سیمان چیست و انواع کاربردهای آن

سیمان چیست؟

سیمان پرتلند یک ماده اتصال دهنده است. ماده ای که برای ساخت و ساز مورد‌استفاده‌قرار‌می‌گیرد و برای محکم‌شدن، سخت‌شدن و چسبیدن سایر مواد به هم اضافه‌می‌شود. این ماده به ندرت به تنهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، بلکه برای اتصال ماسه و شن (سنگدانه) به یکدیگر استفاده می‌شود. درواقع 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 کنترل‌شده 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 10 تا 15 درصد سیمان، 60 تا 75 درصد سنگدانه و 15 تا 20 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 19 در انگلستان ساخته‌شد و مورد استفاده قرار گرفت، سیمان پرتلند نامیده‌شد 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 به‌دست‌آمد. وزن مخصوص ذرات آن حدود 3.15 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 4.5 فوت مکعب بتن تولید می‌کند. برای ضخامت کمتر از 2 اینچ و روکش از: 1 قسمت‌سیمان پرتلند با 3-4 قسمت ماسه استفاده کنید.

روش پخت سیمان

مراحل ساخت‌سیمان پرتلند در زیر شرح داده‌شده‌است:

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 خرد‌شده پس از غربالگری در قیف ذخیره می‌شود. اکنون این مواد معدنی پودر‌شده 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 خرد‌شده 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 های‌سیمان پرتلند

انواع مختلف از این نوع محصول برای برآوردن الزامات برای اهداف خاص تولید می‌شود. انجمن آزمایش و مواد آمریکا (ASTM) C150 هشت نوع‌سیمان 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 ریزتر‌شده‌اند. این‌سیمان 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 ساخته‌شود. در هوای سرد برای کاهش دوره عمل آوری بهتر است.

سیمان تیپ IV

در مواردی استفاده‌می‌شود که میزان و مقدار حرارت تولید‌شده 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 ایجاد‌شده در طول سخت‌شدن 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 ذوب‌شدن و پوسته‌پوسته‌شدن ناشی از مواد شیمیایی برای حذف برف و یخ تولید‌می‌کنند. 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 ساخته‌شده‌است. این در درجه اول برای اهداف معماری استفاده می شود.

سیمان هیدرولیک

این سیمان‌ها با ترکیب دقیق و یکنواخت سیمان پرتلند و مواد جانبی مانند سرباره، خاکستر بادی، بخار سیلیس و سایر پوزولان‌ها تولید می شوند.

سوالات متداول