سیمان

آزمایش تعیین حرارت هیدراسیون سیمان هیدرولیکی

سیمان هیدرولیکی چیست؟

به طور کلی به هر سیمانی که خاصیت ضدآب داشته باشد، سیمان هیدرولیکی گفته می‌شود. اینگونه سیمان در کاربردهای عمرانی و استفاده در بتن، کاربرد بیشتری دارد.

سیمان‌هایی که در ساخت بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند، دارای خاصیت گیرش و سخت شدن در زیر آب در اثر واکنش شیمیایی با آن بوده و به همین دلیل به نام سیمان هیدرولیکی نیز معروف هستند.

سیمان‌های هیدرولیکی معمولا دارای سیلیکات و آلومینات آهک بوده و به طور کلی به چند گروه مختلف مانند سیمان پرتلند، سیمان طبیعی و سیمان برقی تقسیم می‌شوند.

حرارت هیدراسیون سیمان

حرارت هیدراسیون سیمان

هیدراسیون ترکیبات سیمان مانند بسیاری دیگر از واکنش‌ها حرارت‌زا است. به طوریکه هر گرم از سیمان تا حدود 500 ژول (120 کالری) حرارت آزاد می‌کند.

وقتی هم که از سیمان در بتن استفاده می‌شود، چون هدایت حرارتی بتن کم است، به عنوان عایقی حرارتی عمل می‌کند و در داخل حجم بزرگی از بتن، هیدراسیون می‌تواند منجر به افزایش شدید درجه حرارت شود.

در همین حین سطح خارجی بتن دمای زیادی از دست می‌دهد، در نهایت پس از سرد شدن بعدی هسته بتن، این سیکل باعث ایجاد ترک‌هایی جدی در داخل تن می‌شود که در اصطلاح به آن خزش می‌گویند.

اما همین تولید حرارت می‌تواند مانع از یخ زدن آب در لوله‌های موئینه بتن تازه درجا ریخته شده در هوای سرد، شود. پس آگاهی از میزان حرارت تولیدی از هیدراسیون سیمان‌های مختلف از جمله سیمان هیدرولیکی، باعث می‌شود که برای کاربرد مدنظر، سیمان با خواص مشخصی را انتخاب کرد.

معروف ترین روش تعیین حرارت هیدراسیون سیمان هیدرولیکی، سنجش دمای محلول سیمان در اسید نیتریک یا اسید هیدروفلوئوریک اسید است که در ادامه روش انجام این آزمایش، تجهیزات مورد نیاز، فرمول‌های محاسباتی آن و … بیان خواهد شد.

تجهیزات مورد نیاز

  1. کالری متر؛ شامل:

– محفظه عایق

دماسنج (دماسنج محلول و دماسنج مرجع)

– قیف

– دستگاه هم زن

کالری متر

  1. مخلوط کن
  2. مخزن
  3. هاون
  4. گرم خانه
  5. الک‌ آزمایشگاهی (شماره 100 و شماره 20)
  6. بوته
  7. کوره
  8. ترازو و وزنه های تحلیلی
  9. واکنش گرها و مواد (اسید هیدروفلوئوریک اسید، اسید نیتریک، موم، اکسید روی)

 

 

نکته: ممکن است از تمام این تجهیزات در انجام آزمایش استفاده نشود، برای آگاهی از شرایط کامل و دقیق تجهیزات مورد نیاز به استاندارد ملی ایران شماره 394 مراجعه کنید.

در این مقاله به طور خلاصه، اقدام به توضیح این آزمایش شده و برخی از تبصره های این استاندارد برای مطالعه بیشتر و دقیقتر به شما واگذار می‌شود.

این استاندارد را می‌توانید از این لینک دانلود نمایید.

مراحل تعیین حرارت هیدراسیون سیمان هیدرولیکی

  1. تهیه نمونه سیمان
  2. تعیین ظرفیت حرارتی کالری‌متر و مواد داخل آن
  3. پیدا کردن گرمای انحلال نمونه سیمان

نمونه گیری سیمان

برای نمونه گیری آزمایش تعیین حرارت هیدراسیون سیمان هیدرولیکی نیاز به دو نوع نمونه سیمان خشک و سیمان جزئی هیدراته شده است.

نحوه نمونه گیری، میزان و سایر تبصره‌های تعیین شده برای نمونه گیری را در بند 6 استاندارد ملی مشاهده کنید.

کسر جرم در اثر سرخ شدن

برای تعیین ظرفیت حرارتی کالری‌متر باید از جرم سرخ شده سیمان در فرمول‌های مربوطه بهره ببریم. به همین خاطر طبق بند 7-3 باید در کنار نمونه‌ای که برای ریختن در کالری‌متر جدا می‌کنید، نمونه‌ای مشابهی را جدا کرده و آن را 90 دقیقه یا تا رسیدن به جرم ثابت در دمای 50±950 درجه سلسیوس سرخ کنید. سپس آن را وزن کنید.

همین کار را برای نمونه دوم یعنی نمونه هیدراته انجام دهید، با این تفاوت که ابتدا ی ساعت آن را در دمای 100 تا 110 درجه سلسیوس خشک کرده و سپس آن را یک شب یا تا رسیدن به جرم ثابت در کوره با دمای 50±950 قرار دهید و سپس آن را وزن کنید.

حالا می‌توانید جرم سرخ شده نمونه را از معادله زیر بدست آورید:

فرمول جرم سرخ شده

که در آن:

Wi جرم نمونه کالری‌متری بر اساس جرم سرخ شده بر حسب گرم

A جرم نمونه سرخ شده بر حسب گرم

B جرم نمونه قبل از سرخ شدن بر حسب گرم

W جرم نمونه کالری متر بر حسب گرم

برای محاسبه کسر جرم در اثر سرخ شدن سیمان‌های هیدرولیکی آمیخته به بند 7-3-2 استاندارد مراجعه کنید.

 

تعیین ظرفیت حرارتی کالری‌متر و مواد داخل آن

  1. در ابتدا مخلوطی 425 گرمی شامل اسید نیتریک و اسید هیدروفلوئوریک را با هم مخلوط کنید و بعد از همزدن ابتدایی طبق شرایطی که استاندارد تعیین کرده است، 20 دقیقه به دستگاه اجازه دهید تا دمای آن یکنواخت شود و سپس دمای محیط و دمای اسید را یادداشت نمایید. سپس سه گرم سیمان خشک را طی یک تا دو دقیقه به آن مخلوط اضافه کنید.
  2. سپس دما در 20 دقیقه و یکبار بعد از 40 دقیقه از ریختن سیمان یادداشت کنید.

افزایش دما در 20 دقیقه اول، شامل افزایش دما به دلیل گرمای انحلال نمونه و هر گرمایی که می‌گیرد و یا به محیط می‌دهد است که این مرحله انحلال نامیده می‌شود. 20 دقیقه دوم (یعنی 40 دقیقه بعد از ریختن نمونه) بخاطر از دست دادن یا گرفتن گرما از محیط است که مرحله تصحیح نام دارد. افزایش دمای تصحیح شده از رابطه زیر بدست می‌آید:

که در آن:

R0 افزایش دمای مشاهده شده بر حسب درجه سلسیوس

دمای کالری‌متر در پایان مرحله انحلال بر حسب درجه سلسیوس

کالری‌متر هنگامی که نمونه درون آن ریخته می‌شود بر حسب درجه سلسیوس

R افزایش دمای تصحیح شده بر حسب درجه سلسیوس

دمای کالری‌متر در پایان مرحله تصحیح بر حسب درجه سلسیوس

حال می‌توانید ظرفیت حرارتی کالری‌متر و محتویات آن را برای آزمایش تعیین حرارت هیدراسیون طبق معادله زیر محاسبه کنید:

که در آن:

C ظرفیت حرارتی بر حسب

W جرم نمونه سیمان (بر اساس جرم سرخ شده) بر حسب گرم

t دمای نهایی کالری‌متر بر حسب درجه سلسیوس

T دمای سیمان (همان دمای محیط) هنگامی که درون کالری‌متر ریخته می‌شود.

R افزایش دمای تصحیح شده بر حسب درجه سلسیوس

 

محاسبه گرمای انحلال سیمان خشک و هیدراته

گرمای انحلال سیمان خشک در آزمایش تعیین حرارت هیدراسیون از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

که در آن:

H1 گرمای انحلال سیمان خشک بر حسب kJ/kg

R افزایش دمای تصحیح شده بر حسب درجه سلسیوس

C ظرفیت حرارتی بر حسب

Wi جرم نمونه سیمان (بر اساس جرم سرخ شده) بر حسب گرم

T دمای دمای محیط هنگامی که درون کالری‌متر ریخته می‌شود.

td دمای نهایی کالری‌متر در انتهای اندازه گیری روی سیمان خشک بر حسب درجه سلسیوس

گرمای انحلال نمونه جزئی هیدراته هم طبق معادله زیر به دست می‌آید:

که در آن:

H2 گرمای انحلال نمونه جزئی هیدراته بر حسب kJ/kg

th دمای نهایی کالری‌متر در انتهای اندازه گیری روی سیمان هیدراته بر حسب درجه سلسیوس

باقی مجهولات، در بالاتر توضیح داده شده‌اند.

 

حرارت هیدراسیون

در بخش انتهایی این آزمایش تعیین حرارت هیدراسیون شما قادر هستید که حرارت هیدراسیون سیمان هیدرولیکی را از طریق فرمول زیر به سادگی بدست آورید:

که در آن:

H حرارت هیدراتاسیون سیمان افت کرده برحسب kJ/kg

H1 گرمای انحلال سیمان خشک بر حسب kJ/kg

H2 گرمای انحلال نمونه جزئی هیدراته بر حسب kJ/kg

th دمای نهایی کالری‌متر در انتهای اندازه گیری روی سیمان هیدراته بر حسب درجه سلسیوس

 

گزارش کار آزمایش تعیین حرارت هیدراسیون

  1. انجام آزمون بر اساس استاندارد ملی ایران شماره 394
  2. تاریخ تحویل نمونه به آزمایشگاه
  3. تاریخ انجام آزمایش تعیین حرارت هیدراسیون سیمان هیدرولیکی
  4. نام تولید کننده سیمان، تاریخ و محل تولید
  5. محل انجام آزمون
  6. ذکر موارد مغایر با استاندارد
  7. ذکر حرارت هیدراسیون

 

 

بازگشت به لیست

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

1 + نوزده =