سیمان را می‌توان نوعی چسب در نظر گرفت که باعث استحکام و پایداری مواد در ساخت و ساز است و از این رو اهمیت بسیاری در ساخت‌و‌ساز دارد. این مقاله بصورت جامع تاریخچه، انواع، کاربردها، مواد اولیه، تولید، فرآوری، استخراج و نکات مهم خرید سیمان را در برمیگیرد. با آجر پازلی دات کام همراه باشید.
همانطور که می دانید، سیمان عنصر اصلی تشکیل دهنده ملات است و باعث استحکام و پایداری مواد در ساخت و ساز می‌شود. اگر شما نیز علاقه‌مند هستید، که بیشتر با این مصالح ساختمانی آشنا شوید؛ خوب جایی آمده‌اید. چراکه در این مقاله همه نکات مهم مربوط به آنرا بررسی خواهیم کرد.
سیمان ها پودرهای ریز آسیاب شده ای هستند که وقتی با آب مخلوط می شوند به صورت توده سفت در می آیند. گیرش و سخت شدن از هیدراتاسیون حاصل می شود که ترکیبی شیمیایی از ترکیبات سیمان با آب است، که کریستال های زیر میکروسکوپی یا مواد ژل مانند با سطح بالایی را ایجاد می کند. سیمان های ساختمانی که حتی در زیر آب نیز سفت و سخت می شوند؛ به دلیل خاصیت آبرسانی، اغلب سیمان هیدرولیک نامیده می شوند. مهمترین آنها سیمان پرتلند است.
مبدا کشف سیمان های هیدرولیک به یونان و روم باستان می‌باشد. مصالح مورد استفاده برای تولید سیمان خاکستر آتشفشانی و آهک بود که در مجاورت آب به آرامی با آن واکنش می داد و توده سختی را بوجود می آوردند. درواقع این ماده سیمانی ملات و بتن رومی بیش از 2000 سال پیش در کارهای ساختمانی در اروپای غربی در ساخت و ساز بکار گرفته می شدند. خاکستر آتشفشانی استخراج شده در نزدیکی شهر کنونی (Pozzuoli) ایتالیا، که بی نیاز از مواد معدنی آلومینوسیلیکات بوده باعث پیدایش سیمان پوزولانای کلاسیک دوران روم شده است. تا به امروز مفهوم پوزولانا به خود سیمان یا هر آلومینوسیلیکات تجزیه شده ای نسبت داده می شود که با آهک در آب، واکنش می دهد و این مصالح ساختمانی را تشکیل می دهد.
اصطلاح سیمان نیز از کلمه لاتین (caementum) گرفته شده است، که به معنای ریز سنگ هایی است که در ملات رومی استفاده شده است نه خود ماده ای که باعث چسبندگی است.
سیمان پرتلند جایگزین نوعی آهک هیدرولیکی است. این آهک اولین بار در سال 1756 توسط جان اسمیتون توسعه یافت و حدود سال 1800 در فرانسه و انگلستان پیشرفت یافت. اختراع سیمان پرتلند به جوزف آسپدین از اهالی لیدز یورکشایر، انگلستان نسبت داده شده است. او در سال 1824 حق اختراع ماده ای را که از مخلوط مصنوعی خاک رس و سنگ آهک تولید می‌کردند را به نام خود ثبت کرد. او این محصول را «سیمان پرتلند» نامید، چون این ماده، هنگام اجرا، به سنگ پرتلند شباهت داشت؛ همان سنگ آهکی که برای ساختمان سازی در انگلستان استفاده می‌شد. برای دستیابی به سیمان پرتلند واقعی، فرآورده آسپدین باید خیلی کم پخته شود؛ نمونه اولیه آن احتمالا همان محصولی بود که آیزاک چارلز جانسون در جنوب شرقی انگلستان حوالی سال 1850 تولید کرد.
تولید این ملات ساختمانی در مدت زمانی کوتاه در کشورهای آمریکای شمالی و اروپایی و در طول قرن بیستم در سراسر جهان رواج یافت. تا پایان سال 2019، چین و هند به عنوان سران تولید سیمان در سطح جهانی شناخته شدند. پس از آن ویتنام، ایالات متحده و مصر نیز این سمت را از آن خود کردند
سیمان علاوه بر اینکه به تنهایی کاربرد دارد؛ به همراه سنگدانه که نوعی مواد بی اثر است در ملات و بتن نیز استفاده می شود. این ملات ساختمانی از این نظر که زیر ساخت بسیاری از جاده ها توسط همین ماده انجام می‌شود، دارای اهمیت بسزایی است.
ملات تهیه شده از سیمان، برای چسباندن مصالح ساختمانی نظیر بلوک ساختمانی، کاشی، سنگ، آجر نما، لوله، بند راه آهن و محصولات مختلف اکسترود شده استفاده می‌شود. البته برخی سازندگان برای حفاظت و پوشش برخی سازه‌ها، سقف، دیوار،.. نیز از سختی آن بهره می‌برند.
همچنین از این مصالح ساختمانی برای ساخت مبل و صندلی های سیمانی در فضاهای آزاد یا ساخت میزهای جذاب موثر در دکوراسیون داخلی منزل از طرفداران بسیاری برخوردار است.
سیمان پرتلند از ترکیبات آهک (اکسید کلسیم، CaO) ترکیب شده با سیلیس (دی اکسید سیلیکون، SiO2) و آلومینا (اکسید آلومینیوم، Al2O3) تشکیل شده است. آهک از مواد خام آهکی و سایر اکسیدها از مواد آرژیلوس (رسی) به دست می‌آیند. مواد خام اضافی مانند ماسه سیلیس، اکسید آهن (Fe2O3) و بوکسیت – حاوی آلومینیوم هیدراته، Al(OH)3- ممکن است در مقادیر کمتر برای عمل آوری مخلوط مورد نظر استفاده شوند. رایج‌ترین مواد خام آهکی، سنگ آهک و گچ است؛ هرچند می‌توان از ماده‌های دیگر مثل رسوبات صدفی یا مرجانی هم استفاده کرد.
مواد خام مورد استفاده در ساخت سیمان، مانند سنگ‌های سخت همچون تخته سنگ‌ها، سنگ آهک و برخی از شیل ها در صورت لزوم با کمک انفجار یا از زیرزمین استخراج می‌شوند. سنگ‌های نرم تری مانند گچ و خاک رس را می‌توان مستقیماً توسط بیل مکانیکی استخراج نمود. سپس توسط واگن‌های باری راه‌آهن، کامیون‌ها، طناب یا تسمه نقاله به کارخانه سنگ شکن انتقال داده می‌شوند. یا در حالت دوغاب توسط خط لوله حمل می‌شوند. در مناطقی که سنگ‌های آهکی با محتوای آهک به اندازه کافی در دسترس نیستند، نیز می‌توان از برخی فرآیندهای غنی‌سازی استفاده کرد. شناورسازی کف، سیلیس یا آلومینا اضافی را حذف می کند و بنابراین سنگ آهک را جدا میسازد، اما این فرآیندی پرهزینه است و فقط در صورت اجتناب ناپذیر بودن استخراج استفاده می‌شود.
تولید و ساخت این ملات ساختمانی در 4 مرحله انجام می‌گردد:
همه به جز مواد نرم ابتدا معمولا در دو مرحله خرد می‌شوند و سپس آسیاب می‌گردند. اغلب مرحله آسیاب در آسیاب‌های چرخان استوانه‌ای یا آسیاب‌های لوله ای صورت می‌گیرد. این آسیاب بسته به فرآیند مورد استفاده به صورت مرطوب یا خشک انجام می‌شود، اما برای آسیاب خشک ابتدا ممکن است نیاز باشد که مواد اولیه در خشک‌کن‌های استوانه‌ای و چرخشی خشک شوند. مواد نرم با هم زدن شدید با آب در آسیاب‌های شستشو شکسته می‌شوند و دوغاب ریز تولید می‌شود که برای حذف ذرات بزرگ از روی صافی عبور می‌کنند.
اختلاط کامل مواد خشک در سیلوها با هم زدن و گردش شدید ناشی از هوای فشرده تضمین می‌شود. در فرآیند مرطوب، مخازن دوغاب توسط وسایل مکانیکی یا هوای فشرده یا هر دو هم زده می‌شوند. دوغاب که حاوی 35 تا 45 درصد آب است، گاهی اوقات فیلتر می‌شود و محتوای آب را به 20 تا 30 درصد کاهش می‌یابد و سپس بعد عبور از صافی دما به کوره داده می‌شود. این باعث کاهش مصرف سوخت برای پختن نیز می‌شود.
اولین کوره‌هایی که در آنها سیمان به صورت دسته ای سوزانده می‌شد، کوره‌های بطری بود، سپس کوره‌های محفظه‌ای و سپس کوره‌های شفت پیوسته وارد بازار شد. جالب است بدانید کوره شفت به شکل مدرن هنوز در برخی کشورها استفاده می شود، اما امروزه غالبا پختن سیمان در کوره دوار صورت می‌گیرد.
این کوره ها تا 200 متر (660 فوت) طول و شش متر قطر و در کارخانه‌های فرآیند مرطوب در ارتفاع کوتاه‌تر موجود می‌باشند. این کوره ها برای فرآیند خشک از یک پوسته استوانه ای فولادی تشکیل شده‌اند که با مواد نسوز پوشانده می‌شود. آنها به آرامی روی محوری می‌چرخند که چند درجه به سمت افقی متمایل است. مواد خام از انتهای بالایی کوره وارد می‌شود، و به آرامی در کوره به سمت پایین حرکت می‌کنند. سوخت برای کوره ممکن است زغال سنگ، نفت یا گاز طبیعی پودر شده باشد که از طریق لوله ها تزریق می شود. دما در انتهای پخت بسته به مواد خام سوزانده شده از حدود 1350 تا 1550 درجه سانتیگراد (2460 تا 2820 درجه فارنهایت) متغیر است.
نوعی مبدل حرارتی معمولاً در قسمت پشتی کوره تعبیه می‌شود تا انتقال حرارت به مواد خام ورودی را افزایش داده و در نتیجه حرارت از دست رفته در گازهای زائد کاهش یابد. محصول سوخته به صورت کلوخه‌های کوچک کلینکر از کوره خارج می شود. کلینکر‌ها به خنک کننده ها منتقل می شوند، جایی که گرما به هوای ورودی منتقل می شود و محصول خنک می شود. کلینکر ممکن است بلافاصله آسیاب شود تا به سیمان تبدیل شود؛ یا برای استفاده بعدی در انبارها ذخیره شود. در فرآیند نیمه‌خشک، مواد خام به شکل کلوخه‌هایی حاوی 10 تا 15 درصد آب، قبل از عبور به کوره دوار کوتاه‌تر که مخصوص فرآیند مرطوب است، روی یک رنده زنجیره‌ای متحرک تغذیه می‌شوند. گازهای داغی که از کوره می‌آیند، از طریق کلوخه‌های خام روی رنده مکیده می‌شوند و کلوخه‌ها را از قبل گرم می‌کنند.
کارخانه های سیمان مدرن مجهز به ابزار دقیق برای کنترل فرآیند پختن هستند. مواد خام در برخی از کارخانه ها به طور خودکار نمونه‌برداری می‌شود و در اینجا یک کامپیوتر ترکیب مخلوط خام را محاسبه و کنترل می‌کند. بزرگترین کوره‌های دوار خروجی بیش از 5000 تن در روز را دارند.
کلینکر و مقدار لازم گچ در آسیاب‌های افقی مشابه آسیاب‌های مورد استفاده برای آسیاب مواد اولیه به پودر ریز آسیاب می‌شوند. این مواد ممکن است مستقیماً از آسیاب عبور کنند (سوز کردن مدار باز). یا مواد درشت تر ممکن است از محصول آسیاب شده جدا شده و برای آسیاب بیشتر به آسیاب برگردانده شود (سوز کردن مدار بسته). سیمان تمام شده به صورت پنوماتیک به سیلوهای ذخیره سازی پمپ می شود که از آن برای بسته بندی در کیسه های کاغذی یا برای ارسال در ظروف فله برداشته می‌شود.
سیمان یک ساختار همه کاره با ترکیبات و خواص قابل تعویض است. شش نوع مختلف سیمان با رفتارهای مشخص و ترکیبات شیمیایی خاص وجود دارد. در زیر به هر نوع و ویژگی منحصر به فرد آنها نگاه می کنیم.
سیمان پرتلند معمولی (OPC) یک سیمان همه منظوره و بدون خاصیت خاصی است. این ماده در برابر سولفات مقاوم نیست و در طول فرآیند هیدراتاسیون مقدار مناسبی گرما ایجاد می کند.
این سیمان وقتی که مقاومت خفیف سولفات و یا گرمای متوسط هیدراتاسیون مورد نیاز باشد و برای کارهای فونداسیون در مناطقی با سطح متوسط سولفات در آب های زیرزمینی مفید است. معمولاً با سرعت کمی کندتر از نوع 1 استحکام می یابد و گرمای هیدراتاسیون کمتری نسبت به نوع 1 دارد.
این سیمان که به عنوان سیمان سخت طبقه بندی می شود، ریزتر از نوع 1 است و محتوای C3S و سطح سولفیت بالاتری دارد. همچنین در 7 روز استحکام را به دست می آورد. در جاهایی که قالب باید به سرعت کنده شود یا مناطقی که امکان تردد زود هنگام روی سطوح جاده را فراهم می کند مفید است.
این نوع سیمان گرمای هیدراتاسیون بسیار کمی دارد و با سرعت کمتری نسبت به نوع 2 و 1 استحکام پیدا می کند. کاربرد این سیمان در خاک های دارای سطوح بالایی از ترکیبات حاوی سولفات/قلیا می باشد و همچنین در آب های زیرزمینی، سیستم های فاضلاب، اسکله ها و سکوهای ساحلی است.
این سیمان یک سیمان تخصصی ساخته شده برای صنعت نفت و گاز است که دارای خواص رفتاری ویژه برای کاربردهای دما و فشار بالا می باشد. این ماده در برابر سولفات بسیار مقاوم است و می تواند با انواع مواد افزودنی برای اصلاح رفتار در شرایط منحصر به فرد چاه ترکیب شود.
این نیز یک سیمان عمومی است که عمدتاً برای بتن ریزی و گچ کاری استفاده می شود. مزایای آن عبارتند از: افزایش استحکام طولانی مدت، بهبود کارایی و حفظ اسلامپ، کاهش تاثیر سنگدانه های راکتیو، کاهش خطر ترک خوردگی به دلیل گرمای کمتر هیدراتاسیون، بتن با دوام تر، کاهش گازهای گلخانه ای.
سیمان مهمترین مصالح ساختمانی است که ساخت و ساز ساختمان‌های مدرن را ممکن ساخته است. این مصالح ساختمانی بیشتر در دنیای ساخت و ساز استفاده می‌شود. استحکام و دوام سازه عمدتاً به مقاومت ملات آن بستگی دارد. البته هزینه سیمان نیز بیشتر از سایر مصالح ساختمانی (دانه های درشت، سنگدانه های ریز و غیره) است و بر هزینه کلی پروژه شما نیز تأثیر می گذارد.
امروه تعدادی زیادی تولید کننده سیمان در کشورمان فعالیت می‌کنند. قبل از خرید این ملات ساختمانی باید برخی از مشخصات استاندارد اولیه را بررسی کنید. اطلاعاتی که در ادامه به آن می‌پردازییم؛ نکاتی است که هنگام خرید باید به آن حتما توجه داشته باشید.
همیشه قبل از خرید کیسه سیمان تاریخ ساخت را بررسی کنید زیرا مقاومت آن با گذشت زمان کاهش می‌یابد. در حالت ایده‌آل، این ملات ساختمانی باید ظرف 90 روز از تاریخ تولید استفاده شود.
برای اطمینان از کیفیت، به یاد داشته باشید که کیسه سیمان را برای علامت تجاری ثبت شده و علامت ISI بررسی کنید. همچنین حواستان باشد آنرا با بهترین کیفیت را از یک برند معتبر خریداری کنید. البته فروشندگان سیمان خوب زیادی در ایران وجود دارند، سیمان خود را برای داشتن ساختاری سالم از یک فروشنده مورد اعتماد خریداری کنید.
کیسه ملات را از نظر مقدار مناسب مطابق با چاپ بررسی کنید. برای جلوگیری از، از دست دادن سیمان، از خرید کیسه های پاره خوداری نکنید. همچنین، قبل از خرید، مواد اولیه را بررسی کنید.
انواع مختلف سازه ها به درجه های مختلف سیمان نیاز دارند. عیار آنرا بررسی کنید – چه سیمان درجه OPC 43، چه درجه OPC 53 یا بهترین سیمان PPC – از سیمانی استفاده کنید که برای نیاز ساختمانی شما مناسب است.
سیمان تازه همیشه بدون رطوبت و بدون توده است. هنگامی که بین انگشتان مالیده می‌شود، باید صاف باشد. سیمان را کاملاً از نظر وجود کلوخه بررسی کنید و در صورت گلوله بودن آنرا نخرید زیرا ممکن است بر استحکام ساختمان تأثیر بگذارد.
سیمان مرغوب قبل از غرق شدن مدتی در آب شناور می‌شود. برای اطمینان از ساخت‌و‌ساز قوی و بادوام، سیمان را با ریختن مقدار کمی در یک سطل آب قبل از مخلوط کردن برای ساخت بتن از نظر کیفیت بررسی کنید. اگر قصد استفاده از سیمان عیار OPC 43، عیار OPC 53 یا PPC را دارید، بررسی کنید که قبل از غرق شدن در آب باید مدتی در آب شناور باشند.
مقدار کمی سیمان با کیفیت بردارید، آب را مخلوط کنید تا خمیر غلیظی به دست آید و آنرا روی یک بشقاب شیشه‌ای پخش کنید. این بشقاب را به مدت 24 ساعت زیر آب نگه دارید. وقتی سیمان را بیرون می‌آورید، اگر سیمان از کیفیت خوبی برخوردار باشد، بتن کاملاً بدون هیچ ترکی می‌باشد.
زمانی که دست خود را در کیسه سیمان فرو می‌کنید؛ باید خنکی خاصی را احساس کنید. اگر این مصالح ساختمانی خنک باشد، کیفیت آن رضایت بخش در نظر گرفته می‌شود. اما اگر دست‌تان گرم شد، نشان از بیی‌کیفیت بودن آن است.
