیکی مستقیماً به واکنش هیدراسیون تری‌کلسیم سیلیکات (C۳S) بستگی دارد که منجر به تشکیل هیدروکلسید کلسیم و مجموعه پیچیده محصولات بی‌شکل می‌شود که معمولاً آن را سیلیکات کلسیم هیدرات می‌نامند (C-S-H). آنالیز X-ray شاید قدرتمندترین روش به‌دست آوردن اطلاعات در مورد فاز کمی مخلوط‌های چند ماده‌ای باشد. معهذا اگر فاز بی‌شکل وجود داشته باشد مستقیماً قابل اندازه‌گیری نخواهد بود و همه نتایج به‌دست آمده تخمینی هستند چون‌که روش Rietveld مجموع فازهای کریستالی را معادل ۱ نشان می‌دهد. با توجه به این‌که سیلیکات کلسیم (بلیت C۲S)، در هیدراسیون سیمان و در طی مدت طولانی اثرگذاری خود را نشان می‌دهد (پس از ۱۲ ساعت)، از بلیت به‌عنوان یک استاندارد داخلی استفاده شد. برای نرمال کردن داده‌ها، مقدار کریستالی محاسبه و از عدد ۱ کسر گردید تا نسبت وزنی مواد بی‌شکل و هم‌چنین اندازه‌گیری چگونگی تغییرات در هنگام فرآیند هیدراسیون به‌دست آید. در شکل (۱) نسبت وزنی فاز بی‌شکل (AP) برحسب زمان نشان داده شده است. مشاهده می‌شود C-S-H در نمونه سیمان هیدراته شده در حضور کمک سایش بالاتر است و این موضوع می‌تواند عملکرد بهتر مکانیکی را شرح دهد.
هیدروکسید کلسیم می‌تواند در الگوهای XRD و ۱۸۰ دقیقه بعد از مخلوط شدن مشاهده شود. این نشان می‌دهد که هیدراسیون C۳S و فاز سخت شدن سیمان شروع شده است. در شکل (۲) نسبت وزنی تری‌کلسیم سیلیکات برحسب زمان گزارش نشان داده شده است: تأثیر کمک سایش سرعت بخشیدن به هیدراسیون است. C۳S به C-S-H و Portlandite تبدیل شده و نسبت وزنی خیلی سریع‌تر از زمانی که کمک سایش، اضافه نشده کاهش می‌یابد.
این نکته نیز حائز اهمیت است که تأثیر GA بر روی فازهای آلومینات سیمان مشاهده شود. همان‌طور که از شکل (۳) و (۴) پیداست (که به ترتیب نشان دهنده نسبت وزنی C۳A و C۴AF برحسب زمان است)، نرخ کاهش میزان کریستالین C۳A و C۴AF در حضور افزودنی شیمیائی، تغییر می‌یابد. این موضوع را می‌توان تأثیر احتمالی کمک سایش به نرخ تبدیل فازهای آلومنیات داشت. از آن‌جائی که هیدراسیون C۳S بستگی به هیدراسیون تری‌کلسیم آلومینات و تتراکلسیم و آلومینوفریت دارد چنین می‌توان تصور کرد که اثر شیمیائی کمک سایش، سرعت بخشیدن به واکنش فازهای آلومینات است و همان‌طور که نویسندگان متعددی گزارش کرده‌اند امکان هیدراسیون بهتر سیلیکات‌ها فراهم می‌شود.
آزمایش تفرق‌سنجی X-ray به همراه Rietveld تکنیک قدرتمندی است که امکان اصلاحات بعدی در سیستم‌های پیچیده را فراهم می‌کند. مطالعه هیدراسیون سیمان می‌تواند بسیار مفید واقع شود خصوصاً برای روشن ساختن رابطه و تأثیرگذاری افزودنی‌های شیمیائی. کمک سایش‌های با پایه آلکانولامنیز تأثیر به‌سزائی در هیدراسیون سیمان دارند: یعنی بهبود مقاومت‌های فشاری، که معمولاً با اضافه کردن افزودنی شیمیائی در مخلوط آب می‌تواند از جنبه سرعت بخشیدن به هیدراسیون فازهای آلومینات مورد توجه قرار گیرد و واکنش سیلیکات‌ها و افزایش مقاومت‌های مکانیکی را به دنبال داشته باشد.

مترجم: مجید محمودی
منبع:
world cement. june ۲۰۰۷

منبع : ماهنامه صنعت سیمان