1 / 79

บทที่ 2

บทที่ 2. ปูนซีเมนต์ . ความหมาย. Cement ตามความหมายของการใช้งานทางวิศวกรรม แบ่งออกเป็น ๒ ชนิด 1. บิทูมินัส ( bitu-minous ) 2. นอนบิทูมินัส ( nonbituminous ) . สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ เล่มที่ 2. บิ ทูมินัสซีเมนต์ .

lonna
Download Presentation

บทที่ 2

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. บทที่ 2 ปูนซีเมนต์

  2. ความหมาย • Cement • ตามความหมายของการใช้งานทางวิศวกรรม แบ่งออกเป็น ๒ ชนิด1.บิทูมินัส (bitu-minous) 2.นอนบิทูมินัส (nonbituminous) สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ เล่มที่ 2

  3. บิทูมินัสซีเมนต์ • บิทูมินัสซีเมนต์ ได้แก่ มะตอย (asphalts) และน้ำมันยาง (tars) เราใช้มะตอยหรือน้ำมันยางเป็นตัวประสานหินหรือกรวดในการทำผิวถนน นอกจากนี้ ยังใช้บิทูมินัสซีเมนต์ผสมกับหิน ทราย ราดทำผิวถนน และเรียกว่า แอสฟัลต์คอนกรีต ( asphalt concrete) สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ เล่มที่ 2

  4. นอนบิทูมินัสซีเมนต์ ได้แก่ • อะลูมินาซีเมนต์ (alumina cement) • ปอร์ตแลนด์ซีเมนต์ (portland cement)

  5. ลักษณะของนอนบิทูมินัสซีเมนต์เป็นผงสีเทาอ่อน ผสมน้ำในปริมาณมากพอสมควร แล้วทิ้งไว้ให้แห้งจึงจะแข็งตัว เรียกซีเมนต์ชนิดนี้ว่า ไฮดรอลิกซีเมนต์(Hydraulic Cement) ต่อไปนี้จะขอกล่าวถึงปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เพราะนิยมใช้โดยทั่วไปในวงกว้างทางวิศวกรรม

  6. ประวัติศาสตร์ปูนซีเมนต์ประวัติศาสตร์ปูนซีเมนต์ จากหลักฐานสิ่งก่อสร้างที่ปรากฏ มนุษย์รู้จักประดิษฐ์ปูนซีเมนต์เพื่อใช้งานมาหลายพันปีแล้ว เช่น กำแพงเมืองจีนปิรามิดอียิปต์ วิหารกรีก โคลีเซียม ปูนที่ผลิตสมัยก่อนมีคุณภาพต่ำ ใช้สำหรับการก่ออิฐหรือฉาบผิว ปูนซีเมนต์สมัยใหม่เริ่มผลิตขึ้นในปี พ.ศ. 2367 Joseph Aspdinชาวอังกฤษ จดลิขสิทธ์เป็นคนแรก และได้ตั้งชื่อผลิตภัณฑ์นี้ว่า Portland Cement

  7. ประวัติศาสตร์ปูนซีเมนต์ (ต่อ) • ซีเมนต์นี้เมื่อแข็งตัวจะมีสีเหลืองปนเทา เหมือนกับหินที่ใช้ก่อสร้างบริเวณเมืองปอร์ตแลนด์ ในประเทศอังกฤษ เรียกวัตถุนี้ว่า ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ (Portland cement )

  8. ประวัติปูนซีเมนต์ในประเทศไทยประวัติปูนซีเมนต์ในประเทศไทย • ในปีพุทธศักราช 2456 พระบาทสมเด็จพระมงกุฏเกล้าเจ้าอยู่หัว(รัชกาลที่ 6) ทรงมีพระบรมราชโองการ โปรดเกล้าฯ ให้ก่อตั้ง บริษัท ปูนซีเมนต์ไทย จำกัด ขึ้น ด้วยพระราชประสงค์ที่จะให้ประเทศไทยผลิตปูนซีเมนต์ใช้เอง ลดการพึ่งพาการนำเข้าจากต่างประเทศ และเพื่อจัดสรรการใช้ทรัพยากรภายในประเทศอย่างคุ้มค่า http://th.wikipedia.org

  9. วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตปูนซีเมนต์ วัตถุดิบในการผลิตปูนซีเมนต์ ประกอบด้วยแร่ธาตุสำคัญ 5 ชนิด • แคลเซียมออกไซด์ (CaO) • ซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) • อลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) • เหล็กออกไซด์ (FeO2, Fe2O3) • แคลเซียมซัลเฟต(CaSO4)

  10. วัตถุดิบในการผลิตปูนซีเมนต์จากธรรมชาติวัตถุดิบในการผลิตปูนซีเมนต์จากธรรมชาติ • วัตถุดิบที่ให้ CaO: - หินปูน (Limestone) ดินสอพอง (Chalk) ดินขาว (Marl) • วัตถุดิบที่ให้ SiO2 และ Al2O3: - หินดินดาน/หินเชล (Shale) หินชนวน (Slate) ดินเหนียว (Clay) • วัตถุดิบที่ให้ FeO2, Fe2O3: - ดินลูกรัง (Laterite) และดินศิลาแลง • วัตถุดิบที่ให้ CaSO4: - แร่ยิปซัม

  11. กรรมวิธีการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์กรรมวิธีการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ประกอบด้วย 3 ขั้นตอน 1) การเตรียมวัตถุดิบ (Preparation of Raw Materials) 2) การเผาวัตถุดิบ (Calcining) 3) การบดปูนเม็ด (Cement Milling)

  12. การเตรียมวัตถุดิบ กรรมวิธีการเตรียมวัตถุดิบสำหรับการผลิตปูนซีเมนต์ มี 2 วิธี ขึ้นอยู่กับชนิดของวัตถุดิบที่นำมาใช้และการลดต้นทุนการผลิต 1. การเตรียมแบบเปียก (Wet Process) 2. การเตรียมแบบแห้ง(Dry Process)

  13. การเตรียมแบบเปียก (Wet Process) ดินสอพอง+ ดินลูกรัง +ดินเหนียว บดให้ละเอียด +น้ำ น้ำโคลน บรรจุถังไซโล เผา

  14. การผลิตแบบแห้ง (Dry Process) หินปูน ดินลูกรัง และดินดาน อบจนแห้ง บดให้ละเอียด ผสมในอัตราส่วนที่เหมาะสม เตาเผา

  15. ปัจจุบัน โรงงานผลิตปูนซีเมนต์ในประเทศไทย • นิยมใช้กรรมวิธีการเตรียมวัตถุดิบแบบแห้ง (Dry Process) • เนื่องจากใช้พลังงานในการเตรียมและเผาวัตถุดิบน้อยกว่าวิธีเปียก (Wet Process) • ทำให้ต้นทุนในการผลิตลดลง

  16. การเผาวัตถุดิบ (Calcining) วัตถุดิบ เตาเผาปูน ในลักษณะหมุน ปูนเหลว เย็นตัวลง ปูนเม็ด

  17. หม้อเผาทรงกระบอกยาว

  18. การเผาวัตถุดิบ(Calcining) หม้อเผาเป็นทรงกระบอกยาว ขนาดเล็กสุด Φ ~2 ม. ยาว ~50 ม. ทำด้วยเหล็กกล้า ภายในบุด้วยอิฐทนไฟ วางเอียงเล็กน้อยกับแนวระดับ หมุนรอบตัวช้าๆ ขณะหม้อเผาหมุน ส่วนผสมจะไหลช้าๆ ลงสู่ปลายล่างของหม้อเผา ส่วนผสมจะได้รับความร้อนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงอุณหภูมิที่จะก่อปฏิกิริยาเคมี เกิดเป็นปูนเหลว ไหลลงสู่ด้านล่าง ต่อมาอุณหภูมิจะค่อยๆ ลดลง ปูนเหลวจะแข็งตัวจับกันเป็นก้อน เรียกว่าปูนเม็ด (Clinker) ไหลออกจากหม้อเผาทางปลายล่างสุด ปูนเม็ดนี้จะถูกเก็บไว้จนเย็นในที่แห้ง และจะถูกส่งไปบดในหม้อบดปูน

  19. การเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิในหม้อเผาการเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิในหม้อเผา 1) ที่ 100oC น้ำในวัตถุดิบระเหยออกหมด 2) ที่ 150 - 500oC น้ำในโมเลกุลของวัตถุดิบถูกขับออก 3) ที่ 600 - 900oC CO2ใน CaCO3และ MgCO3ถูกไล่ออกมา ขณะเดียวกัน CaO, SiO2, Al2O3เริ่มหลอมละลายและทำปฎิกิริยากัน 4) ที่ 1,250 – 1,500oC ปฏิกิริยาเกิดขึ้นสมบูรณ์ หลอมรวมกันเป็นสารประกอบหลักของปูนซีเมนต์ เมื่ออุณหภูมิลดลง สารประกอบหลักนี้จะจับกันเป็นก้อนขนาด ~1.5-2.5 ซม เรียกว่า ปูนเม็ด (Clinker)

  20. อุณหภูมิในการเผาวัตถุดิบอุณหภูมิในการเผาวัตถุดิบ ควบคุมอย่างใกล้ชิดทุกช่วงที่วัตถุดิบที่ไหลผ่าน • เผาได้สุกพอดี ปูนเม็ดที่ได้จะมีสีดำปนเขียวแวววาว • เผาไม่ได้ที่ ปูนเม็ดจะมีสีน้ำตาลเป็นหย่อมๆ ไม่เป็นมัน • เผาสุกเกินไป ปูนเม็ดจะมีสีน้ำตาลไหม้

  21. Cement Clinker

  22. หลังจากการเผา • ปูนเม็ดที่ออกจากหม้อเผาจะร้อนมาก การลดอุณหภูมิทำโดยเครื่องทำให้เย็น การทำให้ปูนเม็ดเย็นลงนั้นต้องมีการควบคุมเช่นกัน ถ้าปูนเม็ดเย็นตัวเร็วจะบดง่ายและทำให้คอนกรีตได้กำลังระยะต้นดี ถ้าปูนเม็ดเย็นลงช้าๆ จะให้กำลังคอนกรีตระยะต้นไม่ดี แต่กำลังระยะหลังจะสูงขึ้น

  23. การบดปูนเม็ด ปูนเม็ดที่เย็นตัวแล้วจะถูกนำไปบดละเอียดในหม้อบดปูน โดยใช้ลูกเหล็กทรงกลมหลายพันลูกเป็นตัวบด เติมยิปซั่ม (Gypsum) ลงไปบดผสมกัน ยิปซั่มเป็นตัวหน่วงปฏิกิริยาระหว่างปูนซีเมนต์กับน้ำ ทำให้คอนกรีตไม่แข็งตัวเร็วเกินไป สะดวกต่อการนำไปใช้งาน

  24. ปูนผง หลังจากปูนซีเมนต์ถูกบดละเอียดได้มาตรฐานแล้ว จะถูกลำเลียงไปเก็บใน ถังเก็บปูน (Silo) เพื่อรอการบรรจุใส่ถุง หรือลำเลียงใส่รถบรรทุกปูนในรูปของปูนผงส่งให้ลูกค้าต่อไป มาตรฐานไทยกำหนดให้บรรจุใส่ถุง น้ำหนักสุทธิถุงละ 50 กก .

  25. ผึ่งแห้ง & โม่ ขุดแร่ ลำเลียง โม่แร่ดิบ เครื่องบด แหล่งแร่ โรงเก็บแร่ดิบ ถังเก็บแร่บด ขนส่งปูนผง ให้ความร้อน เติมยิปซั่ม ถังเก็บปูนเม็ด เตาเผา แบบหมุน บรรจุ ถังเก็บปูนผง โม่ปูน ขนส่งปูนถุง ผึ่งเย็นปูนเม็ด เข้าเตาเผา & ผึ่งเย็นปูนเม็ด โม่ครั้งสุดท้าย บรรจุพรรณ

  26. สารประกอบหลักในปูนซีเมนต์สารประกอบหลักในปูนซีเมนต์ ส่วนใหญ่เป็นพวกออกไซด์ CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 ออกไซด์เหล่านี้ประกอบกันขึ้นเป็นสารประกอบที่ซับซ้อน เป็นสารประกอบหลัก 4 ตัว รวมปริมาณมากกว่า 90%ของปูนซีเมนต์

  27. ชื่อสารประกอบหลัก • ไตรแคลเซียม ซิลิเกต(Tricalcium Silicate) • ไดแคลเซียม ซิลิเกต(Dicalcium Silicate) • ไตรแคลเซียม อลูมิเนต(TricalciumAluminate) • เตตราแคลเซียมอลูมิโนเฟอร์ไรท์ (TetracalciumAluminoferrite)

  28. สารประกอบหลัก • ไตรแคลเซียมซิลิเกต (C3S) • เป็นตัวที่ให้กำลังมากที่สุดของปูน • ทำปฏิกิริยากับน้ำเร็ว • แข็งตัวภายใน 2 - 3 ชม. • กำลังอัดเพิ่มขึ้นมากในหนึ่งอาทิตย์ • ปูนซีเมนต์จะมีสารประกอบนี้มากที่สุด 35-55%

  29. คุณสมบัติของสารประกอบหลัก(ต่อ)คุณสมบัติของสารประกอบหลัก(ต่อ) • ไดแคลเซียมซิลิเกต (C2S) • ให้กำลังเช่นเดียวกับ C3S • แต่ทำปฏิกิริยากับน้ำช้า แต่จะให้กำลังสูงในระยะปลาย ได้กำลังอัดใกล้เคียงกับ C3S • ความร้อนจากปฏิกิริยา Hydration ต่ำ โดยปล่อยความร้อนออกมาประมาณ 250 จูลต่อกรัม • ปูนซีเมนต์จะมีสารประกอบนี้1~15 - 35%

  30. คุณสมบัติของสารประกอบหลัก(ต่อ)คุณสมบัติของสารประกอบหลัก(ต่อ) • ไตรแคลเซียมอลูมิเนต(C3A) • ทำปฏิกิริยากับน้ำเร็ว ปล่อยความร้อนมาก (~850 จูลต่อกรัม) • หลังปฏิกิริยา สารประกอบที่จะถูกกัดกร่อนได้ง่ายจากสารซัลเฟตในน้ำทะเล ให้กำลังน้อยมาก • มีประโยชน์ในการช่วยให้ปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่าง CaO และ SiO2ในขั้นตอนการผลิตปูนซีเมนต์เร็วขึ้น • ปูนซีเมนต์มีสารประกอบนี้ 7 - 15%

  31. คุณสมบัติของสารประกอบหลัก(ต่อ)คุณสมบัติของสารประกอบหลัก(ต่อ) • เตทตราแคลเซียมอลูมิโนเฟอร์ไรท์(C4AF) • มีอยู่ในปูนในปริมาณน้อยที่สุด (~5 - 10 %) • ทำปฏิกิริยากับน้ำเร็วปานกลาง • ปล่อยความร้อนออกมา ~420 จูลต่อกรัม • ให้กำลังน้อยที่สุดในบรรดาสารประกอบหลักของปูนซีเมนต์

  32. คุณสมบัติทางกายภาพของสารประกอบหลักคุณสมบัติทางกายภาพของสารประกอบหลัก

  33. C3S C3A C4AF R.H. BOGUE, Chemistry of Cement, 1955 การพัฒนากำลังของสารประกอบหลัก 80 C3S 70 C2S 60 50 Compressive Strength , MPa 40 30 C3A 20 C4AF 10 7 28 90 180 360 Age, days

  34. ปฏิกิริยาไฮเดรชั่น ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นเกิดขึ้นทันทีที่เติมน้ำลงไปในปูนซีเมนต์ แต่ปฏิกิริยานี้จะยังไม่สมบูรณ์ในเวลาอันสั้น สารประกอบหลักแต่ละตัวต้องใช้เวลาแตกต่างกัน กำลังของสารประกอบหลักจะเพิ่มขึ้นตามความสมบูรณ์ปฏิกิริยาไฮเดรชั่น สารประกอบหลักแต่ละตัวเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำจะเกิดเป็นสารประกอบใหม่ที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน ดังนี้

  35. 1.ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของ C3S และ C2S แคลเซียมซิลิเกตทำปฏิกิริยากับน้ำ จะได้สาร Calcium Silicate Hydrate (CSH) และ Ca(OH)2ดังสมการดังนี้ 2((CaO)3.SiO2) + 6H2O 3CaO.2SiO2.2H2O + 3Ca(OH)2 + Heat หรือ 2C3S + 6H2O C3S2H + 3Ca(OH)2 [100] [24] [75] [49]

  36. 1.ไฮเดรชั่นของ C3S และ C2S(ต่อ) และ 2((CaO)2.SiO2) + 4H2O3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2 + Heat หรือ 2C2S + 4H2O C3S2H + 3Ca(OH)2 [100] [21] [99] [22]

  37. 2 .ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของC3A ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของ C3A เกิดขี้นรวดเร็ว โดยจะแข็งตัวสูงสุดทันทีและปล่อยความร้อนออกมามาก ดังสมการ (CaO)3.Al2O2 + 6H2O 3CaO.Al2O2.H2O หรือ C3A + 6H2O 3C3AH6 [100] [40] [140]

  38. 2.ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของC3A ต่อ การแข็งตัวอย่างรวดเร็วของ Calcium Aluminate Hydrate (CAH) ทำให้เกิดปัญหาในทางปฏิบัติ • ขั้นตอนการผสมและการเทคอนกรีตต้องใช้เวลา • จึงจำเป็นต้องหน่วงปฏิกิริยาC3Aด้วยการเติมยิปซั่ม ก่อให้เกิดชั้นของ Ettringiteบนผิวของอนุภาค C3A ดังสมการ C3A + 3CaSO4.2H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O (Ettringite)

  39. 2. ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของC3A ต่อ ชั้นEttringite จะหน่วงการก่อตัวของC3Aระยะเวลาหนึ่ง แล้วC3A จึงจะทำปฏิกิริยากับน้ำ แล้วซีเมนต์เพสต์ถึงจะเริ่มก่อตัว

  40. Structure of ettringite

  41. 3. ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของC4AF ปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของ C4AF เกิดสารประกอบที่ให้กำลังด้านการเชื่อมประสานน้อยมาก แต่จะช่วยเร่งปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของ C3S และ C2S (CaO)4.Al2O2.Fe2O3 + CaSO2.2H2O + Ca(OH)2 3CaO(Al2O3.Fe2O3).3CaSO2

  42. เวลาที่สารประกอบหลักทำปฏิกิริยาไฮเดรชั่นสมบูรณ์80 %

  43. ชนิดของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนชนิดของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลน

  44. ประเภทของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ แบ่งเป็น 5 ประเภท ดังนี้ • Type 1(Ordinary Portland Cement) เหมาะสำหรับงานก่อสร้างทั่วไป ใช้กับงานคอนกรีตเสริมเหล็ก เช่น ทำผิวถนน สะพาน ท่อระบายน้ำ เป็นต้น ข้อเสียคือ ไม่ทนต่อสารที่เป็นด่าง จึงไม่เหมาะสมกับงานที่ต้องสัมผัสกับด่างจากดินหรือน้ำ เช่น โรงงานอุตสาหกรรมเคมี

  45. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทที่หนึ่งปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทที่หนึ่ง

  46. Type 2(Modified Portland Cement)ผสมกับน้ำจะคายความร้อนออกมาน้อยกว่าประเภทธรรมดา มีความต้านทานต่อสารที่เป็นด่างได้บ้าง เหมาะสำหรับงานโครงสร้างขนาดใหญ่ เช่น ตอม่อขนาดใหญ่ สะพานเทียบเรือ เขื่อนหรือกำแพงกันดินในบริเวณที่ถูกน้ำเค็มเป็นครั้งคราว

  47. Type 3 (High Early Streght Portland Cement) มีความละเอียดมากกว่า เป็นผลทำให้แข็งตัวและรับแรง ได้เร็วกว่าปูนซีเมนต์ประเภทที่หนึ่ง จึงนิยมนำไปใช้กับงานเร่งด่วนที่ต้องแข่งกับเวลา หรือในกรณี ที่ต้องการถอดหรือรื้อแบบเร็วกว่าปกติ

  48. ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์Type 3 (High Early Streght Portland Cement)

More Related