انواع سیمان، تفاوت ها و کاربرد

مقدمه

سیمان از درهم آمیختن سنگ، خاک و آهک و آسیاب این سه جزء با یکدیگر بدست می آید.

کلینکر سیمان پرتلند فرآورده ای است مرکب که عمدتا از سیلیکات های کلسیم و آلومینات ها تشکیل شده و از واکنش حرارتی –شیمیایی مواد آهکی و رسی در کوره سیمان تا دمای معینی بدست می آید. سیمان چسباننده ای است آبی که از پودر نمودن کلینکر همراه با مقدار مناسبی سنگ گچ در آسیاب بدست می آید. سیمان در مجاورت آب و در اثر واکنش های هیدراسیون حرارت ایجاد می نماید و گیرش یافته و با گذشت زمان سخت می شود و در شرایط محیطی مناسب مقاومت پایداری را کسب می نماید. چنانچه این سیمان با آب و سنگدانه های مناسب، مخلوط شود ، ملات یا بتن با کارائی  و روانی مطلوب ایجاد می نماید که با گذشت زمان مقاومت های معینی را کسب می نماید و ثبات حجمی خود را در زمان های طولانی حفظ می کند و در رویارویی با  شرایط محیطی از دوام کافی برخوردار است.

در ساختن سیمان پرتلند ممتاز، مواد خام ریزدانه تر آسیام می شوند تا واکنش میان آهن و سیلیس در کوره ی سیمان پزی سریع تر گردد.

برخی از کارخانه ها برای ساختن سیمان ممتاز ، آن را دو بار می پزند. مواد خام را می پزند تا کلنکر بدست آید و آن را آسیاب می کنند و از نو می پزند تا همه ی CaO سیمان ترکیب شود و در آن آهک آزاد نماند زیرا هرچه آهک ترکیب شده در سیمان زیادتر باشد، تاب ملات آن در روزهای نخست ساختن ملات بیشتر می گردد. هر چه سیمان کلینکر ، سیمان ریزدانه تر باشد آب سریع تر در دانه ها نشت پیدا می کند. 

انواع سیمان

سیمان پرتلند نوع یک

به عنوان سیمان پرتلند معمولی برای مصارف عمومی در ساخت ملات یا بتن بکار می رود.

سیمان پرتلند نوع 2

به عنوان سیمان پرتلند اصلاح شده ای است که مصرف ویژه آن در ساخت بتن هائی است که حرارت هیدراتاسیون متوسط برای آنها ضرورت داشته و حمله سولفات به آنها در حد متوسط باشد.

سیمان پرتلند نوع 3

به عنوان سیمان پرتلند با مقاومت اولیه زیاد در شرایطی که مقاومت اولیه زیاد مورد نظر باشد بکار می رود.

سیمان پرتلند نوع 4

به عنوان سیمان پرتلند باحرارت کم در شرایطی که حرارت هیدراتاسیون کم بتن مورد نظر باشد بکار می رود.

سیمان پرتلند نوع 5

به عنوان سیمان پرتلند ضد سولفات در شرایطی که مقاومت زیاد بتن در برابر سولفات ها مورد نظر باشد بکار می رود.

سیمان آهنگدازی:

این سیمان از مخلوط کردن 20 تا 64% کلنکر سیمان پرتلند + 80 تا 36% ماسه آهنگدازی و آسیاب کردن مخلوط با افزودن چند درصد سنگ گچ، در آسیاب ساچمه ای به ریزی سیمان پرتلند بدست می آید.

هنگام بیرون روان شدن تفاله(سرباره) کوره آهنگدازی، روی آن با فشار آب بپاشید جوری که زود سرد شود و سیلیس آن بلوری نگردد و به شکل ماسه در آید.

ماسه ی تفاله ی کوره آهنگدازی بلند که زود رس شده باشد، باید دارای ترکیب نوشته شده در زیر باشد.

در سیمان های آهنگدازی نسبت سیمان به گرد تفاله آهنگدازی، به یک اندازه نیست.

سیمان سرباره

مخلوط همگنی از گرد سرباره(تفاله) آهنگدازی و گرد آهک شکفته با کمی گردسنگ گچ است. برای ساختن آن ،گرد سرباره ی آهنگدازی(که زود سرد شده باشد و به شکل ماسه ی شکل ماسه پوک درآمده و سیلیس آن بلوری نشده) را با گرد آهک شکفته مخلوط می کنند. برای منظم کردن زمان گرفتن ملات سیمان سرباره، نزدیک به 1% وزن مخلوط آن(گرد تفاله آهنگدازی و آهک شکفته) به آن گردسنگ گچ می افزیند.

گرد سنگ گچ ، گرفتن ملات را تحریک کرده، زمان گرفتن آن را منظم و کوتاه می کند. در ساختن سیمان سرباره، تفاله ی آهنگدازی پر آهک مصرف می شود، با ترکیبی نزدیک به 40 تا 50% آهک + 25 تا 35% سیلیس+ 10 تا 15% اکسید آلومینیوم + تا 6% منیزی و کمی اکسیدآهن و اکسید منگنز و گوگرد.

اندزه آهک شکفته در سیمان سرباره بستگی به جنس تفاله آهنگدازی و جنس آهک شکفته دارد. هرچه آن در تفاله آهن گدازی بیشتر باشد ، کمتر آهک شکفته به آن می افزایند.

سیمان سرباره گردی است به رنگ روشن و وزن ویژه 8/2 که به ریزی سیمان پرتلند آسیاب می شود و ملات آن کندگیر است. تاب کششی ملات 1 به 3 آن پس از 28 روز به N/mm 2 می رسد. ملات سیمان سرباره در برابر آب دریا و زمین ها و آب های سولفات دار پایدار است. مصرف این سیمان در جاهای نمناک مناسب تر از جاهای خشک است.
مصرف این سیمان در پی سازی و جاهایی که پس از ساختن در روزهای نخست نیاز به تاب زیاد نباشد ، همچنین ساختمان های دریایی و زمین های سولفات دار مصرف می شود.

سیمان پرتلند ضد سولفات

اثر بد سولفات ها در ملات و بتن سیمانی، کمی پس از اختراع سیمان پرتلند و مصرف کردن آن، روشن شد. نزدیک به یکصد سال کارشناسان بررسی کردند، تا در سال 1938 مشخص شد که پایدارترین سیمان در برابر نمک های سولفاتی، سیمانی است که بیشینه %3 (وزن سیمان) سه کلسیم آلومینات و بیشینه %5 (وزن سیمان) Al2O3 داشته باشد.

برای ساختن سیمان پرتلند ضد سولفات، خاک رس مصرف نمی شود تا آلومینیوم سیمان کاهش یابد. مواد خام آن را از در هم کردن و آسیاب نمودن سنگ آهک + سیلیس + اکسیدآهن آماده می کنند و آن را مانند سیمان پرتلند می پزند.سیمان پرتلند ضدسولفات باید به ریزی سیمان پرتلند آسیاب شود. گرفتن آن پیش از یک ساعت آغاز  نگردد و پیش از ده ساعت پایان یابد.

سیمان پرتلند قلیایی

سیمان قلیائی Na اگر سنگ بتن، سنگ آتشزنه Opal هم داشته باشد، هنگام سوختن بتن تا پایان گرفتن دوغاب سیمان، در بتن سیلیکات ناتریم و سیلیکات کالیم درست می شود. این دو سیلیکات که "آب شیشه" نام دارند، هر گاه در آب دوغاب سیمان حل گردند، در گرفتن آن اختلال ایجاد می کنند.

برای جلوگیری از اثر بد سنگ آتشزنه به بتن، سیمان قلیایی Na مصرف می شود. سیمان قلیایی نباید بیش از %6/0 وزنش Na2O یا جسم دیگر هم اثر آن داشته باشد.

سیمان برقی

سیمان رسی، سیمان آلومینیمی ، سیمان آب شده، سیمان فلزی، فرآورده هایی هستند که ساخته می شوند از آب کردن مخلوط سنگ Beauxit و سنگ آهک در کوره بلند همانند کوره آهنگدازی ، در گرمای 1500 تا 1600 درجه و سردکردن جسم آب شده به روش ویژه تا کلنکر شود و آسیاب کردن آن. سیمان برقی در سال 1908 در فرانسه اختراع شد.

کارشناسان سیمان دریافته بودند که سیمان های با آهک کم ، اکسید آلومینیون زیاد، دارای خاصیت ویژه هستند. این سیمان ها مصرف نمی شدند تا آنکه آب دریا و آب های سولفات دار و زمان های گچ دار نمناک، ساختمان های بتنی زیادی را خراب کردند. گرچه با مصرف کردن سیمان تراس و سیمان پوزولانی از اثر بد آب دریا و آب های سولفات دار به بات جلوگیری می شود، اما کارشناسان تلاش کرند که، سیمانی بسازند که در برابر اثر آب دریا و سولفات های آب و زمین پایدار باشد. پایان کوشش آنها ساخته شدن سیمان برقی بود. پس از ساخته شدن و به مصرف رسیدن سیمان برقی، روشن شد که گذشته از پایداری آن در برابر آب دریا و آبهای سولفات دار و زمین های گچ دار، تاب نخستین روزهای ملات آ نیز زیاد است.

سیمان برقی را با سنگ آهک و سنگ Beauxit می سازند. بوکزیت، هیدراکسید آلومینویم است که کمی هم اکسید آنه و اکسیدتیتان Titan و سیلیس دارد. بوکزیت بجز سیمان برقی، به مصرف ساختن آلومینیوم، زاج و آجر نسوز هم می رساند.

ساختن سیمان برقی، در همه جای جهان یک جور نیست و در همه کشورها ساخته نمی شود . کلوخه مواد خم را در کوره های آهنگدازی بلند در گرمای 1500 تا 1600 درجه آب می کنند. از بالای تنوره به کوره، مواد خام( کلوخه های سنگ بوکزیت و سنگ آهک) و سوخت میریزند و از پایین کوره به آن شعله می دمند. مواد خام کم کم آب می شود و به درون بوته می چکد که آن را با برق آبکی نگاه می دارند تاهمگن گردد یا موارد خام را در کوره برقی با جرقه آب می کنند. مواد خام آب شده با ترکیب نو، از سوراخ بوته بیرون میریزد.آن را مانند تفاله آهنگدازی سرد می کنند که شکل سنگ شیشه ای سخت تو پرریزان، همانند سنگ بازالت، در آید. آن را خرد کرده و دانه های آن را با آهنربا بیرون می کشند و مانده را در آسیاب گردنده ساچمه ای آسیاب می کنند آسیاب کردن کلکنر سیمان برقی دشوار است. هنگام آسیاب کردن به آن افزونه نمی افزایند.

پس از ساخته شدن سیمان ضد سولفات، چون سیمان برقی بی مصرف مانده است سازندگان سیمان برقی آن را سیمان نسوز نامگذاری کرده اند که درست نیست زیرا نسوزها باید در گرمای پایین تر از 150 درجه آب نشوند. سیمان برقی این خاصیت را ندارد.

سیمان سفید و رنگی

مانند سیمان پرتلند ساخته می شود. در نماسازی بیرو نماها و رومالی جاهای نمناک، مانند گرمابه ها و آبریزگاهها، در ساختن آجر موزائیک و کارهای ساختمانی زینتی مصرف می شود. آهن در کلسیم آلومینو فریت، رنگ سیمان پرتلند را تیره می کند.اگر مواد خام سیمان پرتلند آهن نداشته باشد، یا آهن آن را از موادخام گرفته باشند، رنگ سیمان  پرتلند سفید می شود. سیمان پرتلند سفید نباید بیش از هست در هزار وزن مواد خامش آهن داشته باشد. این است که در ساختن سیمان سفید، مواد خام بدون آهن مصرف می شود. برای بی رنگ کردن سیمان سید 3% وزن مواد خامش به آن کلرورکالیم یا کلرورکلسیم می افزایند، اینها د کوره گردنده با آهن مواد خام ترکیب کلرور آهن می دهند که می پرند و رنگ سیمان سفید می شود. در کوره ی سیمان پزی، دانه های مواد خام تجزیه شده بی آهن، با ترکیب نو در گرمای 1500 درجه عرق کرده، به همدیگر می چسبند. برای پایین آوردن درجه گرمای پخت، به آن جسم گدازآوری که سیمان را رنگی نکند می افزایند. برای این کار گچ، فلدسپات، شیشه،کلرور منیزیم، فلواروورمنیزیم، و بیشتر کریولیت مصرف می کنند.

سیمان چاه کنی

سیمان پرتلند یا مخلوط سیمان پرتلند با سیمان های طبیعی است(تراس، پوزلان) که برای کندن چاه های گود مصرف می شود. ساختن آنها جوری است که در گرمای زیاد چاه های خیلی گود نفت هم مانند روی زمین می گیرند و سفت و سخت می شوند.

سیمان زودگیر

سیمان پرتلندیست که آلومیناتش زیاد می باشد با ترکیب 11CaO-7Al2O3CaFe و ملاتش زود میگیرد و سفت و سخت می شود.

فرآیند سخت شدن سیمان در مجاورت آب

سیمان در مجاورت آب با انجام واکنش هیدراتاسیون ، سخت می شود. محصول واکنش عمدتا سیلیکات های کلسیم آبدار می باشد. ترکیبات شیمیایی دیگر نظیر آلومینات ها نیز در این عمل موثرند.

گرمازایی ملات سیمان

دوغاب سیمان، از آغاز تا پایان گرفتنش گرما پس می دهد. هرچه تاب ملات سیمان در نخستین روزهای ساختنش بیشتر باشد، زودتر گرما پس می دهد. هرچه تاب ملات سیمان در نخستین روزهای ساختنش بیشتر باشد، زودتر گرما پس می دهد. گرمازایی سیمان ها یک اندازه نیست. گرمازایی سیمان های کندگیر، کند است. ساختمان هایی که وسعت زیادی دارند مانند سدها را با سیمان هایی  که گرمازایی کم تری دارند استفاده می شود.

منابع:

استاندارد ملی ایران: INSO 389

مصالح ساختمانی تالیف احمد حامدی، انتشارات دانشگاه تهران

طراحی و کنترل مخلوط‌های بتن تالیف اردشیر اطیابی