مهندسی گچ – بخش ۱

بروزرسانی: ۵ تیر ۱۳۹۹

هندبوک مهندسی گچ

۱- تاریخچه

نخستین بار حدود ۱۶۰ تا ۲۰۰ میلیون سال پیش، زمانی که دریاها خشک شدند، لایه های سنگ گچی که در زیر آن ها به وجود آمده بودند پدیدار گشتند. گچ یکی از قدیمی ترین مصالح ساختمانی مورد استفاده در دنیا میباشد که در قرون گذشته با روش های دیگر تولید و به صورت هایی دیگر استفاده می شده است. مطابق تحقیقات زمین شناسان، دوران نانپدید شدن دایناسورها و پدیدار شدن لایه های سنگ گچ خیلی قدیمی تر از ایجاد تمدن ها بر روی زمین است.

۵۰۰۰ سال قبل مصری ها ژیپس را با آتش هایی که در هوای باز روشن شده بود می سوزاندند و سپس آن را تا اندهزه ای پودر، خرد می کردند و سرانجام این پودر را با آب مخلوط می کردند تا موا بنایی برای مقبره های شان بسازند.

در تمدن های کهن نیز نوعی گچ استفاده می شده است که امروزه ما آن را آلاباستر (نام شهری در مصر) می نامیم. تندیس های بزرگ گاوهای بال دار متعلق به تمدن آشور که امروزه در موزه ی شهر لندن موجود است از همین سنگ ساخته شده اند.

یونانی ها همچنین نامی به سنگ گچ داده اند که از دو کلمه با معانی زمین و پختن تشکیل شده است. آن ها فرم خاصی از سنگ گچ را که حالت شیشه ای دارد برای پنجره ی معابدشان استفاده می کردند. سنگ گچ سیسه ای را که به این شیوه ی سنتی مورد استفاده قرار می گرفته است را سلنیت یا سنگ ماه می نامیده اند.

رومی ها نیز راجع به سنگ گچ و کاربردهای آن در حرفه و پیشه ی خود اطلاعاتی داشته اند. نشانه این اطلاعات مجسمه های ساخته شده از آلاباستر می باشدکه در نواحی میانی انگلستان مخصوصا در ناتینگهام به شکل مجسمه هایی با فرم های مختلف که توسط استادکاران قرن ۱۴ و ۱۵ میلادی حکاکی شده اند پیدا می شود. بهدها این دست ساخته های گچی مشهور گردید و با تولید انبوه به سراسر اروپا فرستاده شد. این آلاباسترها را ما در موزه های عمومی می توانیم ببینیم. آلاباستر همچنین در برخی از آرامگاه ها، نقوش کلیساها و سایر ساختمان های تاریخی به کار رفته است.

به هر حال در آن دوران بیشترین مصرف گچ برای سطوح داخلی ساختمان بود ولی از قرن ۱۶ میلادی به بعد گچ کارها مهارت های خود را توسعه دادند و در زمینه دکور سازی و کارهای هنری با گچ توانایی های ارزشمندی پیدا نمودند.

در قرن ۱۷ پاریس پایتخت گچ بود و تمام دیوارهای چوبی خانه ها توسط گچ پوشانده شده بود. پادشاه فرانسه این قانون را بعد از این که لندن بزرگ در سال ۱۶۶۶ در اثر آتش سوزی از بین رفت اجباری نمود.

آثار بکارگیری گچ در ایران نیز طبق تحقیقات باستان شناسان، مربوط به دوران قبل از اسلام یعنی حدود ۱۵۰۰ سال پیش می باشد. از زمان اشکانیان ابنیه هایی با تزئینات گچی به جا مانده است که نمایانگر خلاقیت و هنر استادکاران ایرانی می باشد. از دوران اسلام نیز گچ بری های فراوانی بجا مانده که نمودار پیشرفت این هنر در سرزمین ایران می باشد. ملات گچ در دوره ی ساسانیان ذر اسکلت سازی بناها و همچنین جهت نماسازی کاربرد فراوان داشته است. یکی از پدیده های هنری در معماری بی همتای ایران هنر گچ بری است که در کاوش های باستان شناسی نمونه ها و نشانه هایی از رواج این هنر در روزگار ساسانی به دست آمده است.

۲- زمین شناسی گچ

سنگ های تبخیری از نظر کانی شناسی بسیار متنوع اند که این تنوع و فراوانی کانی های حاصل از توده ی آب در حال تبخیر، به ترکیب اولیه ی آب بستگی دارد و ار آن جایی که طیف این ترکیب می تواند بسیار متغیر باشد، تنوع کانی های تبخیری هم زیاد است. تقریبا ۷۰ کانی تبخیری شناخته شده که از این تعداد ۲۷ کانی سولفاته، ۲۷ کانی بوراته و ۱۳ کانی هالیدی می باشند. در بین این سه گروه، بورات ها کمترین فراوانی را دارند و ژیپس (گچ طبیعی) جزو معروف ترین کانی های تبخیری محسوب می شود.

آب دریا والد تمام نهشته های تبخیری محسوب می شود. کانی های تبخیری فراوان این نهشته شامل Cl یک بار منفی و SO4 دوبار منفی در اب دریا، کلریدها (عمدتا هالیت) و سولفات ها (ژیپس و انیدریت) هستند. جدول ذیل کانی های اصلی نهشته های تبخیری را نشان می دهد.

۱-۲- پیدایش رسوبات تبخیری

بر اساس مطالعات انجام شده بیشترین احتمال برای تشکیل کانی های تبخیری، آب های با نمک زیاد می باشند. تشکیل شوراب ها در اثر افزایش غلظت نمک در آب دریا صورت می گیرد و آن نیز ناشی از تبخیر، انجماد و یا ایجاد آب های بسته و پس مانده در زیر زمین است که در اثر عبور آب باران از بین رسوبات تبخیری قبلی و انحلال آن ها به وجود می آیند.

هنگامی که ۱۹ درصد ار حجم اولیه آب دریا تبخیر شده باشد، ژیپس رسوب میکند و هنگامی که حجم تا ۹٫۵ درصد کاهش یابد، هالیت یا نمک طعان ظاهر می شود. تداوم تبخیر، کانی های منیزیم و پتاسیم را تولید می کند. به طور کلی کانی های تبخیری را به دو گروه اصلی تقسیم می کنند:

الف) کربنات های آلکالی خاکی: آراگونیت، کلسیت، دولومیت، کلسیت کم منیزیم و کلسیت پر منیزیم.

ب) نمک های تبخیری: ژیپس، انیدریت، هالیت، ترونا و کارنالیت.

در یک محیط مساعد اولین گروه شکل گرفته کربنات ها هستند و ابتدا آرگونیت تشکیل می شود لذا غلظت Ca پائین آمده و Mg بالا می رود و شرایط برای تشکیل کلسیت پر منیزیم فراهم می شود، سپس کلسیت کم منیزیم و در انتهای کربنات ها، دولومیت به صورت نادر ایجاد می شود (اولیه).

بعد از کربنات ها، نمک های تبخیری ایجاد می شوند که در بین آن ها ایتدا ژیپس و سپس کلروها تشکیل می شوند. بر این اساس می توان گفت کانی های کربناته ی آلکالی عمدتا اولیه و دسته دوم ثانویه می باشند و در اعماق تشکیل می شوند.

ژیپس و انیدریت ممکن است در سطح زمین، در زیر آب و در خشکی رسوب کنند، با این وجود در هنگام دفن تا اعماق بیش از چند صد متر، تمام CaSO4 موجود بصورت انیدریت است و معمولا در هنگام بالا آمدن انیدریت به ژیپس تبدیل می شود. بیشتر مطالعات ژیپس-انیدریت نشان داده است که فاز پایداری به وسیله اکتیویته ی آب و درجه حرارت تعیین می گردد.

ژیپس و انیدریت از جمله رسوبلت حاصل از پدیده تبخیر می باشند که از نظر توالی رسوب گذاری بر سنگ نمک تقدم دارند. ته نشینی این مواد همراه با تبخیری های دیگر در آب های شور انجام می گیرد. انیدریت به دلیل حلالیت بالا و تبدیل شدن به ژیپس به ندرت در سطح زمین یافت می شود ولیکن ژیپس در سطح زمین پایدار است. بنابراین می توان در سطح زمین رخنمون داشته باشد. این کانی ها در حوضه های بسته و باز که میزان تبخیر آن ها زیاد است، تشکیل می شوند. حوضه های درون قاره ای که در مراحل اولیه ی ریفت تشکیل می شوند، محیط مناسبی برای تشکیل رسوبات تبخیری از جمله ژیپس می باشند.

با توجه به این که ثابت تعادلی (K) ژیپس کمتر از هالیت است، بنابراین ابتدا ژیپس رسوب می نماید و سپس هالیت تشکیل می شود. در حاشیه حوضه های باز که میزان تبخیر آن ها زیاد است، ژیپس تشکیل می شود. (شکل سمت چپ)

از تجزیه فیزیکی و شیمیایی سنگ های گچ نوعی خاک به نام راندزین تشکیل می گردد که حاوی آهک فعال بوده و اشباع از کلسیم و منیزیم می باشد. این خاک دارای درصد اشباع بازی نزدیک به است و فواید فراوانی دارد.

۳- تاثیرات زیست محیطی گچ

آزانس بین المللی سلامت جهانی سیلیس متبلور را به عنوان ماده ای سرطان زا معرفی کرده است. مواد شیمیایی و معدنی که ۰٫۱ درصد یا بیشتر سیلیس متبلور داشته باشند، بر اساس استاندارد موسسه ی سلامت و بهداشت جمعیت یرای مقابله با خطرات ناشی از ارتباط با محیط آلوده در امریکا تحت نظارت قانون قرار گرفته اند، به طوری که به صورت قانون کار، آموزش کارگران و برچسب زدن بر چنین محصولاتی مطابق روش های اعلام شده برای مواد سرطان زا باید انجام گیرد.

بنابراین تا زمانی که طی فرآوری، درصد سیلیس متبلور در ژیپس کمتر از ۰٫۱ درصد شود، ژیپس تحت قانون فوق قرار می گیرد. موسسه ی ژیپس ایلات متحده امریکا توصیه می کند که برای دفع ژیپس های ساختمانی از مناطق مسکونی، تخته اهی شاسی دفع زائی باید کوبیده شده تا همه ی ذرات روی سطحح خاک (به علاوه کاغذ) در یک دوره ی زمانی در شرایط اقلیمی محلی تجزیه شوند. ماده ی کوبیده شده باید روی سطح خاک پهن گرددیا با قسمت بالاییی خاک مخلوط گردد.

افرادی که به صورت مستقیم یا غیر مستقیم با ژیپس در تماس هستند نیز باید جهت جلوگیری از ورود سیلیس به بدن و ایجاد سرطان ریه، از ماسک استفاده نمایند.

۴- کانی های سولفات کلسیم

رسوبات گچی ابتدا به صورت انیدریت ته نشین می گردند و بعدا در اثر جذب آب تبدیل به گچ می گردند و از آنجایی که این تبدیل با اضافه حجم همراه می باشد لذا باعث بهم خوردن لایه بندی مرتب اولیه می گردد. طبقات گچ که با لایه بندی مرتب و منظم دیده می شوند ممکن است به صورت اولیه به وجود آمده باشند. به طور کلی سولفات کلسیم در طبیعت به دو صورت یافت میشود:

– انیدریت: انیدریت با فرمول شیمیایی CaSO4 به عنوان سولفات کلسیم بدون آب شناخته می شود. انیدریت دارای بیرفرنژانس متوسط و برجستگی بالاتر می باشد.انیدریت به دلیل حلالیت بالا و تبدیل شدن به ژیپس به ندرت در سطح زمین یافت می شود. مهم ترین فرآیند تشکیل انیدریت، از دست دادن آب توسط ژیپس در طی تدفین در اعماق چند متری یا بیشتر است. این کانی بر اثر جذب آب به ژیپس تبدیل می گردد.

فراوانی رخساره انیدریت نشان دهنده ی تشکیل در شرایط آب و هوایی خشک تا نیمه خشک است. مهم ترین شکل انیدریت بافت های درون سنگی و توری قفس مرغی می باشد. انیدریت به مقدار کمتری نیز به صورت اولیه تشکیل می گردد که البته در درجه حرارت بالا و آب های شورتر نسبت به سنگ گچ به وجود می آید.

– ژیپس: ژیپس کانی رایج و تجاری سولفات کلسیم است با فرمول شیمیایی CaSO4 . 2H2O که سولفات کلسیم آب دار نیز نامیده می شود. در ساختمان داخلی ژیپس، هر یون گوگرد به صورت یک تترا هدر از اکسیژن پوشیده شده و هر یون با هشت اکسیژن احاطه شده است. از نظر پتروگرافی، ژیپس دارای برجستگی پائین و بیرفرنژانس ضعیف می باشد. ژیپس در سطح زمین پایدار است. بنابراین می تواند در سطح زمین رخنمون داشته باشد.

اگر ژیپس کاملا خالص باشد بی رنگ یا سفید است اما به علت میل ترکیبی شدیدی که دارد، معمولا در طبیعت بطور خالص یافت نمی شود بلکه بیشتر به صورت ترکیب با کربن، اکسیدهای آهن، آهک، سیلیس و خاک رس یافت می شود. وجود ذغال آن را خاکستری، هیدروکسید آهن آن را زرد روشن، FeO آن را کبود چرک و Fe2O3 آن را به رنگ قرمز در می آورد. در جدول زیر مشخصات مختلف ژیپس و انیدریت با یکدیگر مقایسه گردیده است.

۵- استخراج سنگ گچ

سنگ گچ به صورت تجاری، هم از معادن روباز و هم از معادن زیرزمینی نزدیک به سطح زمین استخراج می گردد. در ایران به دلیل وجود ذخایر بالای سنگ گچ، قیمت پائین سنگ گچ و هزینه های بالای استخراج زیرزمینی، استخراج بیشتر به صورت روباز انجام می گیرد. لذا در این مقاله به طور مختصر نحوه ی استخراج سنگ گچ در معادن روباز بررسی می گردد. استخراج روباز معمولا بصورت پلکانی انجام می گیرد که ارتفاع متوسط پله ها بین ۳ تا ۹ متر می باشد. مراحل این فرآیند به شرح ذیل صورت می پذیرد:

آماده سازی: برای دسترسی به لایه های سنگ گچی که معمولا در ارتفاع حدود ۳۰ تا ۳۰۰ متری سطح زمین قرار دارند، ابتدا باید جاده ی دسترسی، توسط ماشین آلات معدنی (شامل بولدوزر، بیل هیدرولیکی، لودر و …) و گاها در بسترهای سنگی و سخت حفاری و آتش باری، احداث و بر روی لایه ی سنگ گچ مستقر گردد.
حفاری: برای خردایش توده ی سنگ گچ، جهت تسهیل در حمل به محل کارخانجات مصرف کننده و همچنین محدودیت خوراک سنگ شکن اولیه (حداکثر تا ابعاد ۱ متر)، نیاز به انجام حفاری و سپس آتش باری سنگ گچ می باشد. انجام حفاری معمولا توسط دریل واگن های پنوماتیکی یا هیدرولیکی با قطرهای متفاوت ۶۴ تا ۹۰ میلی متر و به عمق های ۳ تا ۹ متر انجام می گردد. با توجه به قطر و عمق چال شبکه ی حفاری، فاصله ی چال ها از یکدیگر محاسبه می گردد که این فاصله بسته به قطر و عمق، بین ۱٫۸۰ تا ۳ متر متغیر می باشد.
آتش باری: پس ار حفر چال ها به تعداد مورد نیاز و کافی (بسته به سطح آماده ی حفاری، محدودیت های ایمنی و …)، انجام خرج گذاری چال ها صورت می گیرد. بدین منظور از پودر آنفو به عنوان خرج اصلی، امولایت یا دینامیت و مرتمس و چاشنی الکتریکی به عنوان پرایمر (عامل انفجار خرج اصلی) استفاده می گردد. خرج ویژه ی مواد ناریه مورد اشاره معمولا برای سنگ گچ به این شرح میباشد: ۲۰۰ گرم پودر آنفو به ازای هر تن سنگ گچ، حدود ۴ گرم دینامت یا امولایت به ازای هر تن سنگ گچ و یک عدد چاشنی الکتریکی به ازای ۳۵ تا ۱۰۰ تن استخراج سنگ گچ
دپو و بارگیری: پس از آتش باری، ابعاد سنگ خرد شده (بیش از ۸۰ درصد حجم سنگ گچ خرد شده) بین ۲۰ تا ۵۰ سانتی متر خواهد شد که آماده ی دپو و بارگیری می باشد. دپو توسط بولدوزر و بیل هیدرولیکی و بارگیری توسط لودر (معمولا چرخ لاستیکی با حجم باکت بین ۱٫۵ تا ۲٫۵ متر مکعب) انجام خواهد پذیرفت. برای خردایش سنگ گچ های با سایز بالای ۵۰ سانتی متر و رساندن آن ها به ابعاد مورد نظر، از چکش های هیدرولیکی استفاده میگردد. حمل سنگ گچ از محل سینه کارهای استخراجی تا محل دپور کارخانجات، معمولا توسط کامیون های کمپرسی انجام میگیرد، اما میتوان از نوار نقاله نیز برای انجام این کار بهره برد. پس از بارگیری یا انتقال سنگ گچ های خرد شده و پاک کردن سطح آتش باری شده توسط بولدوزر و بیل هیدرولیکی، سطح مورد نظر برای انجام حفاری و آتش باری مرحله بعد آماده می گردد. به منظور جلوگیری از ایجاد وقفه در سیکل استخراج، معمولا ۲ تا ۳ محل در معدن جهت استخراج در نظر گرفته می شود.

۶- انواع سنگ گچ

سنگ گچ بدون آب تبلور، در رگه های بین سنگ ها توسط آب های زیرزمینی در نزدیک سطوح قابل دیدن به گچ آب دار تبدیل می شود و چون به آسانی از آب های نمکین تشکیل می شود، در اغلب اوقات می تواند شامل کانی های دیگری مانند نمک های کلر و سدیم و گوگرد باشد و حتی حباب های هوا و آب را به دام اندازد. سنگ گچ در مقایسه با سنگ معمولی یا کوارتز، یک عایق طبیعی حساس به گرما محسوب می شود.

کلمه گچ از کلمه Aonist از زبان یونانی مشتق شده است. سنگ گچ با توجه به انواع آن اسم های متنوعی دارد:

سلنیت: نوع بی رنگ و شفاف سنگ گچ است که کلمه ای یونانی به معنی ماه و سنگ ماه نما می باشد زیرا مانند یم لولو زرق و برق دار است و می درخشد و قابل تورق است. در کانی شناسی قدیم نیز به آن حجرالقمر می گفتند که همان معنی سنگ ماه نما می باشد.
ساتین اسپار: نوع دیگر سنگ گچ است که فرم فیبری با جلای ابریشمی سنگ گچ است که مانند تار متراکم به هم پیوسته است و نور هنگام عبور از این سنگ، به تارهای این بلور برخورد کرده و منحرف می شود.
آلاباستر: نوع دیگر سنگ گچ، آلاباستر، رخام گچی یا مرمر سفید نام دارد که به صورت ریز دانه ی فشرده و نرم است و متراکم،چرب مانند، بی رنگ و گاهی شفاف به دست می آید. قرن هاست از این نوع سنگ گچ به عنوان یک سنگ تزئینی در مجسمه سازی و کارهای هنری استفاده می شود. همچنین از بلورهای سنگ گچ فوق العاده بی رنگ و شفاف، معمولا برای ساخت درای وال استفاده می کنند.
مارین گلاس: نوعی سنگ گچ ورقه ای مطبق است که به صورت لایه لایه می باشد و مصرف گچ پزی ندارد.
خوشه ای: سنگ گچ خوشه ای نیز نوع دیگری از سنگ گچ است که به صورت تارهای ابریشم به هم پیوسته است و مصرف گچ پزی ندارد.
ژیپسیت یا جیپسیت: نوعی سنگ گچ فشرده و پودری شکل است که با کمی خاک رس مخلوط می باشد.
ژیپس: نوعی سنگ گچ بسیار شفاف که در حقیقت دارای خلوط ۱۰۰% میباشد. جهت مطالعه مشخصات، خواص و کاربرد ژیپس وارد این لینک شوید.

۷- کاربردهای سنگ گچ

سنگ گچ با توجه به میزان خلوص آن می تواند در صنایع ذیل مورد استفاده قرار گیرد:

صنایع پزشکی: حداقل خلوص ۹۶ درصد
قالب سازی: حداقل خلوص ۹۶ درصد
تهیه سولفات آلومینیوم: حداقل خلوص ۸۵ تا ۹۰ درصد
صنایع سیمان: حداقل خلوص ۷۰ تا ۷۵ درصد
صنعت ساختمان: حداقل خلوص ۷۰ درصد

۸- کاربردهای گچ

مهم ترین موارد استفاده ی گچ در صنایع مختلف به شرح ذیل خلاصه شده اند:

در صنعت ساختمان: گچ کاری برای اندود سفیدکاری، تمیز کاری، پرداخت، گچ بری، ملات گچی، عایق حرارتی و صوتی، ورقه های پیش ساخته سقف و کف، مجسمه سازی، درای وال، دکور، تایل گچی (گچ برگ) و …
در صنعت سیمان: جهت تنظیم زمان گیرش
در صنایع غذایی: به عنوان منبع غنی کلسیم برای بدن
در تولید شکر: به عنوان کمک فیلتر
در تولید نوشابه و آبجو: جهت افزایش خلوص و تنظیم سختی آب
در صنایع چینی سازی و سرامیک: قالب چینی و سرامیک
در صنعت شیشه سازی: تنظیم ویسکوزیته مذاب و همچنین جانشینی به جای سولفات سدیم
در صنایع ریخته گری: گچ نسوز به عنوان قالب ریخته گری
در معدن: جهت سد کردن تونل های کوچک
در کشاورزی: تهیه کود شیمیایی، تهویه کننده ی خاک، تهیه ی سم های شیمیایی، جذب نم از خاک. از جمله موارد تغییراتی که گچ در کشاورزی می تواند ایجاد کند عبارتند از: بهبود ساختمان خاک و نرم کردن خاک های رس، تامین کلسیم مورد نیاز گیاهان، خنثی کردن سدیم خاک های قلیایی،، زلال کردن آب برکه های گل آلود، فعال کردن موجودات میکروسکوپی، تامین سولفور مورد نیاز گیاهان
در پزشکی: باند پزشکی، قالب دندان، گچ شکستگی ایتخوان ها، تهیه قرص، رشد مخمرها
در حشره کش ها
در صنعت داروسازی: برای تولید قرص به عنوان ماده پرکننده و مواد کلسیم دار
در فرآورده های بهداشتی و مواد ماساژ دهنده: به دلیل تولید گرما و باز کردن خلل و فرج پوست
در صنایع مختلف: به عنوان افزایش دهنده ی سختی آب
در سنعت کاغذسازی و رنگ سازی: برای شفافیت کاغذ و همچنین به عنوان ماده ی پر کننده
در صنعت پتروشیمی: به عنوان خشک کن
در صنعت چرم سازی: جداکننده مواد شاخی از پوست
در ساخت گچ تحریر
در تهیه ی مواد شیمیایی: مانند اسید سولفوریک، اکسید کلسیم، سولفات آمونیوم، سولفات دو سود و …
در گوگرد زدائی گازهای زائد
در تصفیه ی پساب های حاوی رنگ: به عنوان یک جاذب ارزان و در دسترس
در نوک کبریت
در اتومبیل: جهت صیقل کاری شیشه های اتومبیل
در سینما: به عنوان برف
در خمیر دندان

۹- خواص گچ

گچ تنها ماده طبیعی است که می تواند با افزودن آب به حالت سنگ اولیه ی خود برگردد. خواص گچ به فازهای متفاوت موجود در ترکیب آن، چگونگی انجام واکنش ها و همچنین نسبت آب به گچ ملات بستگی دارد. گچ معمولا پس از گذشت حدود یک ساعت زمان اختلاطش با آب، مستحکم شده و به مرور با افزایش زمان عمل آوری و یا خشک شدن به حداکثر استحکام خود می رسد که معمولا پس از خشک شدن کامل، مقاومت های فشاری و خمشی آن حدود ۳ تا ۴ برابر بیشتر از مقاومت خیس آن است. اگر گچ برای مدتی تحت تاثیر رطوبت محیط قرار گیرد تبلور مجدد پیدا کرده و استحکام ان کاهش می یابد. روند افزایش مقاومت گچ در زمان عمل اوری آن متناوب بوده و با شکل گیری بلور ها، مقاومت گچ تغییر خواهد نمود و افزایش یا کاهش پیدا خواهد کرد. واکنش گچ با آب حدودا پس از دو هفته کامل خواهد شد و پس از آن مقاومت گچ تقریبا ثابت می شود.

خواص مختلف گچ عبارتند از

گیرش پائین: ملات گچ بسیار زودگیر است و کار با ان راحت می باشد.از این خاصیت در صنعت سیمان استفاده می کنند. واکنش C3A (3CaO. Al2O3) خالص موجود در سیمان، با آب بسیار شدید است و به سفت شدن فوری خمیر که به گیرش آنی معروف است، منتهی می گردد. برای جلوگیری از این امر، به کلینگر سیمان، سنگ گچ اضافه می کنند. سنگ گچ با C3A واکن داده و سولفوآلومینات کلسیم نامحلول (۳CaO. Al2O3. 3CaSO3. 31H2O) تشکیل می دهد و نهایتا هیدرات سه کلسیم آلومینات به وجود می آید. همچنین با C3AF واکنش داده و سولفوفریت کلسیم و سولفوآلومینات تشکیل می دهد. البته مقدار سنگ گچ اضافه شده به کلینگر سیمان را باید به دقت کنترل نمود. مقدار زیاد ان منجر به یه انبساط و از هم پاشیدن خمیر سیمان سخت شده می گردد. مقدار بهینه ی سنگ گچ به روند مطلوبی از واکنش اولیه منجر می گردد و از تراکم موضعی زیاد محصولات هیدراتاسیون جلوگیری می نماید. در نتیجه اندازه ی منافذ در خمیر هیدراته شده ی سیمان کاهش یافته و مقاومت افزایش می یابد. این مقدار سنگ گچ توسط استاندارد اروپایی ENV 197-1:1992 به حداکثر ۳٫۵ درصد محدود شده است اما در برخی موارد درصدهای بیشتری را نیز مجاز می دانند. به هر حال به طور کلی می توان گفت از گچ در حدود ۱ تا ۴ درصد، به سیمان اضافه شود، گیرش آن را افزایش و اگر درصد بیشتری اضافه شود، گیرش آن کاهش خواهد یافت.
ارزانی: گچ بسیار ارزان تر از بسیاری از مصالح ساختمانی است و به همین دلیل در بیشتر کارها از ان استفاده می شود. فراوانی و سهولت تهیه، دلیل این قیمت پائین می باشد. این مزیت گچ، امکان انجام تحقیقات، تولید محصولات مختلف و ایجاد ارزش افزوده ی بیشتر را در صنعت ساختمان امکان پذیر ساخته است.
ازدیاد حجم: گچ پس از گیرش، حدود ۱ درصد افزایش حجم پیدا می کند. این خاصیت کمک می کند که همه ی سوراخ های ریز دیوار پر شده و سطح صافی به دست آید. گچ بعد از سخت شدن دیگر تغییر حجم نخواهد داد و به همین دلیل باعث می شود استادکاران بتوانند سطح وسیعی را بدون درز اندودکاری کنند بدون اینکه در ان ترکی به وجود آید و چون حشرات و قارچ ها نمی توانند در ان لانه سازی کنند، دیوار گچی بهداشتی نیز خواهد بود.
مقاومت در برابر آتش: هنگامی که گچ سخت می شود آب تبلور از دست رفته در حین پخت را مجددا به دست می اورد یعنی دارای دو مولکول آب می شود. به هنگام قرار گرفتن در معرض حرارات شدید، آن دو مولکول آب از لایه ی گچ جدا شده و یک لایه بخار آب بین سطح روکش و آتش به وجود می آید که مانع از بالا رفتن حرارت می شود و از گچ محافظت می کند. این مقاومت در برابر آتش ۲ تا ۳ ساعت طول می کشد و فرصت خوبی را برای عکس العمل افراد فراهم می آورد. اسن ویژگی سبب گردیده است که مصالح ساختمانی ساخته شده از گچ برای جلوگیری از پیشرفت آتش سوزی پیشنهاد داده شوند. زمانی که یک دیوار یا سقف گچ اندود شده طعمه حریق شود، وجود حدودا ۲۱ درصد آب شیمیایی موجود در گچ که تا دمای ۲۳۰ درجه سانتی گراد آزاد می شود، باعث می شود که قسمتی از انرژی حریق صرف انجام این واکنش شده و همزمان از انتقال حرارت به لایه های زیرین جلوگیری گردد. درصد قابل توجهی از آب شیمیایی گچ در دمای ۱۰۰ درجه سانتی گراد آزاد می شود و تا هنگام آزاد شدن تمام آن، دمای لایه گچ از این مقدار تجاوز نخواهد کرد. البته این محافظت برای مدت زمان محدودی دوام می یابد که این مدت بستگی به ضخامت گچ دارد. ضریب هدایت حرارتی گچ ناچیز است ولی اگر ملات گچ در گرمای بیش از ۵۰ درجه سانتی گراد بماند تاب مکانیکی خود را به تدریج از دست می دهد و خود گچ نیز در این فرآیند پخت از بین می رود. با این وجود ساختمان های بی شماری به دلیل همین عملکرد تاخیری گچ در برابر آتش از نابودی نجات پیدا کرده اند که در این حالت یا گچ از آسیب رساندن به سازه جلوگیری کرده است و یا فرصت ارزشمندی برای اطفائ حریق و نجات جان و اموال فراهم آورده است.
اکوستیک بودن: گچ توانایی جذب و عدم پژواک ۶۰ تا ۷۵ درصد امواج صوتی را دارد. در نتیجه برای محیطی همچون کلاس درس، سالن های کنفرانس، بیمارستان و … مناسب است.
پلاستیکی بودن: ملات گچ خاصیت شکل پذیری فوق العاده ای دارد به طوری که برای ساختن شکل ها و نقوش مختلف در فضای ساختمانی و نیز اندودکاری سطحی وسیع، بسیار مناسب است.
رنگ پذیری: ملات گچ پس از خشک شدن سفید است و قابلیت پذیرش تقریبا هر نوع رنگی را دارد. به همین دلیل برای اندود کاری فضای داخل ساختمان بسیار مناسب است
مقاومت در برابر یخ بندان: ملات های گچ در مقابل سرما و یخ بنداد مطمئن و مقاومند.

۱۰- پراکندگی واحدهای تولید گچ ساختمانی در کشور

به طور کلی می توان گفت که در هر نقطه ایران می توان معدن گچ پیدا کرد به ویزه در کویر مرکزی ایران که در همه جای آن گچ یافت می شود. نشانه ی زمین های گچی این است که در آن هیچ گونه رستنی نمی روید.

زمان چندان زیادی از تولید گچ ساختمانی در ایران به طریق صنعتی مدرن نمی گذرد. اولین کارخانه صنعتی تولید گچ در فارس به ظرفیت ۵۰۰ تن د روز در سال ۱۳۴۲ هجری شمسی ساخته شد. هم اکنون در گوشه و کنار کشورمان کارخانجات تولید گچ به وفور مشاهده می گردند. طبق آخرین آمار وزارت صنعت، معدن و تجارت در سال ۱۳۹۱،حدود ۴۲۹ واحد تولید کننده ی انواع گچ ساختمانی در کشور در حال فعالیت می باشند.

آذربایجان شرقی: ۱۲ واحد
آذربایجان غربی ۲۰ واحد
اردبیل: ۱ واحد
اصفهان: ۱۳۷ واحد
ایلام: ۷ واحد
بوشهر: ۳ واحد
تهران: ۱۲ واحد
چهارمحال و بختیاری: ۶ واحد
خراسان جنوبی: ۴ واحد
خراسان رضوی: ۴۵ واحد
خراسان شمالی: ۴ واحد
خوزستان: ۷ واحد
زنجان: ۲ واحد
سمنان: ۴۹ واحد
سیستان و بلوچستان: ۱ واحد
فارس: ۴۵ واحد
گلستان: ۱ واحد
قزوین: ۲ واحد
قم: ۹ واحد
لرستان: ۱۴ واحد
مازندران: ۴ واحد
مرکزی: ۱۲ واحد
هرمزگان: ۵ واحد
یزد: ۲ واحد
کردستان: واحد
کرمان: ۵ واحد
کرمانشاه: ۵ واحد
کهکیلویه و بویراحمد: ۱۳ واحد

۱۱- ماشین آلات و تجهیزات کارخانه گچ

ماشین آلات و تجهیزات مورد نیاز در یک کارخانه، جهت تولید گچ ساختمانی به شرح ذیل می باشد:

هاپر (قیف سنگ شکن)
فیدر سنگ شکن
آسیاب فکی
نوار نقاله
آسیاب چکشی
الواتور
سیلوی مواد خام
فیدر زیر سیلو
نوار انتقال بار به کوره
مشعل
پیش کوره (هات گاز)
صندوقچه ورودی
کوره
صندوقچه خروجی کوره
مارپیچ خروخی بار کوره
کانال خروجی به سمت سیکلون ها
سیکلون
روتاری زیر سیکلون
مارپیچ زیر سیکلون
کانال ارتباطی سیکلون به بگ فیلتر / الکتروفیلتر
مارپیچ زیر بگ فیلتر / الکتروفیلتر
اگزوزفن
دودکش
الواتور دم پخت
سیلوی دم پخت
فیدر زیر سیلوی دم پخت
آسیاب چکشی
سرند (توری)
مارپیچ برگشتی بار
الواتور پودر گچ
سیلوی پودر گچ
دستگاه کیسه پرکن
نوار زیر کیسه پرکن
نوار بارگیری
مارپیچ گچ فله
تاسیسات برقی، سوخت رسانی و ساختمانی

۱۲- فرآیند تولید گچ ساختمانی

مراحل تولید گچ ساختمانی در یک واحد تولیدی به شرح ذیل می باشد:

حمل
دپو
خردایش
سرند
ذخیره
پخت
غبارگیری
دم پخت
آسیاب
سرند
ذخیره
بارگیری

۱-۱۲- مرحله ی دپو

انتخاب سنگ گچ و نحوه ی آماده سازی آن از عوامل کلیدی برای تولید گچ مرغوب می باشد. ابتدا سنگ گچ مصرفی از معادن با کیفیت، استخراج و به وسیله کامیون ها به دپوی کارخانه حمل می شود. نوع سنگ گچ حمل شده به نوع محصولات تولیدی کارخانه بستگی دارد. به این صورت که برای تولید گچ سفیدکاری باید سنگ گچ درجه ۱ و برای تولید گچ زیرکار معمولا سنگ گچ درجه ۲ که مخلوط سنگ گچ و خاک ژیپس دار می باشد حمل می گردد. برای تولید گچ هایی که نیاز به خلوص بالا دارند، مانند گچ دندان پزشکی نیز باید سنگ گچ با خلوص فوق العاده بالا حمل گردد. پس از ورود سنگ گچ به کارخانه، آن ها را در نقاط مخصوص خود دپو می کنند.

۲-۱۲- مرحله ی خردایش

در این مرحله، سنگ گچ که توسط لودر با هدایت کارگران مربوطه به داخل قیف سنگ شکن ریخته شده و توسط چکش های دستگاه سنگ شکن، به قطعات حدود ۷ سانتی متر تبدیل می شود. این در حالی است که یک دستگاه سنگ سکن ثانویه بعد از این مرحله وجود داشته باشد و در صورتی که کارخانه تنها دارای یک سنگ شکن باشد در همان خردایش اولیه، باید به قطعات کوچکتر حدود ۳ سانتی متر تبدیل شود.

با توجه به محل استقرار کارخانه و نوع سنگ معدنی آن منطقه از نظر سستی یا سختی می توان در تعداد سنگ شکن جهت کارخانه تصمیم گیری کرد. به طوری که اگر سنگ گچ منطقه خیلی سست باشد از یک سنگ شکن، اگر سخت باشد از دو سنگ شکن و اگر خیلی سخت باشد از سه سنگ شکن می توان استفاده نمود. سنگ شکن ممکن است فکی یا چکشی باشد.

۳-۱۲- مرحله تغذیه یا جداسازی مواد خام

پس از خرد شدن سنگ گچ در سنگ شکن نهایی، سنگ گچ توسط یک نوار نقاله به قسمت سرند هدایت می شود که در آنجا به دو بخش نرم و کلوخه ای تقسیم می شود. مواد خام نرم به سیلوی تغذیه کوره لوبرن (حرارت پائین) و مواد خام درشت (کلوخه ای) به سیلوی تغذیه ی هایبرن (حرارت بالا) ریخته می شوند

پس از خروج سنگ پخته شده از دو کوره، در برخی از کارخانجات هردو را باهم مخلوط کرده و به سیلوی ذخیره مواد پخته می ریزند و در برخی کارخانجات دیگر، خروجی کوره هایبرن را به داخل کوره لوبرن می ریزند تا با یکدیگر مخلوط کرده و کیفیت بهتری به دست آید.

۴-۱۲- مرحله ی پخت

الف) پخت گچ به روش حرارت مستقیم: در این روش، شعله ی مشعل کوره در تماس مستقیم با مواد خام می باشد. این روش خود به سه نوع تقسیم می گردد:

پخت به روش حرارت بالا (هایبرن H.B): مواد کلوخه ای یا درشت سنگ گچ (با دانه بندی ۱۰ تا ۴۰ میلی متر) از سیلوی ذخیره کوره به درون کوره هایبرن ریخته و توسط یک مشعل که سوخت گاز طبیعی یا مازوت دارد، با حرارت مناسب برای این سایز سنگ گچ، پخته می شود. حرارت این کوره بنا به سختی یا سستی و جنس سنگ متفاوت است اما معمولا حرارت این کوره ۲۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتی گراد می باشد. در این روش، سنگ گچ از انتهای کوره وارد می شود، به طرف مشعل حرکت کرده و از ابتدای کوره خارج می شود. در واقع جریان حرکت بار و جهت شعله، مخالف یکدیگر می باشند. این کار باعث می شود سنگ گچ به تدریج از لایه بیرونی به طرف داخل آن پخته شود و به خوبی نیم هیدرات شود.
پخت گچ به روش حرارت پائین (لوبرن L.B): در این کوره مواد نرمی که از زیر سرند مواد خام جدا شده اند (با دانه بندی ۰ تا ۱۰ میلی متر)، وارد کوره شده و با حرارت مناسب برای این سایز سنگ گچ، توسط مشعل کوره پخته می شوند. در این روش، سنگ گچ از ابتدای کوره (نزدیک مشعل) وارد شده و به طرف انتهای ان حرکت می کند. حرکت گرمای شعله نیز از قسمت ابتدای کوره به طرف انتهای آن می باشد. در واقع حرکت بار و شعله ی مشعل با یکدیگر هم جهت بوده و باعث می شود مواد نرم به خوبی نیم هیدرات شوند و تمام آب خود را از دست ندهند. حرارت این کوره بنا به سختی یا سستی و حتی رطوبت محیط متغیر و حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی گراد می باشد. البته حرارت کوره ها در کارخانه های تولید گچ، بنا به جنس سنگ گچ هر منطقه و اندازه ی خردایش سنگ گچ در هر کارخانه متفاوت می باشد اما عموما حرارت های فوق صادق هستند
پخت به روش مخلوط حرارت بالا و حرارت پایین (مدیوم برن M.B): در این کوره ها که آن ها را اصطلاحا سیستم تک کوره می نامند، مرحله جداسازی مواد خام با سرند وجود ندارد و مواد خام خروجی سنگ شکن نهایی که مخلوطی از سنگ گچ نرم و درشت می باشد مستقیما از ابتدای کوره (سمت مشعل) وارد شده و در جهت موافق حرکت شعله، به سمت انتهای کوره حرکت می کنند. در این روش به علت اینکه ممکن است مقدار حرارت برای مواد خام نرم زیاد بوده و برای مواد خام کلوخه ای کم باشد، مواد نرم تمام آب ترکیبی خود را از دست داده و مواد کلوخه ای به خوبی هیدرات نمی شوند و گچ تولیدی از کیفیت مطلوب برخوردار نمی باشد. برای رفع این نقیصه، در قسمت جلوی کوره (سمت مشعل) شبکه بندی اصطلاخا شانه ای ایجاد می نمایند. این امر باعث می شود مواد نرم داخل کوره، از فاصله ی شانه ای به سمت انتهای کوره حرکت نمایند ولی مواد درشتجلوی شبکه بندی شانه ای نزدیک مشعل متوقف شده و زمان پخت و سطح تماس آن ها با کوره افزایش یافته و بهتر پخته شوند. سپس ار بالای شانه عبور نموده و به سمت انتهای کوره حرکت می کنند. به این ترتیب می توان این مشکل را حل نمود و هم مواد درشت و هم مواد نرم را به خوبی پخت کرد.

ب)پخت گچ به روش حرارت غیر مستقیم: در این روش، کوره به صورت دو جداره ساخته می شود و سنگ گچ خام از ابتدای کوره وارد شده، بین جداره داخلی و جداره خارجی آن قرار گرفته و به سمت انتهای کوره حرکت می کند. در این سیستم هیچ گونه تماسی بین سنگ گچ و شعله وجود ندارد. جداره ی داخلی کوره،سمت مشعل،باید از جنس ورق نسوز باشد تا اولا بتواند در مقابل حرارت مستقیم شعله مقاومت نماید و ثانیا بتواند گچ پشت جداره ی داخلی را بخوبی پخت نماید.

۵-۱۲- مرحله فیلترینگ یا غبارگیری

به طور کلی غبارهای تولیدی درون کوره از سنگ گچ جدا شده، ایتدا وارد سیکلون ها و سپس وارد فیلترهای مربوطه می شوند تا تصفیه شده، از خط تولید خارج گشته و وارد فضا شوند.

سیکلون وسیله ای تقریبا مخروطی شکل است که از شش قسمت شبیه قیف تشکیل شده است. هوای آلوده ی مخلوط با غبار را در قسمت فوقانی ان می دمند و با گردش هوا در جداره این دستگاه که موجب کاهش سرعت آن نیز می گردد، گرد و غبار ریز گچ که معمولا به آن عاج گفته می شود (به علت نرمی در حد میکرون)، به سطح تهتانی مخروط سقوط کرده از قسمت پایین هریک از آن شش قیف خارج می گردد. هوای نسبتا تمیزتر نیز از قسمت کف دستگاه که قاعده ی اصلی است توسط لوله به طرف بالا هدایت و خارج می شود تا جهت تکمیل مرحله ی تصفیه، به سمت فیلترها روانه شود.

کارخانه ها باید جهت رعایت قوانین زیستمحیطی، علاوه بر سیکلون، سیستم فیلترینگ صنعتی نیز داشته باشند که تصفیه ی گرد و غبار به خوبی انجام گیرد. معمولا دو نوع سیستم غبارگیری در کارخانجات استفاده می گردد:

بگ فیلتر (فیلتر کیسه ای): نوع اول استفاده از فیلترهای کیسه ای (بگ فیلتر) می باشدکه به صورت مکانیکی عمل می نماید.سیستم این نوع غبارگیری به این صورت است که تعدادی کیسه ی پارچه ای مخصوص در یک اتاقک قرار داده می شوند. گاز محتوی غبار وارد این کیسه ها شده و باا فشار هوایی که توسط فن های قوی ای که در پشت آن قرار داردایجاد شده و یا مکندگی شدید هوا توسط اگزوزفن، هوای تصفیه شده از خلل و فرج کیسه ها خارج و ذرات غبار در داخل کیسه باقی می مانند و از ان جا به داخل محفظه جمع آوری غبار ریخته و سپس هوای تصفیه شده وارد لوله های هوا گشته و به خارج هدایت می گردد. یک سیستم تکان دهنده ی مکانیکی نیز وجود دارد که هر از چند گاهی به طور متناوب کیسه ها را تکان داده و منجر به پاک شدن خلل و فرج آن ها می گردد. میزان غبارگیری این سیستم تا حد بیش از ۹۹ درصد می باشد اما این کیسه ها حساس به دما بوده و پس از مدتی نیازمند تعویض می باشند.
الکتروفیلتر: نوع دوم استفاده از سیستم الکتروفیلتر می باشد که به صورت الکتریکی عمل می نماید. سیستم این نوع غبارگیری به این صورت است که غبار موجود در سیستم گاز خروجی کوره، ایتدا وارد دستگاه الکتروفیلتر شده و ذرات آن از یک میدان الکترواستاتیکی قوی بین الکترودهای با قطب های مختلف عبور داده می شوند. در نتیجه ذرات یونیزه شده و دارای بار منفی می گردند. سپس این ذرات جذب صفحات مثبت الکترود مقابل که الکترود رسوب (کلکتور) نیز نامیده می شود، گشته و بار خود را از دست می دهند و خنثی می شوند و تحت نیروی وزن خود به درون قیف تخلیه می ریزند. سپس توسط سیستم تکان دهنده ای هر از گاهی به آن ضربه وارد می گردد و ذرات ریز غبار از الکتروفیلتر خارج می گردند. مزیت این سیستم غبارگیری این است که حساس به دما نمی باشد اما میزان غبارگیری آن به خوبی بگ فیلترها نیست.

۶-۱۲- مرحله ی دم پخت:

در این مرحله بار خروجی ار دو کوره توسط یک مارپیچ با یکدیگر مخلوط شده و وارد سیلوی دم پخت می شوند. در قسمت بالایی این سیلو دریچه هایی وجود دارد که رطوبت تولیدی همراه گرما را از گچ خلرج می کنند و بدین وسیله محصول تولیدی قبل از مرحله آسیاب شدن خنک می شود.

۷-۱۲- مرحله ی آسیاب:

محصول پس از مرحله دم پخت، وارد آسیاب شده و به کمک چکش های آسیاب به صورت پودر در می آید. بدیهی است که هرچه چکش ها قوی تر باشند محصول پس از آسیاب دارای دانه بندی ریزتری خواهد بود.

۸-۱۲- مرحله ی سرند (الک):

پس از محرحله آسیاب، پودر ایجاد شده از سرندهایی عبور داده می شود تا به مقدار دانه بندی مورد نظر برسد. گچهایی که دانه بندی مناسب داشته باشند، از سرند عبور کرده و وارد مرحله بعدی می شوند اما گچهایی که دانه بندی درشت تری دارند بر روی سرند باقی مانده و مجددا به مرحله قبل جهت آسیاب بیشتر و رسیدن به دانه بندی مورد نظر وارد می شوند. البته با توجه به نوع کالای تولیدی در هر کارخانه، مقدار مش سرند آسیاب متفاوت می باشد اما به طور کلی هرچه پودر گچ نرم تر باشد از نمره مش بالاتر و هرچه پودر درشت تر باشد از نمره مش پائین تر در انتخاب سرند آسیاب استفاده شده است.

۹-۱۲- مرحله ی بسته بندی:

در قسمت بسته بندی یا پاکت زنی، اپراتور مربوطه، کیسه های خالی (معمولا از نوع پلی پروپیلن، ای دی استار، لمینت، کاغذی و …) که به طور مناسب نشانه گذاری شده اند را به شیرهای اتوماتیک دستگاه پاکت پرکن متصل می کند. کیسه ها پس از پر شدن و رسیدن به وزن مورد نظر، به طور خودکار از شیر جدا شده و توسط یک نوان نقاله ثابت یا متحرک به داخل کامیون ها هدایت می شوند. با توجه به نوع کالا (زیرکار، سفیدکاری و یا پرداخت و …) کیسه هایی با وزن های متفاوت استفاده می شود. مطابق استاندارد ملی ایران هر کیسه می تواند به ازای وزنش، حداکثر ۵ درصد تلورانس داشته باشد. واحدآزمایشگاه و کنترل کیفیت هر واحد تولیدی گچ بنا به پارامترهای موجود در استاندارد ملی ایران و حتی استانداردهای داخلی آن واحد تولیدی (خوداظهاری)، باید با انجام آزمایشات، در هر مرحله از تولید، کیفیت محصول را کنترل و ضمانت نماید.

مهندسی گچ – بخش ۲ ←

گچ