صنعت سیمان یکی از پرمصرف کننده ترین صنایع درمصرف انرژی ( اعم از فسیلی و الکتریکی) است. بررسی ها نشان می دهد که این صنعت در رتبه دوم و یا سوم مصرف انرژی درکشوربعد از فولاد و پتروشیمی است.
همینک محدودیت درعرضه انرژی به صنایع مختلف( از جمله صنعت سیمان) و نیز افزایش قیمت آن به عنوان دو نمونه از چالشهای مهم این صنعت شناخته می شود. چنین به نظر می رسد که سهم هزینه انرژی در بهای تمام شده سیمان نیز نسبت به گذشته روند رو به رشدی را داشته است.
لذا موضوع تولید سیمان های آمیخته به عنوان یکی از راهبردهای مهم کاهش یا برون رفت از این معضل شناخته می شود.
با این وجود، موضوعات ذیل مانع از اتخاذ استراتژی تولید سیمان های آمیخته در ملات و بتن از سوی کارخانجات سیمان و استقبال خریدآن از سوی مشتریان می شود:
الف) افت مقاومت سنین زودرس ملات و بتن ، بویژه ازسوی مشتریان سیمان بر و پروژه های عمرانی
ب) افزایش مازاد ظرفیت تولید کلینکر نسبت به تقاضای سیمان
ج) عدم محاسبات دقیق مالی برای ارزیابی سودآوری واقعی کاهش کلینکر فاکتور
د)عدم توجیه مالی کارخانجات سیمان برای کاهش عرضه با قیمت پائین تر سیمان های آمیخته نسبت به سیمان تیپ
ه) احتمال بروز نوسانات کیفی بیشتر سیمانهای آمیخته در بتن
و)عدم توجه به رویکرد تست های بتنی برروی این سیمان هااز سوی تولید کنندگان سیمان
ز) انتظار غیر معقولانه از نتایج کارکرد سیمان در بتن از سوی مشتریان بتنی
برآوردها نشان می دهد که در حال حاضرپتانسیل ظرفیت تولید کلینکردرکارخانجات سیمان کشور حدود ۲۰ میلیون تن بیشتر از تقاضای سیمان تیپ است. لذا شاید چنین به نظر رسد که تولید سیمان های آمیخته دراین برهه هیچگونه توجیهی برای کارخانجات سیمان نداشته باشد. اما به دلایل ذیل کماکان تولید این سیمان ها توجیه پذیر است.
درحال حاضر قیمت تمام شده سیمان با توجه به افزایش هزینه های مربوطه نظیر تعمیر و نگهداری تجهیزات ، نوسازی ،نیروی انسانی ،انرژی، مواد اولیه و استخراج ، و…… بسیار بالا رفته است. نتیجتاً کارخانجات سیمان برای دستیابی به حاشیه سود مناسب ، مجبور به عرضه قیمت بالاتر سیمان در بورس کالا می باشند. اما از یکسو محدودیت های اعمالی از سوی شورای رقابت و از طرف دیگر کاهش تقاضای سیمان به دلیل توقف بسیاری از پروژه های عمرانی و نیز کاهش ساخت و ساز درفصول سرد سال ، زمینه افزایش قیمت سیمان را فراهم نمی سازد.
لذا کارخانجات سیمان مجبور به کاهش قیمت تمام شده سیمان درراستای دستیابی به افزایش سود بیشتر می باشند.
کارخانجات سیمانی در فصل سردسال به علت محدودیت گاز و در فصل گرم سال به دلیل محدودیت برق ، لاجرم مجبور به توقف کوره خود بوده و حتی با پتانسیل بالای تولید کلینکر ، عملاَ قادر به تولید حداکثری خود نیستند.
تولید سیمان های آمیخته می تواند فرصت لازم را برای صادرات بیشتر کلینکر فراهم سازد.
اگرچه عرضه سیمان های آمیخته با قیمت پائین تر سیمان ، یک عامل انگیزشی قوی برای مشتریان قلمداد می شود ، لکن صرفنظر ازتامین نیاز کیفی مشتریان از طریق این سیمانها ، تجربه نشان می دهد که این امر زمانی محقق می شود که تفاوت قیمتی آن با سیمان تیپ محسوس باشد که البته این موضوع برای مشتریان بتنی از اهمیت بیشتری برخوردار است.
اگرچه قیمت گذاری پایه سیمانهای مختلف در بورس کالا تابع میزان تقاضا است، اما به نظر می رسد که هنوزتصمیم راسخی برای تفاوت قیمت گذاری سیمان های آمیخته با سیمان تیپ ، بگونه ای که بتواند تمایل بیشتر مشتریان را برای خرید این سیمانها در طول سال فراهم سازد ، اتخاذ نشده است.
اما به هرحال آنچه که مسلم است کارخانجات سیمانی به عنوان بنگاه اقتصادی به دنبال تحصیل سودبیشتری هستند و کاهش درآمد حاصل از قیمت پایین فروش سیمانهای آمیخته نسبت به سیمان های تیپ ، یکی از عوامل اصلی عدم رویکرد به این سیمانها از سوی کارخانجات است و صد البته که اساساً قیمت برابر نیز توجیهی را برای خرید این سیمانها از سوی مشتریان ایجاد نمی نماید.
یکی از مهمترین گلایه مندیهای تولید کنندگان بتن آماده از تولیدکنندگان سیمان ، وجودنوسانات مقاومتی در سیمان تحویلی است و این درحالی است که سیمان های تیپ تنها از دوجزء کلینکر و گچ تشکیل شده اند و عملاً با کنترل کیفی این دو ، می توان به نوسانات کیفی حداقلی در این سیمان دست یافت.
قطعاًحضور یک یا دوجزء دیگر موادمعدنی برای تولید سیمان آمیخته ، شرایط کنترلی را سخت تر می کند. بویژه این امر در شرایط خردایش توامان و تفاوت قابلیت خردایش قابل توجه بین اجزاء ، عدم توزین دقیق و کنترل شده اجزاء معدنی به دلیل عدم وجود بین یا سیلوی ذخیره مجزا مجهز به تجهیز اندازه گیری تناژ ، ایجاد نوسان را افزایش می دهد.
ایجاد نوسانات کیفی سیمان موجب تغییر عیار سیمان در بتن شده که این موضوع به دلیل عدم امکان تغییرات مکررطرح اختلاط بتن . نهایتاً موجب ایجاد نوسان مقاومت بتن تولیدی می شود.
تست های آزمایشگاهی بر روی سیمان، غالباً متمرکز بر دیدگاههای استانداردی است و کمتر بر موارد کاربردی توجه دارد. این در حالی است که به خصوص در بتن ، شرائطی ایجاد می شود که ارزیابی تست های سیمانی قادر به تجزیه و تحلیل معایب آن نمی باشد. این موضوع به ویژه برای کاربرد سیمان های آمیخته در بتن در مقایسه با سیمان تیپ از اهمیت بالاتری برخوردار است.
ارزیابی های جذب آب بیشتر که در یک نسبت آب به سیمان ثابت ، روانی اسلامپ را کاهش می دهد، ایجاد چروکیدگی ( Shrinkage) که سبب ایجاد ترکهای گسترده در بتن می شود، از جمله مواردی است که برای مشتریان بتنی در مصرف سیمان های آمیخته می بایست کنترل گردد.
5-3) انتظارات بالای مشتریان بتنی از کارکرد سیمان در بتن :
سهم سیمان در کسب مقاومت بتن چه میزان است؟ واقعیت این است که هم اکنون مقاومت سیمان های تولیدی درکارخانجات سیمان به مراتب بالاتر از حداقل های تعیین شده از سوی استاندارد ملی ایران است. بطوریکه در حال حاضر سیمان هایی با کلاس مقاومتی 425 و بعضاً 525 جایگزین سیمان های تیپ با کلاس مقاومتی کمتر از 325 شده است. لذا چنانچه سیمانهای آمیخته نیز با چنین کلینکرتولیدی به مشتریان عرضه شود ، سیمان های بکارگرفته شده به خوبی در بتن در حد انتظارات معقول ایفای نقش می نمایند. اما متاسفانه به دلیل فرهنگ مصرف غلط سیمان و به رغم هزینه بالای تولید سیمان، انعطاف پذیری مشتریان بتنی برای بکارگیری سیمان های آمیخته در بتن بسیارکم است.
یکی از مهمترین دلایل عدم استقبال مشتریان سیمان بر از مصرف سیمان آمیخته ، افت مقاومت در ملات سیمان و بتن در سنین اولیه و نهایتاَ تا ۲۸ روز است.
اینکه افزودنی های معدنی چگونه اثرات خود را بر افت مقاومت ملات در سنین مختلف اعمال می کنند، بستگی به عوامل مختلفی دارد.
به عنوان مثال، میزان خواص هیدرولیکی مواد افزودنی ، میزان نرمی آن ، نوع خردایش آن از منظر خردایش توامان با کلینکر و یا جداگانه، تماماَ در دستیابی به مقدار مقاومت تاثیرگذار است.
ما به عنوان مثال اثرات کمی و نرمی سنگ آهک را بر مقاومت ملات سیمان پرتلند آهکی (PKZ) ، در این مقاله مد نظر قرار می دهیم.
خوانندگان محترم این مقاله می توانند اثرات سایر افزودنی ها نظیر پوزولان و سرباره و خاکستر بادی و…. را بطور مشابه مورد تجزیه و تحلیل قراردهند.
اثرات مقاومتی سنگ آهک در سیمان پرتلند آهکی از دوطریق اثر فیلری و اثر رقیق سازی قابل بحث است.
اثرات فیلری و رقیق سازی سنگ آهک به ترتیب معرف نرمی و کمی آن است.
به عنوان مثال دراین مقاله اثرات فیلری سنگ آهک در سه نرمی :
مورد بررسی قرار گرفته است .
از سوی دیگر اثر رقیق سازی سنگ آهک شامل درصد سنگ آهک در مقادیر 0تا 20% برای جایگزینی کلینکر مورد توجه قرار گرفته است.
بررسی ها نشان می دهد که چنانچه سنگ آهک تا زیر ۵ میکرون نرم شود ، درصد رقیق سازی سنگ آهک می تواند تا حد ۷٪ بدون تغییر در مقاومت ملات سیمان در سنین ۱ تا ۷ روزه نسبت به سیمان تیپ، باقی بماند.
نمودار زیر مبین همین شرائط باسنگ آهک زیر ۵ میکرون است.
|
و نمودار زیر شاخصی برای همین ارزیابی با سنگ آهک درزیر ۱۰ میکرون است که تنها مقاومت ۷ روزه آن شرائطی مشابه سیمان تیپ تا ۷٪ است.
 |
و بالاخره این نمودار معرف همین شرائط در سنگ آهک زیر ۲۰میکرون است.
در این شرائط نیز مشاهده می شود که تنها در سن ۷ روزه ، و نهایتاَ ۷ ٪درصد سنگ آهک ، مقاومتی شبیه سیمان شاهد تیپ حاصل می شود.
آنچه که درکارخانجات سیمان رخ می دهد غالباَ خردایش توامان است و ما قادر به تشخیص جداگانه ریزدانگی سنگ آهک تا مقدار مشخص نیستیم .
اما می توانیم در خردایش توامان ، با افزایش بلین سیمان پرتلند آهکی تا مقادیر مختلف ۳۴۰۰ ، ۳۶۰۰ و ۳۸۰۰ سانتیمتر مربع برگرم ، مقادیر مقاومت سیمان پرتلند آهکی را مورد بررسی قرار دهیم .
نمودار زیر اثرات نرمی سنگ آهک را بر مقادیر مقاومت ملات سیمان در سه نرمی زیر ۵٪ ، زیر ۱۰ میکرون و زیر ۲۰ میکرون نشان می دهد.
درحال حاضر بسیاری از کارخانجات سیمان، استفاده از سنگ آهک را در قالب سیمان تیپ ۲ ، مادامیکه مقدار افت حرارتی (LOSS) از مقدار ۳٪ تجاوز نکند، در دستور کارخود قرار می دهند.
اما این مقادیر حداکثر حدود ۵٪ ازسنگ آهک است . موضوعی که ما تحت عنوان سیمان آمیخته اشاره می کنیم مقادیر افزودنی به مراتب بیشتر از این مقدار و حداقل ۱۰-۱۲٪ است.
همانطوریکه از این نمودارها مشاهده می شود رقیق سازی کلینکر از طریق سنگ آهک ( کاهش کلینکر فاکتور ) در مقادیر بالاتر از ۷٪ ، در کلیه سنین باعث افت مقاومت ملات شده است.
موضوع دیگرقابل بحث در این سیمان، میزان آب نرمال و افت زمان گیرش است که می تواند به نوعی تاثیرات منفی در بتن بگذارد.جدول زیر نشان می دهد که درشرایط نرمی بالای سنگ آهک ، مقدار آب نرمال تفاوت چندانی نمی کند اما در سنگ آهک های درشت دانه و در مقادیر مختلف سنگ آهک ، آب نرمال کاهش می یابد. اثرات این کاهش یا افزایش آب نرمال در ملات سیمان می تواند در میزان جذب آب در بتن موثر باشد. به عنوان مثال در نسبت آب به سیمان ثابت ، مقدار اسلامپ افت می کند.
مخلوط | آب موردنیاز (g) | گیرش اولیه | گیرش نهائی |
سیمان شاهد | 132 | 142 | 180 |
سنگ آهک 5 میکرون | |||
10% سنگ آهک | 133 | 108 | 140 |
12.5% سنگ آهک | 132 | 97 | 125 |
15% سنگ آهک | 130 | 89 | 120 |
سنگ آهک 10 میکرون | |||
10% سنگ آهک | 132 | 117 | 150 |
12.5% سنگ آهک | 130 | 114 | 140 |
15% سنگ آهک | 128 | 109 | 135 |
سنگ آهک 20 میکرون | |||
10% سنگ آهک | 127 | 129 | 150 |
12.5% سنگ آهک | 126 | 123 | 150 |
15% سنگ آهک | 125 | 121 | 145 |
با این وجود هم اثرات فیلری و هم رقیق سازی سنگ آهک ، زمان گیرش را کاهش می دهد. این کاهش زمان گیرش بسته به نوع مصرف بتن می تواند مفید یا مضر باشد. به عنوان مثال درساخت قطعات پیش ساخته ، کاهش زمان گیرش یک حسن محسوب می شود.
کلیه این شرائط ، کم و بیش برای سایر سیمانهای آمیخته نظیر مرکب و پوزولانی نیز صادق است
همانگونه که پیش از این اشاره شد ، طرح مواردی نظیر افزایش دوام ، کاهش مصرف انرژی، کاهش آلودگیهای زیست محیطی هیچ انگیزه ای را برای مصرف سیمان های آمیخته از سوی مشتریان بوجود نمی آورد زیرا تحصیل این مواردموجب تامین منافع آنها نمی شود. مگر آنکه حس ملی آنها را نسبت به حفظ و حراست از منابع ملی برانگیزاند. لذا باید به دنبال راهکارهایی باشیم که توامان منافع تولیدکننده و مصرف کننده سیمان های آمیخته بویژه در بتن را تامین نماید.
به عنوان مثال آیا افزودنی های آلی( کمک سایش ها) می تواند کمبود و افت مقاومت های سنین زودرس سیمان های آمیخته را جبران نماید؟ مضافاَ اگرهم چنین باشد ، آیا استفاده از کمک سایش ها در جهت جبران کاهش مقاومت سیمان های آمیخته از جهت اقتصادی توجیه پذیر است؟
واقعیت این است که از دیدگاه فنی و کیفی ، هرشرکت سیمانی می بایست تحقیقات جداگانه ای را در این زمینه به عمل آورد . اما ما به عنوان نمونه ، یکی از تحقیقات آزمایشگاهی و پایلوت به عمل آمده از یک مقاله خارجی را با عنوان :
Use Of Cement Grinding Aids To Optimise clinker factor
در اینجا مد نظر قرار می دهیم.
سیمان مورد بررسی در این تحقیق از نوع سیمان پوزولانی براساس استاندارد ASTM C-150 می باشد. در این تحقیق ، خواص مختلف سیمان شامل:
آب مورد نیاز ونرمی برحسب بلین و باقیمانده روی الک و مقاومت، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
آسیاب مورداستفاده در این تحقیق ، آسیاب آزمایشگاهی (حجم 50 لیتر، قطر درام۴۰۰ میلی متر، طول درام 400 میلی متر، سرعت چرخش ،۵۰ دور در دقیقه) که به یک شمارنده الکتریکی برای نظارت متصل است بارخرد کننده آسیاب شامل ۸۰ کیلوگرم به شرح ۳۶ Kg گلوله ۲۰ mmو ۴۴ کیلوگرم گلوله ۳۰ mm است. هرسه ماده کلینکر و پوزولان و گج قبل از آسیاب شوندگی در کراشر تا حد ۱۰ mm خرد شده اند.
مواد مورد استفاده برای تولید سیمان پوزولانی:
با مقادیر سختی کلینکر و پوزولان و گچ مصرفی به ترتیب ۶، ۴/۵ و ۲ می باشد.
کمک سایشهای مصرفی در این تحقیق :
۱) کمک سایش های بر پایه آمین ، شامل تری ایزوپروپانول آمین (TIPA) ، تری اتیلن آمین ( TEA)
۲) کمک سایش های برپایه گلیکول شامل دی اتیلن گلیکول (DEG) ، و پلی گلیکول (PG)
با دوزهای مختلف از ۰۱/ ۰ تا ۱۴/ ۰ درصد می باشد.
نتایج اثرات دو کمک سایش مذکوردر سیمان پوزولانی مورد نظر بر انرژی ویژه مصرفی و میزان آب مورد نیاز و مقاومت فشاری در سه سن ۳ و ۷ و ۲۸ روزه درجدول ذیل گردآوری شده است.
از نتایج این جدول می توان متوجه شد که در هنگام استفاده از کمک سایش آمینی :
در هنگام استفاده از کمک سایش گلیکولی :
مقادیر مقاومتی نسبت به زمانیکه از کمک سایش آمینی استفاده می شد ، کمتر است . یا به عبارت دیگر اثر گذاری کمک سایش های آمینی نقش به مراتب بیشتری بر بهبود مقاومت سیمان آمیخته مورد نظر داشته است. اما بعضاً نیازهای مقاومتی سنین اولیه را در حدو اندازه سیمان شاهد تامین نموده است.
در مورد کاهش مصارف انرژی ، این کمک سایش نیز به مثابه کمک سایش آمینی عمل نموده است. این بررسی فنی یک برداشت از اثرات فنی جبران سازی مقاومت سیمان های آمیخته است . چیزی که مورد نیاز تولید کنندگان بتن آماده است.
اما بایددید که از منظر اقتصادی ، استفاده از کمک سایش ها برای جبران افت مقاومت سیمان های آمیخته ، منطقی است.
برای بررسی این موضوع ابتدا به فرمولی که می تواند بطور تقریبی اثرات افزودنی های معدنی را در کاهش انرژی ویژه مصرفی نشان دهد، توجه کنیم:
که در آن :
A: مصرف انرژی الکتریکی ویژه در بخش سنگ شکن مارل
B: مصرف انرژی الکتریکی ویژه در آسیاب موادخام
C: مصرف انرژی الکتریکی ویژه در کوره
D: مصرف انرژی الکتریکی ویژه در آسیاب های سیمان
E: مصرف انرژی الکتریکی ویژه در بخش سنگ شکن سنگ آهک
F: مصرف انرژی الکتریکی ویژه در بخش بارگیرخانه
M: ضریب تبدیل مواد خام به کلینکر
N: درصد افزودنیها شامل گچ ، پوزولان، سنگ آهک و غیره
به عنوان مثال ،مصرف واقی انرژی الکتریکی ویژه یک کارخانه سیمان در کشور در سال 1379 به شرح ذیل بوده است :
E: 2.91 M: 54/1 F+D: 46/43 B: 13/32 C: 59/28 A: 06/2 N: 04/ 0
به عبارت دیگر این سیمان از نوع تیپ 2 بوده است.
بر اساس این فرمول ، مقدار کل مصرف انرژی الکتریکی این کارخانه 36/131 kwh/t بوده است. چنانچه این واحد صنعتی مصمم به کاهش کلینکر فاکتور از 96% به 85% باشد ، با فرض تثبیت کلیه مصارف پارامترهای فوق ، انرژی مصرفی به 125 Kwh/t تقلیل می یابد . این در حالی است که سایش موادی نظیر پوزولان و آهک در سیمانهای پرتلند پوزولانی و پرتلند آهکی و مرکب ، خود نقش مثبتی درروند کاهش انرژی ویژه مصرفی آسیاب سیمان دارد و تجربه نشان می دهد که با این مقدار از افزودنی ، حداقل حدود 1 Kwh/t صرفه جوئی انرژی نیز در آسیاب سیمان بدست می آید.
لذا در مجموع حدود 7 کیلووات ساعت بر تن صرفه جوئی انرژی حادث می شود.
چنانچه در محاسبات هزینه – فایده تولید سیمان های آمیخته با بکارگیری کمک سایش ها ،تنها محاسبه فوق مدنظر متولیان تولید سیمان باشد، عملاً با احتساب قیمت برق مصرفی معادل 355 تومان به ازای هر کیلووات برق مصرفی ( مصوبه دولت برای واحدهای صنعتی در سال 1402 جهت ساعات پیک مصرف)، حداکثر 2500 تومان به ازای هرتن سیمان ، فایده کاهش حاصل کاهش انرژی ویژه مصرفی ناشی از کاهش کلینکر فاکتور 85 درصدی سیمان خواهد بود . و این در حالی است که هم اکنون هزینه استفاده از کمک سایش ها به ازای هر تن سیمان به مراتب بالاتر از این مقادیر است. حتی نازل ترین کمک سایش در حال حاضر قیمتی کمتر از کیلوئی 5 تا 6 هزارتومان نیست.
و این موضوعی است که مدیران شرکت های سیمانی را برای استفاده از کمک سایش اعم از مصارف بتنی و کیسه ای درتولید سیمان به اشتباه می اندازد.
درواقع کاهش کلینکر فاکتور تنها موجب کاهش انرژی ویژه مصرفی الکتریکی نمی شود بلکه بطور تقریب تمامی هزینه های موثر برای تولید یک تن سیمان را کاهش می دهد.
به عنوان مثال مقایسه اقتصادی توجیه پذیری کمک سایش را در مقایسه کلینکر فاکتور 85% می توان از فرمول ذیل بررسی نمود:
. به هر میزان قیمت تمام شده سیمان در کارخانه ای بالاتر باشد و قیمت تمام شده آماده سازی مواد افزودنی معدنی کمتر باشد ، این توجیه پذیری به مراتب بیشتر است.
قطعاً تولید و عرضه سیمان های آمیخته به مشتریان بتنی ، آن هم با کمک سایش، مشکلات خاص خود را به دنبال دارد. شاید در چنین وضعیتی هیچ کارخانه سیمانی حاضر به قبول چنین ریسکی نباشد. اما به قول شون پیترز ( از صاحب نظران حوزه کارآفرینی) ،تخریب خلاقانه هرچند ریسک های بزرگی را به همراه دارد ، ولی سودهای کلانی را نیز رقم می زند.
کارخانجات سیمانی که بتوانند با انجام تحقیقات و آزمایشات پایلوت و صنعتی ، این مهم را دردستور کارخود قرار دهند ، درواقع توانسته اند تا همچون کارافرینان هوشیار از فرصت های موجود برای افزایش سودآوری خود استفاده نمایند . ضمن آنکه گامی مثبت در جهت توسعه پایدار کشور خود برمی دارند.
مهم این است که شروع به تحقیق و طرح ایده های جدید نمائید. مهم آن است که شروع به امتحان و تجربه نمایید. . آنگاه شما برنده نخستین این رقابت هستید.
