بسیاری از فرآیندهایی که در صنایع مختلف در جریان هستند، در دمای بالا انجام می‌شوند. در چنین شرایطی نیاز به متریال‌هایی که مقاومت دمایی بالایی دارند، به شدت احساس می‌شود. سیمان نسوز یکی از این مواد خاص است که در صنایع مختلف و در جریان تولید محصولات گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرد. این متریال پرکاربرد، نوع ویژه‌ای از سیمان است که به دلیل خواص و ویژگی‌های منحصر به فرد خود جایگاه مهمی در صنایع مختلف به دست آورده است. در ادامه با این محصول، ویژگی‌ها و کاربردهای آن به طور مفصل‌تر آشنا خواهیم شد.
سیمان نسوز چیست؟
سیمان را می‌توان یکی از پرکاربردترین متریال‌هایی دانست که در حوزه‌های مختلف از آن بهره گرفته می‌شود. انواع سیمان بر اساس ترکیبات تشکیل دهنده و فرآیند تولید، دارای ویژگی‌های متفاوتی هستند و هر کدام برای کاربردهایی خاص مناسب‌تر به نظر می‌رسند. یکی از این انواع که طرفداران زیادی دارد، سیمان نسوز است که با عنوان سیمان پرآلومین نیز شناخته می‌شود.
در ترکیب این نوع سیمان، اکسید آهن، اکسید سیلیسیم، اکسید آلومینیوم، اکسید کلسیوم و… دیده می‌شود، اما ترکیب عمده تشکیل دهنده آن آهک آلومینا است. سیمان نسوز دارای خاصیت سخت شوندگی بسیار بالایی است، به طوری که در بسیاری از موارد برای افزایش سرعت گیرش، مقدار اندکی از آن به سیمان پرتلند اضافه می‌گردد. این نوع سیمان به دلیل مقاومت بسیار بالایی که نسبت به حرارت و حریق دارد، به طور ویژه مورد توجه قرار گرفته است. خوب است بدانید سیمان پرآلومین قادر است شرایط دمایی تا 3000 درجه سانتی گراد (و حتی بیشتر) را تحمل کند، بدون این که آسیب ببیند.
تاریخچه سیمان نسوز
این نوع ویژه از سیمان در اوایل قرن بیستم برای اولین بار ابداع شد و مورد استفاده قرار گرفت. اختراع این سیمان به شخصی به نام لودویک هاچک نسبت داده می‌شود که یک مهندس اتریشی است. ترکیب سیمان با الیاف نسوز آزبست زمینه ساز تولید سیمان نسوز توسط هاچک بود. این ترکیب استثنایی، خواص ویژه‌ای از جمله مقاومت بالای حرارتی را به سیمان قبلی داد و همین امر موجب شهرت بیشتر این سیمان جدید و ورود آن به صنایع مختلف شد. علاوه بر مقاومت حرارتی بالا، مقاومت بسیار خوب در برابر سایش نیز یکی دیگر از ویژگی‌های منحصر به فرد سیمان جدید است. همین ویژگی‌ها موجب شد سیمان مقاوم به حرارت یا نسوز، یه یکی از پرکاربردترین متریال‌های مورد استفاده در قرن بیست و بیست و یک تبدیل شود.
پیشنهاد برای مطالعه
ترکیبات سیمان نسوز چیست؟
در بخش‌های قبل نیز اشاره مختصری به ترکیبات اصلی تشکیل دهنده سیمان پرآلومین یا نسوز شد. به طور کلی جزء اصلی این نوع سیمان، بوکسیت است که با نسبت مساوی با سنگ آهک ترکیب می‌گردد. پس از آن، موادی مانند آهن و سیلیس نیز به آن افزوده می‌شوند. ترکیب این دسته از مواد با یکدیگر، تشکیل یک ماده مقاوم نسبت به حرارت را می‌دهند. همان‌طور که گفتیم، بوکسیت جزء اصلی سیمان نسوز است که به عنوان یک سنگ رسوبی با درصد بالایی از آلومینیوم شناخته می‌شود. اکسید آلومینیوم به دست آمده از این ماده، همان ماده اصلی سازنده این نوع سیمان است که موجب نسوز بودن آن می‌شود.
انواع سیمان نسوز کدام است؟
این سیمان پرکاربرد بر اساس معیارهای گوناگون به شکل‌های مختلف دسته بندی می‌شود. به عنوان مثال، اگر این محصول را با توجه به ویژگی‌های آن در گروه‌های مختلف قرار دهیم می‌توانیم انواع زیر را برای آن در نظر بگیریم:
- سیمان نسوز سفید و رنگی
- سیمان ضد آب
- سیمان با خاصیت قلیایی کم
- سیمان ضد سولفات
- سیمان زودمقاوم
- سیمان آب گریز
- سیمان حباب زا
- سیمان با چسبندگی بالا
- سیمان پوزولانی و…
هر یک از این انواع سیمان نسوز با توجه به ویژگی‌ها و خواص شیمیایی و فیزیکی خود برای کاربردهایی خاص در نظر گرفته می‌شوند. علاوه بر این موارد، یک نوع دسته بندی رایج دیگر نیز برای این نوع سیمان مقاوم به حرارت وجود دارد که آن را در دو گروه کم آهن و فوندو قرار می‌دهد. به عبارتی دیگر، ساختار تشکیل دهنده سیمان پرآلومین، آن را به این دو نوع سیمان تقسیم می‌کند که هر کدام به نوبه خود پرکاربرد و محبوب هستند. در بخش‌های بعد درباره هر یک از این انواع به طور مفصل توضیح داده خواهد شد.
مزایای سیمان نسوز چیست؟
بدون شک بزرگ‌ترین مزیت و ویژگی خاص این محصول، نسوز بودن و مقاومت حرارتی بالای آن است که باعث شده جایگاه ویژه‌ای در صنایع داشته باشد. علاوه بر این، مزایای متعدد دیگری را نیز می‌توان برای سیمان نسوز برشمرد که موجب شده است طرفداران زیادی را به دست آورد. این مزایا در ادامه عنوان خواهند شد.
- این محصول دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر عواملی مانند خوردگی یا عوامل شیمیایی است.
- در برابر نیروهای فشاری استحکام بیشتری از خود نشان می‌دهد.
- در دمای بالا، دچار آسیب و خرابی نمی‌شود و مقاومت بالایی در مواجهه با شوک حرارتی دارد.
- سیمان نسوز طول عمر بالایی دارد و در نتیجه موجب افزایش طول عمر سازه‌هایی می‌شود که در آن‌ها به کار می‌رود.
- تا دمای منفی ده درجه را نیز تحمل می‌کند و به این ترتیب مانع از یخ زدگی می‌شود.
- استفاده از این محصول در ساختمان موجب ایمنی بیشتر آن می‌گردد.
- در برابر ضربه یا ساییدگی بسیار مقاوم است.
- به آسانی قابل اجرا است.
کاربردهای سیمان نسوز چیست؟
مهم‌ترین استفاده سیمان‌های نسوز در آسترکاری است. در واکنش‌هایی که با حرارت بالا همراه هستند، ساخت وسایلی با مقاومت کافی نسبت به حرارت یک معضل مهم است. این معضل توسط موادی مانند سیمان نسوز به آسانی حل می‌شود. مهم‌ترین موارد کاربرد این متریال خاص، عبارتند از:
- ساخت دیواره و کف کوره‌هایی که باید نسبت به حرارت بسیار مقاوم باشند
- تولید دودکش‌ها (ساختمانی و صنعتی)
- استفاده در فرآیند ساخت تجهیزات زباله سوزی
- ساخت خشک‌کن‌های مورد استفاده در تولید سیمان
- فونداسیون بتنی ساختمان‌ها
- مخازن نگهداری مواد شیمیایی
- ساخت دیوارها و کف‌پوش‌های ضد حریق
- تولید سنگ‌های مصنوعی
- صنایع ریخته‌گری
- صنایع دریایی، زیردریایی، پلیمر و پتروشیمی
- خطوط برق
- کوره‌های تونلی، تناوبی و…
خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی سیمان نسوز
مشخص است که مهم‌ترین خاصیت فیزیکی این نوع سیمان مقاومت بسیار بالای آن در برابر حرارت است. با این حال خواص مکانیکی و شیمیایی دیگری نیز درباره این محصول وجود دارد که آن را از محصولات مشابه کاملاً متمایز می‌سازد. چسبندگی بالای سیمان نسوز به دیگر مواد مورد استفاده، یکی از ویژگی‌های مثبت آن است. علت وجود این چسبندگی و سخت شوندگی، وجود آلومینا سیلیکات در آن است. در واقع این ماده با ترکیب شدن با آب، خاصیت سخت شوندگی سیمان را افزایش می‌دهد و موجب چسبندگی بسیار خوب آن به دیگر مواد می‌گردد. همچنین این متریال محبوب، در برابر مواد شیمیایی، مواد اسیدی و سولفات‌ها نیز بسیار مقاوم است. علاوه بر این، عدم آسیب در برابر اصطکاک و ضربه یکی دیگر از خواص کاربردی سیمان نسوز است که کار با آن را آسان‌تر می‌کند.
جرم نسوز چیست؟
یکی دیگر از متریال‌های مورد استفاده در صنعت که به عنوان یکی از نسوزها شناخته می‌شود، جرم نسوز است. جرم نسوز نیز درست مانند سیمان نسوز، مقاومت بسیار بالایی در برابر گرما، شوک حرارتی و آتش دارد. این ماده در صنایع فولادسازی، شیشه سازی، سرامیک و… بسیار پرکاربرد است و نقشی مهم در ساخت دیواره کوره‌ها دارد. با این حال لازم است بدانید جرم نسوز با سیمان نسوز متفاوت است، هر چند گاهی در ساختار آن از سیمان پرآلومین استفاده می‌شود.
سیمان نسوز چه تفاوتی با سیمان معمولی دارد؟
بدون شک بزرگ‌ترین تفاوت میان سیمان پرآلومین و سیمان معمولی مقاومت حرارتی بالای آن است. در واقع مقاومت ترمودینامیکی سیمان معمولی هیچ‌گاه به اندازه سیمان نسوز نخواهد بود و این بزرگ‌ترین تفاوت بین این دو ماده است. به عبارتی دیگر می‌توان گفت در تنش‌های ترمودینامیکی، برای مثال شوک حرارتی، سیمان معمولی سریعاً منبسط شده و تغییر ساختار می‌دهد. این در حالی است که سیمان نسوز در چنین شرایطی یکپارچگی خود را حفظ کرده و کمترین تغییر را متحمل می‌شود. استحکام کششی بالاتر، مقاومت فشاری عالی، گرمای هیدراتاسیون کمتر، انقباض کمتر و… از دیگر تفاوت‌های مهم دو نوع سیمان معمولی و نسوز به شمار می‌روند.
ساخت بتن با سیمان نسوز
هنگامی که قرار است یک سازه با شرایط دمایی ویژه، خصوصاً گرمای بالا، سروکار داشته باشد، استفاده از بتن نسوز بهترین گزینه به حساب می‌آید. در چنین شرایطی استفاده از بتن ساخته شده از سیمان نسوز به مراتب خطرات و خسارت‌های کمتری به دنبال دارد، زیرا بتن معمولی به سادگی با تغییرات دمایی شدید دچار فروپاشی می‌شود. این فروپاشی خصوصاً زمانی که صحبت از بخش‌های مهم یک سازه باشد، اهمیت بالایی پیدا می‌کند. به عنوان مثال دودکش ساختمان یکی از اجزاء مهمی است که با دمای بسیار بالا سروکار دارد. استفاده از بتن معمولی در ساخت دودکش، احتمال بروز حادثه را چند برابر می‌کند. در حالی که دودکش‌های ساخته شده از بتن نسوز به خوبی می‌توانند در برابر حریق و گرمای بالا، استحکام خود را حفظ کنند. ساخت بتن با سیمان نسوز این امکان را فراهم می‌کند تا سازه‌های صنعتی مانند کوره‌ها با کیفیتی بالا ساخته شوند. به این ترتیب با بالا رفتن دما و حرارت، ساختار بتن تشکیل دهنده دیواره‌های کوره دچار انبساط و کشیدگی نمی‌شود و مقاومت کششی و فشاری خوبی را از خود نشان می‌دهد.
تفاوت سیمان نسوز با ملات نسوز کدام است؟
ملات نسوز نوعی ماده مقاوم به حرارت است که برای ایجاد اتصال بین آجرهای نسوز، به خصوص در ساخت کوره‌ها، مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عبارتی دیگر می‌توان گفت ملات نسوز خود متشکل از چند ماده اعم از خاک رس، سیمان نسوز و… است. خاصیت چسبندگی ملات که موجب اتصال سخت و مقاوم بین آجرها می‌شود، ویژگی اصلی آن است که آن را از سیمان پرآلومین متمایز می‌سازد. این نوع سیمان ممکن است در قالب ملات نسوز یا بتن نسوز در ساخت سازه‌های مقاوم به گرما، مانند کوره‌ها، به کار رود. همچنین سیمان نسوز عاری از آب است، این در حالی است که ملات از ترکیب موادی مانند سیمان و آب ساخته می‌شود. کوره‌های کک سازی، تعمیر یا ساخت فونداسیون ماشین آلات صنعتی، کف سازی برخی از کارخانه‌ها، کوره‌های ذوب در صنایع فولاد و… از موارد کاربرد ملات نسوز به شمار می‌روند.
سیمان نسوز کم آهن چیست؟
در بخش‌های ابتدایی متن اشاره کردیم که انواع سیمان پرآلومین به دو دسته مهم کم آهن و فوندو تقسیم می‌شوند. همان‌طور که می‌دانید اکسید آهن یکی از اجزاء اصلی تشکیل دهنده سیمان نسوز است. هنگامی که این جزء از سیمان کمتر باشد، به آن سیمان کم آهن گفته می‌شود. این نوع سیمان به دلیل ویژگی‌های خاص خود، کاربردهای ویژه‌ای دارد و خصوصاً در حوزه‌هایی مانند عمران پرکاربرد است. سیمان نسوز کم آهن به دلیل نوع ساختار خود نسبت به دو ماده آسیب زا در صنایع مختلف مقاومت بالایی دارد، یعنی سولفوریک اسید بیوژنیک و مونوکسید کربن. هر دوی این مواد موجب تخریب و آسیب به سازه‌ها می‌شوند، اما استفاده از سیمان کم آهن می‌تواند این تخریب را به حداقل برساند. اجرای آسان این ماده (به صورت پاششی، قالب گیری و…)، عملکرد مکانیکی بسیار خوب، سخت شوندگی سریع و… از جمله ویژگی‌های مهم سیمان نسوز کم آهن است که آن را برای استفاده در جریان ساخت، قالب گیری، نصب و اجرای انواع مختلف سازه‌ها، مناسب می‌سازد. خوب است بدانید متخصصین معتقد هستند این نوع سیمان می‌تواند طول عمر سازه‌های ساختمانی را به طور قابل توجهی افزایش دهد.
سیمان نسوز فوندو چیست؟
دومین نوع پرکاربرد سیمان پرآلومین، فوندو نام دارد که در مصارف ساختمانی جایگاه ویژه‌ای به دست آورده است. انقباض سریع، از جمله مهم‌ترین ویژگی‌های این نوع سیمان است که آن را برای استفاده در پروژه‌های عمرانی بسیار مناسب می‌سازد. مقاومت و تحمل بالا در برابر مواد با خاصیت اسیدی، مقاومت بالا در برابر فرسایش، استحکام عالی در مواجهه با جریان پرفشار آب و… از دیگر خواص سیمان نسوز فوندو است که موجب شده برای استفاده در ساخت شبکه‌های فاضلاب یکی از بهترین گزینه‌ها باشد. لازم به ذکر است این نوع سیمان را نمی‌توان ماده‌ای کاملاً ضد اسید دانست، اما در برابر مواد خورنده و اسیدی مقاومتی به مراتب بالاتر از سیمان معمولی از خود نشان می‌دهد که حائز اهمیت است.
فرآیند و مراحل تولید سیمان نسوز کدام است؟
در بخش‌های قبل با مواد و ترکیبات تشکیل دهنده سیمان پرآلومین به طور مختصر آشنا شدیم. در این بخش قرار است با مراحل و فرآیند تولید این متریال پرکاربرد به طور دقیق‌تر آشنا شویم. به طور کلی می‌توان فرآیند تولید سیمان نسوز را به چهار مرحله زیر تقسیم کرد.
- مرحله اول: محاسبات پیش از فرآیند
ابتدا باید مقدار سیمان مورد نیاز به طور دقیق مشخص گردد و بر اساس آن ترکیبات مورد نیاز محاسبه و آماده شوند. در این مرحله همچنین ابعاد کوره (محل تولید سیمان) باید بر اساس مواد اولیه و محصول مورد نظر، تعیین گردد. حال شرایط برای آغاز فرآیند، مهیا شده است. - مرحله دوم: ترکیب مواد با یکدیگر
در مرحله دوم از فرآوری سیمان نسوز، مقدار مساوی از سنگ آهک و بوکسیت که قبلاً محاسبه شده است، با یکدیگر مخلوط می‌شوند. سپس با توجه به نوع سیمانی که قرار است تولید شود، دیگر ترکیبات مهم از جمله سیلیس و آهن، به مخلوط اولیه اضافه می‌گردند. همه این مواد در کوره قرار می‌گیرند و تحت دمای مشخص و در مدتی معین، باقی می‌مانند. - مرحله سوم: خروج مواد مذاب
پس از مخلوط شدن مواد اولیه در کوره، سیمان نسوز به شکل ماده‌ای مذاب آماده می‌گردد. در این مرحله لازم است این ماده مذاب از کوره خارج شده و برای سرد شدن به سینی‌های مخصوص منتقل شود. البته پیش از سرد شدن و انتقال به سینی‌ها، سیمان مذاب صاف و یکدست می‌گردد. - مرحله چهارم: جمع آوری سیمان از سینی و آماده سازی برای بسته بندی
پس از مدتی مشخص، سیمان نسوز که به سینی‌ها منتقل شده بود، سرد شده و آماده استفاده می‌گردد. پیش از آن لازم است ترکیب مورد نظر به ذراتی با اندازه مورد نظر خرد شود که این کار توسط دستگاه‌های خرد کننده خاص انجام می‌گردد. پس از آن می‌توان ادعا کرد محصول نهایی آماده است و تنها کافی است به شکلی مناسب بسته بندی و روانه بازار گردد.
شرایط محافظت و نگهداری از سیمان نسوز چگونه است؟
مهم‌ترین نکته در نگهداری از سیمان پرآلومین، پرهیز از مواجهه با رطوبت است. در واقع مهم‌ترین عاملی که می‌تواند به این محصول آسیب وارد کند، آب یا رطوبت است. به همین دلیل کیسه‌های مورد استفاده در بسته بندی سیمان نسوز معمولاً به صورت چند لایه و مقاوم انتخاب می‌شوند تا کمترین احتمال نفوذ رطوبت در آن‌ها وجود داشته باشد. علاوه بر این توصیه می‌شود این محصول در ارتفاعی کمی بالاتر از زمین نگهداری شود. در این صورت ویژگی‌ها و خواص شیمیایی و فیزیکی آن بهتر حفظ می‌گردند و سیمان حتی پس از مدت زمانی نسبتاً طولانی، با کیفیت اولیه قابل استفاده است. پرهیز از نور خورشید نیز یکی دیگر از مراقبت‌هایی است که جهت افزایش طول عمر و ماندگاری سیمان پرآلومین باید لحاظ شود. تحت این شرایط می‌توان محصول را به مدت 6 ماه به راحتی نگهداری کرد.
قیمت خرید سیمان نسوز چقدر است؟
قیمت این ماده پرکاربرد، مانند دیگر متریال‌های مورد استفاده در صنایع مختلف، به عوامل گوناگونی وابسته است. به همین جهت نمی‌توان عددی خاص را به عنوان قیمت سیمان نسوز در نظر گرفت. با این حال این امکان وجود دارد که با بررسی پارامترهای مؤثر بر قیمت، این محصول را با قیمتی مقرون به صرفه و مطابق با نوع کاربرد مورد نظر، تهیه و خریداری کرد.
- نوع سیمان بر اساس ترکیبات
همان‌طور که قبلاً متوجه شدیم، سیمان نسوز در انواع گوناگون تولید و عرضه می‌گردد. نوع و میزان ترکیبات به کار رفته در این محصول، خواص مختلف آن را مشخص می‌سازند و در نتیجه روی قیمت نهایی تأثیر می‌گذارند. مقدار آلومینای مورد استفاده در سیمان و همچنین کم آهن یا فوندو بودن آن، از جمله عوامل تأثیرگذار بر قیمت سیمان نسوز هستند. - میزان مقاومت حرارتی
دلیل اصلی انتخاب این سیمان، نسوز بودن و مقاومت حرارتی بالای آن است. با این حال انواع مختلف سیمان نسوز مقاومت متفاوتی در برابر حرارت و شوک گرمایی دارند. همین موضوع می‌تواند روی قیمت نهایی آن تأثیر بگذارد. - نوع بسته بندی
سیمان نسوز عمدتاً در بسته بندی‌های 25 کیلویی و 100 کیلویی در دسترس است و قیمت آن بر این اساس مشخص می‌گردد. - برند سیمان
مانند بسیاری از دیگر متریال‌های موجود در بازار، سیمان نسوز نیز در برندهای مختلف و توسط شرکت‌های گوناگون تولید و عرضه می‌شود. این مورد نیز یکی دیگر از پارامترهایی است که در تعیین قیمت آن نقش دارد.
نکات مهم هنگام خرید سیمان نسوز که باید رعایت شود؟
در بخش قبل با عوامل مهم در تعیین قیمت سیمان آشنا شدیم. علاوه بر قیمت، نکات مهم دیگری نیز وجود دارد که باید حین خرید سیمان نسوز مورد بررسی قرار گیرند تا خریدی مناسب و مقرون به صرفه حاصل شود. برخی از این نکات در ادامه عنوان خواهند شد.
- در بخش قبل با عوامل مهم در تعیین قیمت سیمان آشنا شدیم. علاوه بر قیمت، نکات مهم دیگری نیز وجود دارد که باید حین خرید سیمان نسوز مورد بررسی قرار گیرند تا خریدی مناسب و مقرون به صرفه حاصل شود. برخی از این نکات در ادامه عنوان خواهند شد.
- تهیه به موقع ملات و همچنین تازه بودن سیمان تأثیر مهمی در نتیجه نهایی دارد. هنگام خرید و استفاده باید این نکته را در نظر داشته باشید.
- اگر بنا بر کاربرد مد نظر خود، به گیرش سریع نیاز دارید، بهتر است سیمان نسوز را با سیمان پرتلند مخلوط کنید تا نتیجه بهتری به دست آورید.
- هنگام خرید حتماً نوع کاربرد را مشخص کنید و با راهنمایی مشاور فروش، بهترین نوع سیمان را که متناسب با کاربرد مورد نظر شما است، انتخاب نمایید. خواص مختلفی مانند مقاومت حرارتی، مقاومت فشاری، استحکام کششی و… از جمله عواملی هستند که باید حین خرید لحاظ شوند.
با در نظر گرفتن تمام نکات بالا می‌توان بهترین نوع سیمان نسوز را برای مصارف مختلف در صنایع گوناگون تهیه کرد. نتیجه این کار، ساخت سازه‌هایی با استحکام و مقاومت عالی، عملکرد حداکثری آن‌ها حین انجام فرآیندهای گوناگون و کاهش خسارت‌های مربوط به شرایط دمایی بالا است.
