پایان نامه ها

پایان نامهi– (4)

دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
دانشکده مهندسی چوب و کاغذ
رشته فرآورده های چند سازه چوب
مطالعه امکان ساخت الیاف- سیمان از گیاهان غیر چوبی
تهیه کننده:
سیدمحمد میرجعفری
استاد راهنما:
دکتر محمدرضا دهقانی فیروزآبادی
1391

سپاسگزاری
سپاس ایزدمنان که به انسان توانایی و دانایی بخشید تا به بندگانش شفقت ورزد، مهربانی کند و در حل مشکلاتشان یاری شان نماید. از راحت خویش بگذرد و آسایش هم نوعان را مقدم دارد، با او معامله کند و در این خلوص انباز نگیرد و خوش باشد که پروردگار سمیع و بصیر است.
شاکرم خداوند مهربان را که همواره در تمامی مراحل زندگیم به رحمت بیکرانش امید بسته و با توکل به او از هیچ مشکلی نگریخته و با صبر و تدبیر که از عنایات اوست بر مشکلات چیره گشته ام. در آغاز تحریر این پژوهش مراتب تشکر و قدردانی خود را از همه کسانی که به هر نحوی یاریم نمودند، ابراز می نمایم. از خانواده عزیز که برای پرورش این نهال نورسته در باغ زندگی ملال بسیار کشیده و در برابر طوفان حوادث خم به ابرو نیاورده و تکیه گاه محکمی برای خیمه هستی ام بوده اند، بسیار سپاسگزارم.
از توجهات و راهنمایی های استاد راهنمای محترم آقای دکتر محمدرضا دهقانی فیروزآبادی که در انتخاب موضوع پایان نامه و سپس در مسئولیت راهنمایی اینجانب از هیچ گونه مساعدتی دریغ نورزیدند و با استفاده از اندوخته های ذیقیمت و راهنمایی های ارزنده خود بنده را در انجام این تحقیق مساعدت نمودند، بسیار متشکرم.
صدها فرشته بوسه بر آن دست می زنند
کز کار خلق یک گره بسته وا کند
همچنین از کلیه دوستان و همکلاسیها که بنده را در انجام این تحقیق همراهی نمودند صمیمانه تشکر و قدردانی می نمایم.
در پایان تقدیم به:
پدر عزیزم که عالمانه به من آموخت تا چگونه در عرصه زندگی، ایستادگی را تجربه نمایم.
و به مادرم، دریای بی کران فداکاری و عشق که وجودم برایش همه رنج بود و وجودش برایم همه مهر.
تیر 91 سید محمد میرجعفری
چکیده
هدف از این تحقیق مروری بر روی مواد لیگنوسلولزی غیر چوبی برای تولید پانل های الیاف – سیمان می‌باشد. در این بررسی اثر و تولید کامپوزیت های الیاف – سیمان از ساقه آرهار، کاه گندم، الیاف گیاه Equisteum، الیاف باگاس، الیاف خمیرهای کرافت، الیاف نارگیل، پوسته فندق و الیاف کتان مورد بررسی قرار گرفت. ساقه آرهار می تواند به عنوان مواد لیگنو سلولزی در پانل های سیمانی بکار برده شود ولی به فرآیندهای استخراج با آب برای حذف برخی از مواد استخراجی نیاز دارد. با افزودن بیش از حد تراشه‌های آرهار به پانل خواص‌های آن کاهش می‌یابد. کاه گندم با سیمان سازگاری ندارد، که با استفاده از مواد افزودنی ها و تیمارهای شیمیایی این مشکلات رفع می‌شود. افزودن SPG و AL به الیاف گیاهی Equisteum در تولید پانل‌ها باعث بالا بردن خواص آنها می‌شود و هدایت حرارتی آن را پایین می‌آورد. الیاف باگاس هم با نانو تیوب های کربنی که خواص آنها را بالا می برد در تولید پانل ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. پانل‌های دارای پوسته نارگیل و سیمان دانسیته پایینی دارند و به عنوان عایق ساختمانی به کاربرده می‌شوند. پوسته فندق با مواد چوبی می تواند در کامپوزیت‌های سیمانی به کاربرده شود. کامپوزیتهای سیمانی حاوی ذرات کتان در رده پانل‌های سبک طبقه بندی می‌شوند و کلرید کلسیم سازگاری آنها را با سیمان افزایش می‌دهد.
کلمات کلیدی: پانل های الیاف – سیمان، ساقه آرهار، مواد افزودنی و تیمارهای شیمیایی.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول مقدمه و کلیات
مقدمه2فرآورده‌های مرکب چوبی2تاریخچه2تخته‌های چوب سیمان3کلیات:4چند سازه ها با اتصالات معدنی (سیمان):4چند سازه های تقویت شده با الیاف گیاهی:4مواد اولیه:5خواص:5موارد کاربردی:6سیمان پرتلند:6واکنش های شیمیایی هیدراتاسیون:8فراورده های اصلی هیدراتاسیون:8هیدراتاسیون9فرایند تولید سیمان:9حرارت هیدراتاسیون:10مواد مضر در سیمان پرتلند:11مواد لیگنوسلولزی:11چسبندگی مواد لیگنوسلولزی با سیمان:13کاتالیزور های گیرایی سیمان (مواد افزودنی):15فرایند تولید پانل‌های چوب سیمان15فاکتور های موثر بر خصوصیات چند سازه های الیاف سیمان:18فرایند های خمیر سازی:18تکنیک های ساخت:18اثر شرایط گیرایی:18نوع الیاف:18پالایش الیاف:19اثر رنگبری الیاف:19مواد افزودنی:19نسبت الیاف به سیمان:19ترکیبات شیمیایی دیواره سلول و مواد استخراجی چوب:20فصل دوم مروری بر مطالعات انجام شده
2- 1 سابقه تحقیق222- 1 – 1 اثر گونه چوبی:222- 1 -2 تأثیر عوامل بازدارنده چوب:26
2- 1 -2 -1 اثر مواد استخراجی:26
2- 1 -2-2 اثر درون چوب و برون چوب و فصل قطع:27
2- 1 -2-3 اثر پوسیدگی قارچی:28
2- 1 -3 اثرات استفاده از ضایعات کشاورزی و مواد بازیافتی:29
2- 1 -4 اثر تیمارهای مختلف:32
2-1-5 اثر مواد افزودنی:33
الف- اثر مواد معدنی:33
اثر سیلیس (SiO2):35
اثر اسید کرومیک:35
ب –اثر مواد آلی:36
اثر CO2:36
اثر الیاف فایبرگلاس:38
2-1-6 اثر نوع سیمان (سیمان منیزیم):39
2-1-7 اثر نسبت سیمان به چوب:39
فصل سوم نتایج و بحث3-1 ساخت تخته الیاف سیمان از ساقه آرهار:41
3-1-1 مقاومت فشاری43
3-1-2 خصوصیات تخته ها45
3-2 کاه گندم49
3-2-1 سازگاری کاه با سیمان51
3-2-2 روش های سازگارکردن کاه با سیمان52
3-2-3 استفاده از مواد افزودنی برای بهبود چسبندگی کاه-سیمان53
3-2-3-1 دی اکسید کربن CO254
3-2-3-2 مواد پازولانیک54
3-2-3-3 کلرید کلسیم56
3-2-4 خصوصیات مقاومتی الیاف کاه57
3-2-5 هوازدگی57
3-2-6 نوع سیمان58
3-3 پانل های الیاف – سیمان از الیاف گیاه Equisetum59
3-3-1 تست هیدراتاسیون60
3-3-2 خواص تخته ها61
3-4 پانل های الیاف باگاس – سیمان63
3-5 پانل های الیاف – سیمان65
3-6 پانل های الیاف و پوسته نارگیل – سیمان66
3-7 کامپوزیت های سیمانی از پوسته فندق و الیاف کتان67
فصل چهارم نتیجه گیری و پیشنهادات
4-1 نتیجه گیری71
4-2 پیشنهادات73
منابع
منابع مورد استفاده75
فهرست اشکال
عنوان صفحه
جدول 1-1 مواد شیمیایی اصلی تشکیل دهنده سیمان پرتلند 7
جدول1-2 سیمان پرتلند به طور معمول از چهار نسبت اصلی طبق جدول زیر تشکیل شده است8
جدول 1-3 مواد تشکیل دهنده انواع سیمان پرتلند 10
جدول 3-1 مقایسه خصوصیات تخته کامپوزیت ها با استاندارد های لازمه47
جدول 3-2 خواص مقاومتی، ثبات ابعادی و هدایت حرارتی تخته های الیاف Equisteum – سیمان62
فهرست جداول
عنوان صفحه
شکل 3-1 مقایسه حذف مواد استخراجی با آب سرد در یک روز در مواد گیاهی42
شکل 3-2 اثر مواد استخراجی آرهار بر روی زمان گیرایی سیمان 42
شکل 3-3 تاثیر میزان مواد استخراجی بر روی توسعه مقاومت در ملات سیمان44
شکل 3-4 تاثیر دوز تسریع کننده (A) بر روی مقاومت فشاری ملات سیمان شامل 1 درصد مواد استخراجی آرهار44
شکل 3-5 اثر میزان تراشه های آرهار (% نسبت به وزن سیمان) بر روی دانسیته تخته های کامپوزیتی45
شکل 3-6 جذب آب (24 ساعته) میزان تراشه های آرهار (%) نسبت به وزن سیمان46
شکل 3-7 مقاومت خمشی تخته کامپوزیت با میزان تراشه های آرهار (%) نسبت به وزن48
شکل 3-8 اثر تراشه های آرهار (% نسبت به وزن سیمان) بر چسبندگی داخلی تخته ها49
شکل 3-9 اثر SFG و AL بر روی هیدراتاسیون سیمان.61
فصل اول
مقدمه و کلیات
مقدمه
فرآورده‌های مرکب چوبی
با رشد جمعیت، توسعه صنعتی و تکامل جوامع انسانی، تقاضا برای محصولات متنوع چوبی روز افزون می باشد. با توجه به کمبود منابع سلولزی برای پاسخ به این تقاضای فزاینده جمعیت، تولید فراورده های چوبی متنوع و جدید با خصوصیات بهتر و کاربرد وسیعتر و عمر مصرف بیشتر امری اجتناب ناپذیر است. کمبود منابع چوبی در مقایسه با تقاضا برای منابع چوبی در مقایسه با تقاضا برای محصولات مختلف چوبی، بسیاری از کشورهای صنعتی را بر آن داشته است تا با روش‌های گوناگون به تولید محصولاتی با خصوصیات بهتر و بادوام تر و همچنین با استفاده از ضایعات و دور ریز های کارخانه‌های مختلف تولیدات چوبی و مواد اولیه چوبی در دسترس، حداکثر استفاده را بنمایند تا از فشار بیشتر به جنگل‌ها که علاوه بر نقش پر رنگ خود در تولیدات صنعتی، سهم بسزایی در سیستم اکولوژیک و زیست محیطی این کره خاکی دارند، جلوگیری شود. یکی از راهکار های مهم در این زمینه استفاده از فرآورده‌های مرکب چوبی به جای چوب ماسیو که هم از خصوصیات مثبت چوب بتون استفاده نمود و هم این که معایب چوب ماسیو را کاهش داد می‌باشد.
چند سازه ها به هر نوع از ترکیب منابع مختلف فیبری اطلاق می شود که چسب های معدنی یا آلی بین آنها اتصال ایجاد می کند. قدمت تقویت بتن با الیاف به زمانی بر می گردد که مصری ها از کاه و موی دم اسب برای تقویت و بهبود خشت های گلی استفاده کردند در دهه های بعد استفاده از الیاف آزبست در مقیاس تجارتی در خمیر سیمان همراه با اختراع فرایند هاد چسک شروع شد (کاویشگال، (1995) و موهرب (2003) )
تاریخچه
از آنجایی که این فراورده‌ها بر اساس پژوهش‌های آزمایشگاهی و مطالعات خطوط پایلوت شکل گرفته و رشد و توسعه یافته‌اند، لذا رابطه تنگاتنگی با علوم و تکنولوژی روز دارند. بیش از یک قرن از اولین تلاش‌هایی که برای ساخت صفحات فشرده چوبی از ضایعات چوب و مواد اولیه لیگنوسلولزی شروع شد، می‌گذرد. در سال 1887 میلادی Hubbard در آلمان با استفاده از ضایعات چوب و آلبومین خون تحت شرایط حرارت و فشار محصولی را تولید نمود. در سال 1918، Beckman در آلمان نوعی تخته خرده چوب را که سطوح آن از روکش‌های چوبی پوشیده بود ساخت. پژوهش دیگری بنام Freudenberg در سال 1926 ساخت تخته‌هایی را با پوشال رنده و با 3 تا 10 درصد چسب پیشنهاد کرد که تقریباً محدوده مصرف رزین‌ها برای ساخت تخته خرده چوب در صنایع امروزی می‌باشد. بدین ترتیب در آن روزگار تخته خرده چوب به عنوان یک فرآورده چوبی جدید با مشخصات کاربردی ویژه به تدریج وارد عرصه تولید و بازار مصرف شد.
تخته‌های چوب سیمان
نوع دیگری از تخته‌ها که ابداع شده تخته‌های چوب سیمان است که از خرده چوب و سیمان ساخته می‌شوند. این فراورده اولین بار در سال 1914 در اتریش ساخته شده و ماده اتصال دهنده آن منیزیت یا (MgCO2) بود. طی سالیان متمادی حدود 600 میلیون متر مکعب از این تخته‌ها که بیش از 50 درصد مصرف جهانی بود، در اتریش تولید گردید (دوست حسینی، 1380).
در سال 1982 سیمان پرتلند در ساخت این تخته‌ها مورد استفاده قرار گرفت و پس از آن گچ به عنوان عامل اتصال دهنده مصرف شد. کارخانه‌های تولید کننده پانل‌های چوب سیمان در اواخر دهه 1940 در ایالات متحده مستقر شدند. پانل‌هایی که در آن‌ها از اتصال دهنده منیزیت استفاده می‌شد، معمولاً از کیفیت پایین‌تری برخوردار بودند. زیرا ملات منیزیت در برابر رطوبت کاملاً حساس می‌باشد ولی پانل‌های چوب سیمان که از سال 1928 توسعه یافتند، مقاومت بیشتری به رطوبت داشتند.
هدف از تولید پانل‌های چوب سیمان یا فرآورده‌های مرکب چوبی با اتصالات معدنی، ترکیب ذرات آلی مانند چوب و مواد لیگنوسلولزی با اتصال دهنده‌های معدنی از قبیل سیمان، گچ و منیزیت و غیره است. در این فرآیند می‌توان از الیاف دیگر مانند فایبرگلاس‌های مقاوم به مواد قلیایی نیز استفاده نمود به علاوه سایر مواد و مصالح غیر آلی مانند ماسه و شن را نیز می‌توان مورد استفاده قرار داد. الیاف اصلی در ترکیب این پانل‌ها ممکن است به صورت منظم (جهت دار) و یا به حالت تصادفی قرار بگیرند.
اخیراً این فراورده‌ها جهت مصرف در طرح‌های ساختمانی کشور های صنعتی و همچنین کشورهای در حال توسعه مورد توجه زیادی قرار گرفته است. نظر به اینکه سیمان یک ماده نسبتاً ارزان و فراوان است به عنوان اتصال دهنده در ساخت این پانل‌ها مصرف می‌شود، لذا تقاضا برای این محصول به ویژه در کشورهایی که از لحاظ تأمین رزین های مصنوعی برای ساخت تخته خرده چوب و تخته فیبر با مشکلاتی مواجهند، رو به افزایش است.
کلیات:
چند سازه ها با اتصالات معدنی (سیمان):
چند سازه ها با اتصالات سیمانی سلولزیک فراورده هایی هستند که مواد لیفی شبیه چوب یا بقایای کشاورزی به شکل رشته چوب، خرده چوب، تراشه ها، ذرات یا الیاف چوبی با سیمان پرتلند اتصال داده شده اند. این فراورده ها با توجه به خصوصیات کاربردی بارز، وسعت کاربرد آنها و پیشرفت سریع تکنولوژی تولید این فراورده ها در دهه های اخیر در مقایسه با سایر فراورده های چوبی با اتصال چسب های مصنوعی به یک محصول استراتژیک در صنعت ساختمان سازی در بازار جهانی تبدیل شده است. این فراورده ها در بازار تجارتی به 3 دسته اصلی تقسیم می گردند.
– تخته رشته چوب – سیمان (WWCB)
– تخته خرده چوب – سیمان (CBP)
– تخته فیبر – سیمان (FCB)
چند سازه های تقویت شده با الیاف گیاهی:
چند سازه سیمانی تقویت شده با الیاف گیاهی از جمله فراورده های مرکب مهندسی شده چوب از خانواده چند سازه های ساحتمانی می باشند که از ترکیب سیمان پرتلند با خمیر الیاف گیاهی تشکیل می گردند و دارای 6 الی 13 درصد وزنی البیاف چوبی می باشند (کاویشگال، 1995). امروزه چند سازه های تقویت شده با الیاف گیاهی در مقایسه با سایر الیاف از قبیل شیشه، فلز، کربن و … به علت تجدید پذیر بودن، بی خطر بودن برای انسان، تکنولوژی پیشرفته تولید و در دسترس بودن با هزینه نسبتا پایین به عنوان مناسب ترین جایگزین آزبست در صنعت ساختمان سازی رشد چشمگیری یافته است (موهرب، 2003). این فراورده به علت پیشرفت سریع تکنولوژی تولید آن، کاربرد وسیع و عدم انتشار گاز ها (انتشار گاز فرمالدئید) و خطرات ناشی از آن برای انسان، مصرف آن به عنوان ماده ساختمانی مطلوب مورد توجه قرار گرفته است.
مواد اولیه:
الیاف مورد مصرف در ساخت چند سازه های الیاف سیمان طی فرایند های مختلف شیمیایی، مکانیکی، گرمایی و روشهای ترکیبی از گونه های چوبی سوزنی برگان و پهن برگان، گونه های غیر چوبی نظیر کنف، نارگیل، باگاس، بامبو و گیاهان زراعی استحال می شود و علاوه بر آن الیاف بازیافتی حاصل از کاغذ باطله، پساب کارخانجات خمیر و کاغذ و تخته فیبر نیز مورد استفده قرار می گیرد. همچنین برای ساخت پانل های چوب سیمان از تراشه، رشته، پوشال و الیاف چوبی استفاده می شود (ولی زاده، 1383).
خواص:
این محصولات به طور کلی دارای خواص زیر می‌باشند:
مقاومت آن‌ها در مقابل کشش و خمش خوب است.
تبدیل آن‌ها به اندازه‌ای مختلف و دلخواه آسان است.
پیچ را خوب نگه می‌دارد و میخ به آسانی در آن فرو می‌رود.
در مقابل گرما، سرما، صدا و رطوبت عایقی قوی و ممتاز می‌باشند.
اثرات پوسیدگی قارچی بر روی آن‌ها کم می‌باشد.
برای انواع اندود، روکش، نصب پلاکت‌های سنگی و … مناسب می‌باشد. کار ساختمانی با آن سریع پیش می‌رود .
با استفاده از این نوع ورقه‌ها در ساختمان مصرف انواع آهن و فولاد در ساختمان کاهش می‌یابد و وزن سازه کمتر می‌گردد.
سطح مفید زیر بنا افزایش قابل ملاحظه‌ایمی‌یابد.
برای ساختمان چند طبقه به جای اسکلت بندی یا بتن آرمه می‌توان از ورقه‌های چوب سیمان استفاده نمود.
از دیگر خصوصیات مطلوب پانل‌های چوب سیمان می‌توان قابلیت کار و ماشین کاری این پانل‌ها و قابلیت چسب زنی مطلوب آن‌ها را نام برد. زیرا این صفحات به دلیل دارا بودن حجم نسبتاً زیادی از چوب دارای خصوصیات تخته خرده چوب بوده و به علت وجود لایه نازک چوبی در سطح خارجی این صفحات می‌توان عملیات چسب زنی بر روی آن‌ها انجام داده و از هر نوع چسبی استفاده نمود (شعرائی راد و پارساپژوه، 1354).
موارد کاربردی:
این فراورده در مقیاس گسترده برای پوشش بام، ساختار های پیش ساخته، دیوار کوب، کف اتاق، سقف، درهای ضد آتش، کف پوش، پوشش داخلی حمام و رختشویی، عایق صوتی، کاربر وسیعی در منازل مسکونی پیدا کرده اند و همچنین به صورت فراورده های قالبی برای مصارف داخلی نظیر کابینت، قاب سازی، قفسه سازی، نرده و پلکان مورد استفاده قرار می گیرد.
سیمان پرتلند:
یکی از اتصال دهنده‌های معدنی که در ساخت پانل‌های چوبی کاربرد صنعتی یافته و در مقیاس گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیمان پرتلند است. کلمه پرتلند که معمولاً به دنبال سیمان می‌آید نام جزیره‌ای در جنوب انگلستان است. در سال 1834 فردی بنام جوزت آسپیدین موفق به تهیه مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس گردید این مخلوط مزبور را به دلیل هم رنگی با سنگ‌های آهکی آن منطقه، سیمان پرتلند نامید.
به طور کلی سیمان را به عنوان ماده‌ای که دارای خواص چسبندگی و چسبانندگی بوده و قادر است ذرات مختلف را به هم بچسباند تا به صورت جسم یک پارچه و متراکم درآیند، توصیف می‌کنند. البته این تعریف انواع متعددی از مواد سیمانی را در برمی گیرد. اجزاء اصلی سیمان را ترکیبات آهکی تشکیل می‌دهند و در مهندسی ساختمان نیز معمولاً سیمان‌های آهکی مورد استفاده می‌باشند. سیمان‌های مورد نیاز در ساخت بتون دارای خاصیت گیرایی و سخت شدن در مجاور آب، در اثر واکنش‌های شیمیایی با آن بوده و به سیمان‌های هیدرولیکی معروفند. سیمان‌های هیدرولیکی عمدتاً از سیلیکات‌ها و آلومینات های آهک تشکیل شده‌اند و به طور کلی می‌توان آن‌ها را به سیمان‌های طبیعی و پرتلند طبقه بندی نمود.
سیمان پرتلند پودر نرمی است که میل ترکیبی آن با آب زیاد است و از چهار جزء اصلی تشکیل شده که عبارتند از آهک، اکسید آلومینیوم، اکسید سیلیسیوم و اکسید آهن.
حضور یکی از عناصر آهن یا آلومینیوم برای تولید سیمان کافی است. سایر عناصر طبیعی که در سیمان وجود دارند به مقدار کمی بوده و اهمیت چندانی ندارند.
جدول 1-1 مواد شیمیایی اصلی تشکیل دهنده سیمان پرتلند را نشان می‌دهد. به طوری که ملاحظه می‌گردد آهک دارای بیشترین سهم در بین این مواد می‌باشد.

جدول 1-1 مواد شیمیایی اصلی تشکیل دهنده سیمان پرتلند (سید عسکری، 1368)
نوع مواد مقدار درصد
آهک
سیلیس
اکسید آلومینیوم
اکسید آهن
اکسید منیزیم
سولفات
اکسید سدیم یا پتاسیم 67-60
25-17
8-3
6-5/0
4-1/0
3-1
3/1-5/0
سیمان پرتلند، مشخص ترین و پرمصرف ترین چسب معدنی است که در ساخت چند سازه های با اتصال معدنی به کار می رود و یک نوع سیمان هیدرولیکی است. براساس استاندارد 150 ASTM به پنج نوع سیمان معمولی (نوع 1)، سیمان اصلاح شده (نوع 2)، سیمان زود گیر (نوع 3)، سیمان کم حرارت (نوع 4) سیمان ضد سولفات (نوع 5) تقسیم می شوند. دو نوع سیمان نوع 1 استاندارد و پرتلند زود گیر نوع 2 در تولید پانل‌های چوب سیمان استفاده‌میگردد. سیمان پرتلند آماده مصرف دارای مقادیری مواد غیر آلی است که در تماس با آب شکل گرفته و سخت می‌شوند. همه اجرای سیمان انیدر می‌باشد و در زمان تماس با آب ترکیبات هیدراته را تشکیل می‌دهند. بخش اصلی سیمان نوع 1 سیلیکات تری کلسیم است که در تماس با آب و در اثر هیدراتاسیون هیدروکسید کلسیم تشکیل می‌شود در اثر هیدراتاسیون کریستال‌های صاف و سوزنی و شش وجهی تشکیل می‌گردد و سخت شدن سیمان همراه با افزایش کریستال می‌باشد. در اثر هیدراتاسیون دانه‌های سیمان تجزیه شده و به جسم متخلخل کریستالی موسوم به ژل تبدیل می‌شود .هر سانتیمتر مکعب سیمان خشک به حدود 2 سانتیمتر مکعب محصول هیدراتاسیون تبدیل می‌گردد. مقدار آبی که برای هیدراتاسیون لازم است حدود 30 تا 35 درصد وزن سیمان است. فرایند سفت شدن سیمان را گیرایی می‌گویند. دوره گیرایی نخستین مرحله واکنش‌های مخلوط آب و سیمان است که طی ان واکنش‌ها سریعاً انجام می‌شود و فرایند سخت شدن مرحله بعدی است که به کندی انجام می‌شود.
جدول1-2 سیمان پرتلند به طور معمول از چهار نسبت اصلی طبق جدول زیر تشکیل شده است
نام ترکیبات اکسید ترکیبات علامت اختصاری
تری کلسیم سیلیکات 3CaO.SiO2 C3S
دی کلسیم سیلیکات 2CaO.SiO2 C2S
تری کلسیم آلومینات 3CaO.Al2O3 C3A
تترا کلسیم آلومینوفریک 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF
واکنش های شیمیایی هیدراتاسیون:
2C3S + 6H → C3S2H3 + 3Ca(OH)2
(tricalcium silicate) + (water) → (calcium silicate hydrate) + ca(OH)2
2C2S + 4H → C3S2H3 + Ca (OH)2
(dicalcium silicate) + (water) → (calcium silicate hydrate) + (calcium hydroxide)
فراورده های اصلی هیدراتاسیون:
سیلیکات کلسیم هیدراته شده (CSH) (50 الی 60 درصد خمیر سیمان هیدراته شده)
هیدروکسید کلسیم Ca (OH)2 (25 – 20 درصد)
سولفوآلومینات کلسیم
آب
هیدراتاسیون:
هیدراتاسیون فرایندی است که در آن آب با ماده ای واکنش می دهد. هیدراتاسیون سیمان به همراه جامد سازی است. یعنی ابتدا حالت پلاستیکی یعنی جامد شدن یا تغییر شکل دائمی تشکیل می شود (خمیر سیمان) و بعد به جامد سنگی مانندی، که سخت شدن خمیر سیمان گفته می شود، تبدیل می شود، فرایند جامد سازی در دو مرحله صورت می گیرد.
فرایند تولید سیمان:
فرایند ساخت سیمان ممکن است به روش خشک یا تر باشد. در روش خشک مواد اولیه پس از خرد شدن در یک خشک کن دوار خشک می‌شوند . سپس در آسیاب به ذرات به اندازه مورد نظر تبدیل می‌شوند . موادوارد کوره پخت که استوانه‌ای بلند و مایل چرخان استمی‌گردند. مواد از دهانه بالای کوره وارد شده و با چرخشطی مسیر کوره به ماده‌ای دانه‌ای و متخلخل بنام کلینکر تبدیل می‌گردند. کلینکر بعداً وارد خنک کننده می‌شود . در مرحله آخر در آسیاب به صورت پودر سیمان در می‌آید برای سخت نشدن سیمان مقداری گچ به آن اضافه می‌شود. در روش‌تر برای مخلوط کردن مواد از آب استفاده می‌شود. مواد در آب به صورت محلول در می آیند سپس مواد به کوره وارد می‌شوند و به حالت کلینکر در میآیند و بعد مانند روش قبل عمل می‌شود (دوست حسینی، 1380).
به طور کلی تولید سیمان پرتلند شامل مراحل زیر می‌باشد:
خرد کردن جداگانه مواد خشک اولیه.
انتخاب نسبت‌های لازم از مواد.
نرم کردن مواد اولیه که با نسبت‌هایکاملاً دقیق مخلوط شده‌اند.
حرارت دادن مخلوط تا درجه حرارت نزدیک به ذوب جهت تهیه کلینکر.
خنک کردن کلینکر.
افزایش فیبر کلسینه جهت کنترل میزان گیرش.
خرد کردن کلینکر به یک پودر نرم.
انبار کردن سیمان و بسته بندی (عزیزیان، 1385).
جدول 1-2 مواد تشکیل دهنده انواع سیمان پرتلند (سید عسکری، 1368)
نوع مواد نوع 1 نوع 2 نوع 3 نوع 4 نوع 5
آهک
سیلیس
اکسید آلومینیوم
اکسید آهن
سیلیکات تری کلسیم
سیلیکات دی کلسیم
آلومینات کلسیم
ترکیبات آهن 1/63
6/ 20
3/6
6/3
40
20
11
11 4/63
5/21
3/5
3/3
45
5/20
10
10 5/64
7/20
2/5
9/2
50
21
9
9 1/60
5/22
4/5
6/4
25
45
6
12 64
4/24
7/3
3
40
40
5
9
حرارت هیدراتاسیون:
هیدراتاسیون، همانند بسیاری از واکنش‌های شیمیایی گرمازا است و در جریان آن گرمایی معادل 500 ژول در هر گرم سیمان، آزاد می‌شود. چون قابلیت هدایت حرارتی بتون پایین است و مانند یک عایق عمل می‌کند، لذا حرارت قسمت‌های داخلی یک توده بزرگ بتونی مانند بتون ریزی سدها بالا می‌رود. در همین حالت قسمت‌های خارجی بتون مقداری حرارت از می‌دهند و گرادیان حرارتی شدیدی را به وجود می‌آورند. اما از طرف دیگر حرارت تولید شده در اثر هیدراتاسیون سیمان از یخ‌زدگی آب داخل لوله‌های مویین (خلل و فرج موئینه) بتن تازه ریخته شده در هوای سرد، جلوگیری می‌کند و بنابراین در این جا آزاد شدن حرارت زیاد مفید است. آگاهی از ظرفیت حرارت زایی سیمان‌های مختلف در جریان هیدراتاسیون، امکان می‌دهد تا مناسب‌ترین نوع سیمان انتخاب گشته و از افزودنی‌های شیمیایی مناسب استفاده شود. تولید حرارت که از هنگام تماس آب و سیمان رو به افزایش است به تدریج کاهش یافته و بار دیگر با از بین رفتن حالت پلاستیکی خمیر، معمولاً از 40 تا 140 دقیقه طول می‌کشد، تشدید می‌گردد (سید عسکری، 1368).
مقدار این گرما و سرعت آزاد شدن آن به نوع و نرمی سیمان بستگی دارد. متداول‌ترین روش برای تعیین حرارت هیدراتاسیون، اندازه گیری حرارت محلولی حاوی پودر سیمان و حرارت محلول دیگری از همان سیمان است که مدت معینی تا حدی هیدراته شده باشد. تفاوت درجه حرارت این دو، حرارت هیدراتاسیون برای آن مدت خواهد بود. برای پی بردن به پیشرفت هیدراتاسیون سیمان می‌توان از روش‌های مختلفی مثل اندازه گیری مقدار Ca(OH)2 موجود در خمیر سیمان، مقدار گرمای هیدراتاسیون، دانسیته ویژه خمیر، مقدار سیمان هیدراته با بکار بردن آنالیز کمی اشعه X و مقدار آب شیمیایی، استفاده کرد (سید عسکری، 1368).
مواد مضر در سیمان پرتلند:
مهم‌ترین موادی که در سیمان پرتلند موجب تخریب و کوتاه شدن عمر بتن می‌گردند عبارتند از: آهک آزاد، اکسید منیزیم آزاد و قلیایی‌های آزاد می‌باشند. سیمان اگر قبل از مصرف در یک محیط مرطوب قرار گیرد، جذب رطوبت کرده و رطوبت کارائی آن را کاهش می‌دهد. سیمانی که از کوره خارج می‌شود هیچ گونه افت وزنی حرارتی ندارد، پس از جذب رطوبت باید افت وزن حرارتی آن اندازه گرفته شده و بیش از مقادیر مجاز ذکر شده در جدول مشخصات شیمیایی سیمان نباشد (رفیعی، 1361).
مواد لیگنوسلولزی:
قند های ساده مواد فنلی در چوب مانع گیرایی سیمان می‌شوند و از این رو کامپوزیت‌های چوب – سیمان می‌توانند تنها با استفاده از گونه‌های چوبی که ترکیبات کمی از این مواد دارند، ساخته شوند. به طور کلی پهن برگان به علت محتوای بیشتر همی سلولز، مواد فنلی و قندها نسبت به سوزنی برگان در ترکیب با سیمان ناسازگارترند. به همین دلیل بسیاری از پهن برگان که در رویشگاه‌های طبیعی خود می‌رویند، برای ساخت کامپوزیت‌های چوب – سیمان نامناسبند. برای مثال در آسیاب که اغلب جنگل‌ها و جنگل کاری‌ها از پهن برگان هستند، در تولید فراورده‌های چوب – سیمان باید گزینش صحیح و دقیقی از درختان با توجه به سن آن‌ها به دلیل مقدار درون چوب بیشتر در گونه‌های مسن‌تر، صورت پذیرد. مطالعات زیادی در مورد انتخاب گونه‌های سازگارتر برای ساخت این فراورده‌های مرکب انجام شده است و گونه‌های مناسب در هر منطقه برای ساخت این محصولات مشخص شده‌اند. مثلاً تحقیقات اخیر در فیلیپین نشان داده‌اند که علاوه بر گونه‌های بومی مناسب، برخی از گونه‌های غیر بومی استرالیایی کاشته شده در این کشور که قابلیت رشد خوبی از خود نشان داده‌اند، نظیر اکالیپتوس‌ها و آکاسیا از نظر تکنیکی امکان مصرف در ساخت چوب – سیمان را دارند که این مسئله علاوه بر تأمین مواد اولیه برای تولید کنندگان، به پرورش دهندگان نهال‌های اکالیپتوس و آکاسیا و جنگل کاران و دارندگان این نهالستان‌ها فرصت‌های بیشتری می‌دهد تا بازارشان را برای گونه‌های مذکور توسعه دهند (یوزیبیو، 2003).
معمولاً برای به حداقل رساندن تأثیرات محدود کننده گیرایی سیمان توسط قندهای ساده و غیره، خرده چوب‌ها قبل از ساخت تخته در آب شستشو می‌شوند، با این روش سازگاری چوب با سیمان به مقدار قابل توجهی افزایش می‌یابد. یکی از روش‌های مورد استفاده که فرایند ساخت را بهبود خواهد بخشید، انبار و ذخیره سازی گردبینهها و الوارها قبل از تبدیل آن‌هاست. بدین ترتیب مشخص شده که با انبار کردن چوب‌ها به مدت 14 تا 20 هفته، مواد قندی در آن‌ها به حداقل کاهش یافته و روش استخراج با آب سرد جهت از بین بردن عوامل بازدارنده گیرایی سیمان در چوب غیر ضروری می‌گردد. این روش استفاده از مقادیر زیاد آب و فضا برای غوطهوری و مصرف انرژی جهت خشک نمودن خرده چوب‌ها را برطرف سازد. البته طول مدت نگهداری مواد اولیه چوبی به نوع چوب و شرایط آب و هوایی هر منطقه بستگی دارد. در مدتی که چوب‌ها انبار می‌شوند مواد قندی آن‌ها به حداقل کاهش یافته و سازگاری چوب با سیمان بهبود می‌یابد ولی اگر مدت ذخیره کردن آن بیش از حد مورد نیاز باشد، باعث پوسیدگی چوب می‌شود (مسلمی، 1984).
به منظور گسترش مواد خام برای این فراورده‌های مرکب، برخی ضایعات و محصولات کشاورزی نیز جهت تولید تخته به کار گرفته شدند. تفاله نیشکر (باگاس) و تراشه‌های نخل با هر دو روش معمولی و گیرایی سریع تخته توسط تزریق CO2 مورد استفاده قرار گرفتند. همچنین مطالعات اولیه در بکارگیری ساقه تنباکو، فیبر های درخت نارگیل، ساقه پنبه و برخی گونه‌های بامبو برای تخته‌های چوب – سیمان امکان پذیر بودن تکنیکی آن را نشان داده است. تخته‌های ساخته شده از این مواد چنانچه با پیش تیمارهای مناسب به کار گرفته شوند، ویژگی‌های قابل قبولی دارند (یوزیبیو، 2003).
به هر حال مواد خامی که در فرآیندهای تولید کارخانجات چوب سیمان استفاده می‌شوند، جدای از خواص به امکانات و دسترسی این کارخانه‌ها به منابع نیز بستگی دارند و از طرف دیگر یکی از فاکتورهای اصلی در تعیین استقرار کارخانه و ایجاد آن‌ها در نواحی مختلف می‌باشند. با توجه به اینکه سیمان مورد استفاده در ساخت پانل‌های چوب سیمان از نوع سیمان پرتلند می‌باشد، در قسمت زیر منحصراً به ویژگی‌های کاربردی آن اشاره می‌شود:
چسبندگی مواد لیگنوسلولزی با سیمان:
یکی از مسائل عمده در تولید صفحات چوب سیمان، عدم سازگاری گونه‌های چوبی و مواد لیگنوسلولزی با سیمان پرتلند و محدودیت‌های اتصال ذرات با سیمان است. بسیاری از چوب‌ها دارای مقادیری مواد آلی می‌باشند که مشکلاتی را در گیرایی سیمان و چسبندگی آن با چوب ایجاد می‌کنند. پژوهش‌های به عمل آمده در این مورد نشان می‌دهند که با افزودن خرده چوب به سیمان، اختلالی در الگوی هیدراتاسیون آن به وجود می‌آید. چوب‌های پهن برگ معمولاً بیشتر از چوب‌های سوزنی برگ در برابر عمل هیدراتاسیون مقاومت نشان می‌دهند (دوست حسینی، 1380).
دلیل این امر وجود مقدار زیادی همی سلولز های هیدرولیز شونده در چوب‌های پهن برگ است. علاوه بر آن، چوب‌های پهن برگ یا سوزنی برگ، حاوی مواد دیگری مانند نشاسته، تاننها، قندها و برخی فنلها نیز می‌باشند که این مشکل را تشدید می‌کنند.
محیط قلیایی که به واسطه سیمان ایجاد می‌شود، همی سلولزها و مواد استخراجی را حل کرده و آن‌ها نیز به نوبه خود به عنوان بازدارنده‌هایی در برابر سیمان واکنش نشان می‌دهند. گلوکز، به طور قابل ملاحظه‌ای اختلال در هیدراتاسیون سیمان را تشدید می‌کند. سلوبیوز چوب‌های نرم پوسیده نیز، مانع بزرگی در گیرایی سیمان و ایجاد اتصال می‌باشد. عدم گیرایی سیمان به وسیله قندهای محلول در آب به علت تشکیل یک لایه پوشش دهنده بر روی سطوح ذرات سیمان بوده که از ورود آب جلوگیری نموده و در نتیجه گیرایی سیمان انجام نمی‌گیرد (دوست حسینی، 1380).
حذف مواد استخراجی محلول در آب و مصرف مواد افزودنی مناسب به سازگاری ترکیب چوب با سیمان کمک می‌کند. در حال حاضر نمی‌توان از همه گونه‌های چوبی و مواد لیگنوسلولزی به نحو مطلوبی در ساخت پانل‌های چوب سیمان بهره گرفت. به همین دلیل صنایع تولید کننده فراورده‌های چوب سیمان، برخی از گونه‌های شناخته شده را مورد استفاده قرار می‌دهند. احتمالاً در آینده با انجام تحقیقات بیشتری، امکان اقتصادی مصرف همه گونه‌های پهن برگ و سوزنی برگ در ساخت پانل‌های چوب سیمان فراهم خواهد شد (دوست حسینی، 1380).
به طور کلی فرایند چسبندگی بین خرده چوب و سیمان را می‌توان به 3 مرحله تقسیم کرد.
اولین مرحله شیمیایی است که به واکنش‌های اولیه هیدراتاسیون چوب سیمان مربوط می‌گردد.
مرحله دوم یک مرحله شیمیایی و فیزیکی است که در طی آن سیمان شروع به متبلور شدن می‌کند و به دور الیاف لیگنوسلولزی شبکه می‌سازد.
مرحله سوم یک مرحله فیزیکی است و ممکن است سال‌ها طول انجامد.
اثرات فیزیکی – شیمیایی که در طی مراحل اولیه تماس میان خمیر سیمان قلیایی و چوب رخ می‌دهد، سبب جذب آب و نمک حل شده (عمدتاً هیدرو اکسید کلسیم) توسط چوب می‌گردد و باعث تورم می‌شود.
این تورم عمدتاً در همی سلولزها رخ می‌دهد و دلیل آن هم بی نظمی و شاخه دار بودن همی سلولز است. با حرکت کاتیون‌ها و یون‌های هیدروکسید به داخل دیواره سلولی، عناصر ویژه چوب نظیر ترکیبات فنولیک، کربوهیدرات‌های ساده و همی سلولزها، کمکم با نمک حل شده ترکیب می‌شوند. این فرایند پیوند هیدروژنی را شکسته و ترکیبات یونی جدیدی را تشکیل می‌دهد که چوب را بیشتر متورم می‌سازد. این ترکیبات می‌توانند مراحل بعدی هیدراتاسیون و مرحله سخت شدن را به تعویق بیندازند. علاوه بر این حرکت آب از چوب به سیمان می‌تواند باعث انقباض ذرات چوب شود و در نتیجه قدرت چسبندگی را کاهش دهد (دوست حسینی، 1380).
بدیهی است که بهبود سازگاری چوب با سیمان، منجر به تولید تخته‌هایی با خواص بهتر می‌شود. همچنین برای بالا بردن درجه سازگاری بین این دو ماده تدابیری همچون نگهداری و ذخیره کردن مواد اولیه چوبی و استفاده از مواد افزودنی مناسب اتخاذ شده است. در بسیاری از مواد لازم است که به کمک مواد افزودنی مناسب از ایجاد محیط قلیایی بر روی دیواره سلول چوب جلوگیری نموده و یا به وسیله جلوگیری از انتشار مواد خنثی کننده گیرایی سیمان، سرعت گیرایی سیمان، را در مرحله اولیه گیرایی تسریع نمود (دوست حسینی، 1380).
کاتالیزور های گیرایی سیمان (مواد افزودنی):
تسریع کننده‌های شیمیایی (کاتالیزورها) نقش مهمی را در فرایند هیدراتاسیون سیمان ایفا می‌کنند. این مواد افزودنی هنگامی که با مخلوط چوب – سیمان ترکیب می‌شوند، خصوصیات هیدراتاسیون سیمان و کامپوزیت‌های سیمانی را تحت تأثیر قرار می‌دهند. این مواد گیرایی سیمان را تسریع نموده و تأثیر مواد استخراجی با وزن مولکولی پایین و محدود کننده گیرایی را که در اغلب گونه‌های چوبی یافت می‌شود به حداقل رسانده و بنابراین مقاومت تخته‌ها را افزایش می‌دهد. برخی از آن‌ها از ایجاد محیط قلیایی بر روی دیواره سلول چوب جلوگیری نموده و یا به وسیله جلوگیری از انتشار مواد خنثی کننده گیرایی سیمان، سرعت گیرایی سیمان را در مراحل اولیه گیرایی تسریع می‌کنند. تعداد زیادی از ماد شیمیایی به عنوان کاتالیزور در جهت افزایش گیرایی سیمان و همچنین خنثی سازی مواد قندی و محدود کننده‌های گیرایی شناسایی شده و در ساخت این فراورده به کار گرفته می شوند.
برخی مانندمنو متانول آمین و دی اتانول آمین، کلرید کلسیم و سولفات آلومینیوم جهت افزایش گیرایی سیمان مورد استفاده قرار گرفته‌اند (دوست حسینی، 1380).
فرایند تولید پانل‌های چوب سیمان
یکی از فرآورده‌های متداول چوب سیمان که قدمت آن در ایالات متحده به بیش از نیم قرن می‌رسد، پانل‌های اکسلسیوریا صفحات رشته چوب با سیمان است. این پانل‌ها که در ساختمان، به ویژه پوشش‌های داخلی سقف و دیوارها کاربرد گسترده‌ای دارند، نسبتاً سبک بوده و دانسیته آن‌ها (پانل‌های مخصوص سقف) به حدود 6/0 گرم بر سانتی متر مکعب می‌رسد. ماده اولیه این فرآورده‌ها، سیمان پرتلند و رشته چوب (اکسلسیور) است که از گردبینه های پوست کنی شده صنوبر یا سوزنی برگان تهیه میگردد. رطوبت چوب در مرحله تبدیل به رشته چوب تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر کیفیت پانل‌های چوب سیمان داشته و حد اپتیمم آن برای چوب صنوبر 20 تا 22 درصد و برای چوب کاج 30 تا 35 درصد می‌باشد.
در فرآیند تولید پانل‌های اکسلسیور، لازم است رشته چوب‌ها با آب، سیمان و مواد افزودنی در یک بهم زن مخلوط گردند. سپس این مواد به دستگاه‌های فرمینگ انتقال یافته و کیک خرده چوب سیمان را که ضخامتی حدود سه برابر تخته نهایی دارد، تشکیل می‌دهند. شایان ذکر است که دستگاه‌های فرمینگ در این فرآیند، نسبت به فرآیند تولید تخته خرده چوب از فناوری و دقت پایین‌تری برخوردارند. مواد مخلوط شده به طور آزاد داخل قالبی که بر روی یک صفحه فلزی یا تخته لایه ضد آب قرار دارد، رها شده و پخش می‌شوند. بعد از این مرحله، لازم است کیک آماده شده جهت فشردگی به پرس حمل گردد. پرس‌های متداول مورد استفاده قادرند در هر نوبت 13 تا 17 تخته را پرس کنند. در مرحله پرس جهت تثبیت و محافظت لبه‌های تخته از دستک‌های نازک چوب که در چهار طرف کیک قرار می‌گیرند، استفاده می‌شود. صفحات متراکم شده را بایستی چند ساعت در قالب‌های ویژه‌ای تحت فشار (قید) قرار داد، تا سیمان به گیرایی و استحکام اولیه خود برسد. بعد از پرس، پانل‌های قید شده حدود 6 تا 8 ساعت در محفظه‌های گرمی با دمای 40 تا 80 درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شوند، تا بتوان آن‌ها را از قالب‌های گیره دار آزاد نمود. سپس این تخته‌ها را می‌توان به یارد کارخانه (هوای آزاد) منتقل کرده و جهت دست‌یابی به گیرایی و مقاومت مورد نظر، دستک گذاری و دسته بندی نمود. پانل‌های چوب سیمان بایستی حداقل یک هفته در این وضعیت باقی بمانند، تا حدود سختی و استحکام نهایی خود را بدست آورند. این پانل‌ها بعد از کناره بری، سنباده زنی شده و جهت پرداخت نهایی آماده می‌گردند.
برای ساخت پانل‌های چوب سیمان سنگین که بیشتر در اروپا و ژاپن متداولند، از خرده چوب‌های معمولی با ضخامت 2/0 تا 3/0 میلی متر و طول 10 تا 30 میلی‌متر که از چوب‌های بدون پوست تهیه می‌شوند، استفاده می‌گردد. جهت تولید پانل‌های سه لایه، بایستی خرده چوب‌های ریز و درشت قبلاً تفکیک شده و به طور جداگانه با آب، سیمان و مواد افزودنی مخلوط می‌شوند. نسبت چوب و سیمان در ماده اولیه حدود 25 تا 35 درصد چوب و 65 تا 75 درصد سیمان است، که در صورت لزوم می‌توان این نسبت‌ها را تغییر داده و تخته‌هایی با ویژگی‌های مورد نیاز را تولید نمود. ذرات خرده چوب مخلوط شده با سیمان را می‌توان به طور تصادفی، جهت تولید تخته‌های همسان در یک لایه پخش نموده و یا اینکه آن‌ها را به صورت سه لایه و تدریجی فرم دهی نمود. در بعضی از فرآیندها به منظور بهبود مقاومت خمشی تخته، خرده چوب‌های لایه سطحی را در طول پانل جهت دار می‌کنند. امروزه با رشد و توسعه فناوری تولید پانل‌های چوب سیمان، استفاده از سیستم‌های پنوماتیک یا بادی جهت ساخت تخته‌های تدریجی امکان پذیر گشته است. این دستگاه‌ها کیک خرده چوب سیمان را به طور پیوسته تشکیل می‌دهند. جهت یکنواختی خواص پانل‌ها، ریزش مواد و وزن کیک در این مرحله دقیقاً کنترل می‌گردند.
کیک‌های آماده شده به صورت دسته‌های چند تایی، در داخل قالب‌های ویژه‌ای که مجهز به گیره می‌باشند، بارگیری شده و به پرس منتقل می‌گردند. پرس‌های مورد استفاده در فرآیند ساخت پانل‌های چوب سیمان از نوع یک یا چند طبقه بوده و قادرند کیک را با فشاری حدود 5/1 تا 5 مگا پاسکال متراکم سازند. از آنجایی که لازم است کیک‌ها بعد از پرس نیز جهت مقاومت در برابر تنش‌های ناشی از واکشیدگی ذرات چوب و نیز بهبود چسبندگی داخلی، تحت فشار باقی بمانند، لذا آن‌ها را در داخل قاب‌های گیره دار تحت قید از پرس خارج و به محفظه هوای گرم که دمای آن به 80 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، انتقال می‌دهند. جهت دستیای به سختی و مقاومت حداقل، لازم است پانل‌های فشرده شده حدود 6 تا 8 ساعت در این شرایط نگهداری شوند.
صفحات حاصل که دارای استحکام کمی می‌باشند، باید از قالب (قید) جدا شده و مجدداً در هوای آزاد دسته بندی گردند. مدت باقی ماندن پانل‌ها در یارد، بسته به ویژگی‌های ماده اولیه و خواص تخته‌های مورد نظر از 7 تا 28 روز تغییر می‌کند. در این مدت تخته‌ها حدود 80 درصد مقاومت‌های نهایی خود را بدست می‌آورند. در پایان پانل‌ها را که روی لبه قرار دارند، به طور پیوسته از داخل یک کانال هوای گرم با دمای 65 تا 105 درجه سانتی‌گراد عبور می‌دهند. پانل‌های حاصل بعد از کناره بری، باید جهت پرداخت‌های نهایی سمباده زنی شوند.
از ابداعات جدید در فناوری تولید پانل‌های چوب سیمان، تزریق دی اکسید کربن به داخل کیک خرده چوب سیمان در مرحله پرس است، که منجر به افزایش سریع مقاومت‌های اولیه تخته و کوتاه شدن زمان پرس می‌گردد، به نحوی که می‌توان پانل‌های چوب سیمان را بعد از چند دقیقه از پرس خارج نمود. تزریق دی اکسید کربن از طریق صفحات منفذ دار پرس‌هایی که کناره‌های صفحات آن‌ها کاملاً بسته است، صورت می‌گیرد. در این فرآیند دی اکسید کربن، هیدروکسید کلسیم را که در طی دوره هیدراتاسیون سیمان آزاد می‌شود، به کربنات کلسیم تبدیل کرده و واکنش گرمازای هیدراتاسیون سیمان را سرعت می‌بخشد، که نتیجه آن افزایش سریع حرارت هیدراتاسیون سیمان است. این واکنش با سرعت بخشیدن به گیرایی سیمان و افزایش مقاومت‌های اولیه پانل‌های چوب سیمان، زمان پرس آن‌ها را تا حدود 5 دقیقه کاهش می‌دهد. شایان ذکر است که گیرایی کامل سیمان پرتلند به آهستگی صورت گرفته و حدود یک تا چهار هفته زمان لازم است، تا پانل‌های مورد نظر به مقاومت‌های نهایی و کیفیت مطلوب دست یابند.
فاکتور های موثر بر خصوصیات چند سازه های الیاف سیمان:
عوامل بسیاری بر هیدراتاسیون سیمان، اتصال الیاف لیگنوسلولزی همراه با سیمان پرتلند و خصوصیات چند سازه های الیاف سیمان تاثیر می گذارند که مهمترین این عوامل به شرح زیر می باشد:
فرایند های خمیر سازی:
فرایندهای خمیر شیمیایی که به خمیر کرافت منسوب می شوند بزرگترین بخش از تولید خمیر الیاف برای تولید فراوردهای سیمانی تقویت شده با الیاف سلولزی را به خود اختصاص می دهد، ولی الیاف خمیر مکانیکی بدون فرایند شیمیایی TMP و شیمیایی – گرمایی – مکانیکی CTMP و سایر خمیر ها نیز برای ساخت این چند سازه ها مورد استفاده قرار می گیرند. تحقیقات نشان داده است که چند سازه های حاصل از الیاف خمیر TMP در مقایسه با خمیر کرافت به علت دارا بودن مقدار سلولز پایین تر و مقاومت کششی کمتر الیاف، مقاومت های کمتری دارد (موهرب، 2003).
تکنیک های ساخت:
تکنیک های ساخت چند سازه های الیاف سیمان، شامل تکنولوژی Hats chek، آبگیری دوغاب با خلا و فرایند اکستروژن می باشند. با توجه به تکنولوژی ساخت، فراورده ها دارای خصوصیات متفاوتی می باشند.
اثر شرایط گیرایی:
شرایط گیرایی نقش مهمی را در رفتار چند سازه ها ایفا می کند. عموما 3 روش گیرایی در ساخت کامپوزیت های الیاف سیمان مورد استفاده قرار می گیرند که شامل گیرایی تخته ها به صورت هوا گیرا (دما و فشار محیط)، گیرایی در اتو کلاو (دما و فشار بالا) و گیرایی در اتو (دمای بالا و فشار معمولی) می باشد. خواص متفاوت تخته های تولید شده به روش اتوکلاو در مقایسه با شرایط هواگیرا گزارش شده است (موهرب، 2003).
نوع الیاف:
بعضی از نتایج ضد و نقیض درباره اثر نوع الیاف روی خواص مکانیکی چندسازه های الیاف سیمان گزارش شده است. تحقیقات نشان داده است که استفاده از الیاف سوزنی برگان به علت بلندتر بودن الیاف در مقایسه با الیاف پهن برگان باعث افزایش مقاومت خمشی تخته های الیاف سیمان می گردد (دوست حسینی و یزدی، 1375). ولی تحقیقات دیگر نشان د اد که هیچ اختلاف معنی داری در مقاومت پیچشی و خمشی بین چند سازه های تقویت شده با الیاف سوزنی برگان و پهن برگان وجود ندارد (موهرب، 2003).
پالایش الیاف:
تیمار سطح الیاف به وسیله عمل پالایش در صنعت کاغذ سازی شناخته شده است. با مطالعه اثر پالایش بر کارایی چند سازه های الیاف سیمان مشخص گردید که پالایش باعث بهبود مقاومت های چند سازه های تولیدی ساخته شده به روش هادسچک می گردد (موهرب، 2003).
اثر رنگبری الیاف:
عمل رنگبری به طور زیادی باعث حذف لیگنین و پلیمر هایی که میکروفیبریل های دیواره الیاف را به هم متصل می کند می گردد. اساسا خمیر کرافت رنگبری شده دارای 70 الی 80 درصد سلولز، 20 الی 30 درصد همی سلولز و خمیر رنگبری نشده دارای 65 الی 75 درصد سلولز، 17 الی 22 درصد همی سلولز و 3 الی 8 درصد لیگنین هستند (موهرب، 2003).
تحقیقات نشان داده است که رنگبری الیاف باعث افزایش مدول گسیختگی چند سازه هلای الیاف سیمان می گردد. اما از طرفی دیگر باعث کاهش سختی چند سازه می گردد.
مواد افزودنی:
مطالعات در مورد استفاده از الیاف در ساخت چند سازه های الیاف سیمان نشان داده است که فقدان مقاومت ناشی از ترکیبات الیاف سلولزی با مواد افزودنی شیمیایی، از قبیل شتاب دهنده های گیرایی سیمان کاهش می یابد. این مواد افزودنی شامل کلرید کلسیم، کلرید فریک، سولفات فریک، کلرید منیزیم، هیدروکسید کلسیم، دوده سیلیکا، فایبر گلاس، تزریق CO2 و … می باشند. تحقیقات نشان داده که کلرید کلسیم بالاترین کارایی را در ساخت چند سازه های الیاف سیمان دارند (دوست حسینی و یزدی، 1375).
نسبت الیاف به سیمان:
مقدار الیاف مصرفی در ساخت فراورده های الیاف سیمان یکی از عوامل موثر بر خواص کاربردی این فراورده هاست. تحقیقانت نشان داده است که افزایش الیاف تا حدی باعث بهبود خواص چند سازه ها می گردد. در صورت افزایش بیش از حد الیاف مقاومت فراورده ساخته شده کاهش می یابد (موهرب، 2003).
ترکیبات شیمیایی دیواره سلول و مواد استخراجی چوب:
یکی از مشکلات چند سازه های سیمانی تقویت شده با الیاف چوبی، سازگاری انتخابی سیمان برای گونه های مختلف می باشد، چنین استدلال می گردد که به علت حضور ترکیبات موجود در چوب و اثرات آنها بر روی عمل گیرایی و سخت شدن سیمان این عدم سازگاری به وجود می آید. مقدار متغیر ترکیبات مخلف از قبیل قند ها، تانن ها، همی سلولز و سایر ترکیبات، روی خصوصیات کاربردی تخته ها موثر می باشند. محققین دریافتند که چوب های با تانن محلول بالا (بخصوص گالوتانن)، قندها (مخصوصا هگزوزها)، همی سلولز ها (مخصوصا آنهایی که دارای گروه استیل می باشند) تاثیر منفی بیشتری بر گیرایی سیمان و خصوصیات چند سازه ها دارند (پهانیچ، 2003).
فصل دوم
مطالعات انجام شده
2- 1 سابقه تحقیق
به منظور بهبود خواص کاربردی صفحات چوب سیمان و افزایش کارایی آن‌ها تحقیقات زیادی در زمینه سازگاری گونه‌های چوبی مختلف با سیمان پرتلند، مصرف مواد افزودنی و انجام تیمار های مختلف در فرایند تولید فراورده‌هایالیاف سیمان صورت گرفته که در این قسمت به برخی‌ از آن‌ها اشاره می‌گردد.
2- 1 – 1 اثر گونه چوبی:
مسلمی (1984) موفق به ارائه روابط برای کاربرد برخی از گونه‌های چوبی در ساخت صفحات چوب سیمان گردید. نتایج بررسی نام‌برده نشان می‌دهد که مخلوط آب، چوب و سیمان نسبت به گونه چوبی دارای حساسیت بسیار زیادی است. همچنین او در این بررسی نشان داد که نخستین تغییر دمای هیدراتاسیون برای برخی از گونه‌های کاج بعد از 4 ساعت اتفاق افتاد و بعد از 12 ساعت به ماکزیمم خود که 5/42 درجه سانتی‌گراد بود، رسید. در صورتیکه ماکزیمم دمای هیدراتاسیون سیمان برای برخی از گونه‌ها 3/25 درجه سانتی‌گراد بوده و بعد از 24 ساعت ایجاد گردید، که علت آن وجود قندها و مواد استخراجی زیاد در این چوب‌ها می‌باشد. همچنین او نتیجه گرفت، گونه‌هایی که حداکثر درجه حرارت هیدراتاسیون سیمان را در مدتی کمتر از 15 ساعت ایجاد می‌کنند، می‌توانند برای واحد های تولید پانل‌های چوب سیمان مورد استفاده قرار گیرند.
میرزابیگی(1387) در پایان نامه خود به این نتیجه رسید که بعضی از گونه‌ها به دلیل مواد بازدارنده زیاد حتی از واکنش هیدراتاسیون جلوگیری‌می‌کنند. گونه صنوبر در مقایسه با اکالیپتوس، سازگاری بیشتری را با سیمان از خود نشان می‌دهد و در نتیجه تخته‌هایمقاوم‌تری از آن ساخته می‌شود. با توجه به واکنش هیدراتاسیون مشاهده گردید که گونه اکالیپتوس نیز سازگاری زیادی را با سیمان نشان می‌دهد یعنی این گونه هم پتانسیل این را دارد که برای ساخت رشته چوب سیمان مورد استفاده قرار بگیرد.
گارسیا (1984) در مطالعه گیرایی 9 گونه چوبی جنگل‌های کوهستانی با سیمان پرتلند را بررسی و به این نتیجه رسید که Pinuscontorata، P.monticola، و Abiesgrandis کم‌ترین اثر منفی را روی هیدراتاسیون سیمان داشته‌اند. در حال یکهEngelmannipicea، Plicatathuja، Pinus ponderosa اثر چندانی نداشته، ولی Pesudotsugasp، Tsugasp تأثیر منفی بیشتری روی هیدراتاسیون داشته و چوب Larixsp بیشترین اثر منفی را روی هیدراتاسیون سیمان دارد.
مسلمی (1993) در بررسی تأثیر گونه چوبی بر مقاومت کششی پانل‌های چوب سیمان گزارش کرده که، پهن برگان بیشتر از سوزنی برگان بر مقاومت کششی و رفتار اگزوترمیک سیمان تاثیر منفی دارند. همچنین درون چوب سوزنی برگان نسبت به برون چوب آن‌هاتأثیر منفی بیشتری بر مقاومت ذکر شده دارد. این محقق حضور بیشتر تانن‌ها، همی سلولزها و قندها در چوب پهن برگان را دلیل عمده این تغییرات می‌داند.
کولی و هسی (1993) در تحقیقی تخته‌هایی را از گونه‌های لاله، عنبر سائل، کاج جنوبی و مخلوط 50-50 کاج جنوبی و عنبر سائل با سیمان پرتلند نوع سه که سریع سخت و مقاوم می‌شود، ساختند. سپس خواص هر یک از تخته‌ها را مورد ارزیابی قرار دادند و با استاندارد های تخته سیمان کاج جنوبی (CEB) مقایسه گردیدند. نتایج حاکی از این بود که تخته‌های ساخته شده با چوب لاله دارای خواص برابر و یا بهتر از چوب سیمان کاج جنوبی بوده است.
در حال یکه تخته‌های ساخته شده با 50 درصد عنبر سائل و 50 درصد کاج جنوبی دارای مقاومت خمشی کمتری از استاندارد مربوطه بوده است.
وی و همکاران



قیمت: 11200 تومان

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *