سیمان، یک ماده چسبنده‌ای است که مواد و مصالح دیگر را با خاصیت چسبانندگی که دارد، به یکدیگر می‌چسباند.
سیمان در اکثر پروژه‌های ساختمانی با هر کاربری و عملکردی که دارند، استفاده می‌شود.
ما در این مقاله از تاریخچه سیمان، ساختار شیمیایی آن، روند تولید و انواع آن اطلاعات کامل و دقیقی قرار داده‌ایم.
با ما همراه باشید.
1. تاریخچه سیمان
تصویر یک
تا قبل از قرن 19 محصولات مختلفی برای ساخت ملات آبی (ماده‌ای خمیری شکل که خاصیت چسبندگی دارند) به کار می‌رفت. سال‌های گذشته ایرانیان ساروج (ملات سنتی ایرانیان) را به عنوان ملات آبی مصرف می‌کردند. مردم روم قدیم از ترکیب خاکستر و یا گرد و غبار آتش‌فشان‌ها با آهک، ماده‌ای شبیه به سیمان امروزی تولید می‌کردند که در برار آب و هوا مقاوم بود. همچنین، یونانیان به کمک خاک و آهک توانسته بودند ماده‌ای شبیه به سیمان امروزی تولید کنند.
چیزی نگذشت که در سال 1824 میلادی [ژوزف اسپین] طرح اصلاحی خود را برای ملات آبی تحت عنوان (سیمان پرتلند) به ثبت رساند. این نام به علت تشابه مواد اولیه به سنگ‌های ناحیه پرتلند در انگلستان انتخاب شده‌است.
امروزه (سیمان پرتلند) یکی از اصلی‌ترین مصالح چسبنده به‌حساب می‌آید که در عملکرد خود همتایی ندارد. در ساختمان‌های مدرن، سیمان به عنوان مصالح پایه به مصرف می‌رسد و از آن به‌طور گسترده‌ای در صنعت پیش‌ساخته استفاده می‌شود.
حتما بخوانید: مراحل ساختمان سازی در طراحی معماری به زبان ساده
2. ساختار شیمیایی سیمان پرتلند
تصویر دو
سیمان پرتلند، یکی از مصالح چسبنده آبی (هیدرولیک) است که با ترکیب آب و هوا سخت می‌شود. این سیمان محصول آسیاب کردن ترکیبی از آهک و رس است که بر اثر حرارت به‌خوبی پخته شده‌اند.
وجود رس نشان‌دهنده حضور سیلیکات کلسیم در کلینکر (دانه‌ها و مواد اولیه حرارت دیده‌ای که طی مراحلی به گلوله‌هایی به قطر 10 تا 40 میلی‌متر که همان سیمان است، تبدیل می‌شوند.) است .
کیفیت کلینکر، نشان‌دهنده مشخصاتی چون: مقاومت‌های به‌دست آمده، دوام و تحمل شرایط مختلف سیمان است.
حتما بخوانید: همه چیز درباره سنگ آنتیک + جذاب ترین مدل های جدید
3. روند تولید سیمان پرتلند
تصویر سه
مواد اولیه برای تولید سیمان باید 75 تا 78 درصد کربنات کلسیم و 22 تا 25 درصد مواد رسی داشته باشد. اما از آن‌جایی که این مواد اولیه با این ویژگی‌های گفته‌شده به‌ندرت در طبیعت پیدا می‌شود؛ سیمان پرتلند، معمولا از خاک رس و سنگ آهک به کمک میزان معینی مواد افزودنی که اکسیدهای موردنظر را تامین می‌کنند، تهیه می‌شود.
دو راه اصلی برای تولید سیمان وجود دارد که از لحاظ چگونگی مخلوط کردن مواد اولیه متفاوت هستند. اما خوب است بدانید، در حال حاضر تولید سیمان به روش تَر به علت کیفیت بالای محصول ترجیح داده می‌شود.
- روش تَر: مواد اولیه به کمک آب مخلوط، به شکل خمیر درآمده و سپس پخته می‌شوند.
- روش خشک: مصالح به صورت خشک مخلوط و پخته می‌شوند.
برای تولید سیمان پرتلند مراحل زیر طی می‌شود:
- تهیه مواد اولیه و تکمیل کمبودها
- گداختن مخلوط
- آسیاب نمودن کلینکر به‌دست آمده به همراه مواد افزودنی مورد نیاز
در ابتدا، مواد اولیه پس از جدا شدن در معدن به کارخانه انتقال پیدا می‌کند و سپس آسیاب می‌شود و با خاک رس که در حوضچه‌های مخصوص به کمک آب، خرد شده‌اند، ترکیب می‌شوند. خمیر به‌دست آمده در آسیاب‌های مخصوص با آهک خرد شده مخلوط و یک‌دست می‌شود. در انتها، ترکیبی خمیری شکل به سیلوهای مخصوص هدایت می‌شود و در آنجا پس از آزمایش، کمبودهای آن مشخص شده و اصلاح می‌شود.
در مرحله دوم، برای اینکه خمیر به‌دست آمده حرارت ببیند آن را وارد کوره‌ای با درجه حرارت 1500 سانتی‌گراد می‌كنند.
دانه‌های كلینكر داغ میل زیادی به تركیب با آب دارند، به‌همین خاطر به قسمت خنك‌كننده هدایت می‌شوند و در آنجا به كمك جریان هوا سرد می‌شوند. پس از آن، کلینکر به طرف سیلو حرکت می‌کند. طی آزمایش‌هایی اگر سلامت آن تایید شد به سمت آسیاب می‌روند.
در آسیاب، کلینکر با نسبت متناسب گرد گچ مخلوط می‌شود و سیمان به‌دست آمده به بخش بسته‌بندی هدایت می‌شود.
سیمان، معمولا در کیسه‌های 50 کیلویی که دارای حجم تقریبی 30 دسی مترمکعب است، بسته‌بندی می‌شود. برای کارهای بزرگ ساختمانی مانند پل‌ها، سدهای بتنی و... سیمان را می‌توان به صورت فلّه‌ای با کامیون‌های دارای مخزن مخصوص حمل کرد و در سیلوهای سیمان انبار کرد.
حتما بخوانید: جدیدترین و جذاب ترین تکنولوژی های معماری 2020
4. انواع سیمان
تصویر چهار
4.1. سیمان پرتلند معمولی (نوع 1)
این نوع سیمان، بیشترین کاربرد را دارد و برای ساخت بتن برای ساختمان‌ها، جاده‌ها و کلیه کارهایی که نیاز به خواص ویژه‌ای ندارد، مصرف می‌شود. مقاومت این نوع سیمان برای تمام کارهای بتنی به اندازه کافی سریع است.
ملات‌ها و بتن هایی که با سیمان پرتلند معمولی ساخته می‌شوند، در هنگام تهاجم اسیدها و سولفات‌ها صدمه می‌بینند. (سولفات‌ها ممکن است در خاک‌ها، آب‌های زیرزمینی، آب دریا و آجرهای رسی وجود داشته باشند. اسیدها ممکن است در خاک‌ها و آب‌های زیرزمینی مشاهده شوند.) در چنین شرایطی باید از انواع دیگر سیمان‌ها استفاده کرد تا از خرابی بتن، جلوگیری کرد.
4.2. سیمان پرتلند ممتاز (نوع 2)
این نوع سیمان همانند سیمان پرتلند معمولی است با این تفاوت که مواد اولیه آن را با دقت بیشتری تهیه و تولید می‌کنند و آن را بیشتر آسیاب می‌کنند. اینگونه سیمان ها خیلی سریع خود را می‌گیرند و به سرعت هم سخت می‌شوند و به مقاومت بیشتری در برابر هجوم سولفات‌ها از خود نشان می‌دهند.
4.3. سیمان پرتلند کم حرارت (نوع 3)
روند به‌دست آوردن مقاومت و سخت شدن این نوع سیمان به آهستگی صورت می‌گیرد و همان‌طور که از نام آن مشخص است، مقدار حرارت تولید شده توسط آن نسبت به سیمان پرتلند معمولی کمتر است. به این دلیل مصرف آن برای بتن ریزی هایی با حجم زیاد مانند: سدها یعنی در جایی که کم شدن حرارت بتن امری حیاتی است، الزامی می‌شود.
4.4. سیمان پرتلند سفید
سیمان پرتلند سفید از مواد خاصی ساخته می‌شود که دارای آهن و منگنز بسیار کمی است.
مصرف این نوع سیمان محدود به‌جایی است که نیاز به نما با رنگ سفید یا روشن باشد و معمولا همراه با سنگ‌دانه‌های مخصوصی استفاده می‌شود. از آنجا که قیمت سیمان پرتلند سفید حدود دو برابر سیمان پرتلند معمولی است، بنابراین در تمام مراحل کار، انتقال، مخلوط کردن، باید رعایت احتیاط به عمل آید تا از آلودگی جلوگیری شود و تمام وسایل نیز باید تمیز باشند.
4.5. سیمان پرتلند بنایی
سیمان بنایی، نوعی سیمان برای ساخت ملات و اجرای کارهای بنایی و نازک کاری است و از این سیمان نباید برای ساخت بتن استفاده کرد.
این نوع سیمان از سیمان پرتلند معمولی و مقداری پودرسنگ بسیار ریز و پرکننده و مواد حباب‌ساز، ساخته می‌شود و بدون آنکه نیاز به آهک باشد می‌توان از آن ملاتی با کارایی مناسب ساخت.
4.6. سیمان پرتلند ضد رطوبت
این نوع سیمان مشابه سیمان پرتلند معمولی است که مقداری ماده دفع‌‌کننده آب به آن افزوده شده‌است. خواص سیمان پرتلند ضد رطوبت مشابه خواص سیمان پرتلند معمولی است و به همان صورت مصرف می‌شود.
مقاومت در برار نفوذ رطوبت به بتن با کنترل مناسب صورت می‌گیرد و تراکم مطلوب ایجاد می‌شود. مزایای عمده این نوع سیمان موقعی است که در پشت لایه نازک‌کاری استفاده گردد تا از نفوذ آب جلوگیری شود و لایه نازک‌کاری آب خود را پس ندهد.
4.7. سیمان پوزولانی
سیمان پوزولانی، مخلوطی از دوده نرم یا پودر سرباره (به هنگام تولید آهن در کوره‌های آهن گدازی به وجود می‌آید.) و سیمان پرتلند معمولی است.
این نوع سیمان از نوع سیمان های کم‌حرارت است، همچنین خودگیری (سخت شدن) اولیه آن کندتر از سیمان پرتلند معمولی انجام می‌شود و سخت شدن نهایی آن تا ۱۲ ماه طول می‌کشد. این فرآورده مقاومت خوبی در برابر آب دریا و سولفات‌ها دارد.
حتما بخوانید: همه چیز درباره معماری مدرن + تاریخچه
5. نگاهی به ویژگی‌های سیمان
تصویر پنج
تمام سیمان ها وقتی با آب مخلوط می‌شوند به یک مصالح سخت تبدیل می‌گردند. اختلاف کلی آن‌ها در زمان خودگیری، میزان استقامت، مقاومت در برابر رنگ و دیگر عوامل شیمیایی است.
- سیمان، گردی است به وزن مخصوص تا ۳/۱ تن در مترمکعب و وزن ملاتی آن ۲/۲ تن در مترمکعب است.
- سیمان پرتلند معمولی به رنگ خاکستری تیره یا سبز است که این رنگ از تاثیر اکسید منیریم همراه آن است.
- محصولات سیمانی در برابر فشار، مقاوم هستند ولی در برابر نیروهای کششی توان ناچیزی از خود نشان می‌دهند.
- سیمان و محصولات آن در برابر آتش نیز مقاوم هستند.
♦ منبع: کتاب مصالح ساختمانی، سام فروتنی
حتما بخوانید: همه چیز درباره طراحی نمای ساختمان
حتما بخوانید: 8 طراحی برتر نمای ساختمان ایرانی + تصاویر
