فهرست مطالب
کلینکر سیمان چیست؟
کلینکر سیمان که در انگلیسی با عبارت clinker شناخته می‌شود، همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، محصولی است که در فرایند تولید سیمان پرتلند خاکستری و سیمان پرتلند سفید از کوره سیمان پزی خارج می‌گردد.
کلینکر یکی از مواد اولیه مهم و اساسی در تولید سیمان به شمار می‌آید و به عبارتی یک محصول فرایندی است و برحسب نوع سیمان مورد نیاز برای تولید، در ترکیب آن محصول سیمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
به طور کلی سیمان را به دو روش تر و خشک تهیه می‌کنند که در مقاله سیمان بطور کامل شرح داده شده است. در روش تر مواد اولیه در آب با هم مخلوط و آسیاب می‌گردند و در روش تولید خشک، مواد اولیه در حالت خشک و بدون وجود رطوبت مخلوط و آسیاب می‌شوند. برای آشنایی بیشتر با روش تولید سیمان پرتلند خاکستری و سفید می‌توانید مقاله سیمان خاکستری و سیمان سفید را مطالعه کنید.
ترکیبات و آنالیز
کلینکر سیمان پرتلند عمدتاً از ۴ فاز بلورین تری‌کلسیم سیلیکات (آلیت)، دی‌کلسیم سیلیکات (بلیت)، تری‌کلسیم آلومینات و تتراکلسیم آلومینو فریت تشکیل گردیده است. همچنین دارای مقادیری آهک آزاد (Free Lime) و کمی پریکلاز آزاد (MgO) است.
ترکیبات شیمیایی و آنالیز انواع مختلف محصولات تولیدی کارخانجات کلینکرسازی تا حدودی با یکدیگر متفاوت است اما آنالیز این محصول به صورت عمومی به شرح زیر است.
| ترکیب شیمیایی | درصد موجود در نمونه |
| SiO۲ | ۲۱٫۵ |
| Al۲O۳ | ۵٫۲ |
| Fe۲O۳ | ۲٫۸ |
| CaO | ۶۶٫۶ |
| MgO | ۱ |
| K۲O | ۰٫۶ |
| Na۲O | ۰٫۲ |
| SO۳ | ۱ |
| LOI | ۱٫۵ |
| IR | ۰٫۵ |
| Total (جمع کل) | ۹۸٫۹ |
همواه مقادیری مواد خارجی بصورت ناخالصی در محصول وجود دارد که باعث می‌شود جمع کل مواد موجود در جدول بالا ۱۰۰ نباشد.
میزان آهک آزاد موجود در این محصول ۱% مقدار CaO موجود در آن خواهد بود.
تبدیل به سیمان پرتلند
برای تبدیل کلینکر حاصل از کوره سیمان پزی به سیمان پرتلند قابل مصرف، باید این محصول را که به صورت دانه هایی است که بین ۳ الی ۲۵ میلیمتر قطر دارند به همراه مقادیر مشخصی از سنگ گچ خام مخلوط و آسیاب گردد. دلیل اضافه کردن سنگ گچ برای افزایش زمان گیرش ملات سیمانی و جلوگیری از خشک شدن سریع سیمان است.
قیمت کلینکر
قیمت کلینکر بسیار کمتر از سیمان بوده و معمولا آن را بصورت فله و بدون بسته‌بندی به فروش می‌رسانند. این کالا در تمامی کارخانه های سیمان خاکستری و سفید تولید می‌گردد و بخش اعظم آن بعنوان مواد اولیه تولید سیمان‌ها در همان کارخانه مورد مصرف قرار می‌گیرد، اما برخی کارخانجات نیز فقط مشغول به تولید کلینکر هستند و در واقع این کالا، محصول نهایی آن‌ها می‌باشد.
صادرات
در سال‌های اخیر صادرات این کالا از ایران به کشورهای منطقه ار رونق مناسبی برخوردار بوده و با توجه به شرایط موجود می‌توان متصور بود صادرات این کالا در سال‌های آینده افزایش پیدا کند.
چگالی و وزن مخصوص
وزن مخصوص یک ماده از حاصل ضرب چگالی آن ماده در شتاب جاذبه بدست می‌آید. با توجه به چگالی کلینکر که ۱۵۰۰ Kg/m۳ است، می‌توان گفت که وزن مخصوص این کالا برابر با ۳٫۰۹ gr/cm۳ خواهد بود.
منبع: هندبوک مهندسی شیمی، نوشته Perry، ویرایش ششم
کلینکر سفید و سیاه
نوع سیاه و سفید این محصول همانطور که از نامشان پیداست دارای رنگ‌های سیاه و سفید هستند. به عبارت دیگر کلینکر سیاه محصول کوره تولید سیمان سیاه (خاکستری) است و نوع سفید محصول کوره تولید سیمان سفید می‌باشد. بر همین اساس از نوع سیاه برای تولید سیمان و ار نوع سفید برای تولید سیمان سفید استفاده می‌کنند.
در تصویر زیر نمونه‌ای از نوع سفید این محصول را مشاهده می‌کنید.
درصد موجود در سیمان
همانطور که شرح داده شد، برای تولید سیمان‌های پرتلند خاکستری و سفید، باید کلینکر را با مقدار مشخصی سنگ گچ خام مخلوط کرده و آسیاب نماییم. اما نکته مهم و اساسی این است که برای تولید سیمان پرتلند با کیفیت مناسب، چه مقدار از این محصول را باید با چه مقدار سنگ گچ مخلوط کرد؟، یا به عبارت دیگر درصد کلینکر موجود در سیمان چقدر است؟
محاسبات مربوط به درصد موجود از این کالا در سیمان یک امر تخصصی بوده و باید با توجه به منابع علمی معتبر و توسط مهندسین علم مواد و شیمی انجام گیرد.
فازهای کلینکر
کلینکر سیمان پرتلند عمدتاً از ۴ فاز بلورین به نام‌های آلیت، بلیت، آلومینات و فریت تشکیل شده است. همچنین دارای آهک آزاد (Free Lime) و کمی پریکلاز (Mgo آزاد) است.
آلیت – Tri Calcium Silicate
این کانی که میزان متوسط آن در سیمان پرتلند بین ۴۴ الی ۵۴ درصد است، عامل عمده‌ی ایجاد استحکام در تمام مدت عمر بتن، به ویژه در ۲۲ روز اول می‌باشد. به هنگام تبلور، در کریستال از این جسم، سه مولکول آهک آزاد می‌کند. این آهک آزاد شده هیچ گونه ضرری به سیمان نمی‌زند و بصورت یک پرکننده‌ی خنثی (Inert Filler) در آن باقی می‌ماند.
اگر سیلیکای کوبیده شده و بسیار نرم به چنین سیمانی افزوده شود و اندکی هم حرارت به آن داده شود، آهک با سیلیکا ترکیب شده و به این ترتیب سیلیکات‌های کلسیم بیشتری در سیمان بوجود می‌آید.این سیلیکات‌ها نیز به نوبه‌ی خود متبلور شده و موجبات استحکام زیاد تر سیمان را فراهم می‌کنند و دلیل افزودن پوزولان‌ها به سیمان برای تهیه و تولید سیمان پوزولانی نیز همین است.
C3S خالص در کلینکر پیدا نمی‌شود، بلکه اکسیدهای غیره، برای مثال تا حدود ۱۲ درصد جرمی، MgO در کنار آن TiO۲ ، Fe۲O۳ ، Al۲O۳و … در ساختمان آن قرار می‌گیرند. سایر اجزا به ترکیب شیمیایی کلینکر، دمای پخت و سرد کردن بستگی دارد.در دمای پائین تر از ۱۲۴۱ درجه ساتیگراد می‌تواند تحت سرد کردن بسیار آرام به CaO و C2S تجزیه شود، بخصوص وقتی که در اثر پخت کاهنده +Fe۲ وارد شود. رنگ بلور خالص C3S سفید می‌باشد و فرمول آن ۳CaO.SiO۲ است. این بلور دارای گرمای هیدراتاسیون زیادی می‌باشد. نمودار زیر تاثیر فازهای کلینکر را بر استحکام سیمان را نشان می‌دهد.
بلیت – Di Calcium Silicate
فرمول این ترکیب ۲CaO.SiO۲ است. این کانی که میزان متوسط آن در سیمان پرتلند بین ۲۴ تا ۵۴ درصد می‌باشد. به شکل‌های کریستالی مختلف وجود دارد. حالت β-C2S در کلینکر سیمان وجود دارد. این کانی کندتر از بقیه‌ی کانی‌های سیمان متبلور می‌شود و به همین دلیل روی زمان گیرش دوغاب سیمان اثر محسوسی ندارد. این کانی عامل ایجاد استحکام تدریجی و دراز مدت در سنگ سیمان است. رنگ بلورخالص C2S نیز سفید است.
آلومینات – Tri Calcium Aluminate
فرمول این ترکیب C3A) 3CaO.Al۲O۳) می‌باشد. این کانی قابلیت تبلور زیادی دارد و مسئول تولید گرمای تبلوری است که سیمان به هنگام آمیخته شدن با آب (هیدراتاسیون) از خود بروز می‌دهد. هر یک درصد از این جسم که در یک گرم سیمان پرتلند موجود باشد، پس از تبلور می‌تواند ظرف سه روز تقریباً دو کالری حرارت تولید کند. این کانی سریعتر از بقیه‌ی کانی‌های سیمان پرتلند می‌بندد و وجود آن در سیمان سبب گیرش سریع دوغاب سیمان می‌شود. به همین دلیل به کلینکر سیمان سولفات (گچ) می‌افزایند تا سرعت هیدراتاسیون آن را کاهش دهند. برای آشنایی بیشتر با این فرایند مقاله کاربرد سنگ گچ در تولید سیمان را مطالعه کنید.
اگر چه این کانی دارای سرعت گیرش بالائی است ولی از آنجا که با آب‌های خورنده (Corrosive Water) مثل آب‌های سولفاته ترکیب می‌شود و باعث انبساط بتن و خراب شدن آن می‌شود که با کم کردن این کانی در سیمان هم سرعت گیرش سیمان و هم مقاومت آن را در آب‌های خورنده افزایش می‌دهند.
یکی از دلایلی که بعضی از سیمان‌های ساختمانی را که در مجاورت آب‌های خورنده قرار می‌گیرند، در کارخانه‌ها با بخار آب عمل می آورند، (STEAM CURING) این است که بخار آب موجب می‌شود مواد شیشه‌ای سیمان که Hydro Garnet خوانده می‌شوند بصورت فیلم یا غشای نازکی به ذرات C3A کشیده شوند و آن‌ها را از تهاجم آب‌های خورنده محافظت کنند.
اگر چه این کانی همانند فازهای آلیت و بلیت می‌تواند تا اندازه ای به بتن استحکام بدهد، اما در مجموع باید آن را در سیمان، یک عنصر نامطلوب به حساب آورد. رنگ کانی خالص آلومینات سفید است.
فریت – Tetra Calcium Alumino Ferrite
فرمول این ترکیب ۴CaO.Al۲O۳.Fe۲O۳ می‌باشد. این کانی که از احیای C3A توسط آهن در قسمت بسیار داغ کوره دوّار حاصل می‌شود. البته فاز فریت ترکیب شیمیائی ثابتی ندارد، بلکه عضوی از ردیف بلورهای مخلوط است، که به لحاظ تئوریکی از C2A تا C2A می‌تواند باشد، متناسب با درصد آهن و آلومینیوم، اجزای بلورین در جهت آهن یا آلومینیوم قرار دارند (C2F وجود ندارد).
C2A …C6A2F… C4AF…C6AF2 …C2F
اغلب ترکیب این فاز در کلینکر C4AF است. این ترکیب رنگ سیمان را تعیین می‌کند. C4AF خالص قهوه‌ای رنگ است. این فاز محتوی MgO سبز قهوه‌ای تیره رنگ است. همچنین این فاز خیلی کم متبلور می‌شود و به همین دلیل سرعت گیرش آن نیز فوق‌العاده کم است و روی خواص فیزیکی سیمان اثر بسیار اندکی دارد. در حقیقت این کانی را در سیمان باید بعنوان یک فیلر خنثی بحساب آورد.
سایز فازها