الجير (مادة)

الجير مادة غير عضوية تتكون أساسًا من أكاسيد وهيدروكسيدات الكالسيوم . وهو أيضًا اسم أكسيد الكالسيوم الذي يُستخدم كمعدن صناعي، ويُصنع بتسخين كربونات الكالسيوم في فرن. يمكن أن يوجد أكسيد الكالسيوم كناتج لحرائق طبقات الفحم وفي شوائب الحجر الجيري المتحولة في المقذوفات البركانية. ^{[ 1 ]} تعترف الجمعية الدولية للمعادن بالجير كمعدن ذي الصيغة الكيميائية CaO. ^{[ 2 ]} تعود كلمة "جير" إلى استخدامه الأول كملاط بناء، ولها معنى الالتصاق أو الالتصاق . ^{[ 3 ]}

لا تزال هذه المواد تُستخدم بكميات كبيرة في صناعة الصلب، ومواد البناء والهندسة (بما في ذلك منتجات الحجر الجيري، والأسمنت ، والخرسانة ، والملاط )، ومواد خام كيميائية، وفي تكرير السكر ، وغيرها من الاستخدامات. وتعود صناعات الجير واستخدام العديد من منتجاتها إلى عصور ما قبل التاريخ في كل من العالم القديم والعالم الجديد. ويُستخدم الجير على نطاق واسع في معالجة مياه الصرف الصحي بكبريتات الحديدوز .

تتكون الصخور والمعادن التي تُستخرج منها هذه المواد، والتي عادةً ما تكون الحجر الجيري أو الطباشير ، بشكل أساسي من كربونات الكالسيوم . ويمكن تقطيعها أو سحقها أو طحنها وتغيير تركيبها الكيميائي. يؤدي حرق ( تكليس ) كربونات الكالسيوم في فرن الجير عند درجة حرارة تزيد عن 900 درجة مئوية (1650 درجة فهرنهايت) ^{[ 4 ]} إلى تحويلها إلى مادة شديدة التآكل والتفاعل تُسمى الجير المحروق ، أو الجير غير المطفأ، أو الجير الحي ( أكسيد الكالسيوم )، ومن خلال إضافة الماء لاحقًا، إلى تحويلها إلى الجير المطفأ أو الجير المائي ( هيدروكسيد الكالسيوم ، Ca(OH) _{2 )، وهي مادة أقل تآكلًا (لكنها لا تزال شديدة} القلوية ) ، وتُسمى هذه العملية بإطفاء الجير .  

عندما يُذكر مصطلح الجير في سياق زراعي، فإنه يشير عادةً إلى الجير الزراعي ، والذي يكون في الغالب حجر جيري مطحون، وليس منتجًا من أفران الجير. وفيما عدا ذلك، فإنه يُقصد به في أغلب الأحيان الجير المطفأ ، حيث يُوصف الشكل الأكثر تفاعلاً عادةً بالجير الحي أو الجير المحروق .

في صناعة الجير، يُستخدم مصطلح "الحجر الجيري" للإشارة إلى الصخور التي تحتوي على 80% أو أكثر من كربونات الكالسيوم أو المغنيسيوم ، بما في ذلك الرخام والطباشير والأوليت والمارل . ويُصنّف الحجر الجيري أيضاً حسب تركيبه إلى أنواع غنية بالكالسيوم، وطينية ، وسيليسية ، وكونغلوميراتية ، ومغنيسية ، ودولوميتية ، وغيرها . [ 5 ^{] وتشمل المصادر} غير الشائعة للجير المرجان والأصداف البحرية والكالسيت والأنكريت .

يتم استخراج الحجر الجيري من المحاجر أو المناجم . ويتم تكليس جزء من الحجر المستخرج، الذي يتم اختياره وفقًا لتركيبه الكيميائي وحجم حبيباته البصرية ، عند حوالي 900 درجة مئوية (1650 درجة فهرنهايت) في أفران الجير لإنتاج الجير الحي وفقًا للتفاعل: ^{[ 4 ]}  

$$$

قبل الاستخدام، يتم ترطيب الجير الحي (بخلطه بالماء، أي إطفائه ). يُعرف الجير المرطب أيضاً بالجير المطفأ، ويتم إنتاجه وفقاً للتفاعل التالي:

${\displaystyle {\ce {{CaO}+{\overset {water}{H2O}}->{\overset {calcium~hydroxyde}{Ca(OH)2}}}}}$

التطهير الجاف هو إطفاء الجير الحي بكمية كافية من الماء لترطيبه فقط، مع الحفاظ عليه على شكل مسحوق؛ ويُسمى حينها بالجير المطفأ. أما في التطهير الرطب ، فتُضاف كمية زائدة قليلاً من الماء لترطيب الجير الحي وتحويله إلى شكل يُعرف باسم معجون الجير.

يُستخدم الجير عادةً كمادة رابطة في أعمال البناء نظرًا لخصائصه اللاصقة مع الطوب والحجارة. كما يُستخدم في التبييض كطبقة أساسية للجدران لضمان التصاق التبييض بها.

تُعرف العملية التي يتم من خلالها تحويل الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) إلى جير حي بالتسخين، ثم إلى جير مطفأ بالترطيب، ثم يعود بشكل طبيعي إلى كربونات الكالسيوم بالكربنة، بدورة الجير . ^{[ 6 ]} تؤثر الظروف والمركبات الموجودة خلال كل خطوة من خطوات دورة الجير بشكل كبير على المنتج النهائي، ^{[ 7 ]} مما يُفسر الطبيعة الفيزيائية المعقدة والمتنوعة لمنتجات الجير.

مثال على ذلك هو خلط الجير المطفأ (هيدروكسيد الكالسيوم) مع الرمل والماء في خليط كثيف لتكوين ملاط ​​لأغراض البناء. بعد وضع البناء، يبدأ الجير المطفأ في الملاط بالتفاعل ببطء مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري) وفقًا للتفاعل التالي:

Ca(OH) ₂ + CO ₂ → CaCO ₃ + H ₂ O.

إن ثاني أكسيد الكربون الذي يشارك في هذا التفاعل موجود بشكل أساسي في الهواء أو مذاب في مياه الأمطار ^{[ 8 ]} لذلك فإن ملاط ​​الجير النقي لن يعيد الكربنة تحت الماء أو داخل جدار بناء سميك.

دورة الجير في الجير الدولوميتي والجير المغنيسيومي غير مفهومة تمامًا ^{[ 7 ]} ، وهي أكثر تعقيدًا لأن مركبات المغنيسيوم تتحلل أيضًا إلى بيريكليز، الذي يتحلل ببطء أكبر من أكسيد الكالسيوم ، وعند ترطيبه ينتج عدة مركبات أخرى. لذا، يحتوي هذا الجير على شوائب من البورتلانديت والبروسيت والمغنيسيت ومركبات هيدروكسي كربونات المغنيسيوم الأخرى. وقد أجريت أبحاث محدودة ومتضاربة حول هذه المركبات المغنيسيومية، تتساءل عما إذا كانت "...تتفاعل بشكل ملحوظ مع الأمطار الحمضية، مما قد يؤدي إلى تكوين أملاح كبريتات المغنيسيوم." ^{[ 9 ]} وقد تُلحق أملاح كبريتات المغنيسيوم الضرر بالملاط عند جفافها وإعادة تبلورها نتيجة لتمدد البلورات أثناء تشكلها، وهي ظاهرة تُعرف باسم هجوم الكبريتات .

يُصنّف الجير المستخدم في مواد البناء عمومًا إلى جير "نقي" و"هيدروليكي" و"رديء"؛ ^{[ 10 ]} وقد يكون طبيعيًا أو صناعيًا ؛ ويمكن تمييزه أيضًا بمحتواه من المغنيسيوم، مثل الجير الدولوميتي أو جير المغنيسيوم. تشمل استخداماته ملاط ​​الجير ، والجص الجيري ، والطلاء الجيري ، وأرضيات رماد الجير ، والخرسانة المبنية ، والطلاء الأبيض ، وطلاء المعادن السيليكاتية ، وكتل الحجر الجيري التي قد تكون من أنواع عديدة . تؤثر خصائص أنواع الجير المُصنّع المختلفة على كيفية استخدامها. استخدم الرومان نوعين من ملاط ​​الجير لصنع الخرسانة الرومانية ، مما مكّنهم من إحداث ثورة في الهندسة المعمارية، والتي تُعرف أحيانًا بثورة الخرسانة .

يتمتع الجير بخصائص معقدة عديدة كمادة بناء، تشمل سهولة الاستخدام التي تتضمن التماسك، والالتصاق، ومحتوى الهواء، ومحتوى الماء، وشكل البلورات، وعمر الألواح، وسهولة الفرد، والسيولة؛ وقوة الترابط؛ والقوة الشاملة؛ ووقت التصلب؛ وقدرة تحمل الرمل؛ والصلابة الهيدروليكية؛ ومحتوى الجير الحر؛ ونفاذية البخار؛ والمرونة؛ ومقاومة الكبريتات. تتأثر هذه الخصائص بعوامل عديدة خلال كل خطوة من خطوات التصنيع والتركيب، بما في ذلك المكونات الأصلية لمصدر الجير؛ والمكونات المضافة قبل وأثناء عملية الحرق، بما في ذلك المركبات الناتجة عن عوادم الوقود؛ ودرجة حرارة الحرق ومدته؛ وطريقة الإطفاء، بما في ذلك الخلط الساخن (إضافة الجير الحي إلى الرمل والماء لصنع الملاط)، والإطفاء الجاف، والإطفاء الرطب؛ ونسبة الخليط مع الركام والماء؛ وأحجام وأنواع الركام؛ والملوثات الموجودة في ماء الخلط؛ وجودة الصنعة؛ ومعدل التجفيف أثناء المعالجة. ^{[ 11 ]}

يُعرف الجير النقي أيضًا بالجير الغني، والجير العادي، والجير الهوائي، والجير المطفأ، والجير المخلّل، والجير المائي، والجير عالي الكالسيوم. يتكون أساسًا من هيدروكسيد الكالسيوم المُستخلص من إطفاء الجير الحي (أكسيد الكالسيوم)، وقد يحتوي على ما يصل إلى 5% من مكونات أخرى. يتصلب الجير النقي ببطء شديد عند ملامسته لثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء والرطوبة؛ فهو ليس جيرًا هيدروليكيًا، لذا لا يتصلب تحت الماء. يتميز الجير النقي بلونه الأبيض الناصع، ويمكن استخدامه في التبييض، والجص، والملاط. يذوب الجير النقي في الماء المحتوي على حمض الكربونيك ، وهو حمض طبيعي ضعيف ناتج عن محلول ثاني أكسيد الكربون في الماء والأمطار الحمضية ، لذا يذوب ببطء، ولكن هذه الخاصية تُنتج أيضًا عملية ترميم ذاتي، حيث يتدفق الجير المذاب إلى الشقوق في المادة ويترسب مرة أخرى، مما يُصلح الشق تلقائيًا.

الجير شبه الهيدروليكي، ويُسمى أيضاً الجير شبه الهيدروليكي والجير الرمادي، يتصلب مبدئياً بالماء ثم يستمر في التصلب بالهواء. يشبه هذا الجير الجير الهيدروليكي، لكنه يحتوي على نسبة أقل من السيليكا القابلة للذوبان (عادةً 6% كحد أدنى) والألومينات ، ويتصلب تحت الماء ولكنه لا يتصلب أبداً. ^{[ 12 ]}

يُعرف الجير الهيدروليكي أيضًا باسم الجير المائي . يحتوي الجير الهيدروليكي على الجير مع السيليكا أو الألومينا، ويتصلب عند تعرضه للماء، ويمكن أن يتصلب تحت الماء. ^{[ 13 ]} يُصنع الجير الهيدروليكي الطبيعي من الحجر الجيري الذي يحتوي بشكل طبيعي على بعض الطين . أما الجير الهيدروليكي الاصطناعي، فيُصنع بإضافة أنواع من السيليكا أو الألومينا، مثل الطين، إلى الحجر الجيري أثناء عملية الحرق، أو بإضافة البوزولانا إلى الجير النقي. ^{[ 12 ]} تُصنف أنواع الجير الهيدروليكي حسب قوتها إلى: ضعيف ، ومتوسط ، وعالي القوة . يحتوي الجير الهيدروليكي الضعيف على 5-10% من الطين، ويتفتت في غضون دقائق، ويتصلب في غضون ثلاثة أسابيع تقريبًا. يُستخدم في الأعمال الأقل تكلفة وفي المناخات المعتدلة. أما الجير الهيدروليكي المتوسط، فيحتوي على 11-20% من الطين، ويتفتت في غضون ساعة إلى ساعتين، ويتصلب في غضون أسبوع تقريبًا. يُستخدم في الأعمال ذات الجودة العالية والجدران الخارجية في المناخات الباردة. يحتوي الجير الهيدروليكي بشكل أساسي على نسبة 21-30% من الطين، ويتفكك ببطء شديد، ويتصلب في غضون يوم تقريبًا. يُستخدم في البيئات القاسية مثل الأماكن الرطبة وبالقرب من المياه المالحة. يتميز الجير الهيدروليكي بلونه الأبيض المائل للصفرة. "تؤثر درجة هيدروليكية الملاط على العديد من خصائصه. باختيار نسبة مناسبة من الطين إلى الحجر الجيري، يمكن تصميم ملاط ​​يتصلب هيدروليكيًا بدرجات متفاوتة لتلبية متطلبات تطبيق محددة، مثل وقت التصلب، والقوة، واللون، والمتانة، ومقاومة الصقيع، وسهولة التشغيل، وسرعة التصلب في وجود الماء، ونفاذية البخار، إلخ." ^{[ 13 ]}

يُعرف الجير الضعيف أيضاً بالجير الهزيل أو القليل. يتصلب الجير الضعيف ويجف ببطء شديد، كما أنه ضعيف الترابط. لونه رمادي.

يحتوي الجير المغنيسيومي على أكثر من 5% من أكسيد المغنيسيوم (BS 6100) أو 5-35% من كربونات المغنيسيوم (ASTM C 59-91). ^{[ 14 ]} أما الجير الدولوميتي فيحتوي على نسبة عالية من المغنيسيوم تتراوح بين 35-46% من كربونات المغنيسيوم (ASTM C 59-91). ^{[ 14 ]} سُمي الجير الدولوميتي نسبةً إلى جبال الدولوميت في جبال الألب الإيطالية والنمساوية. ^{[ 15 ]}

في الولايات المتحدة، يُعدّ الجير المُطفأ من النوع S الأكثر شيوعًا في أعمال البناء، حيث يُضاف إلى أسمنت بورتلاند لتحسين اللدونة ، وقدرة الاحتفاظ بالماء، وغيرها من الخصائص. يشير الحرف S في النوع S إلى "خاص"، مما يُميّزه عن الجير المُطفأ من النوع N الذي يشير الحرف N فيه إلى "عادي". من الخصائص المميزة للنوع S قدرته على تطوير لدونة عالية ومبكرة، وقدرة أعلى على الاحتفاظ بالماء، بالإضافة إلى انخفاض محتواه من الأكاسيد غير المُطفأة. ^{[ 16 ]} ظهر مصطلح "النوع S" لأول مرة عام 1946 في معيار ASTM C 207 الخاص بالجير المُطفأ لأغراض البناء. غالبًا ما يكون الجير من النوع S جيرًا دولوميتيًا، يُطفأ تحت الحرارة والضغط في جهاز التعقيم بالبخار (الأوتوكلاف)، ويُستخدم في الملاط، والطلاء ، والجص ، والطلاء الخارجي . لا يُعتبر الجير من النوع S مادة رابطة نقية موثوقة في الملاط نظرًا لارتفاع درجات حرارة الاحتراق أثناء إنتاجه.

جير الكنكر ، وهو جير مصنوع من الكنكر وهو شكل من أشكال كربونات الكالسيوم.

الجير السيليني، المعروف أيضًا باسم أسمنت سكوتس نسبةً إلى هنري يونغ داراكوت سكوت ، هو أسمنت مصنوع من الطباشير الرمادي أو جير مشابه، كما هو الحال في مجموعة لياس ، مع إضافة حوالي 5% من الجبس ( الجبس المكلس ). ^{[ 12 ]} السيلينيت نوع من الجبس، ولكن يمكن صنع الأسمنت السيليني باستخدام أي شكل من أشكال الكبريتات أو حمض الكبريتيك . ^{[ 17 ]} تعمل الكبريتات على إيقاف التفتت، مما يجعل الأسمنت يتصلب بسرعة ويزيد من قوته.

• الجير الزراعي والتكليس (للتربة)
• نوع التربة: كالسيسول
• إسمنت صديق للبيئة
• غراء جلدي
• أضواء
• هاون الجير
• معالجة المياه بالجير
• ماء الجير
• التبييض (معالجة الجلود)
• أعمال الجص
• ساسكاب : مادة بناء ورصف ( أمريكا الوسطى )
• زجاج الصودا والجير
• النيكستاماليزيشن : طريقة لمعالجة الأغذية ( المكسيك )

• جيه إيه إتش أوتس، مشروع الجير والحجر الجيري - الكيمياء والتكنولوجيا، الإنتاج والاستخدامات. وايلي-في سي إتش، رقم ISBN 3-527-29527-5(1998)
• هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية

• الرابطة الوطنية للجير (الولايات المتحدة وكندا)
• الجمعية البريطانية للجير
• منتدى الجير المستخدم في البناء (المملكة المتحدة)
• رابطة الجير الأوروبية (EULA)
• مسرد المصطلحات من إعداد روبرت دبليو. بيوارزيك، مكتبات سانتا كروز العامة، كاليفورنيا
• usgs.gov : الجير (ملخصات السلع المعدنية 2025)