سیمان جزء لاینفک زیرساخت شهری است که از آن برای ساخت بتن و همچنین ملات و ایمن سازی زیر ساخت ها با اتصال بلوک های ساختمانی استفاده می شود. بتن از سیمان، آب، ماسه و شن مخلوط به نسبت معین ساخته می شود، در حالی که ملات از سیمان، آب و سنگدانه آهک تشکیل شده است، که هر دو برای چسباندن سنگ ها، آجرها و سایر واحد های ساختمانی، پر کردن یا مهر و موم کردن شکاف ها و ساختن الگوهای تزئینی استفاده می شوند. سیمان مخلوط با سیلیکات های آب و آلومینات ها، توده ای سخت شده ضد آب می سازد.
سیمان چیست؟
سیمان پودر لطیف و نرمی است که از آن به عنوان چسب استفاده می شود، زیرا پس از تماس با آب سفت می شود. سیمان از مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس که زغال شده و سپس آسیاب شده، تولید می شود. سیمان، یکی از مهمترین مصالح ساختمانی، یک ماده اتصال دهنده است که برای چسبیدن به واحد های ساختمانی مانند سنگ، آجر، کاشی و غیره سفت و سخت می شود. مواد خام در کارخانه های تولید سیمان فرآوری شده و حرارت داده تا یک ماده سخت سنگی تشکیل شود و سپس به پودر ریز آسیاب می شود تا به فروش برسد. سیمان مخلوط شده با آب باعث واکنش شیمیایی شده و خمیری را تشکیل می دهد که برای اتصال ساختارهای منفرد مصالح ساختمانی سفت و سخت می شود.
تاریخچه سیمان
اصطلاح سیمان از کلمه لاتین caementum گرفته شده است، که به معنای خرده سنگ هایی است که در ملات رومی استفاده می شد. سیمان، اگرچه متفاوت از محصول تصفیه شده ای است که امروزه یافت می شود، اما از زمان ظهور تمدن بشری به اشکال مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. از خاکسترهای آتشفشانی، سفال های خرد شده، گچ سوخته و آهک هیدراته گرفته تا اولین سیمان هیدرولیکی که رومیان در قرون وسطی استفاده کردند، توسعه سیمان تا قرن 18 ادامه یافت و محبوبیت پیدا کرد، اما در دهه 1850 با سیمان پرتلند جایگزین شد.
اختراع سیمان پرتلند معمولاً به جوزف آسپدین از لیدز، یورکشایر، انگلستان نسبت داده می شود که در سال 1824 برای ماده ای که از مخلوط مصنوعی سنگ آهک و خاک رس تولید می شد، حق اختراع گرفت. او این محصول را “سیمان پرتلند” نامید زیرا این ماده در هنگام گیرش به سنگ پرتلند، سنگ آهکی که برای ساخت و ساز در انگلستان استفاده می شد، شباهت داشت. محصول آسپدین ممکن است شباهت کمتری به سیمان پرتلند واقعی داشته باشد، و نمونه اولیه آن شاید همان چیزی باشد که توسط آیزاک چارلز جانسون در جنوب شرقی انگلستان در حدود سال 1850 تولید شد.
در قرن نوزدهم، سیمان روزندل در نیویورک کشف شد. اگرچه سختی آن در ابتدا آن را کاملاً محبوب کرد، تقاضای بازار به دلیل زمان طولانی پخت آن به زودی کاهش یافت و سیمان پرتلند دوباره مورد علاقه بود. با این حال، یک ترکیب جدید از سیمان روزندیل – پرتلند، که هم بسیار بادوام است و هم به زمان پخت کمتری نیاز دارد، سنتز شد و اکنون اغلب برای ساخت بزرگراه یا پل استفاده می شود.
سیمانی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد، تحت آزمایش و پیشرفت های قابل توجهی برای پاسخگویی به نیازهای دنیای کنونی قرار گرفته است، مانند ساخت بتن پیش ساخته بتن های قوی برای جاده ها و بزرگراه ها، ملات های هیدرولیک مقاوم در برابر آب دریا، و گچ کاری برای آب و هوای مرطوب. (بتن پیش ساخته چیست؟)
سیمان چگونه ساخته می شود؟
تولید سیمان یک فرآیند پیچیده و شامل چند مرحله است که به طور کلی از مواد خام معدنی استخراج شده تا به سیمان نهایی برای استفاده در بتن اکسپوز و سایر موارد منجر می‌شود. مراحل اصلی تولید سیمان عبارتند از:
- استخراج مواد خام: دو ماده‌ی اصلی برای تولید سیمان شامل سنگ آهک (کلسیم کربنات) و خاک رس (سیلیس و آلومینا) هستند. این مواد از معدن ها استخراج می شوند و به کارخانه سیمان منتقل می شوند.
- آماده سازی مواد خام: مواد خام استخراج شده به اندازه ی مورد نیاز خرد می شوند تا به اندازه‌ی مناسب برای فرآیند آینده باشند.
- مخلوط کردن مواد خام: مواد خرد شده (سنگ آهک، خاک رس و…) در نسبت های دقیق با یکدیگر ترکیب می شوند تا به مخلوطی به نام خوراک (کلینکر) منجر شوند.
- پخت کلینکر: خوراک در یک کوره چرخشی با دماهای بسیار بالا (حدود 1400-1600 درجه سانتی گراد) پخته می شود. این فرآیند باعث تشکیل کلینکر (پلیده ی سیمان) می شود که اصلی ترین ماده تشکیل‌دهنده ی سیمان نهایی است.
- آسیاب کلینکر: کلینکر پخته شده را به همراه یک مقدار کمی گچ (سولفات کلسیم) آسیاب می کنند تا به پودری نرم به نام سیمان تبدیل شود.
- افزودن مواد افزودنی: به منظور تغییر ویژگی های سیمان، ممکن است مواد افزودنی مثل پوزولان ها (مانند زغال سنگ پرک) یا مواد کمکی دیگر اضافه شوند.
- آماده‌سازی سیمان: سیمان با اضافه کردن مقداری آب تا تشکیل گل مرطوب می شود. این مرحله به عنوان “تشکیل پاستا” شناخته می شود.
- بسته‌بندی و توزیع: سیمان تشکیل شده به کیسه ها یا مخازن بزرگ منتقل شده و برای حمل و نقل و استفاده نهایی بسته بندی می‌شود. مراحل بالا به طور کلی فرآیند تولید سیمان را تشریح می کنند. این فرآیند به شدت وابسته به ترکیب مواد خام، دما ها، نسبت ها و شرایط فنی دیگر است که می تواند تفاوت های زیادی در خصوصیات نهایی سیمان ایجاد کند.
کاربردهای سیمان
سیمان به عنوان یک ماده ساختمانی اساسی در صنعت ساخت و ساز استفاده می شود و در انواع مختلف پروژه های ساختمانی و زیر ساختی به کار می رود. سیمان ممکن است به تنهایی مورد استفاده قرار گیرد اما استفاده عمده از آن در ساخت ملات و بتن است که در آن سیمان با مواد بی اثر به نام سنگدانه مخلوط می شود. ملات، سیمانی است که با ماسه یا سنگ خرد شده مخلوط شده و اندازه آن باید کمتر از 5 میلی متر باشد. در زیر، برخی از کاربردهای اصلی سیمان از جمله در ساخت نمای بتنی را می‌توانید مشاهده کنید:
- بتن ساختمانی: بتن با ترکیب سیمان، ماسه، سنگدانه و آب تشکیل می شود. این مواد با ترکیب درست به عنوان ماده سازنده اصلی سازه ها به کار می روند. بتن در ساخت کف پوش ها، دیوارها، سنگ فرش های بتنی، ستون ها، بلوک های ساختمانی، پل ها و سازه های دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.
- آجر و سفال: برای اتصال آجرها به یکدیگر و ایجاد سازه های خاصی مانند دیوار ها، ستون ها و نماها، سیمان به عنوان ماده‌ی چسباننده استفاده می شود.
- پیچان ها و تونل ها: در ساخت پیچان ها (تونل های ترانزیتی) و تونل های راه‌آهنی نیز از سیمان استفاده می شود.
- کف پوش ها و پوشش ها: سیمان به عنوان ماده ای برای سطوح کف پوش های بتنی، پوشش های صنعتی، کف پوش های پارکینگ، سرامیک ها و دیگر موارد مشابه به کار می رود.
- پل ها و سازه های عظیم: در ساخت پل ها، سد ها، برج ها و سازه های بلند مرتبط با زیر ساخت های عظیم از سیمان به میزان زیادی استفاده می شود.
- ساخت خطوط لوله و تأسیسات صنعتی: سیمان به عنوان یک ماده‌ی مقاوم و چسباننده در ساخت و نصب خطوط لوله ها، تأسیسات صنعتی و سازه های مشابه به کار می رود.
- ساخت سازه های پیش ساخته: سازه های پیش ساخته مانند پنل های بتنی، پیش ساخته های فلزی و غیره نیز از سیمان به منظور ایجاد اتصالات و چسبانندگی استفاده می کنند.
- مصالح جدید: در سال های اخیر، تحقیقات بر روی توسعه مصالح جدیدی که از سیمان کمتری استفاده کنند، انجام شده است. به عنوان مثال، بتن خودتراکم، بتن سبک و انواع جی اف آر سی که با استفاده از ترکیبات خاصی سبک تر و قابل تراکم شدن هستند.
سیمان در ساخت مصالح متنوعی مانند آجر زغال سنگی، سیمان برگه‌ای، مصالح عایق‌بر، مصالح بازیافتی و غیره نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فهرست تنها یک نمونه از کاربرد های سیمان در صنعت ساخت و ساز است. انواع مختلف سیمان با ویژگی های خاص می توانند در پروژه های متفاوت به کار روند.
انواع سیمان
انواع مختلف سیمان با ترکیب نسبت های مختلف گچ، کلینکر و سایر مواد افزودنی وجود دارد. سیمان های مورد استفاده برای ساخت و ساز با توجه به ویژگی های مختلف به دو دسته ی هیدرولیک وغیر هیدرولیک تقسیم می شوند.
- سیمان هیدرولیک
سیمان هیدرولیک سیمانی است که در ترکیب با آب سخت می شود. در نتیجه واکنش های شیمیایی، مخلوط های سیمان هیدرولیک استحکام و پایداری خود را برای همیشه حفظ می کنند. سیمان هیدرولیک در درجه اول از سنگ آهک، برخی از خاک رس و کانی های گچ ساخته می شود که در یک فرآیند دمای بالا با هم می سوزند.
گیرش و سخت شدن سیمان های هیدرولیک به دلیل تشکیل ترکیبات حاوی آب است که در اثر واکنش بین اجزای سیمان و تماس اولیه با آب ایجاد می شود. این واکنش هیدراتاسیون نامیده شده که استحکام و پایداری سیمان هیدرولیک را ایجاد می کند. سیمان هیدرولیک به دلیل خواصی که دارد به عنوان ماده اصلی در ساخت و سازهای مدرن استفاده می شود.
- سیمان غیر هیدرولیک
سیمان غیر هیدرولیک سیمانی است که در تماس با آب نمی تواند سخت شود. سیمان های غیر هیدرولیک به صورت مایع با استفاده از موادی مانند آهک غیر هیدرولیک و گچ و اکسی کلرید ساخته می شوند. پس از استفاده از سیمان غیر هیدرولیک در ساخت و ساز، برای تقویت و حفظ سازه باید آن را خشک نگه داشت.
زمانی که در ملات از سیمان غیر هیدرولیک استفاده می شود، این ملات فقط با خشک کردن قابل تنظیم است و به همین دلیل استحکام خود را بسیار کند به دست می آورد. امروزه به ندرت از سیمان غیر هیدرولیک استفاده می شود که دلیل آن مشکلاتی است که با زمان طولانی انتظار برای گیرش و خشک شدن همراه است. همچنین انواع مختلفی از سیمان با توجه به ترکیبات و ویژگی های آن ها وجود دارد. در زیر، به برخی از انواع معمول سیمان اشاره می‌کنیم:
- سیمان پرتلند (Portland Cement):
این نوع سیمان پرکاربرد ترین نوع سیمان است و بیشتر در صنعت ساخت و ساز استفاده می شود. به دلیل ترکیبات خاصی که دارد، مقاومت بالا در برابر فشار، ضربه و شرایط مختلف را دارد. دسته بندی های اصلی این نوع سیمان شامل:
- سیمان پرتلند نوع یک (سیمان معمولی): پرمصرف ترین نوع سیمان محسوب می شود. این سیمان در شرایط آب و هوایی معمولی استفاده می شود و استفاده از آن در کارهای ساختمانی مختلف مانند پل ها، تونل ها و سایر ساختمان های معمولی مجاز است.
- سیمان پرتلند نوع دو (سیمان اصلاح شده): این سیمان کند کننده بوده و در برابر حمله سولفات مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. این سیمان برای بتن ریزی در هوای گرم مناسب است. استفاده از این سیمان در سازه هایی که به شدت مورد هجوم سولفات ها هستند، مجاز نمی باشد.
- سیمان پرتلند نوع سه (سیمان سریع گیر): این سیمان بسیار ریز است و به همین دلیل زمان گیرش آن سریعتر است. سیمان نوع سه برای هوای سرد مناسب است و نیاز به فرآوری دقیق و اصولی دارد.
- سیمان پرتلند نوع چهار (سیمان دیرگیر یا کم حرارت پرتلند): سیمان های نوع چهار در حین گیرش گرمای کمی تولید می کنند. از این سیمان برای بتن ریزی حجیم مانند سدها و پی پله های بزرگ برای کاهش تنش های حرارتی استفاده می شود.
- سیمان پرتلند نوع پنج (سیمان ضد سولفات): سیمان مقاوم به سولفات یک نوع سیمان خاص است که برای مقاومت در برابر آسیب های ناشی از سولفات ها طراحی شده است. سولفات ها مواد شیمیایی هستند که در خاک ها، آب ها و محیط های دیگر وجود دارند و می توانند به سازه ها و مصالح ساختمانی آسیب برسانند. این نوع سیمان به ویژگی های خاصی برای مقابله با حملات سولفات ها مجهز است. سیمان مقاوم به سولفات معمولاً تحت استانداردهای ملی و بین‌المللی تولید و توزیع می شود.
- سیمان پرتلند پوزولانی (PPC): با افزودن مواد پوزولانی مثل زغال سنگ پرک، خاصیت پایداری و مقاومت بیشتری در برابر تغییرات حرارتی دارد.
- سیمان سفید (White Cement):
این نوع سیمان از مواد خام با کمی کربنات کلسیم تهیه شده و برای کاربرد های خاصی مثل تولید بتن سفید یا ایجاد تزئینات و نما ها استفاده می شود. تولید سیمان سفید شباهت زیادی به تولید سیمان خاکستری (معمولی) دارد، با این تفاوت که مواد خام دارای اکسید آهن کمتری هستند که باعث رنگ سفیدی در سیمان می شود. سیمان سفید به دلیل خاصیت های منحصر به فرد خود، قیمت بالاتری نسبت به سیمان خاکستری دارد. این نوع سیمان به عنوان یک محصول خاص و با ارزش در صنعت ساخت و ساز و صنایع مرتبط شناخته می شود.
3.سیمان سرباره (Blast Furnace Slag Cement):
سیمان سرباره یک نوع سیمان است که با افزودن سرباره های فرآوری شده از کوره های ذوب آهن به سیمان عادی تولید می شود. سرباره ها، مواد فلزی کاهش یافته از مواد معدنی هستند که در فرآیند تولید آهن و فولاد استفاده می شوند. این سرباره ها پس از فرآوری، شبیه به پودر و مواد خام خاصی برای تولید سیمان سرباره تشکیل می‌دهند. در نتیجه، سیمان سرباره به خصوص در پروژه هایی که نیاز به مقاومت در برابر حرارت، شیمیایی و استحکام دارند، مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع سیمان تحت استاندارد های ملی و بین‌المللی تولید و استفاده می شود.
- سیمان سریع (Rapid Hardening Cement):
این نوع سیمان به سرعت تشکیل می‌شود و در پروژه هایی که زمان محدودی برای تثبیت سریع نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- سیمان رنگی (Colored Cement):
سیمان رنگی یک نوع سیمان است که به دلیل افزودن رنگ های معدنی یا آلی به ترکیب سیمان عادی (سیمان پرتلند) تولید می شود. این نوع سیمان با تغییر در ترکیب و افزودن رنگ ها به سیمان، قابلیت ایجاد تنوع در رنگ و ظاهر سطوح سازه ها را فراهم می کند. سیمان رنگی به عنوان یک راه برای ایجاد جلوه های زیبا و منحصر به فرد در پروژه های ساختمانی استفاده می شود. تولید و مصرف سیمان رنگی به تولید کنندگان مختلف بستگی دارد و معمولاً در پروژه های خاص و با تمرکز بر ظاهر و تزئینات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ترکیبات و مشخصات سیمان ها ممکن است در هر کشور با استانداردهای کشور دیگر متفاوت باشد. انتخاب نوع مناسب سیمان باید با توجه به نیاز ها و شرایط خاص هر پروژه انجام شود. هر روز مخلوط ها و کاربرد های جدیدی برای سیمان کشف می شود. جدیدترین نوآوری های تکنولوژیکی منجر به ساخت سریع تر، با کیفیت بالاتر و با هزینه کمتر سیمان شده و تضمین می کند که برای سال های آینده به عنوان یکی از مصالح ساختمانی ضروری باقی خواهد ماند. فناوری همچنین کاربردهای جدیدی (بسط سیمان و ریز سیمان تزئینی) و روش های ساخت و ساز مبتنی بر سیمان (مانند چاپ سه بعدی) را به ارمغان آورده است.
اخیراً، هنک یونکرز، پروفسور هلندی میکروبیولوژی، موفق به ایجاد یک بتن زیستی شده است که در صورت ترک خوردن، خود را ترمیم می کند. او با اختلاط سیمان با باکتری های خاصی که سنگ آهک تولید می کنند، یک ماده زنده فوق العاده قوی ایجاد کرده است که می تواند از آرماتورهای فولادی داخلی در برابر آسیب آب محافظت کند.
این پیشرفت های فناوری ما را به پیش بینی این موضوع سوق می‌دهد که سیمان همچنان یکی از مهم ترین مصالح ساختمانی خواهد بود و در قرون آینده به شکل دهی شهر های آینده ما ادامه خواهد داد.
بدون دیدگاه