آشنایی با سیمان،مواد تشکیل دهنده آن و انواع سیمان های موجود
سیمان، یکی از مهمترین مصالح ساختمانی ساخته دست بشر است،این ماده به عنوان یک اتصال دهنده درقسمت های مختلف ساخت یک سازه نظیر سنگ، آجر، کاشی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این، سیمان یکی از ترکیبات اصلی بتن در ساخت سازه‌های مختلفی مانند پل، سد، ساختمان‌های مسکونی، ساختمان‌های تجاری و دیگر سازه‌های بتنی است. ساختار اصلی سیمان، از مواد معدنی نظیر سنگ آهک، رس یا ماسه، بوکسیت و کانی آهن تشکیل میشود که در ادامه به خواص هر یک و درصد مورد نیاز هرکدام برای ساخت انواع سیمان می پردازیم.
از کاربردهای اصلی سیمان، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت ملات برای گچ کاری، بنایی، بندکشی و غیره
- استفاده به عنوان درزگیر اتصالات
- مقاوم‌سازی سازه در برابر آب
- به کارگیری دربتن برای ساخت کف، سقف، پله و غیره
- ساخت سطوح سخت به منظور جلوگیری از آثار مخرب شیمیایی و دمایی
- ساخت لوله‌های پیش ساخته پایه‌ها و تیر حصار
- ساخت سازه‌های مهندسی نظیر پل
- اجرای فوندانسیون ،کف آببند، گذرگاه و غیره
- ساخت چاه، مخزن آب، زمین بازی، تیر چراغ برق، جاده و غیره
تاریخچه سیمان
اگر بخواهیم به گذشته یا به تاریخچه سیمان و اولین تولید سیمان در دنیا بپردازیم ،باید به قرن نوزده وکشور فرانسه سفر کنیم البته پیش تر از آن رومیان در سازه های خود از خاکستر های آتشفشانی ،آهک آبدار تحت عنوان سیمان هیدرولیکی استفاده می کردند. در این قرن، حق اختراع سیمان رومی به نام جیمز پارکر ثبت شد، این سیمان در آن دوران از شهرت بالایی برخوردار بود.
در قرن 19 میلادی ، تحقیقات و نوآوری‌های زیادی بر روی نحوه ساخت و کاربرد سیمان پرتلند انجام شد. دراین دوران نوع دیگری متمایز از سیمان رومی به دست شخصی به نام ویکات و تنها با مخلوط کردن دو ماده سنگ آهک و خاک رس با آب و به دست امدن ماده ای دوغاب مانند به وجود آمد ؛البته زنجیره تولید این مخلوط چندان ادامه پیدا نکرد تا اینکه در انگلستان یک بنای آجرچین موفق شد از پختن مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس به نوعی آهک آبی فوق العاده جالب دست یابد ،مخلط به دست آمده جدید سیمان پرتلند نام گذاری شد ،علت این نامگذاری این بود که مخلوط به دست آمده شباهت های زیادی سنگ سیمان و آهک داشت ،البته این سیمان با آنچه ما امروزه با نام سیمان پرتلند می شناسیم تفاوت دارد .
در همن قرن در نیویورک نیز ،نوع دیگری از سیمان رونمایی و ساخته شد با عنوان سیمان ررزندیل،به دلیل سختی مناسب این سیمان رزندیل، این نوع سیمان در اوایل عرضه با تقاضای بالا مواجه بود اما به دلیل طولانی بودن زمان گیرش آن، سیمان پرتلند بار دیگر به گزینه اول مصرف کنندگان تبدیل شد.
سیمانی که اکنون در ساخت سازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد، نتیجه آزمایش‌ها، تغییرها و پیشرفت‌های قابل توجهی است. هدف از تغییر ترکیب سیمان در سال‌های گذشته، دستیابی به محصولی مستحکم و بادوام برای ساخت جاده، آزاد، پل و دیگر سازه‌ها بوده است. اکثر سیمان‌های امروزی از سیمان پرتلند به عنوان ترکیب اصلی یا یکی از ترکیبات اصلی خود استفاده می‌کنند.
مواد تشکیل دهنده سیمان
سیمان ،از هشت ماده اصلی با درصد های متفاوت تولید شده است ،این مواد شامل :
- آلومینا :1درصد
- مگنزیا:3درصد
- اکسید آهن:0.5درصد
- سولفات کلسیم:0.5 درصد
- سولفور تری اکسید:3درصد
- آلکالین:1درصد
- آهک:65درصد
- سیلیکا:19 درصد
اگر بخواهیم با خواص این مواد و تاثیر آن در این ترکیب نیز به صورت خلاصه بپردازیم :
آهک یا کلسیم هیدروکسید بالاترین درصد را در مواد تشکیل دهنده سیمان به خود اختصاص داده است ،مقدار این ماده در مقاومت و زمان گیرش سیمان تاثیر گذار است یعنی در صورت کافی نبودن مقدار آهک، مقاومت و زمان گیرش کاهش می‌یابد و به صورت عکس نیزآهک زیاد باعث تورم و کاهش کیفیت سیمان می شود.
سیلیکا یا سیلسیم دی اکسید وظیفه تامین استحکام سیمان را عهده دار است ،اکسید منیزیوم یا مگنزیا نیز بر روی استحکام تاثیرگذار است. استفاده بیش از 2 درصد مگزنیا در ترکیب سیمان، کاهش استحکام را به همراه خواهد داشت.
اکسید آهن به سیمان رنگ می‌دهد. این ماده به عنوان یک کمک ذوب در ترکیب سیمان‌‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تولید سیمان به صورت خلاصه در 6بخش انجام می شود :
- استخراخ مواد خام از معدن
- آسیاب و مخلوط کردن مواد
- اعمال حرارت اولیه به مواد خام
- پخت مواد خام در کوره
- خنک سازی وآسیاب نهایی
- بسته بندی
معرفی انواع سیمان به صورت مختصر
-
سیمان پرتلند تیپ 1
این مدل از سیمان پرتلند به ،سیمان معمولی نیز معروف می باشد و کاربرد آن معمولا برای سازه هایی به کار میرود که نیاز به ویزگی های خاص سیمان نباشد .
سیمان پرتلند تیپ 1معمولا برای سازه هایی به کار می رود که اصطلاحا در آن حمله سولفات ها وجود ندارد .
در واقع میتوان اظهار کرد که سیمان پرتلند تیپ 1, معمولی ترین نوع سیمان است.
-
سیمان پرتلند تیپ 2
این نوع سیمان در مواردی که مقابل تاثیر ضعیف سولفات ها به احتیاط نیاز باشد, مورد استفاده قرار می گیرد.سیمان تیپ 2 در زمان گیرش , حرارت کمتری تولید می کند.به طور کلی سیمان های پرتلند تیپ 2 در سازه های حجیم و مناطق ساحلی, استخرها, لوله های بتنی انتقال آب, فونداسیون ها, مخازن آب و مقاومت آن در برابر تهاجم مواد شیمیایی بخصوص در آب دریا بیشتر از سیمان معمولی می باشد. در مواقعی که مقاومت بتن در مقابل سولفات ها و حفاظت میلگرد بتن آرمه در مقابل حمله نمک های کلر بطور همزمان مطرح باشد, استفاده از این نوع سیمان می تواند موثر باشد.
-
سیمان پوزولانی
در این نوع سیمان، مواد پوزولانی مانند خاکستر آتش فشانی و خاکستر در یک نسبت مشخص با سیمان پرتلند ترکیب می شوند.
مواد پوزولانی هیچگونه ویژگی سیمانی را به تنهایی ندارند، اما هنگامی که با سیمان پرتلند ترکیب می شوند با اجزای سیمان واکنش داده و ترکیباتی با خواص سیمان را به وجود می آورند.
سیمان پوزولانی دارای خواص مشابهی با سیمان عادی است اما اگر بخواهیم به ویژگی های خاصی که صرفا برای این مدل از نوع سیمان ات بپردازیم :
- تولید حرارت پایین.
- مقاومت بیشتر در برابر سولفات ها و خوردگی در برابر آب دریا.
این ویژگی ها باعث می شود تا از این نوع سیمان کاربرد بیشتری در نواحی نزدیک ساحل و خاک های سولفاتی پیدا کند. همچنین برای فاضلاب شهری و ساخت و ساز زیر سطح دریا استفاده از سیمان پوزولانی کاربرد دارد.
-
سیمان سفید
سیمان سفید را به عنوان نوعی سیمان پرتلند ویژه که پس از استفاده به رنگ شیری یا برفی ظاهر می شود، می شناسند .مواد تشکیل دهنده این نوع سیمان ؛آهک خالص (گچ) و رس می باشد که کاملا خالی از اکسید آهن و هر رنگدانه دیگری مانند منگنز و کروم است. مقاومت و زمان گیرش سیمان سفید همانند سیمان پرتلند معمولی است.
از سیمان سفید برای ساخت موانع بزرگراه ها و برای اهداف تزئینی استفاده می شود، همچنین به طور گسترده ای برای ساخت سنگ های ریخته گری جذاب مورد استفاده قرار می گیرند.
این نوع سیمان نسبتا از سیمان عادی گران تر می باشد و معمولا برای موارد خاصی استفاده میشود.