ما هو الاسمنت؟

يعد الأسمنت جزءًا لا يتجزأ من البنية التحتية الحضرية. يتم استخدامه لصنع الخرسانة والملاط ، وتأمين البنية التحتية من خلال ربط لبنات البناء. تتكون الخرسانة من الأسمنت والماء والرمل والحصى المخلوطة بنسب محددة ، في حين يتكون الملاط من الأسمنت والماء والركام الجيري. كلاهما يستخدم لربط الصخور والحجارة والطوب ووحدات البناء الأخرى ، وملء أو سد أي فجوات ، ولصنع أنماط زخرفية. يخلط الأسمنت مع سيليكات الماء والألمنيوم ، مما يجعله كتلة مقاومة للماء تصلب وتستخدم في عزل المياه.

تاريخ الاسمنت

الاسمنت ، على الرغم من اختلافه عن المنتج المكرر الموجود في الوقت الحاضر ، فقد تم استخدامه في أشكال عديدة منذ ظهور الحضارة البشرية. من الرماد البركاني والفخار المسحوق والجبس المحروق والجير المائي إلى الاسمنت الهيدروليكي الأول الذي استخدمه الرومان في العصور الوسطى ، استمر تطوير الأسمنت حتى القرن الثامن عشر ، عندما حصل جيمس باركر على براءة اختراع الأسمنت الروماني ، الذي اكتسب شعبية ولكن تم استبداله بأسمنت بورتلاند في 1850s.

في القرن التاسع عشر ، وضع الفرنسي لويس فيكات الأساس للتركيب الكيميائي للأسمنت البورتلاندي وفي روسيا ، نشر إيجور تشيليف طرق صنع الأسمنت واستخدامات الإسمنت والمزايا. جلب جوزيف أسبدين الأسمنت البورتلاندي إلى السوق في إنجلترا وابنه ، ويليام أسبدين ، قاما بتطوير الإسمنت البورتلاندي "الحديث" ، والذي سرعان ما كان الطلب عليه كبيرًا. لكن الأب الحقيقي للإسمنت البورتلاندي يعتبر إسحاق تشارلز جونسون ، الذي ساهم بشكل كبير من خلال نشر عملية تطوير الإسمنت البورتلاندي في الفرن.

 في القرن التاسع عشر ، تم اكتشاف أسمنت Rosendale في نيويورك. على الرغم من أن صلابتة جعلته يحظى بشعبية كبيرة في البداية ، إلا أن طلب السوق عليه انخفض بسبب وقت المعالجة الطويل وكان أسمنت بورتلاند المفضل مرة أخرى. ومع ذلك ، تم تصنيع مزيج جديد من الأسمنت Rosendale-Portland ، الذي يتميز بالمتانة الشديدة ويحتاج إلى وقت معالجة أقل ، بواسطة Catskill Aqueduct ويستخدم الآن غالبًا في بناء الطرق السريعة أو الجسور.

خضع الأسمنت المستخدم اليوم للتجارب والاختبارات والتحسينات الهامة لتلبية احتياجات العالم الحالي ، مثل تطوير الخرسانة الصلبة للطرق والطرق السريعة ، ومدافع الهاون الهيدروليكية التي تتحمل مياه البحر والجص للمناخات الرطبة. توجد أنواع مختلفة من الأسمنت الحديث ، ويعرف معظمها باسم أسمنت بورتلاند أو خليط منه ، بما في ذلك أسمنت فرن الانفجار ، أسمنت بورتلاند الرماد المتطاير ، أسمنت بورتلاند بوزولان ، أسمنت الجير البوزولاني ، أسمنت الجير الخبث ، إلخ.

كيمياء الأسمنت

يتكون الأسمنت أساسًا من نوعين استنادًا إلى طريقة ضبطه وتصلبه: الأسمنت الهيدروليكي ، الذي يتصلب بسبب إضافة الماء ، والأسمنت غير الهيدروليكي ، والذي يتم تصليبه بالكربونات مع وجود الكربون في الهواء ، لذلك لا يمكن استخدامه تحت الماء.

يتم إنتاج الأسمنت غير الهيدروليكي من خلال الخطوات التالية (دورة الجير):

التكليس: يتم إنتاج الجير من الحجر الجيري عند 825 درجة مئوية لمدة 10 ساعات. (CaCO3 → CaO + CO2)
الصقل: يتم خلط أكسيد الكالسيوم مع الماء لصنع الجير المطفأ. (CaO + H2O → Ca (OH) 2)
الإعداد: يتبخر الماء تمامًا.
يتعرض الأسمنت للهواء الجاف ويتصلب بعد تفاعلات تستغرق وقتًا طويلاً. (Ca (OH) 2 + CO2 → CaCO3 + H2O)
من ناحية أخرى ، يتكون الأسمنت الهيدروليكي بشكل رئيسي من السليكات والأكاسيد:

Belite (2CaO · SiO2) ؛
Alite (3CaO · SiO2) ؛
ألومينات Tricalcium / سيليت (3CaO · Al2O3)
براونميليريت (4CaO · Al2O3 · Fe2O3)
تتم معالجة المكونات في الفرن في مصانع الأسمنت. لا تزال الكيمياء الكاملة للتفاعلات موضوع بحث.

أسمنت بورتلاند

الأسمنت الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر هو الاسمنت الهيدروليكي (أي يتصلب عند إضافة الماء) المعروف باسم خليط بورتلاند أو أسمنت بورتلاند. عادة ما يكون هو العنصر الأساسي في صنع الخرسانة ، وهي مادة بناء تستخدم كعنصر حامل. الاسمنت البورتلاندي مناسب للمناخات الرطبة ويمكن استخدامه تحت الماء. أنواع أو خلطات مختلفة من الأسمنت البورتلاندي تشمل أسمنت خبث فرن السماد البورتلاندي ، وأسمنت بورتلاند الرماد المتطاير ، وأسمنت بورتلاند البوزولان ، وأسمنت بورتلاند سيليكا ، وأسمنت البناء ، والأسمنت الموسع ، والأسمنت المخلوط الأبيض ، والأسمنت الملون ، والأسمنت المطحون بدقة.

تركيب أسمنت بورتلاند

85٪ خبث أسمنت بورتلاندي (37-72٪ من 3CaO.SiO2 ؛ 6-47٪ 2CaO.SiO2؛ 2-20٪ 2CaO.Al2O3؛ 2-19٪ 4CaO. Al2O3.Fe2O3)، 1.5-3.5٪ جبس بمحتوى SO3 ، ما يصل إلى 15٪ من الخلطات. لمزيد من 

كيفية صنع اسمنت بورتلاند

في مصنع إنتاج الأسمنت ، يتم تسخين الحجر الجيري والمواد الخام الأخرى مثل السيليكات والبوكسيت وخام الحديد ، وما إلى ذلك بحيث يتم تحرير جزيئات ثاني أكسيد الكربون من الحجر الجيري لتشكيل الجير الحي ، والذي يتحد مع المكونات الأخرى ، مما يؤدي إلى تكوين من سيليكات الكالسيوم ومنتجات أخرى. وهكذا يتم صنع الكلنكر ، مادة صخرية صلبة. يضاف الجبس إلى الكلنكر ثم يطحن في مسحوق ناعم ، وهو المنتج النهائي المعروف باسم أسمنت بورتلاند.

صناعات الأسمنت في العالم

أكبر ثلاثة منتجين للأسمنت في العالم كما تم تسجيله في عام 2010 هم الولايات المتحدة والصين والهند. من بين هذه البلدان ، تقوم الصين وحدها بتصنيع حوالي 45 ٪ من إجمالي إنتاج الأسمنت في جميع أنحاء العالم. يستمر الاستهلاك العالمي للأسمنت في الارتفاع لأنه منتج غير قابل لإعادة التدوير ، وبالتالي فإن كل بناء أو إصلاح جديد يحتاج إلى أسمنت جديد. يعتبر إنتاج الأسمنت عنصرًا هامًا من عناصر التقدم ، خاصة في اقتصادات آسيا وأوروبا الشرقية.

وفقًا لدليل الأسمنت العالمي ، هناك حوالي 2273 مصنعًا نشطًا لإنتاج الأسمنت في العالم. بعض شركات تصنيع الأسمنت الرائدة هي LafargeHolcim و Anhui Conch و China National Building Materials و HeidelbergCement و Cemex و Italcementi و China Resources Cement و Taiwan Cement و Eurocement و Votorantim. يبلغ إجمالي الاستهلاك العالمي للأسمنت ، كما هو موضح في إحصاءات عام 2015 ، ما يصل إلى 18 مليون طن متري ، يُعزى معظمها إلى ارتفاع الاقتصاد الوطني في أمريكا الشمالية.

من بين البلدان الرأسمالية المتقدمة ، المنتجون الرئيسيون للأسمنت هم الولايات المتحدة وفرنسا وإيطاليا وألمانيا. تحتل إيران ، وهي الآن أكبر منتج في الشرق الأوسط ، المركز الثالث في العالم لتصنيع الأسمنت. تتقدم الدول الآسيوية والأفريقية أيضًا في إنتاج الأسمنت.

تتسبب عملية الفرن في مصنع الأسمنت في انبعاث ثاني أكسيد الكربون ، وهو أحد غازات الدفيئة الرئيسية المسؤولة عن الاحترار العالمي. بهدف الحد من الآثار البيئية الضارة لاستخدام الأسمنت ، بل وحتى القضاء عليها ، تحاول الصناعات الرائدة الآن تطبيق التقنيات التي تستخدم المواد المعاد تدويرها ومصادر الطاقة المتجددة. "الأسمنت الأخضر" هو مادة بناء مستدامة هي نتيجة لأبحاث مكثفة تتعلق بالتحقق من آثار الاحتباس الحراري العالمي.

المصدر: civiltoday.com