التحليل الكيميائي للإسمنت

عبارة عن خليط من المركبات المختلفة التي تتكون بشكل أساسي من السيليكات وألومينات الكالسيوم المكونة في الأساس من السيليكا وأكسيد الكالسيوم وأكسيد الألومنيوم وأكسيد الحديد، ويمكن القول بأن الإسمنت عبارة عن مادة هيدروليكية مصنوعة من الكلنكر الطاحن الدقيق، والذي يتم إنتاجه عن طريق حرق خليط من مركبات متعددة كالحديد والكالسيوم والألمنيوم والسيليكا، بالإضافة إلى أنواع أخرى كالجبس والمواد المضافة الأخرى مثل البوزولانا، وتجدر الإشارة إلى أن الإسمنت الأكثر استخدامًا معروف الآن باسم إسمنت بورتلاند وسيتحدث هذا المقال عن التحليل الكيميائي للإسمنت.[١]
الإسمنت الهيدروليكي
يحتوي الاسمنت الهيدروليكي على مواد كيميائية محددة تخضع لتفاعل كيميائي في وجود الماء وتجعل المادة صلبة، ويتضح أنه يحتوى على عدد من المواد الكيميائية المحددة التي تخضع لعملية تصلب عندما تتلامس مع الماء، وتعرف هذه العملية باسم الترطيب، وتشتمل المواد الكيميائية المحددة الموجودة داخل المادة على سيليكات التريكالسيوم وسيليكات الديكالسيوم، وتحدث التفاعلات الكيميائية الآتية عندما يتفاعل الماء مع هذه المكونات: سيليكات الكالسيوم + ماء -> هيدرات سيليكات الكالسيوم + منتجات كيميائية أخرى. سيليكات ديكالسيوم + ماء -> هيدرات سيليكات الكالسيوم + منتجات كيميائية أخرى.
وتحتوي هيدرات سيليكات الكالسيوم على شبكة من الألياف القصيرة التي تزيد بشكل كبير من قوة المنتج.[٢]
كيف يتكون الإسمنت
عادةً ما يتم صناعة الإسمنت من الحجر الجيري والطين أو الصخر الزيتي، ويتم استخراج هذه المواد الخام من المحجر المكسر، حيث يتحول إلى مسحوق ناعم جدًا، وتُسمى هذه المادة الخام المخلوطة بالتغذية الأولية، ويتم تسخينها في فرن دوار حيث تصل درجة الحرارة إلى حوالي 1400/ 1500 درجة مئوية، وفي أبسط أشكاله، يكون الفرن الدوار أنبوبًا يصل إلى 200 بطول متر، وربما قطره 6 أمتار، مع شعلة طويلة في نهاية واحدة، وتدخل التغذية الخام الفرن في الطرف البارد وتمتد تدريجيًا إلى النهاية الساخنة، ثم تسقط من الفرن وتبرد، وتوصف المادة المكونة في الفرن بأنها كلنكر، وتتكون عادةً من عقدات مستديرة يتراوح طولها بين 1 ملم و 25 ملم، وبعد التبريد، يمكن تخزين الكلنكر مؤقتًا في متجر الكلنكر، أو قد ينتقل مباشرة إلى مصنع الأسمنت، فمطحنة الأسمنت تطحن الكلنكر إلى مسحوق ناعم، وهو شكل من كبريتات الكالسيوم عادة ما يتم طحنها بالكلنكر، حيث يتحكم الجبس في خصائص إعداد الإسمنت عند إضافة الماء.[٣]
التحليل الكيميائي للإسمنت
تجري عملية التحليل الكيميائي للإسمنت بهدف معرفة خصائصه؛ إذ يتكون من أربعة مركبات أساسية، هي: سيليكات ثلاثي الكالسيوم 3CaO · SiO2، وسيليكات ثنائي الكالسيوم 2CaO · SiO2، وألومينات ثلاثي الكالسيوم 3CaO · Al2O3، وألومينات الحديد رباعي الكالسيوم 4CaO Al2O3F3، وتوجد أيضًا كميات صغيرة من الجير والمغنيسيوم غير المضاف إلى جانب القلويات، وكميات قليلة من العناصر الأخرى، وأكاسيد الكالسيوم CaO الناتجة عن التحليل الكيميائي للإسمنت هي عبارة عن ثاني أكسيد السيليكون SiO2، أما الألومينا، فهي عبارة عن أكسيد الألومنيوم Al2O3، ويتم الحصول على أكاسيد أخرى من المواد الطينية، وتدخل في تركيب الإسمنت المواد الخام الإضافية مثل رمل السيليكا وأكسيد الحديد Fe2O3 والبوكسيت الذي يحتوي على الألومنيوم المائي Al(OH)3، ويستخدم الكاولين الذي هو عبارة عن طين أبيض يحتوي على القليل من أكسيد الحديد، كمكون طيني يدخل في تركيب الإسمنت، ويوضح التحليل الكيميائي للإسمنت تفاعل سيليكات الكالسيوم مع جزيئات الماء لتكوين هيدرات سيليكات الكالسيوم 3CaO 2SiO2 · 3H2O وهيدروكسيد الكالسيوم Ca [OH] 2، ويمكن تمثيل ذلك في التفاعلات الآتية:[٤]