سیمان چیست؟

سیمان پرتلند یک ماده اتصال دهنده است، ماده ای که برای ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای محکم شدن، سخت شدن و چسبیدن سایر مواد به هم اضافه می‌شود. سیمان به ندرت به تنهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، بلکه برای اتصال ماسه و شن (سنگدانه) به یکدیگر استفاده می‌شود. سیمان مخلوط با سنگدانه ریز، ملات بنایی و یا مخلوط با شن و ماسه، بتن تولید می‌کند. بتن پرکاربردترین مصالحی است که وجود دارد و بعد از آب به عنوان پر مصرف ترین منبع کره زمین قرار دارد.

این نوع از مصالح ساختمانی از طریق ترکیب شیمیایی کنترل شده از کلسیم، سیلیکون، آلومینیوم، آهن و سایر مواد تشکیل می‌شود. مواد رایج مورد استفاده برای تولید سیمان شامل سنگ آهک و گچ یا مارن است که با شیل، خاک رس، سنگ، سرباره کوره بلند، ماسه سیلیس و سنگ آهن ترکیب می‌شود.

تعیین مقدار سیمان، ماسه و سنگدانه را برای مخلوط بتن به مقاومت مد نظر برای بتن بستگی دارد. بنابراین طرح اختلاط بتن فرآیندی است برای تعیین مصالح با کیفیت مناسب و نسبت مقدار آن‌ها برای تهیه بتن با خواص مورد نظر مانند کارایی، استحکام، زمان گیرش و دوام. طرح اختلاط بتن نسبت سیمان، ماسه و آب وشن با توجه به حجم را به ترتیب تعیین می کند. بنابراین طرح اختلاط ۱:۲:۴  نشان دهنده (سنگدانه:ماسه: سیمان) است. به طور معمول، یک مخلوط حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد سیمان، ۶۰ تا ۷۵ درصد سنگدانه و ۱۵ تا ۲۰ درصد آب است. هوای ورودی در بسیاری از مخلوط‌های بتن نیز ممکن است ۵ تا ۸ درصد دیگر را اشغال کند.

سیمان پرتلند چیست؟

این محصول هنگامی که برای اولین بار در اوایل قرن ۱۹ در انگلستان ساخته شد و مورد استفاده قرار گرفت، سیمان پرتلند نامیده شد زیرا محصول هیدراتاسیون آن شبیه سنگ ساختمانی از جزیره پورتلند در سواحل بریتانیا بود. اولین اختراع برای این محصول در سال ۱۸۲۴ توسط جوزف آسپدین، ​​یک ماسون انگلیسی به دست آمد. وزن مخصوص ذرات آن حدود ۳.۱۵ است.

در سیمان پرتلند چهار فاز اصلی وجود دارد: سیلیکات تری کلسیم(C3A)، سیلیکات دی کلسیم (C2A)، آلومینات تری کلسیم (C3A) و آلومینوفریت تترا کلسیم (C4AF). استحکام و سایر خواص بتن عمدتآ از هیدراتاسیون سیلیکات‌های تری کلسیم و دی کلسیم ناشی می‌شود.

کیسه این نوع محصول ۴.۵ فوت مکعب بتن تولید می‌کند. برای ضخامت کمتر از ۲ اینچ و روکش از: ۱ قسمت سیمان پرتلند با ۳-۴ قسمت ماسه استفاده کنید.

روش پخت سیمان

مراحل ساخت سیمان پرتلند در زیر شرح داده شده است:

1. مخلوط کردن مواد اولیه

مواد اولیه اصلی مورد استفاده در تولید این نوع از مصالح عبارتند از کلسیم، سیلیکون، آهن و آلومینیوم. این مواد معدنی با توجه به در دسترس بودن به اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

روش اختلاط  به ۲ روش انجام می‌شود:

• فرآیند خشک: مواد اولیه آهکی و آجری ابتدا در دستگاه‌های سنگ شکن چرخشی خرد می‌شوند تا قطعات ۲-۵ سانتیمتر جداگانه به دست آید. مواد خرد شده مجدداً آسیاب می‌شوند تا ذرات ریز به آسیاب لوله وارد شوند. هر ماده خرد شده پس از غربالگری در قیف ذخیره می‌شود. اکنون این مواد معدنی پودر شده به نسبت مورد نیاز مخلوط می‌شوند تا مخلوط خام خشک به دست آید و سپس در سیلوها ذخیره شده و آماده ارسال به کوره دوار می‌شود. در حال حاضر مواد اولیه به نسبت‌های خاصی مخلوط می‌شوند تا ترکیب متوسط ​​محصول نهایی به درستی حفظ شود.
• فرآیند تر: مواد اولیه ابتدا خرد شده و به شکل پودر درآمده و در سیلوها ذخیره می‌شوند. سپس خاک رس شسته می‌شود تا مواد آلی چسبیده در خاک رس حذف شود. سنگ آهک پودر شده و خاک رس شسته شده برای جریان در کانال‌ها ارسال شده و به آسیاب‌ها منتقل می‌شود که در آن کاملاً مخلوط شده و خمیر تشکیل می‌شود، یعنی به عنوان دوغاب شناخته می‌شود. فرآیند سنگ زنی را می‌توان در آسیاب لوله ای انجام داد. سپس دوغاب به حوضچه جمع آوری هدایت می‌شود که در آن ترکیب را می‌توان تنظیم کرد. دوغاب حاوی حدود ۳۸-۴۰٪ آب است که در مخازن ذخیره می‌شود و برای کوره دوار آماده است.

تیپ های سیمان و مشخصات آن

تیپ های سیمان پرتلند

انواع مختلف از این نوع محصول برای برآوردن الزامات برای اهداف خاص تولید می‌شود. انجمن آزمایش و مواد آمریکا (ASTM) C150 هشت نوع سیمان پرتلند زیر را مشخص می‌کند.

سیمان تیپ I

این یک سیمان کلی است که در بتن برای ساخت روسازی، کف، ساختمان‌های بتنی مسلح، پل، مخازن، لوله ها و غیره استفاده می‌شود. از این نوع مصالح در بتن‌هایی استفاده می شود که در معرض تهاجم، مانند حمله سولفات از خاک و آب و یا افزایش درجه حرارت قرار نگرفته اند.

سیمان تیپ   II

در مواردی که احتیاط در برابر حمله متوسط ​​سولفات مهم است، مانند ساختارهای زهکشی، که ممکن است تحت غلظت متوسط ​​سولفات آب‌های زیرزمینی قرار گیرند، استفاده می‌شود. معمولاً حرارت کمتری از هیدراتاسیون را با سرعت کمتری نسبت به نوع I ایجاد می کند و بنابراین می توان از آن در سازه‌های جرمی مانند پایه های بزرگ، تکیه گاه‌های سنگین و دیوارهای حائل استفاده کرد. به دلیل تولید گرمای کمتر می توان آن را در هوای گرم ترجیح داد.

سیمان تیپ III

از نظر شیمیایی و فیزیکی شبیه  تیپ I است، با این تفاوت که ذرات آن ریزتر شده اند. این سیمان مقاومت اولیه را در دوره اولیه، معمولاً یک هفته یا کمتر فراهم می‌کند. زمانی استفاده می‌شود که قالب‌ بندی بتن باید در اسرع وقت برداشته شوند و یا زمانی که سازه باید به سرعت ساخته شود. در هوای سرد برای کاهش دوره عمل آوری بهتر است.

سیمان تیپ IV

در مواردی استفاده می‌شود که میزان و مقدار حرارت تولید شده از هیدراتاسیون  باید به حداقل برسد. نسبت به سایر انواع آن مقاومت بتن را با سرعت کمتری افزایش می‌دهد. در سازه‌های بتنی عظیم، مانند سدهای بزرگ، مناسب است که در آن افزایش دما ناشی از حرارت ایجاد شده در طول سخت شدن باید برای کنترل ترک خوردگی بتن به حداقل برسد.

سیمان تیپ  V

از این ماده فقط در بتن‌هایی که در معرض سولفات شدید هستند استفاده می‌شود. عمدتا در جایی که خاک یا آب‌های زیرزمینی دارای مقدار زیادی سولفات هستند. مقاومت بالای سولفات آن به دلیل محتوای کم C3A آن که در حدود 4 است، می‌باشد. در برابر اسیدها و سایر مواد بسیار خورنده مقاوم نیست.

سیمان‌های پرتلند به همراه عامل حباب ساز (تیپ های IA، IIA و IIIA)

این سیمان‌ها بتن با مقاومت بهتری در برابر یخ زدن و ذوب شدن و پوسته پوسته شدن ناشی از مواد شیمیایی برای حذف برف و یخ تولید می کنند. این محصول که دارای افزودنی حباب هوا ساز بتن تا کنون در ایران استاندارد و تولید نشده‌اند.

سیمان پرتلند سفید

این ترکیب مشابه نوع I یا III است ، با این تفاوت که به جای رنگ خاکستری دارای رنگ سفید است. این ماده از مواد اولیه حاوی مقادیر ناچیز آهن و اکسیدهای منیزیم ساخته شده است. این در درجه اول برای اهداف معماری استفاده می شود.

نوع سیمان: ویژگی‌ها و کاربردهای آن‌ها در ساختار بتن

انواع مختلف سیمان در ساختار بتن استفاده می‌شود. هر نوع از آن بر اساس مواد ترکیبی مورد استفاده در طول ساخت، خواص، مصارف و مزایای خود را دارد.

 نوع سیمان و موارد مصرف آن‌ها

• سیمان پرتلند معمولی (OPC): سیمان معمولی پرتلند پرکاربردترین نوع  است که برای همه ساختمان‌های بتنی معمولی مناسب است. این رایج ترین نوع سیمان تولید شده و مورد استفاده در سراسر جهان است، با تولید سالانه جهانی حدود ۳.۸ میلیون متر مکعب در سال. این نوع مصالح برای انواع ساختمان‌های بتنی مناسب است.
• سیمان پرتلند پوزولانی (PPC): سیمان پرتلند پوزولانی با آسیاب کردن کلینکر پوزولانی با سیمان پرتلند تهیه می‌شود. همچنین با افزودن گچ یا سولفات کلسیم یا با ترکیب کامل و یکنواخت سیمان پرتلند و پوزولانای ریز تولید می‌شود. این محصول در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی از مقاومت بالایی در برابر حملات شیمیایی مختلف به بتن برخوردار است و بنابراین، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سازه‌های دریایی، فاضلاب، برای بتن ریزی در زیر آب، مانند پل‌ها، اسکله‌ها، سدها و غیره استفاده می‌شود.
• سیمان سخت کننده سریع: سیمان سخت کننده سریع در روزهای اولیه از استحکام بالایی برخوردار است. در بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد که قالب‌ها در مراحل اولیه برداشته می‌شوند و شبیه  پرتلند معمولی (OPC) هستند. این نوع مقدار آهک را افزایش داده و دارای محتوای c3s بالاتر و آسیاب دقیق تر است، که باعث افزایش استحکام بیشتر از OPC در مراحل اولیه می‌شود. مقاومت این محصول در سه روز مشابه مقاومت 7 روزه OPC با نسبت آب به سیمان یکسان است. بنابراین، مزیت این محصول این است که قالب را می‌توان زودتر از بین برد که باعث افزایش سرعت ساخت و کاهش هزینه ساخت با صرفه جویی در هزینه قالب می‌شود. سیمان سخت کننده سریع در ساخت بتن پیش ساخته، کارهای جاده ای و غیره استفاده می‌شود.
• سیمان زودگیر کننده: تفاوت بین سیمان زودگیر و سیمان سخت کننده سریع این است که  زودتر خودش را می‌گیرد. در عین حال، میزان افزایش مقاومت مشابه سیمان پرتلند معمولی است، در حالی که سیمان سخت کننده سریع به سرعت مقاومت می‌گیرد. قالب بندی‌ها در هر دو مورد را می‌توان زودتر حذف کرد. سیمان زود گیر در مواردی که کارها باید در مدت زمان بسیار کوتاهی به پایان برسد و برای بتن ریزی در آب‌های ساکن یا جاری استفاده می‌شود.
• سیمان کم حرارت: سیمان کم حرارت با حفظ درصد آلومینات تری کلسیم زیر 6 درصد با افزایش نسبت C2S تولید می‌شود. مقدار کمی آلومینات تری کلسیم باعث می‌شود که بتن حرارت کمی از هیدراتاسیون را تولید کند. سیمان کم حرارت مناسب برای ساختارهای بتنی بزرگ مانند سدها، با حرارت کم هیدراتاسیون، از ترک خوردگی بتن در اثر حرارت جلوگیری می‌کند. این سیمان مقاومت بیشتری در برابر سولفات‌ها دارد و کمتر واکنش پذیر است و زمان گیرش اولیه بیشتر از OPC است.
• سیمان مقاوم در برابر سولفات: سیمان مقاوم در برابر سولفات برای کاهش خطر حمله سولفات به بتن استفاده می‌شود و بنابراین در ساخت فونداسیون‌هایی که خاک دارای سولفات زیاد است استفاده می‌شود. این سیمان محتویات C3A و C4AF را کاهش داده است. سیمان مقاوم در برابر سولفات در ساختارهایی که در معرض سولفات شدید آب و خاک قرار دارند؛ در مکان‌هایی مانند روکش کانال‌ها ، آبگیرها، دیوارهای حائل، سیفون‌ها و غیره استفاده می‌شود.
• سیمان سرباره: سیمان سرباره با آسیاب کردن کلینکرها در حدود ۶۰ درصد سرباره به دست می‌آید و از نظر خواص به سیمان پرتلند کم و بیش شباهت دارد. می توان از آن برای آثاری که ملاحظات اقتصادی در آن‌ها غالب است استفاده کرد.
• سیمان با آلومینا بالا: سیمان آلومینای بالا با ذوب مخلوط بوکسیت و آهک و آسیاب کردن با کلینکر به دست می‌آید. این یک سیمان سخت کننده سریع با زمان گیرش اولیه و نهایی به ترتیب حدود ۳.۵ و ۵ ساعت است. مقاومت فشاری این سیمان بسیار زیاد و قابل استفاده تر از سیمان پرتلند معمولی است و در کارهایی که بتن در معرض دمای بالا، یخ زدگی و عمل اسیدی قرار می‌گیرد، استفاده می‌شود.
• سیمان سفید: از مواد اولیه عاری از اکسید آهن تهیه می‌شود و نوعی سیمان پرتلند معمولی است که سفید است. گرانتر است و برای اهداف معماری مانند دیوارهای پرده ای و روکشی پیش ساخته، برای تزئینات داخلی و خارجی مانند نمای خارجی ساختمان‌ها، کفپوش، محصولات بتنی زینتی، مسیرهای باغ و استخرهای شنا و غیره استفاده می‌شود.
• سیمان رنگی: با مخلوط کردن ۵ تا ۱۰ درصد رنگدانه‌های معدنی با سیمان معمولی تولید می‌شود. آن‌ها به طور گسترده ای برای کارهای تزئینی روی کف استفاده می‌شوند.
• سیمان هوا زا: سیمان جذب کننده هوا با افزودن عوامل جذب کننده هوا مانند رزین ها ، چسب‌ها، نمک‌های سدیم سولفات‌ها و غیره در حین ساییدن کلینکر تولید می‌شود. این نوع سیمان به ویژه برای بهبود کارایی با نسبت آب به سیمان کمتر و بهبود مقاومت در برابر سرما برای بتن مناسب است.
• سیمان انبساطی: سیمان انبساطی با گذشت زمان اندکی منبسط می شود و در طول و پس از زمان سخت شدن منقبض نمی شود. این سیمان عمدتا برای تزریق پیچ لنگر و مجاری بتنی پیش تنیده استفاده می‌شود.
• سیمان ضد آب: سیمان ضد آب با مخلوط کردن مواد شیمیایی دفع آب تهیه می‌شود و از قابلیت کارکرد و استحکام بالایی برخوردار است. خاصیت دفع آب را دارد و در زمان بارندگی‌های موسمی تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد. سیمان ضد آب عمدتا برای ساخت سازه‌های آبی مانند سدها، مخازن آب، سرریزها، ساز‌ه‌های نگهدارنده آب و غیره استفاده می‌شود.