سیمان، یکی از مهمترین مصالح ساختمانی، عامل اتصال دهنده ای است که برای چسبیدن به واحدهای ساختمانی مانند سنگ، آجر، کاشی و غیره سفت و سخت می شود. ماسه یا خاک رس (سیلیکون)، بوکسیت (آلومینیوم) و سنگ آهن و ممکن است شامل پوسته، گچ، مارن، شیل، خاک رس، سرباره کوره بلند، تخته سنگ باشد. مواد خام در کارخانه‌های تولید سیمان فرآوری شده و حرارت داده می‌شود تا یک ماده سخت سنگی تشکیل شود و سپس به پودر ریز آسیاب می‌شود تا به فروش برسد. سیمان مخلوط شده با آب باعث واکنش شیمیایی می شود و خمیری را تشکیل می دهد که برای اتصال ساختارهای منفرد مصالح ساختمانی سفت و سخت می شود.
سیمان جزء لاینفک زیرساخت شهری است. از آن برای ساخت بتن و همچنین ملات و ایمن‌سازی زیرساخت 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. این هر دو برای چسباندن سنگ ها، سنگ ها، آجرها و سایر واحدهای ساختمانی، پر کردن یا مهر و موم کردن شکاف ها و ساختن الگوهای تزئینی استفاده می شوند. سیمان مخلوط با سیلیکات‌های آب و آلومینات‌ها، توده‌ای سخت شده ضد آب می‌سازد که برای ضد آب استفاده می‌شود.
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، زمانی که جیمز پارکر سیمان رومی را ثبت کرد که محبوبیت پیدا کرد اما جایگزین شد. توسط سیمان پرتلند در دهه 1850.
در قرن نوزدهم، لویی ویکات فرانسوی، پایه و اساس ترکیب شیمیایی سیمان پرتلند را گذاشت و در روسیه، اگور چلیف روش‌های ساخت سیمان، کاربردهای سیمان و مزایای آن را منتشر کرد. جوزف آسپدین سیمان پرتلند را به بازار انگلستان آورد و پسرش، ویلیام آسپدین، سیمان پرتلند "مدرن" را توسعه داد که به زودی تقاضای بسیار زیادی پیدا کرد. اما پدر واقعی سیمان پرتلند ایزاک چارلز جانسون در نظر گرفته می شود که با انتشار فرآیند توسعه سیمان مزو پرتلند در کوره کمک زیادی کرد.
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، ترکیب جدیدی از سیمان Rosendale-Portland که هم بسیار بادوام است و هم به زمان پخت کمتری نیاز دارد، توسط Catskill Aqueduct 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 های قوی برای جاده ها و بزرگراه ها، ملات های هیدرولیک مقاوم در برابر آب دریا، و گچ کاری برای آب و هوای مرطوب. انواع مختلف سیمان مدرن که بیشتر آنها به نام سیمان پرتلند یا مخلوط شناخته می شوند، از جمله سیمان کوره بلند، سیمان خاکستر پرتلند، سیمان پوزولان پرتلند، سیمان پوزولان-آهک، سیمان سرباره-آهک و غیره.
سیمان پورتلند
امروزه رایج ترین سیمان مورد استفاده سیمان هیدرولیک است (یعنی با اضافه کردن آب سخت می شود) که به سیمان پرتلند یا مخلوط سیمان پرتلند معروف است. اینها معمولاً جزء اصلی در ساخت بتن هستند که یک مصالح ساختمانی است که به عنوان یک عنصر باربر استفاده می شود. سیمان پرتلند برای آب و هوای مرطوب مناسب است و می توان از آن در زیر آب استفاده کرد. انواع یا ترکیبات مختلف سیمان پرتلند عبارتند از: سیمان سرباره کوره بلند پرتلند، سیمان خاکستر پرتلند، سیمان پوزولان پرتلند، سیمان پرتلند-سیلیس فوم، سیمان بنایی، سیمان گسترده، سیمان مخلوط سفید، سیمان رنگی و سیمان بسیار ریز آسیاب شده.
طرز تهیه سیمان پرتلند
در کارخانه تولید سیمان، سنگ آهک و سایر مواد خام مانند سیلیکات، بوکسیت، سنگ آهن و غیره را حرارت می دهند تا مولکول های دی اکسید کربن از سنگ آهک آزاد شده و آهک زنده تشکیل شود که با سایر مواد ترکیب شده و در نتیجه تشکیل می شود. سیلیکات کلسیم و سایر محصولات بنابراین کلینکر، یک ماده سخت سنگ، ساخته می شود. گچ به کلینکر اضافه می شود و سپس به پودر ریز تبدیل می شود که محصول نهایی به نام سیمان پرتلند است.
صنایع تولید سیمان در جهان
سه تولیدکننده برتر سیمان در جهان طبق ثبت سال 2010 آمریکا، چین و هند هستند. در میان این کشورها، چین به تنهایی حدود 45 درصد از کل تولید سیمان در سراسر جهان را تولید می کند. مصرف جهانی سیمان همچنان در حال افزایش است، زیرا این محصول غیرقابل بازیافت است و بنابراین هر ساخت و ساز یا تعمیر جدید به سیمان جدید نیاز دارد. به ویژه در اقتصادهای آسیا و اروپای شرقی، تولید سیمان یک عنصر مهم پیشرفت است.
بر اساس فهرست جهانی سیمان، حدود 2273 کارخانه تولید سیمان فعال در جهان وجود دارد. برخی از تولیدکنندگان پیشرو سیمان عبارتند از: LafargeHolcim، Anhui Conch، China National Building Materials، Heidelberg Cement، Cemex، Italcementi، China Resources Cement، سیمان تایوان، Eurocement، و Votorantim. کل مصرف جهانی سیمان، همانطور که آمارها در سال 2015 نشان می‌دهند، تا 18 میلیون تن می‌رسد که بیشتر آن به رشد اقتصاد ملی آمریکای شمالی نسبت داده می‌شود.
در میان کشورهای توسعه یافته سرمایه داری، ایالات متحده آمریکا، فرانسه، ایتالیا و آلمان، تولیدکنندگان پیشرو سیمان هستند. ایران که در حال حاضر برترین تولید کننده در خاورمیانه است، جایگاه سوم تولید سیمان را در جهان به خود اختصاص داده است. کشورهای آسیایی و آفریقایی نیز در تولید سیمان پیشرو هستند.
فرآیند کوره در کارخانه های سیمان باعث انتشار دی اکسید کربن می شود که یکی از گازهای گلخانه ای اصلی مسئول گرمایش جهانی است. با توجه به کاهش و حتی حذف اثرات زیانبار زیست محیطی استفاده از سیمان، صنایع پیشرو در حال حاضر در تلاش برای پیاده‌سازی فناوری هایی هستند که از مواد بازیافتی و منابع انرژی تجدید پذیر استفاده می کنند. "سیمان سبز" چنین مصالح ساختمانی پایداری است که نتیجه تحقیقات گسترده مرتبط با بررسی اثرات گرمایش جهانی است.
در میان کشورهای توسعه یافته سرمایه داری، ایالات متحده آمریکا، فرانسه، ایتالیا و آلمان، تولیدکنندگان پیشرو سیمان هستند. ایران که در حال حاضر برترین تولید کننده در خاورمیانه است، جایگاه سوم تولید سیمان را در جهان به خود اختصاص داده است. کشورهای آسیایی و آفریقایی نیز در تولید سیمان پیشرو هستند.
فرآیند کوره در کارخانه های سیمان باعث انتشار دی اکسید کربن می شود که یکی از گازهای گلخانه ای اصلی مسئول گرمایش جهانی است. با توجه به کاهش و حتی حذف اثرات زیانبار زیست محیطی استفاده از سیمان، صنایع پیشرو در حال حاضر در تلاش برای پیاده‌سازی فناوری هایی هستند که از مواد بازیافتی و منابع انرژی تجدید پذیر استفاده می کنند. "سیمان سبز" چنین مصالح ساختمانی پایداری است که نتیجه تحقیقات گسترده مرتبط با بررسی اثرات گرمایش جهانی است.
