بیش از 180 سال از شروع تولید سیمان پرتلند می‌گذرد و اکنون به یکی از مهمترین مصالح ساختمانی تبدیل شده است. تولید و مصرف جهانی این فرآورده در سال 1986 از مرز یک میلیارد تن گذشت و در سال 2006 رقم 2 میلیارد تن را پشت سر گذاشت. این رقم امروز به 5 میلیارد تن نزدیک می‌شود. این ارقام به مفهوم این است که سیمان به عنوان یک کالاي صنعتی بالاترین رقم تولید را در میان تمام کالاهاي صنعتی دیگر دارد و جالب اینکه سیمان اولین کالاي صنعتی است که استاندارد شده‌است.
آسیای مواد معدنی همواره یک فرآیند با راندمان پایین و مصرف انرژی بالاست. به ویژه در مورد سیمان این مسئله نمود بیشتری دارد. حدود 70 درصد انرژی مصرفی یک کارخانه سیمان در بخش آسیا مصرف می‌شود و از این میزان هم حدود 30 درصد به صورت گرما هدر می‌رود. از طرف دیگر آسیا‌ها دارای بار برگشتی بسیار بالا هستند. در بعضی موارد بار در گردش آسیا تا 15 برابر کل بار ورودی است. این نشان دهنده راندمان پایین فرآیند آسیا میباشد. فلذا جهت کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان آسیا بهترین راه‌حلی که امروزه مطرح می‌شود استفاده از محصولات کمک سایش است. در این گزارش ابتدا به تعریف مواد کمک‌سایش، ضرورت استفاده از آن‌ها، مکانیزم اثر و تاثیر این مواد بر بهبود خواص نهایی سیمان می‌پردازیم و سپس بحث را با بررسی برخی نتایج تست‌های آزمایشگاهی و صنعتی محصولات کمک‌سایش و بهبود دهنده مقاومت شرکت پارسمان شیمی ادامه می‌دهیم.
واحد فنی و مهندسی پارسمان شیمی با بهره‌گیری از یک تیم توانمند تحقیق و توسعه در حوزه سیمان و بکارگیری آزمایشگاه‌ها و تجهیزات تخصصی خود، به عنوان تنها دارنده‌ی تیم تخصصی توسعه محصول بصورت کارخانه محور در ایران، مفتخر است که با استفاده از مواد اولیه عمدتا داخلی، طیف گسترده‌ای از محصولات کمک‌سایش و بهبود دهنده‌ی مقاومت را متناسب با آنالیز کلینکرهای مختلف، توسعه می‌دهد.
کمک‌سایش‌ها افزودنی‌های شیمیایی هستند که در فرآیند آسیای کلینکر اضافه شده و تاثیرات قابل توجهی بر راندمان آسیا و جداکننده، نرخ تولید، مصرف انرژی و همچنین بر خواص و ویژگی‌های سیمان تولیدی از جمله مقاومت فشاری، زمان گیرش اولیه و نهایی، نرمی، جریان پذیری و توزیع اندازه ذرات سیمان دارند.
همانطور که در مقدمه ذکر شد حدود 70 درصد انرژی مصرفی در تولید سیمان مربوط به بخش آسیا است و 30 درصد از این 70 درصد هم به صورت گرما هدر می‌رود. یک بررسی نشان داده است تنها 6/0 درصد از کل انرژی مصرفی آسیا صرف کاهش اندازه ذرات می‌شود. استفاده از کمک‌سایش‌ها علاوه بر امکان دستیابی به نرمی بالاتر ، به دلیل دز مصرف ناچیز (حدود 300 گرم به ازای هر تن)، تاثیر قابل توجهی بر قیمت تمام شده محصول نخواهد داشت و مصرف انرژی را نیز کاهش خواهد داد. از طرف دیگر کمک سایش‌ها به جلوگیری از کوتینگ گلوله‌های آسیا و زره (جداره داخلی آسیا) کمک می‌کند. البته این اثر در مراحل اولیه کوتینگ تاثیر‌گذار است (شکل1).
شکل 1– تاثیر کمک‌سایش در جلوگیری از کوتینگ گلوله‌ها (a: بدون استفاده از کمک سایش، b: با استفاده از کمک سایش)
با عنایت به شکل شماره 1 کاملا مشخص است که گلوله‌های تمیزتر نسبت به گلوله‌های دارای لایه‌ی پوشش سیمانی، بازدهی بسیار بالاتری خواهند داشت و این امر یعنی کاهش مدت زمان آسیا.
ضرورت دیگر استفاده از کمک‌سایش‌ها بار برگشتی بالا در آسیا میباشد. بار برگشتی در آسیای افقی 2 تا 3 برابر بار ورودی و در آسیای قائم نیز گاها 6 تا 15 برابر بار ورودی است. برگشتی بالا عمدتا ناشی از کلوخه شدن ذرات در حین آسیاست. مواد کمک‌سایش با ممانعت از کلوخه شدن ذرات بار برگشتی آسیا را کاهش می‌دهد (شکل 2).
برخی مواقع عدم دستیابی به کلینکر مرغوب به لحاظ آسیاپذیری مطلوب و یا آنالیز نامناسب، یا استفاده از کلینکر هوازده، منجر به تولید سیمان با کیفیت پایین‌تری می‌شود. استفاده از کمک‌سایش‌ها و بهبود دهنده‌های مقاومت در چنین شرایطی نقصان موجود در کلینکر را پوشش داده و از زیان وارده جلوگیری می‌کند. با استفاده از کمک‌سایش مناسب، در واقع وضعیت دانه‌بندی و نرمی سیمان بهتر شده و همین امر سبب بهبود کیفیت سیمان تولیدی می‌شود. همچنین، استفاده از محصولاتی با خواص مشترک کمک‌سایش و بهبوددهنده‌ی مقاومت علاوه بر بهبود وضعیت دانه‌بندی و نرمی، به تشکیل ساختارهای کامل‌تر و بهتر در روند سخت شدن سیمان (در معرض آب) کمک کرده و منجر به افزایش نسبی مقاومت می‌شود. به لحاظ آسیاپذیری نیز استفاده از کمک‌سایش نقصان ناشی از درجه آسیاپذیری کلینکر را جبران نموده و سبب کاهش مصرف انرژی در چنین شرایطی خواهد شد.
کاهش کلینکر فاکتور نیز می‌تواند بعنوان یکی از ضروریات مهم در استفاده از کمک‌سایش مطرح شود. بررسی‌ها حاکی از آن است که حدود 5 تا 7 درصد کل گاز دی‌اکسیدکربن دنیا ناشی از تولید سیمان است پس در نتیجه به لحاظ معضلات جدی زیست محیطی و نیز کاهش هزینه‌های تولید، بهینه کردن کلینکر فاکتور بسیار حائز اهمیت است.
کمک‌سایش‌ها عمدتا ترکیبی از مواد شیمیایی آلی هستند که نحوه اثر این مواد بسته به نوع آن‌ها و همچنین نوع ماده آسیا شونده تعیین می‌گردد و به طور کلی بر اساس ممانعت از کلوخه شدن ذرات خرد شده و با دو مکانیزم کلی است:
کمک‌سایش‌ها عموما دارای ساختار قطبی هستند. مواد شیمیایی کمک‌سایش بطور کلی در سه گروه طبقه‌بندی می‌شوند:
ویژگی مشترک این مواد قابلیت تبادل الکترون یا پروتون است. از آن‌جاییکه در سطح مواد در اثر آسیا بار الکتریکی اعمال می‌شود، این قابلیت در کمک‌سایش‌ها سبب جذب آن‌ها روی سطح ذرات و خنثی‌سازی بار سطحی ذرات یا ایجاد پوششی دور ذرات با جذب عامل قطبی آن‌ها روی سطح ذرات می‌شود. بار الکتریکی ایجاد شده روی سطح ذرات در آسیا به دو عامل نسبت داده می‌شود. عامل اول سایش ذرات با یکدیگر و با محیط آسیا و عوامل آسیا‌کننده است که باعث ایجاد بار الکترواستاتیک روی سطح ذرات می‌شود. عامل دوم در اثر خردایش ذرات است که با شکست ذرات در مقطع شکست، الکترون‌های آزاد و یا یون‌هایی پدیدار می‌شود که باعث باردار شدن مقطع شکست می‌شود. کمک‌سایش‌ها به واسطه‌ی برهمکنش الکترواستاتیک با ذرات یا پوشش دادن سطح ذرات سبب کاهش انرژی سطحی ذرات می‌شوند که در نتیجه تمایل ذرات به کلوخه شدن کاهش می‌یابد (شکل3).
شکل 3– تاثیر کمک‌سایش در کاهش کلوخه شدن ذرات
کاهش کوتینگ گلوله‌های آسیا و زره آسیا نیز در اثر خنثی‌سازی ذرات باردار صورت می‌گیرد (شکل 4). وجود یون‌های فلزی به ویژه آهن در سطح ذرات مکانیزم الکترواستاتیک را غالب می‌کند.
شکل 4– تاثیر کمک‌سایش در کاهش کوتینگ (a: بدون استفاده از کمک سایش، b: با استفاده از کمک سایش)
هیدراسیون جزئی سطح ذرات آلومینات و فریت در حضور آب و مواد کمک‌سایش و تغییر مورفولوژی این ذرات پدیده دیگری است که اثر کمک‌سایش را در جلوگیری از کلوخه شدن ذرات توضیح می‌دهد. همچنین نفوذ کمک‌سایش‌ها با اندازه مولکولی کوچک به درون ترک‌ها با اعمال فشار باعث شکست ذرات و ممانعت از بسته شدن ترک‌ها می‌شود (شکل5).
شکل 5– تاثیر کمک‌سایش بر شکست ذرات در داخل آسیا (a: بدون استفاده از کمک سایش، b: با استفاده از کمک سایش)
با توجه به میزان کم دز مصرف کمک‌سایش‌ها (میانگین 300 گرم بر تن. این مقدار به صورت تجربی به دست آمده است)، این فرض که کمک‌سایش سطح تمامی ذرات را می‌پوشاند نمی‌تواند صحیح باشد. اما مکانیزم توزیع مولکول‌های کمک‌سایش که در دو صورت انتقال در فاز گازی و انتقال با تماس سطحی ذرات است سبب توزیع کمک‌سایش بین ذرات می‌شود. اینکه مکانیزم غالب توزیع کدام مکانیزم است بستگی به نوع کمک‌سایش دارد. با توجه به دمای آسیا که حداکثر در آسیای افقی 120 درجه سانتیگراد است، هر چه نقطه جوش کمک‌سایش پایین‌تر باشد انتقال در فاز گازی غالب خواهد شد. اکثر کمک‌سایش‌ها نقطه جوش بالاتر از دمای آسیا دارند و لذا به طور کلی تبخیر نمی‌شوند. از طرفی تبخیر کلی کمک‌سایش مطلوب نیست چون با توجه به وجود سیستم تهویه در آسیا احتمالا منجر به خروج مواد کمک‌سایش از آسیا شده و اثرگذاری آن را از بین خواهد برد. در مورد پلیمر‌هایی که اساسا تبخیر نمی‌شوند، انتقال بر اساس تماس سطحی غالب می‌گردد. این تماس یا از طریق برهمکنش الکترواستاتیک یا شیمیایی با ذرات یا از طریق چسبیدن به سطح ذرات در اثر حرارت بالای آن‌ها میباشد.
تاثیر کمک‌سایش‌ها بر خواص نهایی سیمان، بسته به نوع و میزان مصرف آن، آنالیز و مشخصات کلینکر و نیز شرایط استفاده از این مواد متفاوت خواهد بود ولی بطور کلی در صورت استفاده صحیح از کمک‌سایش مناسب، بهبودهای نسبی در پارامترهای کیفی زیر برای سیمان حاصل خواهد شد.
محصولات متنوع کمک‌سایش پارسمان شیمی تحت برند پارس‌گرایند (ParsGrind®) علاوه بر آزمایشگاه‌های مجهز مجموعه پارسمان، حداقل در سه مرکز معتبر علمی و دانشگاهی دیگر مورد تست و ارزیابی قرار گرفته و این روند جهت شناسایی بهتر و بیشتر اثرات این محصولات همواره ادامه دارد. همچنین بنا به درخواست برخی از کارخانجات معظم سیمان، تست‌های بزرگ مقیاس در آسیاهای گلوله‌ای و غلطکی این کارخانجات انجام شده و نتایج حاصله به همراه ارزیابی و تحلیل در قالب گزارشات فنی برای ایشان ارسال گردیده است. در این نوشتار قصد داریم تا از هر یک از تست‌های آزمایشگاهی و صنعتی یک مورد را تحلیل و بررسی نماییم.
6-1- بررسی جامع یک نمونه از تست‌های آزمایشگاهی
از میان تست‌های آزمایشگاهی متنوع این شرکت که بخش اعظم آن در آزمایشگاه سیمان و بتن مجموعه پارسمان انجام پذیرفته است یک نمونه از نتایج ارزیابی آزمایشگاهی محصولات کمک‌سایش پارسمان که در قالب پایان‌نامه کارشناسی ارشد نیز ارائه شد به اختصار شرح داده می‌شود.
6-1-1- کلینکر انتخابی
به منظور بررسی تاثیرگذاری استفاده از انواع مواد کمک‌سایش بر پارامترهای کمی و کیفی سیمان، یک نمونه کلینکر سیمان تیپ دو انتخاب گردید که نتایج آنالیز XRF و فازهای تشکیل دهنده‌ی آن بترتیب مطابق جداول شماره 1 و 2 میباشد.
جدول 1– نتایج آنالیز کلینکر انتخابی
| Free CaO | CL | Na2O | K2O | SO3 | MgO | CaO | Fe2O3 | Al2O3 | SiO2 | ترکیبات شیمیایی |
| 40/1 | 71/0 | 37/0 | 91/0 | 68/2 | 10/1 | 70/64 | 87/3 | 92/4 | 03/21 | مقادیر (%) |
جدول 2- فازهای تشکیل دهنده‌ی کلینکر انتخابی
| تترا کلسیم آلومینوفریت (C4AF) | تری کلسیم آلومینات (C3A) | بلیت (C2S) | آلیت (C3S) | فازهای تشکیل‌دهنده |
| 76/11 | 49/6 | 09/12 | 92/63 | مقادیر (%) |
6-1-2- محصولات کمک‌سایش و دز مصرف انتخابی
مواد کمک‌سایش استفاده شده در این بررسی و دز مصرف آن‌ها، که 4 نوع از محصولات متنوع کمک‌سایش شرکت پارسمان است بشرح جدول شماره 3 میباشد.
جدول 3- دز مصرف و اسامی محصولات کمک‌سایش انتخابی
| ردیف | نام محصول | دز مصرف (گرم بر 1100 گرم کلینکر و گچ) | دز مصرف (گرم بر هر تن مخلوط کلینکر و گچ) |
| 1 | ParsGrind®CQ-99FM1 | 2/0 | 181 |
| 2 | 5/0 | 454 | |
| 3 | 7/0 | 636 | |
| 4 | ParsGrind®SM-11 | 2/0 | 181 |
| 5 | 5/0 | 454 | |
| 6 | 7/0 | 636 | |
| 7 | ParsGrind®GA-77V | 2/0 | 181 |
| 8 | 5/0 | 454 | |
| 9 | 7/0 | 636 | |
| 10 | ParsGrind®GA-75S | 2/0 | 181 |
| 11 | 5/0 | 454 | |
| 12 | 7/0 | 636 |
6-1-3- سیمان‌سازی در آسیای گلوله‌ای آزمایشگاهی
کلینکر انتخابی ابتدا به روش کوارتر نمونه‌برداری شده و سپس با نسبت 95 درصد به 5 درصد با سنگ گچ مخلوط گردید. این مخلوط پس از سنگ‌شکنی به وسیله سنگ‌شکن فکی و عبور از سرند 3.36 میکرون، به مقدار 1100 گرم، به آسیای گلوله‌ای آزمایشگاهی باردهی شد. روند آسیا کردن مخلوط تا رسیدن به بلین هدف ادامه پیدا کرد. بلین هدف در این آزمایشات 3200 سانتی‌مترمربع بر گرم انتخاب شد. جدول شماره 4، بلین‌های حاصل در زمان‌های مختلف را نشان می‌دهد.
جدول 4- بلین سیمان مرجع در زمان های مختلف
| 65 | 55 | 45 | 35 | 25 | زمان آسیا (دقیقه) |
| 4353 | 3987 | 3618 | 3094 | 2339 | بلین (cm2/gr) |
مطابق جدول فوق بلین 3200 سانتیمتر مربع بر گرم در 37 دقیقه پیش‌بینی شد که این عدد در عمل نیز با 3 بار تکرار آسیا با خطای زیر 10 سانتیمتر مربع بر گرم مسجل گردید. و تمامی تست‌ها با زمان آسیای 37 دقیقه انجام شد.
6-1-4- تاثیر دوزهای مختلف کمک‌سایش بر بلین سیمان
نمودار شکل شماره 6، بلین سیمان‌های ساخته شده با محصولات کمک‌سایش در دزهای مختلف را در قیاس با نمونه سیمان شاهد نشان می‌دهد. بطورکلی می‌توان گفت برای این کلینکر انتخابی در انواع و دزهای مختلف محصولات کمک‌سایش، بهبود در بلین سیمان مشاهده می‌شود. این بدان معناست که با کاهش مدت زمان آسیا می‌توان به همان بلین شاهد دست یافت. کاهش مدت زمان آسیا در واقع یعنی افزایش راندمان آسیا و یا به عبارت دیگر کاهش مصرف انرژی در یک بلین برابر.
| شکل 6- بلین سیمان‌های مختلف ساخته با محصولات کمک‌سایش در زمان آسیای برابر |
6-1-5- تاثیر کمک‌سایش بر مانده روی الک 90 و 45 میکرون
مانده روی الک 90 میکرون در صنعت سیمان به عنوان معیاری برای ارزیابی زبری سیمان تلقی می‌گردد و مقدار مجاز آن معمولا 2 درصد وزنی است. هرچه مانده‌ی روی الک 90 میکرون بیشتر باشد در عمل مقدار بار برگشتی افزایش خواهد یافت. در این تحقیق، جهت بررسی اثر محصولات کمک‌سایش بر روی زبری سیمان‌های ساخته شده، از الک آلپاین استفاده شد و نتایج مطابق نمودار شکل شماره 7 میباشد. بطور کلی شکل شماره 7 نشان می‌دهد که استفاده از کمک‌سایش منجر به کاهش مانده روی الک 90 میکرون می‌شود و تقریبا در تمامی نمونه‌ها‌ها (بجز دز 0.5 گرم نمونه D که به احتمال فراوان خطای سیمان‌سازی است) با افزایش دز مصرف، مانده روی الک 90 میکرون کاهشی است.
| شکل 7- مانده‌ی روی الک 90 میکرون |
علاوه بر الک 90 میکرون، الک 45 میکرون نیز در صنعت سیمان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. مانده‌ی روی الک 45 میکرون در واقع نرمی سیمان را نشان می‌دهد و مقدار قابل قبول آن حدودا 10 درصد است. مطابق شکل شماره 8 استفاده از کمک‌سایش مانده‌ی روی الک 45 میکرون را نیز کاهش داده است.
| شکل 8- مانده‌ی روی الک 45 میکرون |
6-1-6- تاثیر کمک‌سایش بر دانه‌بندی ذرات سیمان
توزیع اندازه ذرات (PSD) هر 12 نمونه سیمان ساخته شده با کمک‌سایش و یک نمونه شاهد، با استفاده از دستگاه آنالیز اندازه ذرات مورد بررسی قرار گرفت. شکلهای 9 تا 12گراف‌های خروجی دستگاه آنالیز ذرات را برای تمام نمونه‌های سیمان بصورت مجزا نشان می‌دهد. در ادامه مطابق جداول 5 تا 8 ارزیابی نتایج به دست آمده از این منحنی‌ها به تفصیل شرح داده شده است. بطور کلی تاثیر مثبت استفاده از کمک‌سایش بر روی دانه‌بندی سیمان حاصله به وضوح مشخص است.
نتایج جداول شماره 5 تا 8 نشان می‌دهد که بطور کلی در سیمان‌های ساخته شده با استفاده از تزریق کمک‌سایش، درصد ذرات زیر 3 میکرون تغییر اندکی داشته است (مطالعات نشان می‌دهد افزایش بیش از حد ذرات زیر 3 میکرون باعث ايجاد مشكلاتي در طول گيرش سيمان از قبيل تغييرات حجمي ناخواسته و خصوصيات رئولوژيكي نامطلوب می‌گردد) ولی میزان ذرات بازه‌ی 3 تا 32 میکرون که در واقع فراکسیون مقاومت ساز سیمان است افزایش قابل توجهی داشته است. در مقابل ذرات درشت تر از 62.5 میکرون که عمدتا بعنوان فیلر عمل می‌کند کم شده است. همچنین مانده‌ی روی الک 45 و 90 میکرون نیز کاهش داشته است.
ضریب یکنواختی (n) که نسبت ذرات ریز به درشت سیمان را نشان می‌دهد با استفاده از کمک‌سایش افزایش معقولی داشته است. افزایش نسبت n در کنار کاهش فاکتور نرمی ( ) حاکی از بهبود کیفیت سیمان ساخته شده با کمک‌سایش است. فاکتور نرمی اندازه‌ای از ذرات را نشان می‌دهد که 36.8 درصد ذرات از آن بزرگتر باشد.
مطابق جدول شماره‌ی 7 در دز مصرف مصرف 2/0 گرم (که معادل 180 گرم بر هر تن مخلوط کلینکر و گچ میباشد) ذرات زیر 3 میکرون حتی از نمونه شاهد نیز اندکی کمتر است ولی در مقابل ذرات 3 تا 32 میکرون افزایش نزدیک 7 درصدی دارد که با یک هزینه تقریبا ناچیز در هر تن سیمان عملکرد بهینه و جذابی را نمایش می‌دهد.
با توجه به تحلیل فنی فوق و ریز نتایجی که در جداول شماره 5 تا 8 به جزئیات ذکر شده است می‌توان این گونه جمع‌بندی نمود که نوع و میزان دز مصرف کمک‌سایش جهت حصول شرایط بهینه در تمامی فاکتورهای کمی و کیفی سیمان بسیار مهم است. گرچه ممکن است دزهای بالاتر کمک‌سایش ذرات ریزتری حاصل نماید ولی با توجه به جمیع تجربیات صنعتی و آزمایشگاهی، گروه تحقیق و توسعه پارسمان شیمی توصیه به یافتن دزهای بهینه دارد و به همین سبب نیز این شرکت در تست‌های صنعتی بهمراه یک تیم فنی خبره و بمدت حداقل 24 ساعت اقدام به تست صنعتی می‌نماید.
شکل 9- منحنی توزیع ذرات در سیمان حاوی دزهای مختلف کمک‌سایش ParsGrind®CQ-99FM1 در قیاس با نمونه شاهد
جدول 5- نتایج آنالیز دانه‌بندی نمونه سیمان ساخته شده با محصول ParsGrind®CQ-99FM1
| فاکتور نرمی (dَ) | ضریب یکنواختی (n) | کوچکتر از 90 میکرون | کوچکتر از 45 میکرون | بزرگتر از 5/62 میکرون | بین 3 تا 32 میکرون | کوچکتر از 3 میکرون | اندازه ذرات |
| دزکمک‌سایش | |||||||
| 42/23 | 02/1 | 98/98 | 67/85 | 89/5 | 2/61 | 5/10 | شاهد (صفر) |
| 22 | 06/1 | 46/99 | 24/88 | 03/4 | 86/63 | 3/10 | 0.2 گرم |
| 01/22 | 05/1 | 53/99 | 97/87 | 04/4 | 21/63 | 9/10 | 0.5 گرم |
| 13/21 | 06/1 | 70/99 | 53/89 | 15/3 | 95/63 | 7/10 | 0.7 گرم |
شکل 10- منحنی توزیع ذرات در سیمان حاوی دزهای مختلف کمک‌سایش ParsGrind®SM-11 در قیاس با نمونه شاهد
جدول 6- نتایج آنالیز دانه‌بندی نمونه سیمان ساخته شده با محصول ParsGrind®SM-11
| فاکتور نرمی (dَ) | ضریب یکنواختی (n) | کوچکتر از 90 میکرون | کوچکتر از 45 میکرون | بزرگتر از 5/62 میکرون | بین 3 تا 32 میکرون | کوچکتر از 3 میکرون | اندازه ذرات |
| دزکمک‌سایش | |||||||
| 42/23 | 02/1 | 98/98 | 67/85 | 89/5 | 2/61 | 5/10 | شاهد (صفر) |
| 10/21 | 05/1 | 65/99 | 45/89 | 31/3 | 83/64 | 9/10 | 0.2 گرم |
| 73/19 | 06/1 | 95/99 | 58/91 | 02/2 | 90/67 | 9/10 | 0.5 گرم |
| 60/19 | 08/1 | 96/99 | 09/92 | 79/1 | 31/67 | 4/11 | 0.7 گرم |
شکل 11- منحنی توزیع ذرات در سیمان حاوی دزهای مختلف کمک‌سایش ParsGrind®GA-77V در قیاس با نمونه شاهد
جدول 7- نتایج آنالیز دانه‌بندی نمونه سیمان ساخته شده با محصول ParsGrind®GA-77V
| فاکتور نرمی (dَ) | ضریب یکنواختی (n) | کوچکتر از 90 میکرون | کوچکتر از 45 میکرون | بزرگتر از 5/62 میکرون | بین 3 تا 32 میکرون | کوچکتر از 3 میکرون | اندازه ذرات |
| دزکمک‌سایش | |||||||
| 42/23 | 02/1 | 98/98 | 67/85 | 89/5 | 2/61 | 5/10 | شاهد (صفر) |
| 32/21 | 04/1 | 76/99 | 57/89 | 01/3 | 02/65 | 4/10 | 0.2 گرم |
| 78/18 | 05/1 | 96/99 | 35/92 | 66/1 | 56/66 | 2/13 | 0.5 گرم |
| 90/17 | 07/1 | 98/99 | 54/93 | 22/1 | 29/67 | 1/14 | 0.7 گرم |
شکل 12- منحنی توزیع ذرات در سیمان حاوی دزهای مختلف کمک‌سایش ParsGrind® GA-75S در قیاس با نمونه شاهد
جدول 8- نتایج آنالیز دانه‌بندی نمونه سیمان ساخته شده با محصول ParsGrind®GA-75S
| فاکتور نرمی (dَ) | ضریب یکنواختی (n) | کوچکتر از 90 میکرون | کوچکتر از 45 میکرون | بزرگتر از 5/62 میکرون | بین 3 تا 32 میکرون | کوچکتر از 3 میکرون | اندازه ذرات |
| دزکمک‌سایش | |||||||
| 42/23 | 02/1 | 98/98 | 67/85 | 89/5 | 2/61 | 5/10 | شاهد (صفر) |
| 02/21 | 06/1 | 77/99 | 80/89 | 9/2 | 21/65 | 6/10 | 0.2 گرم |
| 78/22 | 97/0 | 26/97 | 86 | 66/6 | 12/61 | 7/11 | 0.5 گرم |
| 69/18 | 04/1 | 96/99 | 44/92 | 77/1 | 85/66 | 1/13 | 0.7 گرم |
6-1-7- تاثیر کمک‌سایش بر مقاومت ملات سیمان
به منظور بررسی اثر دزهای مختلف کمک‌سایش بر مقاومت ملات سیمان، نمونه‌های منشوری ملات سیمان با ابعاد 160×40×40 میلی‌متر، منطبق بر روش طرح اختلاط ارزیابی مقاومت ملات سیمان ساخته شد. این نمونه‌ها پس از عمل‌آوری در سنین 2 و 7 و 28 روزه تحت بارگذاری قرار گرفت و نتایج مقاومت فشاری آن‌ها ثبت گردید.
نتایج مقاومت فشاری حاکی از تاثیر قابل توجه محصولات کمک‌سایش بر مقاومت سنین مختلف ملات سیمان دارد. نمودار شکلهای 13 تا 15 بترتیب نتایج مقاومت 3 و 7 و 28 روزه را نشان می‌دهد.
شکل 13- مقاومت 3 روزه نمونه‌های ملات سیمان ساخته شده با دزهای مختلف محصولات کمک‌سایش پارسمان شیمی در قیاس با نمونه شاهد
شکل 14- مقاومت 7 روزه نمونه‌های ملات سیمان ساخته شده با دزهای مختلف محصولات کمک‌سایش پارسمان شیمی در قیاس با نمونه شاهد
شکل 15- مقاومت 28 روزه نمونه‌های ملات سیمان ساخته شده با دزهای مختلف محصولات کمک‌سایش پارسمان شیمی در قیاس با نمونه شاهد
6-2- بررسی جامع یک نمونه تست کمک‌سایش در مقیاس صنعتی- آسیای گلوله‌ای
در این بخش به بررسی نتایج حاصل از تست محصول کمک‌سایش ParsGrind® SM-11K برای سیمان تیپ 5 یکی از کارخانه‌های تولیدی سیمان کشور پرداخته شده است. مطابق درخواست این مشتری، تمرکز اصلی انتخاب محصول، بر روی افزایش نرخ تولید و افزایش مقاومت ملات سیمان بوده است.
6-2- 1- بررسی نسبت اجزا و مشخصات کلینکر
در نوع سیمان، این واحد تولیدی کلینکر، سنگ گچ و سنگ آهک را بترتیب به نسبت 93، 5 و 2 درصد استفاده می‌کند. متوسط مقادیر یک ماه اخیر ترکیبات و فازهای تشکیل دهنده کلینکر مربوطه مطابق اعلام کارخانه، بترتیب بشرح جداول شماره 9 و10 میباشد.
جدول9- ترکیبات شیمیایی کلینکر تست صنعتی آسیای گلوله‌ای
| LSF | LOI | Na2O | K2O | SO3 | MgO | CaO | Fe2O3 | Al2O3 | SiO2 | ترکیبات شیمیایی |
| 93.26 | 0.22 | 0.35 | 0.89 | 0.59 | 1.59 | 65.57 | 4.98 | 4.11 | 21.68 | فراوانی% |
جدول10- فازهای تشکیل دهنده کلینکر تست صنعتی آسیای گلوله‌ای
| C4AF | C3A | C2S | C3S | فازهای تشکیل دهنده |
| 15.14 | 2.47 | 11.35 | 67.38 | فراوانی % |
مطابق داده‌های گزارش شده از متوسط ترکیبات شیمیایی و فازهای تشکیل‌دهنده کلینکر، یک دید فنی دقیق‌تری جهت انتخاب محصول کمک‌سایش منطبق با شرایط ایجاد می‌شود. جدول شماره 11 یک تحلیل مختصر از کلینکر این مجموعه میباشد.
جدول11- شاخص‌های مهم ارزیابی کلینکر تست صنعتی آسیای گلوله‌ای
| شاخص | آسیاپذیری | ضریب قابلیت پخت | مدول سولفات | قلیایی به سولفات | معادل قلیایی | شاخص کوتینگ |
| متوسط مقدار | 93.9 | 108.51 | 0.49 | 0.56 | 0.93 | 29.83 |
| محدوده مجاز | 94-90 | 120-100 | 1-0.8 | 1.4-0.6 | <0.6 | 20<AW<35 |
6-2- 3- اطلاعات فنی سیمان تولیدی و شرایط حاکم بر تولید
با توجه به اطلاعات فنی دریافتی از این کارخانه تولیدی، موارد زیر قابل توجه است.
6-2- 4- مراحل آماده‌سازی و انجام تست صنعتی
مخزن 1000 لیتری حاوی محصول ParsGrind® SM-11K به محل آسیای سیمان منتقل گردید سپس پمپ دوزینگ بر روی مخزن 1000 لیتری نصب شده و خروجی پمپ توسط یک لوله به بالای آسیای مورد نظر منتقل شد. با استفاده از یک شلنگ، محل خروجی مواد کمک‌سایش به نحوی تنظیم شد که مواد دقیقا در محل ورودی کلینکر به آسیا به کلینکر اضافه شود. پس از جانمایی مواد و تنظیم محل ورود کمک‌سایش، با توجه به دانسیته و دز مصرف مواد و نیز تناژ ورودی کلینکر سیمان، نرخ ورود مواد کمک‌سایش در چندین دز دقیقا کالیبره شد. پس از انجام تمامی مراحل آماده‌سازی، تست مورد نظر آغاز شد و پس از دو روز با دز مصرف 256 گرم بر تن و شرایط پایدار آسیا به پایان رسید.
| شکل 16- مراحل آماده‌سازی آغاز فرایند تست صنعتی کمک سایش |
بطور کلی رویه‌ی زیر جهت انجام این تست صنعتی طی شد:
6-2- 5- ارزیابی نتایج
نتایج حاصل از این تست صنعتی نشان داد که در شرایط پایدار با استفاده از محصول کمک‌سایش ParsGrind® SM-11K ظرفیت تولید از 55 تا 90 تن بر ساعت برای این آسیا قابل افزایش است. این میزان نسبت به ظرفیت شروع تست (55 تن برساعت) 63 درصد افزایش نشان می‌دهد. البته با توجه به اینکه مقصود از استفاده از محصول کمک‌سایش در این آسیا افزایش توامان ظرفیت و مقاومت است، تنظیمات آسیا با مواد کمک‌سایش به طریقی بهینه گردید که در تناژ حداقل 75 تن بر ساعت افزایش مقاومت حدود 18درصدی نیز در مقاومت 28 روزه مشاهده شد.
| جدول12: خلاصه نتایج استفاده از کمک‌سایش پارسمان شیمی در تست صنعتی آسیای گلوله‌ای | |||||
| کد محصول کمک‌سایش | دز مصرف کمک سایش | حداقل افزایش ظرفیت تولید | رشد مقاومت 2 روزه | رشد مقاومت 7 روزه | رشد مقاومت 28 روزه |
| SM-11K | 250 گرم بر تن | 37 درصد | 10 درصد | 8 درصد | 18 درصد |
شکل 17- نمودار رشد نرخ تولید با استفاده از محصول کمک‌سایش پارسمان شیمی –تست صنعتی در آسیای گلوله‌ای |
شکل 18- نمودار رشد مقاومت با استفاده از محصول کمک‌سایش پارسمان شیمی – تست صنعتی در آسیای گلوله‌ای
6-3- بررسی جامع یک نمونه تست کمک‌سایش در مقیاس صنعتی- آسیای غلطکی
در این بخش به بررسی نتایج حاصل از تست محصول کمک‌سایش ParsGrind® GQ-770K برای سیمان تیپ یکی از کارخانه‌های تولیدی سیمان کشور پرداخته شده است. مطابق درخواست این مشتری، تمرکز اصلی انتخاب محصول، افزایش نرخ تولید و افزایش مقاومت ملات سیمان بوده است. آسیای مورد نظر از نوع غلطکی لوشه بود که دارای ظرفیت اسمی 120 تن است.
نسبت اجزا، آنالیز شیمیایی کلینکر و فازهای تشکیل دهنده آن نیز مشابه آسیای گلوله‌ای مطابق جداول شماره 9 و 10 میباشد (هر دو نوع آسیای گلوله‌ای و غلطکی برای یک مجموعه میباشد).
مراحل آماده سازی جهت شروع تست صنعتی نیز دقیقا مطابق بند 6-2-4 انجام پذیرفت. با این تفاوت که محصول مورد استفاده ParsGrind® GQ-770K بود و دز مصرف ابتدا 220 گرم بر تن تنظیم شد و سپس در طول انجام تست صنعتی به 320 گرم بر تن و 300 گرم بر تن تغییر کرد. ایجاد این تغییر جهت رسیدن به بهینه‌ترین حالت به لحاظ فاکتورهای کمی و کیفی بود. برای هر سه دز مصرفی نمونه‌برداری از سیمان جهت ارزیابی‌های کیفی انجام شد. همچنین جهت ارزیابی شرایط اولیه حاکم بر تولید این آسیای غلطکی و نیز ارزیابی کیفی نمونه‌ی شاهد، آسیا ابتدا چندین ساعت بدون استفاده از کمک‌سایش شروع به کار کرد تا هم شرایط تولید پایدار گردد و هم بتوان در شرایط پایدار بدون استفاده از کمک‌سایش نمونه‌برداری انجام داد.
نتایج حاصل از این تست صنعتی از جنبه افزایش نرخ تولید و پارامترهای کیفی شامل بلین، مانده روی الک 45، گیرش اولیه و نهایی و مقاومت 2 و 28 روزه ملات سیمان بصورت نمودار در اشکال شماره 19 تا 23 نمایش داده شده است.
شکل شماره 19 نرخ تولید را در دزهای مختلف نشان می‌دهد. البته هدف از دزهای مختلف کمک‌سایش یافتن بهینه‌ترین حالت به لحاظ تمام پارامتر کمی و کیفی است و تمام پارامترها باید در کنار هم دیده شود ولی بطور کلی تاثیر چشمگیر استفاده از کمک‌سایش در نرخ تولید بوضوح مشخص است. همچنین با توجه قطعی برق و مشکل فنی در ساعات آخر تست صنعتی، امکان ادامه کار میسر نبود وگرنه با توجه به شرایط کاملا پایدار آسیا و نتایج عالی بلین و مانده روی الک 45 میکرون، قطعا دستیابی به نرخ تولید بالای 120 تن بر ساعت امکان‌پذیر بود.
| شکل 19- رشد نرخ تولید با استفاده از محصول کمک‌سایش پارسمان شیمی – تست صنعتی در آسیای غلطکی |
نمودار شکل شماره 20 بصورت توامان نرخ رشد تولید و بلین سیمان تولیدی با کمک‌سایش را در قیاس حالت بدون استقاده از کمک‌سایش در آسیای غلطکی نشان می‌دهد. مطابق این نمودار بلین از 3080 واحد (بلین نمونه شاهد) در بهترین حالت به 3370 سانتی‌مترمربع بر گرم افزایش یافته است.
| شکل 20- نمایش همزمان رشد نرخ تولید و بلین سیمان با استفاده از محصول کمک‌سایش پارسمان شیمی – تست صنعتی در آسیای غلطکی |
نمودار شکل شماره 21، میزان کاهش در مانده روی الک 45 میکرون را در اثر استفاده از کمک‌سایش در دزهای مختلف نشان می‌دهد. عملکرد فوق العاده این محصول کمک‌سایش در کاهش این فاکتور به وضوح مشخص است.
| شکل 21- تغییرات مانده روی الک 45 میکرون با استفاده از محصول کمک‌سایش پارسمان شیمی – تست صنعتی در آسیای غلطکی |
نمودار شکل شماره 22، تغییرات زمان گیرش اولیه و نهایی سیمان را در اثر استفاده از کمک‌سایش در دزهای مختلف نشان می‌دهد.
 شکل 22- تغییرات زمان گیرش سیمان با استفاده از محصول کمک‌سایش پارسمان شیمی – تست صنعتی در آسیای غلطکی |
 شکل 23- افزایش مقاومت فشاری سنین 2 و 28 روزه ملات سیمان با استفاده از محصول کمک‌سایش پارسمان شیمی – تست صنعتی در آسیای غلطکی |
مطابق نمودار شکل 23 مقاومت 2 روزه ملات سیمان با استفاده از کمک‌سایش در قیاس با نمونه شاهد افزایش داشته است که در بهترین حالت این افزایش معادل 32 درصد است. مقاومت 28 روزه نیز نسبت به نمونه شاهد در تمامی دزها افزایش یافته است که رشدی معادل 15 درصد در بهترین حالت رخ داده است.
نگارنده:
یاسر قنبری
مدیر تحقیق و توسعه پارسمان شیمی
بهمن 1401
