ปูนซีเมนต์โดยทั่วไปเป็นสารยึดเกาะทุกชนิด แต่ในความหมายที่แคบกว่าคือ สารยึดเกาะที่ใช้ในการก่อสร้างงานโยธาและงานก่อสร้าง ปูนซีเมนต์ชนิดนี้เป็นผงละเอียดที่เมื่อผสมกับน้ำจะเกิดเป็นก้อนแข็ง

กระบวนการบ่มและบ่มเป็นผลมาจากการให้ความชุ่มชื้น ซึ่งเป็นการผสมผสานทางเคมีของสารประกอบซีเมนต์กับน้ำเพื่อผลิตผลึกไมโครคริสตัลหรือวัสดุคล้ายเจลที่มีพื้นที่ผิวสูง

เนื่องจากคุณสมบัติที่ชอบน้ำ ซีเมนต์สำหรับงานก่อสร้าง ซึ่งจะแข็งตัวและแข็งตัวใต้น้ำได้ จึงมักเรียกกันว่าซีเมนต์ไฮดรอลิก

ที่สำคัญที่สุดคือปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ดังนั้นในบทความนี้ เราจะมาเรียนรู้เกี่ยวกับเคมีเบื้องหลังปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น!

1. ซีเมนต์คืออะไร?

ซีเมนต์ – “กาว” ที่ยึดคอนกรีตเข้าด้วยกัน – เป็นผงละเอียดที่ประกอบด้วยแร่ธาตุที่บดแล้ว เช่น หินปูนและดินเหนียวที่ทำหน้าที่เป็นสารยึดเกาะ

ปูนซีเมนต์สามารถทำจากวัสดุต่างๆ ได้มากมาย แต่ไม่สามารถใช้เดี่ยวๆ ได้ อันที่จริง ปูนซีเมนต์โรมันถูกบดเป็นหินด้วยปูนขาวที่เผาแล้ว เถ้าภูเขาไฟ และอิฐเพิ่มเติม

ทุกวันนี้ ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เป็นซีเมนต์ที่ใช้กันมากที่สุดและเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีต้นทุนต่ำที่สุดในโลก เนื่องจากมีหินปูนและหินชนวนอยู่เป็นจำนวนมาก

ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์มีห้าประเภทที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

ซีเมนต์ Class I เหมาะสำหรับงานทั่วไปเมื่อไม่ต้องการคุณสมบัติพิเศษ
Type II มีความแข็งแรงซัลเฟตขนาดกลางและทำให้ ส่วนใหญ่ของปูนซีเมนต์ขายในอเมริกาเหนือ
ซีเมนต์ Class III มีความแข็งแรงในช่วงแรกค่อนข้างสูง ซึ่งหมายความว่าจะได้รับความแข็งแรงได้เร็วกว่าประเภท I ทำให้สามารถขจัดรูปแบบก่อนหน้านี้ได้
Type IV มีอุณหภูมิต่ำและใช้ในสถานที่ก่อสร้างขนาดใหญ่ มันพัฒนาความแข็งแรงในอัตราที่ช้ากว่าซีเมนต์อื่น ๆ
ซีเมนต์ เกรด V ใช้เฉพาะในกรณีที่มีความทนทานต่อซัลเฟตรุนแรงเท่านั้น เนื่องจากมีการพัฒนาความแข็งแรงในอัตราที่ช้ากว่าซีเมนต์ชนิดอื่น
ขั้นตอนแรกในการผลิตปูนซีเมนต์คือการสกัดหินปูน (และวัสดุอื่นๆ) จากเหมืองหินโดยการระเบิด วัสดุจะถูกลดขนาดลงแล้วส่งไปยังโรงงานเพื่อดำเนินการ

SEE ALSO  ชีววิทยา เพิ่ม ม.5 เล่ม 3 | บทที่ 9 โครงสร้างของพืชดอก : แบบฝึกหัดท้ายบท ข้อ 4 | สรุปเนื้อหาเฉลยแบบฝึกหัดท้ายบทเคมี ม.5 เล่ม 3 บทที่6ล่าสุด

จากนั้นวัสดุอื่นๆ เช่น ทราย ดินเหนียว หินดินดาน แร่เหล็ก ยิปซั่ม และแร่ธาตุ จะถูกบดด้วยหินปูนเพื่อผลิตผงหยาบที่มีขนาดเท่ากันและมีคุณสมบัติทางเคมี

ผงดิบจะถูกแปรรูปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิเกิน 2,642 องศาฟาเรนไฮต์หรือ 1,450 องศาเซลเซียส (ร้อนกว่าลาวาหลอมเหลวเมื่อมันปะทุจากภูเขาไฟ!)

เตาเผาซีเมนต์แบบหมุนซึ่งมีสัดส่วน มากกว่า 95% ของการผลิตปูนซีเมนต์ทั่วโลกโดยพื้นฐานแล้วเป็นท่อยาวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 ฟุตและยาวได้ถึง 300 ฟุต ขึ้นอยู่กับกำลังการผลิตของโรงงาน

การแปรรูปผงดิบในเตาเผาทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างและปฏิกิริยาเคมีและการเกิดสารประกอบใหม่ที่มีส่วนเสริมความแข็งแรงของซีเมนต์

มวลร้อนสีขาวที่โผล่ออกมาจากเตาเผาเรียกว่า “ปูนเม็ด” และระบายความร้อนด้วยอากาศ “ปูนเม็ด” บดเป็นเม็ดให้ได้ขนาดและความแข็งแรงที่ต้องการ

ห้องปฏิบัติการจะรวบรวมตัวอย่างและทดสอบความเรียบ ความสม่ำเสมอ ความแข็งแรง และความร้อนของความชุ่มชื้นท่ามกลางคุณลักษณะอื่นๆ

เนื่องจากอุณหภูมิที่ต้องการสูงในเตาเผา จึงมักใช้ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ น้ำมันเชื้อเพลิง และโค้กในการหลอม

อย่างไรก็ตาม ด้วยการส่งเสริมการผลิตที่ยั่งยืนมากขึ้น ผู้ปฏิบัติงานในโรงงานมักจะเพิ่มวัสดุรีไซเคิลลงในเชื้อเพลิง เช่น หลุมฝังกลบ ของเสียจากโรงฆ่าสัตว์ พลาสติก เป็นต้น อีกตัวอย่างหนึ่ง ยางรถยนต์อาจกำจัดได้ยาก

ตอนนี้ “ปูนเม็ด” เย็นตัวลงและบดเป็นผงซีเมนต์ละเอียดแล้ว จึงจำหน่ายเป็นกลุ่ม บรรจุถุงหรือส่งไปยังโรงงาน โดยนำไปผสมกับส่วนผสมอื่นๆ เพื่อสร้างคอนกรีตหรือปูน .

ดูวิดีโอต่อไปนี้เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการผลิตปูนซีเมนต์ให้ดีขึ้น!

2. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์

สั้นๆ
ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้รับการจดสิทธิบัตรในอังกฤษในปี พ.ศ. 2367 โดยโจเซฟ แอสพเดน และตั้งชื่อว่าพอร์ตแลนด์ (หรือพอร์ตแลนด์) เพราะเมื่อแข็งตัวแล้วจะทำให้นึกถึงหินจากเกาะพอร์ตแลนด์

SEE ALSO  เลขออกซิเดชัน (เคมี ม.5 เล่ม 4 บทที่ 11) | เนื้อหาเฉลยแบบฝึกหัดเคมี ม.6 เล่ม 5 บทที่11ล่าสุด

ก่อนสิทธิบัตรของ Aspden ส่วนผสมของสารประกอบที่ใช้ในซีเมนต์ถูกเก็บเป็นความลับ ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ไม่ได้ถูกนำมาใช้ในสหรัฐอเมริกาจนถึงปี พ.ศ. 2414

เคมีการประสานประกอบด้วยสองขั้นตอนที่แตกต่างกัน: (i) การตั้งค่า, กระบวนการของการเปลี่ยนความเหนียว (ความสามารถในการขึ้นรูปหรือความสามารถในการขึ้นรูป) ของซีเมนต์เป็นความแข็ง และ (ii) การชุบแข็ง, การพัฒนาของความเข้ม

หากปูนซีเมนต์แข็งตัวเร็วเกินไป ผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์จะมีปัญหาในการจัดหาวัสดุให้เข้าที่ การเติมยิปซั่ม CaSO4 ลงในปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ช่วยยืดอายุการทำให้เป็นพลาสติก

สารประกอบที่สำคัญที่สุดในซีเมนต์ ได้แก่ 3CaO.Al 2 O 3 , ไตรแคลเซียมอะลูมิเนต; 3CaO.SiO 2 , ไตรแคลเซียมซิลิเกต; 2CaO.SiO 2 , ไดแคลเซียมซิลิเกต; และ CaO แคลเซียมออกไซด์ 2CaO.SiO 2ตอบสนองช้ากับน้ำเพื่อผลิต Ca (OH) 2และ H 2 SiO 3

ปฏิกิริยานี้ไม่เพียงแต่ช่วยยึดวัสดุไว้ด้วยกัน แต่ยังทำให้คอนกรีตซึมผ่านได้น้อยลงด้วย การชุบแข็งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากความชุ่มชื้นของสารประกอบที่มีอยู่และอาจได้รับอิทธิพลจากการตกผลึกของไฮเดรตเหล่านี้

โดยพื้นฐานแล้ว ซีเมนต์เป็นเมทริกซ์เชื่อมขวางที่มีโพลีเมอร์สูง ทั้งการตั้งค่าและการบ่มต้องมีน้ำ แต่ไม่ใช่อากาศ

สารประกอบที่ก่อตัวขึ้นเมื่อซีเมนต์แข็งตัวเป็นคอนกรีตจะไม่ละลายในน้ำ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ซีเมนต์สามารถแข็งตัวใต้น้ำได้

3. แนวคิดทั่วไป

ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เป็นสารยึดเกาะที่เป็นของแข็งในน้ำ ประกอบด้วยแคลเซียมซิลิเกตประมาณ 70-80% ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าซีเมนต์ซิลิเกต เป็นผลิตภัณฑ์บดละเอียดของปูนเม็ดที่มีส่วนผสมของหินยิปซั่ม (3 – 5%)

หินยิปซั่มมีผลในการปรับความเร็วของปูนซีเมนต์ให้เหมาะสมกับเวลาก่อสร้าง

ปูนเม็ดมักจะอยู่ในรูปของเม็ดเล็กๆ ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10-40 มม. ซึ่งเกิดจากการให้ความร้อนกับส่วนผสมของหินปูนที่บดละเอียด ดินเหนียว และแร่เหล็กจนถึงอุณหภูมิเกาะตัว (ประมาณ 1450oC)

คุณภาพของปูนเม็ดขึ้นอยู่กับองค์ประกอบแร่ เคมี และเทคโนโลยีการผลิต คุณสมบัติของปูนซีเมนต์ถูกกำหนดโดยคุณภาพของปูนเม็ด

SEE ALSO  (LIVE) Update #Blueprint64 เคมี by พี่เคน OnDemand - ฟังให้ดี มีปัง! | เนื้อหาที่เกี่ยวข้องเรียน เคมี ที่ไหน ดีที่แม่นยำที่สุด

4. เคมีที่อยู่เบื้องหลัง

องค์ประกอบทางเคมี
องค์ประกอบทางเคมีของปูนเม็ดที่แสดงโดยเนื้อหา (%) ของออกไซด์ในปูนเม็ด มักจะมีสัดส่วนดังนี้ CaO: 63 – 66%; อัล2 O 3 : 4 – 8%; SiO 2 : 21 – 24%; Fe 2 O 3 : 2 – 4%.

นอกจากนี้ยังมีออกไซด์อื่นๆ เช่น MgO; โซ3 ; เค2โอ; นา2โอ; ทีโอ2 ; Cr 2 O 3 ; P 2 O 5 , … พวกมันมีสัดส่วนเพียงเล็กน้อย แต่เป็นอันตรายต่อซีเมนต์ไม่มากก็น้อย

องค์ประกอบทางเคมีของปูนเม็ดเปลี่ยนไปคุณสมบัติของซีเมนต์ก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ตัวอย่างเช่น การเพิ่ม CaO ซีเมนต์มักจะแข็งตัวอย่างรวดเร็วแต่ทนต่อน้ำได้น้อยกว่า การเพิ่ม SiO2 เป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม

5. คุณสมบัติโครงสร้าง

ความแข็งแรงที่พัฒนาขึ้นโดยปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและความวิจิตรของดิน

C3S มีหน้าที่หลักสำหรับความแข็งแกร่งที่พัฒนาขึ้นในช่วงสัปดาห์แรกของการชุบแข็งและ C 2 S สำหรับความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นหลังจากนั้น สารประกอบอลูมิเนียมและเหล็กที่มีอยู่ในปริมาณที่น้อยกว่าจะส่งผลต่อความแข็งแรงโดยตรงเพียงเล็กน้อย

ซีเมนต์และคอนกรีตสำเร็จรูปอาจเสียหายจากการโจมตีของสารเคมีจากธรรมชาติหรือที่มนุษย์สร้างขึ้น

สารประกอบอลูมินามีความเสี่ยงมากที่สุดที่จะโจมตีทางเคมีในดินที่มีเกลือซัลเฟตหรือในน้ำทะเล ในขณะที่สารประกอบเหล็กและแคลเซียมซิลิเกตสองชนิดมีความทนทานมากกว่า

แคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่ปล่อยออกมาในระหว่างการให้น้ำของแคลเซียมซิลิเกตก็อ่อนไหวต่อการโจมตีเช่นกัน เนื่องจากซีเมนต์จะปล่อยความร้อนในขณะที่ให้ความชุ่มชื้น คอนกรีตที่วางในปริมาณมาก เช่น ในเขื่อน อาจทำให้อุณหภูมิภายในมวลสูงขึ้นถึง 40°C (70°) เหนืออุณหภูมิภายนอก F)

การระบายความร้อนภายหลังอาจทำให้เกิดการแตกร้าวได้ ความร้อนสูงสุดของการให้น้ำแสดงเป็น C3A โดยเรียงจากมากไปน้อย C3S, C4AF และ C2S

บทความสิ้นสุดที่นี่ หวังว่ามันจะช่วยคุณได้บ้างในอนาคต ครั้งต่อไปที่มีคนถามเกี่ยวกับหัวข้อนี้ โปรดจำเคมีที่อยู่เบื้องหลังพวกเขา

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น ช่องข้อมูลจำเป็นถูกทำเครื่องหมาย *