أسمنت

الإسمنت أو الأسمنت هو المادة الرابطة الناعمة التي تتصلب وتقسي فتملك بذلك خواصاً تماسكية وتلاصقية بوجود الماء مما يجعله قادراً على ربط مكونات الخرسانة بعضها ببعض. وأهم استخدام للأسمنت هو الملاط والخرسانة حيث يربط المواد الاصطناعية أو الطبيعية لتشكل مواد بناء قوية مقاومة للتأثيرات البيئية العادية. يجب عدم الخلط بين الخرسانة والأسمنت، فالأسمنت يشير إلى المسحوق الجاف المستخدم في ربط المواد الكلية للخرسانة. وللأسمنت المستخدم في البناء نوعين هما الأسمنت المائي والأسمنت غير المائي.
تعتبر صناعة الأسمنت من الصناعات الإستراتجية. وهي مع ذلك صناعة بسيطة مقارنة بالصناعات الكبرى، وتعتمد على توفر المواد الخام اللازمة لذلك.

لمحة تاريخية

استخدم القدماء في الماضي البعيد خليطا من الجير والطمي والرمل والماء في إقامة مبانيهم، فقد استخدمه قدماء المصريين بالفعل منذ ٢٦٠٠ عام، وأتقن الرومان صناعته خلال القرن الأول الميلادي حيث اكتشفوا أن إضافة التربة البركانية المأخوذة من منطقة بزولي، بالقرب من نابلس، تمكنهم من الحصول على خليط يصلح للتحكم في المياه الجوفية. وقد أصبحنا نعرف الآن أن تلك التربة المأخوذة من بزولي، التي استخدم اسمها بقدر من التحريف (بزولان) ليطلق على ذلك الصخر السليكوني البركاني، تحتوي على نسبة ٦٠-٩٠٪ من الرمل، و ١٠-٤٠٪ من الجير، على حسب مصدرها. وتم بالفعل اكتشاف آثار قديمة في عدة مدن رومانية كبقايا الأسمنت الجاف تعود لتلك الحقبة التاريخية.
في الإمبراطورية الرومانية استعملوا الجبس، حيث أضاف يونان إيطاليا رماد البراكين الموجود بمنطقة بوزلس، ثم طوره الرومان وعمموه إلى نهاية العصر الحاضر.
الأسمنت هو مزيج من الجير مثل القرميد والآجر المكسرة، مضافة إلى الطين. la pouzzolane(هي أرض بركانية لمنطقة بوزون بناحية نابولي بإيطاليا)، وهذا مستعمل كثيرا كمزيج، الاسمنت لم يعرف كما هو موجود الآن، حتى القرن 19، ثم قام العالم louis Vicat بكشف لغز الرطوبة في الجير في العام 1817 والمتعلقة بالاسمنت التي كانوا يسمونها الجير المميه. والجير المحدود في 1840.
البحوث التي أجريت في نهاية القرن 18 للوصول إلى النتائج الحالية في صناعة الأسمنت الحديث في عام 1840، كانت تتعلق بالجير المقوى (غير مميه) لا يمتزج بالماء، أما الجير المميه فيه كمية من الماء وهو مشبع بالطين، يتصلب ويجف بسرعة ولكن يتحلل إذا لم يشو إلى درجة الذوبان. وفي العام 1796 اكتشف العالم james parker على جزيرة شايبي ببريطانيا العظمى، الأسمنت السهل (وهو عبارة عن جير مميه أو أسمنت طبيعي ينصهر بسرعة عند درجة انضاجه عند 900 °C كسائر الجير الطبيعي العادي). وأعطاه اسم الأسمنت الروماني، حيث أخذ شهرة ما بين 1820- 1920 تقريبا. وفي العام 1824 العالم البريطاني joseph aspalin أودع براءة لصناعة الجير المميه وأطلق عليه الأسمنت البورتلاندي نسبة إلى أعالي شبه جزيرة بورتلاند الموجودة على ضفاف بحر المانش الذي يفصل بين فرنسا وبريطانيا. إن أول مصنع للأسمنت اخترع بواسطة dupont et demarlé في سنة 1846 في منطقة boulogne-sur-mer، ولقد تطورت بعد ظهور مواد جديدة (فرن حركي الدوران حول نفسه) مكسر لكريات الكلنكر، تطورت وسائل صناعة الأسمنت دون توقف، وفي عام 1870 كان إنتاج الطن الواحد من الكلنكر (المكون الرئيسي للاسمنت) يستغرق 40 ساعة، أما الآن فيستغرق 3 دقائق فقط.

طرق صناعة الأسمنت

هناك ثلاث طرق لإيجاد المركب الكيميائي الأمثل للأسمنت.

الطريقة الرطبة

يتم اختيار المواد الخام وتمزج بالماء لتعطي ناتج معلق، ويتشكل الكلنكر عند (1480)°م تعتمد هذه العملية على:

تكسير وخلط المواد الخام

تكسر المواد الخام من الحجر الجيري والسيليكات، والطين والأتربة السطحية، بواسطة الكسارات، ثم تنحل وتنقل، ليتم تخزينها على هيئة أكوام في مناطق مفتوحة أو مغطات.

الطحن

تنقل المواد الخام في طواحين المعلقات، حيث تخلط بالمياه ويستمر طحن المعلق حتى يصل إلى درجة النعومة المطلوبة، ينقل المعلق بعد ذلك إلى صوامع التخزين، حيث يصبح متجانساً بعد الضبط النهائي لمكوناته، وتأخذ منه عينات بشكل دوري لضمان مطابقة تركيباته المواصفات، ثم ينقل المعلق إلى أحواض المعلقات، حيث تقوم طواحين بتحويله إلى خليط متجانس.

الفرن والمبرد

يسحب المعلق من قاع الأحواض إلى فتحة تغذية الفرن الدوار (الفرن الأسطواني الطويل)، مبطن من الداخل بطوب حراري، ويدور ببطء يميل قليلاً عن المستوى الأفقي. ويسمح هذا الميل بدفع محتويات الفرن أثناء الدوران إلى الأمام. وتتولد عند الطرف الأمامي (الأسفل)، من الفرن غازات احتراق عالية الحرارة تتدفق إلى الجزء الأعلى (الخلفي) من الفرن في التيار المعاكس لحركة محتويات الفرن المندفعة إلى الأسفل، ويتم تبريد الكلنكر بواسطة مبرد هوائي. يكون طول الأفران في الطريقة الرطبة أطول من الطريقة الجافة وذلك حتى يكتمل فيها عملية تجفيف المعجون الممزوج بواسطة سلاسل معدنية ضخمة موجودة داخل الفرن أما هذة العملية ففي الطريقة الجافة يتم الاستعاضة عنها بالسايكلونات التي وجودها يقلص من طول الفرن بحوالي 50%.

الطحن النهائي والتعبئة

ينقل الكلنكر إلى طواحين كور، حيث يضاف إليه الجبس ويطحن، ثم يعبأ في أكياس.

الطريقة الجافة

لقد أخذ استخدام العمليات الجافة لصناعة الأسمنت في الانتشار ليحل تدريجياً محل العمليات الرطبة، بسبب
الوفرة في الطاقة التي تتميز بها العمليات الجافة، والدقة في عمليات التحكم وفي خلط المواد الخام، دون إضافة الماء.
عمليات التشغيل الرئيسية في هذه الطريقة هي:

تكسير وخلط المواد الخام

تكسر المواد الخام من الحجر الجيري والسليكات، والطين والأتربة السطحية بواسطة الكسارات، ثم تنحل وتنقل،
ليتم تخزينها على هيأة أكوام في مناطق مفتوحة أو مغطاة.

الطحن

يتم إدخال المواد الخام في مجفف دوار (في حالة زيادة الرطوبة عن نسبة معينة)، حيث تجفف بواسطة الهواء الساخن أو العادم الناتجة عن تشغيل الفرن، ثم تطحن المواد الخام في طواحين المواد الخام وتنقل إلى صوامع تخزين ما قبل الخلط، حيث تصبح متجانسة من خلال عمليه الرص والسحب، بعد ذلك تنقل المواد الخام المتجانسة من صوامع التخزين أو الأنواع الأخرى من أماكن التخزين ما قبل الخلط إلى أماكن الخلط. تتم عملية الخلط بنسبة 30٪ طين، و70٪ حجر جيري.

الفرن والمبرد

تسحب المواد الخام المتجانسة من قاع صوامع التخزين إلى فتحة التغذية برج التسخين الابتدائي ذي المراحل المتعددة، وقد يصل ارتفاع البرج 120م.
يستخدم الغاز الطبيعي أو المازوت كمصدر للطاقة الحرارية، كما يستخدم الهواء الساخن الناتج عن تبريد الكلنكر كمصدر اضافي للحرارة. يميل الفرن قليلاً على المستوى الأفقي بحيث يسمح بحركة بطيئة للمواد الصلبة إلى الأسفل، فتقطع المسافة إلى فتحة التغذية الموجودة بأعلى الفرن إلى الطرف السفلي (جهة الاحتراق) حيث تتولد غازات الاحتراق عالية الحرارة في فترة زمنية تتراوح ما بين (1-3) ساعة، بينما تتحرك غازات الاحتراق إلى الأعلى في التيار المعاكس لحركة المواد الصلبة. فتعمل غازات الاحتراق الساخنة على تسخين المواد الخام، عند فتحة تغذية الفرن وتوفر كربونات الكلسيوم.

الطحن النهائي والتعبئة

ينقل الكلنكر إلى طواحين كور حيث يضاف إليه الجبس ويعبأ في أكياس.

الطريقة شبه الجافة

الطريقة شبه الجافة هي حالة خاصة من العمليات الجافة، حيث يستخدم الفرن (ليبول كيلن) أو الفرن المزود بعمود ،وفي الحالتين تشكل المواد الخام المطحونة في العمليات الجافة، على هيئة حبيبات تتراوح قطرها بين (10-15) مم، حيث يضاف إليها 13٪ من المياه.

اقتصاد الأسمنت

تستهلك طاقة كبيرة ولا تحتاج إلى يد عاملة، وعملية نقله وتسويقه عن طريق البر باهظة الثمن، أما عن طريق المحيطات فهي سهلة. لذلك يفضل أن تكون المصانع قربية من الساحل لكي يسهل نقلها عن طريق البحر مع شرط توفر شرط آخر ألا وهو قرب المحاجر الكلسية من المصنع وذلك الأفضل.

التأثير على البيئة

إنتاج الأسمنت وخاصة في المصانع القديمة ينتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، إذ أن 5% من مجموع الانبعاثات الناجمة عن النشاطات البشرية هو من الأسمنت.

مرض تصون الرئة (silicose)

هذا المرض ناتج عن استنشاق غبار أكسيد السليسيوم أو السليس الحر(sio)، وهذا الأخير هو الوحيد الذي يسبب مرض تصون الرئة، إذ أن الأعمال التي تعطي أغبرة تحتوي عليه، وهو عبارة عن جزيئة قطرها أقل من (5 ميكرو)، ويبدأ الخطر عندما تفوق عدد الجزيئات 3000-4000 جزيئة في (السنتميتر المكعب) من الهواء.

طرق الوقاية

الوقاية من هذا المرض لا يوجد أي علاج بإمكانه أن يوقف من عملية التليف الرئوي. إلا بإبعاد العامل عن المغبرة.

التأثير على حاسة السمع لدى الإنسان

الضجيج يشكل مشكل صحي لعمال المصنع والسكان المجاورين ويستطيع أن يشكل لهم أمراض كارتفاع ضغط الدم.

التأثير على صحة الحيوانات

لغبار الأسمنت تأثير كبير على صحة الحيوانات، حيث يكون غذائها مزيج بين العشب والأسمنت، وبالتالي يقضي على الدورة الوراثية. 

التأثير على النبات

إن من أخطر سلبيات صناعة الأسمنت هو التأثير السيء على البيئة وتهديد المجال المحيط به من خلال الإفرازات التي تطرحها الوحدات الصناعية من فضلات غازية وسائلة التي لها تأثير سلبي على الغطاء النباتي كتراكم طبقة سميكة من غبار الأسمنت على أوراق الأشجار فيؤدي هذا إلى إنتاج رديء للخضر والفواكه، إضافة إلى خطر تسمم الإنسان عند تناولها، وكذلك الحيوان عند تناول الأعشاب.