الأسمنت البورتلاندي ... اكتشافه وطرق إنتاجه وأنواعه - المقالات موقع المهندس الكويتي للبناء والديكور

عام 1824م حصل البريطاني جوزيف اسبن عامل البناء البسيط على براءة اختراع الأسمنت الذي اكتشف طريقه صنعه بمطبخ منزله. قام المخترع المذكور بتسخين خليط من الحجارة الجيرية والطين (Clay) بفرن منزله قبل أن يقوم بطحن ذلك الخليط وتحويله إلى بودرة خالقا أسمنت هيدروليكي يتصلد فور إضافة الماء أليه. قام المخترع البريطاني بتسمية اختراعه بالأسمنت البورتلاندي تيمنا بأسم المنطقة التي جلب منها الأحجار التي قام بطحنها وصنع الأسمنت منها وهى جزيرة بورتلاند على السواحل البريطانية. بهذا الاختراع قاد اسبن قاعدة ما يمكن أن يسمى اليوم بصناعة الأسمنت البورتلاندي.

مراحل التصنيع

الأسمنت البورتلاندي المكون الأساسي لتصنيع الخرسانة هو عبارة عن أسمنت سيليكات الكالسيوم مصنوع من مجموعة من الكاليسوم والسيليكون والألمونيوم والحديد. لإنتاج أسمنت يحتوي على مواصفات كمائية وفيزيائية محددة وخاصة يحتاج إلى عناية وتحكم خلال عملية التصنيع.
الخطوة الأولى في عملية تصنيع الأسمنت هو الحصول على المواد الخام للتصنيع ، بشكل عام المواد الخام تتكون من أحجار جيرية ( صدفية أو طباشيرية ) (Shells or chalks) وطين الصلصال أو الرمل أو خام الحديد ويمكنكم أن يتم استخراج هذه المواد الخام من مناطق تكون قريبة من المصنع عادة. يتم تقليص المواد الخام بعمليات سحق أولية ثم بعملية أخري ثانوية للوصول إلى الحجم المناسب للحبيبات المراد استخدامها في عملية التصنيع.
في البداية يتم تفتيت الصخور إلى خمسة أنشات (125 مم) بعدها يتم سحقها لتتفتت إلى (3/4 انش) (19 مم).
بمجرد وصول المواد الخام إلى المصنع يتم تقسيمها وتوزيعها حسب الخصائص الكيميائية التي يراد تصنيع الأسمنت بها وحسبما تناسبت المواد الخام مع بعضها لصنع الأسمنت ذو الخصائص المطلوبة.
هناك طريقتين لتصنيع الأسمنت الطريقة الجافة والطريقة المبتلة وشرح العمليتان كالتالي :
1- الطريقة الجافة : يتم اختيار المواد الخام الجافة وتطحن حتى تتحول إلى بودرة ناعمة ثم تخلط جميع أنواع البودرة الناتجة من مختلف المواد الخام وتودع بداخل فرن لتسخن وهى في حالة جافة تماما بدون إضافة اي سوائل.
2- الطريقة المبتلة : يتم مزج المواد الخام المنتقاة لتناسب بعضها بالماء بشكل صحيح لخلق نوع من المزيج يسمى (Slurry) ثم سحق يطحن المزيج ويخلط وهو في حالة المزيج المذكور بعدها يوضع المزيج في فرن أسطواني مائل ويدور حول نفسه. يجب أن يتم إضافة المزيج بمعدل يتم التحكم به من خلال ميلان الفرن وسرعة حركة دورانه. وقود الحرق لهذه الأفران يتكون من الفحم المطحون أو من الغاز الطبيعي ويكون مصدر الحرارة في قاع الفرن لتصل درجة حرارة المواد الخام بداخل الفرن إلى حوالي (1430-1650) درجة مئوية. عند درجة حرارة (1480 درجة مئوية) سلسلة من التفاعلات الكيميائية تحدث للمواد الخام لتنصهر هذه المواد وتشكل كرات الأسمنت القاسية رمادية اللون التي تسمى (Clinker).
يتم إخراج هذه الكرات من اسفل الفرن وهى حمراء متوهجة الحرارة ليتم تحويلها إلى أنواع مختلفة من طرق التبريد لتخفيض درجة حرارة هذه الكور الى درجة يمكن التعامل معها. الكرنكر البارد يتم إضافة الجبس إليه ويطحن الى مسحوق ناعم تتلاءم نعومته مع المشخل رقم (200) أو مقاس (75 ميكرو). هذا المسحوق الرمادي اللون هو الأسمنت البورتلاندي.

أنواع الأسمنت البورتلاندي

عدة أنواع من الأسمنت البورتلاندي يتم تصنيعها لتلائم أنواع مختلفة من المتطلبات سواء كانت متطلبات فيزيائية أو كيميائية.
الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد (ASTM) قررت وجود 8 أنواع من الأسمنت البورتلاندي وهى :
1- النوع (I) وهو الطبيعي ويستخدم للاحتياجات الأسمنتية العادية في المشاريع الإنشائية مثل المباني والجسور والأرضيات والطرق وأنواع الخرسانة المنتجة (OPC).
2- النوع (IA) هو قريب الشبه من النوع الأول بالإضافة الى حمله لخاصية حفظ الهواء بداخل الخلطة الخرسانية.
3- النوع (II) ينتج اقل كمية من الحرارة (الامهه) في اقل معدل للتصلد وله قدرة متوسطة على مقاومة هجوم الكبريتات (SRC).
4- النوع (IIA) وهو شبيه بالنوع الثاني وينتج منه الخرسانة الحافظة لفقاعات الهواء بداخلها.
5- النوع (III) هو الأسمنت سريع التصلد وهو يسبب تصلد الخرسانة السريع واكتسابها لقوة بوقت قصير. هذا النوع شبيه من الناحية الكيميائية والفيزيائية للنوع الأول إلا إن الفرق إن حبيباته اقل صغر واكثر دقة.
6- النوع (IIIA) وهو إسمنت يجمع بين صفتين وهما حافظ لفقاعات الهواء ومكتسب سريع لقوة مبكرة للخرسانة.
7- النوع (IV) وهو منتج للقليل جدا من الحرارة أثناء عملية الامهه ويكسب الخرسانة قوة بمعدلات بطيئة نتيجة حرارة الامهه القليلة التي ينتجها مما يعني أن التفاعل بداخله يتم بصورة بطيئة للغاية وتحتاج الى وقت طويل ولربما يصل الى 80% من القوة المطلوبة منه بعد خمس سنوات من الصب وهو أسمنت نموذجي للاستخدام في السدود وفي المنشآت التي يتطلب إنشائها كميات كبيرة من الخرسانة التي قد تسبب حارة الامهه فيها الى تشققات تؤثر على كفاءة المنشأة وطريقة عملها وفائدتها كالسدود مثلا.
8- النوع (V) وهو يستخدم فقط في الخرسانة التي ستتعرض لهجوم قاسي من تفاعلات الكبريتات وبشكل خاص يقصد بها قواعد المباني التي تتعرض مباشرة للتربة والمياه الجوفية التي تحوي نسبة عالية من الكبريتات.

الأسمنت البورتلاندي الأبيض

بالإضافة الى الأنواع الثمانية التي تم ذكرها يوجد عدد من الأسمنت الخاص الذي يتم إنتاجه وتصنيعه من بين هذه الأنواع الخاص يوجد الأسمنت البورتلاندي الأبيض وهو مماثل للأسمنت الرمادي فقط اللون هو الفرق ويتم تصنيعه بان يتم اختيار المواد الخام ( في مرحلة التقسيم) التي لا تحتوي أو بها نسبة ضئيلة جدا من اكاسيد الحديد والمغنيسيوم وهما المادتين اللتين يعطيان اللون الرمادي للأسمنت ويمكن أن يستخدم كما يستخدم الأسمنت البورتلادي تمام في خلطات الخرسانة ولصنع المورتر وكل شيء يمكن تصنيعه بالأسمنت الرمادية يمكن صنعه بالأسمنت الأبيض ألا أن متطلبات الإنتاج من حيث اختيار المواد الخالية من اكاسيد الحديد والمعنسيوم والاختبارات ووفرة هذه المواد المحتوية على الأكاسيد بشكل اكبر اتفقت على استخدام الأسمنت الرمادي بشكل عام والأسمنت الأبيض بشكل خاص للمشاريع التي يحتاج شكلها وديكورها الى اللون الأبيض في الخرسانة أو في التشطيبات.

الأسمنت المخلوط

يتم إنتاج هذا النوع من الأسمنت بخلط الأسمنت بنوع أو اثنين من المواد الأسمنتية مثل ( الرماد المتطاير أو غبار السيليكا أو خبث الأفران) مما يكسب الأسمنت صفة إضافية لا يمكن أن تكون به لولا هذه الإضافات والمخاليط مثل إمكانية صنع خرسانة اقل مسامية واكثر متانة واقل إنتاج للحرارة واكثر قوة عند التصلد. يتم إنتاج هذا النوع من الأسمنت بنفس طرق إنتاج الأنواع الأخرى من الأسمنت. يجب أن تضاف هذه المواد الأسمنتية بنسب معينة الى حجم أو كتلة الأسمنت الأساسية لتعطي النتائج المطلوبة وقد اسهب الكود الأمريكي في شرح طرق استخدام هذه المواد الأسمنتية وطرق إنتاجها وكميات الإضافات ألا أنها قليلة الاستخدام في البلدان العربية لقلة المصانع التي تنتجها ولارتفاع سعرها سواء بالاستيراد أو التصنيع لقلة الطلب عليها لعدم الاهتمام بفوائدها من ناحية ولصغر المنشآت الخرسانية العربية مقارنة بمثيلاتها الأمريكية في الحجم والقوة والمواصفات .... الخ.