חומרי בניה/חומרי מליטה/סיד

סיד הוא אחד מחומרי המליטה הקדומים ביותר. ומשמש בבניה עד היום. הסיד הוא חומר מליטה אוירי. לפני המצאת צמנט פורטלנד, היה המרכיב הנפוץ ביותר בחומרי מליטה.חוץ מהסיד האווירי ישנו גם סיד הידראולי, כלומר סיד המתקשה במגע עם מים. על הסיד ההידראולי ניתן לקרוא בפרק על הסטוריה של חומרי מליטה.

יצור סיד

סיד שרוף

הסיד מיוצר ע"י קליה של אבן גיר מרוסקת (CaCO₃)בטמפרטורה של 800 עד 1200 מעלות צלזיוס. בתהליך השריפה נפלטת דו-תחמוצת הפחמן ע"פ המשוואה:
$CaCO_{3}+\Delta H\rightarrow CaO+CO_{2}$
תחמוצת הסידן המתקבלת (CaO)נקראת סיד שרוף, ומסומנת בכתיב מקוצר ע"י האות C. סיד שרוף נקרא גם סיד חי. יציאת דו-תחמוצת הפחמן מהאבן גורמת לאיבוד 44% ממשקל האבן וירידה של 55% ,בערך, בנפח המוצקים. כתוצאה משריפת הגיר מתקבלת אבן סיד רכה ונקבובית. שרפת סיד לאורך זמן רב מידי, או בטמפרטורה גבוהה מידי, גורמת לצימצום הנקבים והיתגבשות של הסיד וליצירת סיד שרוף עד מוות. המצאות של ריכוז גבוהה של חרסיות, המכילות תחמוצות צורן (SiO₂, או בכתיב מקוצר S) אלומיניום Al₂O₃ (או בכתיב מקוצר A) יכול לגרום ליצירת מעטה זכוכיתי קשיח ע"ג אבני הסיד המתקבלות.

בעבר, הסיד נקלה בבורות סיד. היום סיד מיוצר גם בכבשנים סובבים רציפים.

כיבוי סיד

את הסיד הקלוי "מכבים" ע"י מים. תהליך הכיבוי הוא תהליך כימי אקזוטרמי, בו הסיד השרוף הופך לסיד כבוי, ע"פ המשוואה: $CaO+H_{2}O\rightarrow Ca(OH)_{2}+\Delta H$
את המשוואה ניתן לכתוב בכתיב מקוצר:
$C+H\rightarrow CH$

התגובה של הסיד השרוף עם המים מהירה ומלווה בפליטת חום רב. לעומת זאת, התגובה הכימית של סיד שרוף עד מוות עם מים איטית ביותר. ההבדל בין קצב התגובות הוא המקור לשמות: "סיד חי" ו"סיד שרוף עד מוות". הגורם המשפיע על קצב התגובות הוא שטח הפנים של הסיד. התגובה בין המים לסיד המוצק מתרחשת על שטח הפנים של הסיד. הסיד החי מכיל נקבים מקרוסקופים רבים, והגבישים שלו קטנים ביותר. לעומתו, הסיד השרוף עד מוות בעל גבישים גדולים וללא חללים רבים בין הגבישים. שכבה זכוכיתית ע"ג הסיד מונעת את כיבויו. ע"מ לכבות אבני סיד המצופים בשכבה כזו, יש לטוחנם קודם לכיבוי.

הגדלת הנפח ושינוי המבנה הגבישי (והחום בסיד חי) בכיבוי סיד גורם להתפוררות אבן הסיד. את הסיד מכבים לאבקה, בצק סיד או חלב סיד. המוצר המתקבל תלוי בכמות המים המוספת לכיבוי הסיד. גודלם של גבישי מימת הסידן (סיד כבוי) המתקבלת בכיבוי הוא בסדר גודל של מיקרון עד שני מקרון.

את הסיד נהוג היה לכבות בבור. בעבר, היו משאירים את הסיד לכיבוי זמן רב תחת המים ע"מ לאפשר כיבוי מלא גם של הסיד השרוף עד מוות. הסיד הכבוי יוצר במים תרחיף קולואידי. ע"י שפיה של המים מאגן אחד למשנהו, ניתן להפריד את הסיד הכבוי מחלקיקים לא מסיסים ומהסיד הכבוי עד מוות.

בתקופה המודרנית, כיבוי לאבקה נפוץ יותר, והוא מבוצע במפעלים בתנאים מבוקרים כאשר לצורך הכיבוי משתמשים בתרסיס מים או קיטור רווי (ע"מ למנוע עודף מים).

נצילות סיד

נצילות סיד היא שיטה תיקנית לבדיקת איכות הסיד השרוף (ת"י 75). מכבים 5 ק"ג סיד בעודף מים, ומשאירים למשך 24 שעות. מודדים את נפח הבצק המתקבל. נצילות סיד מוגדרת כיחס בין נפח הבצק המתקבל למשקל הסיד. סיד חי (שרוף) רגיל מוגדר כסיד בעל נצילות של 1.6 עד 1.85 ליטר לק"ג. סיד חי מיוחד הוא סיד בעל נצילות גבוהה מ- 1.85 ליטר לק"ג. בנוסף, דורש התקן מסיד "רגיל" תכולת סידן חמצני של 84% לפחות, ותכולה של 90% לפחות מ"סיד מיוחד".

התקשות הסיד

התקשרות היא התהליך בו תערובת של סיד עם מים הופכת חזרה לחומר בעל תכונות של מוצק. הסיד מתקשר ע"י איבוד מים ויצירת מגע בין החלקיקים. איבוד המים גורם ליצירת מגע בין חלקיקי הסיד ומעבר למצב מוצק. התקשרות זו מלווה בהצטמקות (כתוצאה מאיבוד המים). בהמשך, הסיד מתקשה בתהליך הנקרא קרבונציה. בתהליך זה הסיד מגיב עם דו-תחמוצת הפחמן והופך חזרה לקלציט, המינרל ממנו הופק הגיר. הנוסחא הבאה מתארת את תהליך הקרבונציה:
$Ca(OH)_{2}+CO_{2}\rightarrow CaCO_{3}+\Delta H$
לאחר שהסיד עבר קרבונציה (הפך לגיר), הוא אינו רגיש יותר לרטיבות. קצב ועומק החדירה של תהליך הקרבונציה תלוי במספר גורמים:

• לחץ חלקי של דו-תחמוצת הפחמן
• נקבוביות הסיד
• מידת הרוויה של הנקבים
  

ככל שהלחץ החלקי של דו-תחמוצת הפחמן גבוה יותר, קצב הקרבונציה גבוה יותר, ולכן קצב הקרבונציה גבוה יותר במבנים סגורים מאוכלסים. נקבוביות היא תנאי הכרחי לחדירה של דו תחמוצת הפחמן לעומק שכבת הסיד. כשהנקבוביות נמוכה ביותר, רק השכבה החיצונית של הסיד עוברת קרבונציה. תהליך הקרבונציה מתרחש בסביבה מימית. לכן רטיבות של הסיד הכרחית לקרבונציה. אבל הדיפוזיה של דו-תחמוצת הפחמן במים קטנה בהרבה מהדיפוזיה שלה באויר, ולכן רוויה של הנקבוביות מאטה את קצב הקרבונציה.

מוצרי סיד ושימושים

לבני חול סיד בחזית דקורטיבית של בי"ס אלון בחיפה

חלב סיד

חלב סיד הוא למעשה תרחיף סיד בכמות גדולה של מים. חלב סיד שימש בעבר לצביעה (סיוד) של קירות. צביעה בסיד יוצרת רקע בעל ספיגות גבוהה. כל עוד הסיד אינו עובר קרבונציה, הוא אנטיספטי, כלומר רעיל לחיידקים ופטריות. תכונה זו הופכת ליתרון כאשר יש צורך לצבוע חדרי ניתוח, או למנוע היווצרות עובשים. כל עוד הסיד לא עובר קרבונציה, הוא רגיש לשטיפה במים.

צמנט פוצלני (צמנט רומי)

ניתן להכין צמנטים הידראולים על בסיס ערוב סיד (חי או כבוי) עם חומרים פוצלנים שונים, כגון אפר וולקני, אפר פחם, אדמת טראס ועוד... צמנטים אלה מתאפיינים בעבידות טובה ובהתקשרות ארוכה.

מלט וטיח

בעבר תערובת של סיד וחול שמשה לצורך מלט וטיח. מכיוון שהסיד מצטמק בהתקשרות, ומשך ההתקשרות וההתקשות שלו ארוך ביותר, היום מקובל להשתמש בסיד כמוסף משפר עבידות לטיח בלבד.

לבני חול-סיד (סיליקט)

בטמפרטורות גבוהות, בסביבה בסיסית, המתקבלת מנוכחות הסיד, קוורץ, שהוא בדרך-כלל חומר אינרטי, הופך לחומר פעיל. כאשר מערבבים חול קוורצי עם סיד ומאשפרים אותם בטמפרטורה גבוה, הם מגיבים ונוצר ג'ל C-S-H הדומה לג'ל הצמנטי. כדי ליצר לבני חול-סיד, מערבבים חול סיד, ומעט מים, ויוצקים לתבנית של הלבנה (ניתן גם לחכות לתחילת התקשרות אוירית של הסיד ואז לחתוך לבנים מתוך גוש גדול יותר). את הלבנים מכניסים לאוטוקלב, לצורך אשפרה בחום ולחץ.

בטון תאי מאושפר באוטוקלב

בלוקי בטון תאי מאושפר באוטוקלב

בטון תאי מאושפר באוטוקלב, הוא חומר נקבובי קל משקל, שמוכר בארץ תחת השם המסחרי "איטונג". בדומה ללבני החול-סיד, תהליך היצור מבוסס על תגובה כימית בין קוורץ לסיד בטמפרטורה ולחץ גבוהים. למעשה, ניתן ליצר בטון מסוג זה בטמפרטורה ולחץ נמוכים יותר, אם משתמשים בחומרים פוצלנים במקום בקוורץ.

ההתפחה של הבטון (יצירת הנקבוביות) מתבצעת ע"י שימוש במוסף יוצר גז, לרוב אבקת אלומיניום. אלומיניום עובר קורוזיה מהירה בסביבה בסיסית תוך כדי פליטת מימן, ע"פ הנוסחא:
$2Al_{(s)}+6H_{2}O\rightarrow 2Al(OH)_{3}+3H_{2(g)}\uparrow$

כדי לאפשר תכונות עבידות טובות, ליצירת מבנה של בועות אחידות, משתמשים בקוורץ טחון דק. מערבבים את הקוורץ עם מים, סיד ומוסף יוצר גז. לאחר שהתערובת תופחת, חותכים ממנה לבנים באמצעות תייל דק מתוח. את הלבנים מכניסים לאשפרה באוטוקלב.