مطالعه سفت شدن سیمان - جلسه اول

عنوان پروژه: مطالعه سفت شدن سیمان
زمینه: شیمی
مقطع تحصیلی: راهنمایی، دبیرستان
تعداد جلسات: 2

خلاصه پروژه: در این پروژه پس از آشنایی کلی با سیمان، میزان سفتی انواع مختلف سیمان با اجزای مختلف و نسبت های مختلف بررسی می شود. سپس نقش زمان را در میزان سفت شدگی سیمان بررسی می کنیم.

اهداف جلسه: مطالعه سفت شدن ترکیب سیمان با اجزای مختلف: آهک، ماسه (با کیفیت های مختلف)، سبوس برنج، خاکستر و ...

وسایل مورد نیاز:
چند بشر
چند میله همزن شیشه ای
چند وزنه
جعبه های چوبی کوچک یا جعبه کبریت خالی
آهک
ماسه حفاری زمین
ماسه رودخانه
سیمان
خاکستر
سبوس برنج

توضیح علمی
سیمان در اصل ترکیبی با ذرات ریز از کلسیم سیلیکات ها و آلومینات ها است که در مواجهه با آب به جسم سختی تبدیل می شود. از این خاصیت سیمان برای بهم چسباندن جرم های سخت مثل آهن، سنگ، سفال و ... استفاده می شود.
سیمان ها در برخورد با آب بدلیل فرایندهای فیزیک - شیمیایی مشخصی سفت و سخت می شوند، بنابراین به آن ها سیمان های آبی می گویند. طی فرایند سفت شدن سیمان، تغییرات فیزیکی شکل گیری ژل و تبلور، و تغییرات فیزیکی هیدراسیون و آبکافت رخ می دهد.

فرایند جامد شدن و چسبیدن سیمان شامل 1) سفت شدن و 2) سخت شدن است.

سفت شدن مرحله شکل گیری ژل اولیه از جرم پلاستیکی است. بعد از سفت شدن، با شروع تدریجی تبلور، مرحله سخت شدن اتفاق می افتد. استحکام و مقاومت سیمان در هر زمانی به مقدار ژل تشکیل شده و میزان تبلور بستگی دارد. بتون ترکیبی از سیمان، ماسه، سنگریزه و آب است که ساختار بسیار سختی دارد.
وقتی سیمان برای اهداف ساختمانی بکار می رود، همیشه با ماسه و مقدار کمی آب ترکیب میشود تا ماده چسبنده ای بنام ملات تشکیل شود. در ملات، سیمان یا آهک نقش ماده چسبنده را دارد. ماسه برای جلوگیری از منقبض شدن، شکستن و افزایش حجم، و در نتیجه کاهش قیمت ملات است. وقتی سیمان بعنوان ماده چسبنده بکار میرود به آن ملات سیمان، و وقتی آهک ماده چسبنده است به آن ملات آهک میگویند. ماسه علاوه بر خواص گفته شده، خواص چسبندگی ماده چسبنده را نیز افزایش میدهد.

تاثیر کیفیت ماسه بر سفت شدن ملات سیمان:
ماسه استخراج شده از منابع مختلف کیفیت های منفاوتی دارد. مثلا ماسه دریا حاوی مقداری نمک های ناخواسته است که باعث کند شدن روند سفت شدن سیمان می شود و برای ساخت ملات مناسب نیست.
از طرف دیگر، ماسه های حفاری زمین و ماسه رودخانه که از بستر رودخانه گرفته شده برای تهیه ملات و بتن عالی هستند.

مراحل انجام آزمایش:
1. مخلوطی از اجزا و نسبت های مختلفی که در جدول مشاهدات آمده است درست کنید.
2. هر یک از مخلوط ها را در یک بشر ریخته و با اضافه کردن کم ترین میزان آب، ماده چسبنده هر کدام را بسازید.
3. 10 عدد جعبه کبریت خالی (جعبه داخلی آن) بردارید و از 1 تا 10 شماره گذاری کنید.
4. بسرعت ماده های چسبنده آماده شده را داخل جعبه ها بریزید و با دست آن ها را فشرده کنید.
5. هر ازگاهی مقداری آب بر روی آن ها اسپری کنید تا همیشه مرطوب باشند.

بعد از سه روز قطعه ها را از جعبه ها خارج کنید و استحکام آن ها را امتحان کنید. برای این منظور هریک از قطعه ها را بر روی سطحی قرار داده و یک وزنه 10 گرمی را از ارتفاع 50 سانتی متری بر روی آن بیندازید. ببینید آیا قطعه می شکند یا نه. اگر نشکست یک وزنه 20 گرمی از همان ارتفاع بر روی قطعه بیندازید. به همین ترتیب جرم وزنه ها را افزایش دهید تا قطعه بشکند و در نهایت کمترین جرم لازم برای شکستن آن قطعه را یادداشت کنید.

مشاهدات
مدت زمان سفت شدن: 3 روز


بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: مینا رزقی - شایان فروزنده دل - تنظیم: زینب شاه مرادی