معرفی انواع سیمان پرتلند + کاربردها

سیمان یکی از مصالح ساختمانی بسیار پر مصرف در ایران است که تولید و توزیع اون در قیمت تمام شده مسکن تاثیر به سزایی دارد. همونطور که می دونیم سیمان هایی که در داخل کشور تولید می شوند با نامگذاری های مختلفی به بازار مسکن وارد میشن.

شناخت انواع مختلف سیمان و کاربردهای متفاوتی که دارن میتونه کمک کنه تا سازه بهتری و محکم تری داشته باشیم، توی این مقاله قراره درباره سیمان پرتلند صحبت بشه که یکی از انواع پر مصرف سیمان هستش.

سیمان پرتلند چگونه تولید می شود؟

سیمان پرتلند در حقیقت کشف یک بنای انگلیسی با نام ژوزف اسپیدن در قرن نوزدهم میلادی بوده است. این فرد با پختن مواد آهکی به همراه خاک رس در دمای بالا نمونه اولیه سیمان پرتلند را کشف و به نام خود ثبت کرد. دلیل نام گذاری این نوع سیمان با نام پرتلند که جزیره ای در انگلستان است.

امروزه سیمانهای پرتلند تقریبا با همان فرمول اولیه تولید می شود. این نوع سیمان از سنگ گچ به همراه مواد آهکی و خاک رس، در دمای حدودی هزارو چهارصدو پنجاه درجه سانتی گراد تولید می شود.

ترکیبات شیمیایی سیمان پرتلند

سیمان پرتلند از چهار ترکیب اصلی کلسیم سیلیکات، آلومینو فریت تترا کلسیم، دی کلسیم سیلیکات و تری کلسیم آلومینیت تشکیل شده است. مهم ترین ساختار هیدرولکیی آن کلسیم سیلیکات است. با مخلوط کردن این ماده با آب، کلسیم سیلیکات با مولکول های آب واکنش می دهد و کلسیم سیلیکات هیدراته و کلسیم هیدروکسید تشکیل می شود که واکنش آن به شرح زیر است.

۲C۳S + ۶H = C۳S۲H۳ + ۳CH

۲C۲S + ۴H = C۳S۲H۳ + CH

خواص ساختاری سیمان پرتلند

استحکام حاصل از سیمان پرتلند به ترکیب و ظرافت آن در زمین بستگی دارد. تری کلسیم سیلیکات عمدتاً مسئول مقاومت در هفته اول سخت شدن و دی کلسیم سیلیکات برای افزایش قدرت هفته های بعدی است. ترکیبات آلومینا و آهن که در مقادیر کمتر وجود دارند، نقش کمتری نیز در تقویت دارند.

انواع سیمان پرتلند

سیمان های پرتلند از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی و با توجه به درجه هیدراتاسیون و توانایی مقاومت در برابر حمله سولفات ها به انواع زیر دسته بندی می شوند.

سیمان پرتلند معمولی یا تیپ ۱

این نوع سیمان برای ساخت و سازهای عمومی که نیازی به استفاده از دیگر خواص سیمان نیست کاربرد دارد. سیمان پرتلند نوع ۱ در ساخت پل ها، پیاده روها، واحدهای پیش ساخته، ساختمان ها، مخازن و روسازی جاده ها مورد استفاده قرار می گیرد.

سیمان پرتلند اصلاح شده یا تیپ ۲

سیمان پرتلند تیپ ۲ در ساخت سازه هایی استفاده می شود که در معرض خاک یا آب شامل یون های سولفات قرار دارند. این نوع سیمان در معرض حمله ی سولفات ها مقاومت متوسطی از خود نشان می دهد و سرعت هیدراتاسیون آن پایین است.

به دلیل همین سرعت پایین هیدراتاسیون سرعت گیرش سیمان پرتلند تیپ ۲ کندتر از سیمان تیپ ۱ می باشد. از این سیمان می توان در بتن ریزی در هوای گرم استفاده کرد، زیرا ساختار این سیمان به نحوی است که در زمان گیرش، حرارت کمی تولید می کند.

سیمان پرتلند زودگیر یا تیپ ۳

سرعت هیدراتاسیون سیمان تیپ ۳ بسیار بالا است و این سیمان بعد از گذشت مدت زمان کوتاهی، مقاومت زیادی از خود نشان می دهد. سرعت گیرش سیمان تیپ ۳ بسیار بالا می باشد و در ساخت و سازهایی که قرار است در مدت محدود انجام شوند کاربرد دارد. سیمان پرتلند تیپ ۳ در هنگام گیرش حرارت بالایی تولید می کند، بنابراین از این سیمان می توان برای بتن ریزی در مناطق سردسیر استفاده نمود.

سیمان پرتلند کم حرارت یا تیپ ۴

از این نوع سیمان در بتن ریزی های بسیار حجیم مانند ساخت سدها استفاده می شود. سرعت هیدراتاسیون این سیمان بسیار پایین است و گیرش آن به کندی انجام می شود. میزان حرارتی که در حین استفاده از سیمان تیپ ۴ تولید می شود پایین است، به همین دلیل در بتن ریزی های حجیم که حرارت بالا خطرناک می باشد، کاربرد دارد.

سیمان پرتلند ضد سولفات یا تیپ ۵

سیمان تیپ ۵ پرتلند در برابر حمله ی سولفات ها بسیار مقاوم است و به آن نام سیمان ضد سولفات داده اند. به همین دلیل در ساخت سازه هایی که در معرض محیط های آبی و خاکی سولفاتی قرار دارند مورد استفاده قرار می گیرد. مقاومت این سیمان در مقایسه با مقاومت سایر سیمان های پرتلند پایین تر می باشد.

مزایای سیمان پرتلند

• در دسترس بودن گسترده مواد آن مانند سنگ آهک، شیل و سایر مواد طبیعی که در سیمان پرتلند مورد استفاده قرار می گیرد، آن را به محصولی کم هزینه و دارای قیمت مناسب تبدیل کرده است.
• بتن تولید شده از سیمان پرتلند یکی از مصالح ساختمانی با تنوع بالا در جهان می باشد.

معایب سیمان پرتلند

• سیمان پرتلند سوز آور است، بنابراین در صورت تماس با پوست، چشم و بینی می تواند باعث سوختگ شود.
• این پودر می تواند باعث تحریک یا در معرض قرار گرفتن سرطان ریه شدید شود.
• این محصول نگرانی های زیست محیطی بوجود می آورد، زیرا مصرف انرژی بالایی دارد که برای استخراج، ساخت و انتقال سیمان به آن نیاز دارد و باعث انتشار گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن، نیتروژن و دیوکسین می شود.

کاربرد انواع تیپ های مختلف سیمان

سیمان نوع یک

این نوع سیمان که سیمان پرتلند معمولی نیز گفته میشود، براي مصارف عمومی که ویژگی خاصی از بتن خواسته نشده است، مصرف میشود. از این نوع سیمان در ساختن پیاده روها، روسازي جاده ها، پل هاي بتن مسلح، راه آهن، مخازن، لوله هاي آب و ملات براي بنایی استفاده میشود.

به طور کلی بهتر است از این سیمان در مواردي که نیاز به خواص ویژه دیگر سیمانها علی الخصوص در محیط هاي خورنده حاوي یونهاي مهاجم بتن استفاده نشود. اخیراً این نوع سیمان در سه کلاس 325-1 ،425-1 و 525 -1 تولید و عرضه میشود. براي کلاسهاي با مقاومت بالا (435-1 و 525-1(و در مناطق گرمسیر که خطر افزایش دماي بتن به 32 درجه سانتیگراد و در بتن ریزي حجیم به بیش از 15 درجه سانتیگراد وجود دارد، مصرف این کلاس ازسیمان ها بایستی با احتیاط صورت گیرد.

سیمان نوع دو

از این نوع سیمان در مواردی که حرارت هیدراتاسیون متوسط و مقاومت در برابر حمله سولفات هاي در حد متوسط لازم باشد، به کار میرود. به دلیل محدودیت فاز آلومینات و کمتر بودن فاز C3S در این سیمان که سبب ایجاد خواص ویژه مزبور میشود، مقاومت فشاري اولیه و نهایی آن کمتر از سیمان نوع 1 است.

سیمان تیپ 2 معمولاً کندتر از سیمان تیپ 1 میگیرد و در گیرش حرارت کمتري تولید میکند. از این سیمان میتوان در ساختمانهاي حجیم استفاده نمود تا هنگام گرفتن بتن حرارت کمتري ایجاد شود و حجم بتن ریزي محدود نشود.

این سیمان در محیطهاي آب و خاك که غلظت یون سولفات در حد متوسط است و براي بتن ریزي در هواي نسبتاً گرم که خطر افزایش دماي بتن معمولی به بیش از 32 درجه سانتیگراد و بتن حجیم به بیش از 15 درجه سانتیگراد وجود دارد، به کار میرود. براي استفاده در محیط هاي حاوي یون کلر و سولفات به طور همزمان و در محیط هاي حاوي غلظت زیاد سولفات و همچنین براي بتن ریزي در هواي سرد این نوع سیمان توصیه نمیشود.

سیمان نوع سه

این نوع سیمان این سیمان تقریباً اجزاء اولیه تیپ 1 را دارد، با این تفاوت که به شدت ریزتر آسیاب شده و به همین جهت گیرش سریعتري دارد.

سیمان نوع 3 در مدت کوتاهی یعنی معمولاً در عرض 1 هفته یا کمتر مقاومت زیادي به دست می آورد و مقاومت 7 روزة آن حدود مقاومت 28 روزة سیمان نوع 1 میباشد. این نوع سیمان نسبت به سیمان نوع 1 در هنگام گیرش حرارت بیشتري تولید میکند. مطابق آیین نامه بتن ایران (آبا) غلظت یون سولفات در محیط آبی کمتر از ppm 1200 و در محیط خاکی کمتر از 5/0 درصد است

 از این سیمان وقتی استفاده میکنند که بخواهند زودتر از معمول قالب را برداشته و بتن را مورد استفاده و بارگذاري قرار دهند. در محیطهاي سرد نیز میتوان از این سیمان استفاده کرد تا مدت زمان لازم براي محافظت بتن ریخته شده کوتاه تر شود. اگرچه با به کار بردن مخلوط پرسیمان تر با سیمان نوع 1 هم میتوان بتنی تهیه کرد که در مدت کوتاه مقاومت بیشتري کسب کند، ولی سیمان نوع 3 همین کار را به نحو بهتر و باصرفه تر انجام میدهد. سیمان نوع 3 را سیمان زودگیر هم میگویند.

در هواي سرد (حدود 4 درجه سانتیگراد)، در دماي زیر صفر درجه سانتیگراد کاربرد این سیمان به تنهایی کفایت نمیکند و لذا در یخبندان علاوه بر مصرف این سیمان مسائل دیگري نیز باید رعایت شود (مثلاً مصرف ضد یخ)؛ سیمان تیپ 3 در ساعات اولیه مصرف، حرارت قابل توجهی آزاد میکند و باعث گرم شدن بتن میشود.

سیمان نوع چهار

سیمان تیپ 4 کندگیر بوده و در هنگام حرارت کمتري تولید میکند. مقدار C3S و C3A موجود در این نوع سیمان در مقایسه با انواع دیگر سیمان، کمتر بوده و در مقابل C2S زیادتري دارد. مورد استفاده این نوع سیمان جایی است که شدت و مقدار حرارت تولید شده اهمیت دارد. بتنی که با این سیمان ساخته میشود، رشد مقاومت آهسته تري دارد؛ یعنی دیرتر میگیرد.

کاربرد اصلی این نوع سیمان در ساختمانهاي حجیم بتنی است. در ساختمانهاي حجیم همچون سدهاي وزنی بتنی به علت حجم زیاد بتن، افزایش درجه حرارت ناشی از گیرش بتن میتواند بسیار خطرناك باشد. براي پایین نگه داشتن درجه حرارت سیمان، سیمان نوع 4 که به آن سیمان دیرگیر نیز میگویند استفاده میشود. این نوع سیمان در هواي گرم و دماي بالاي 40 الی 50 درجه سانتیگراد براي تسهیل مراقبت از بتن به کار میرود.

مصرف این نوع سیمان در هواي گرم باعث جلوگیري از اتصال سرد میشود؛ چراکه در بتن ریزي دیوارها (دیوار مخزن آب و یا استخر) که طول دیوار زیاد است، چون بتن ریزي لایه لایه انجام میگیرد، ممکن است فاصله زمانی حدود نیم ساعت یا بیشتر طول بکشد تا لایه بتن جدید روي بتن قبلی ریخته شود. بدین ترتیب در هنگام ریختن بتن لایه جدید، بتن لایه قبلی سفت شده و اتصال خوبی بین دو لایه برقرار نمیشود. این اتصال ضعیف بین لایه هاي بتن قدیم و جدید را اتصال سرد میگویند که ضعف بتن ریزي به شمار میرود.

به خصوص اگر سازه آبی باشد این اتصال نقطه ضعفی براي نشت آب خواهد بود. مصرف سیمان تیپ چهار در چنین مواردي باعث میشود که فرصت کافی براي بتن ریزي فراهم باشد و لایه هاي قبلی هنوز وارد واکنش نشده باشند تا بتوانند با لایه هاي جدید اتصال مناسبی را برقرار نمایند. در بتن ریزي هاي حجیم به منظور کاهش تنش هاي حرارتی میتوان از این سیمان استفاده کرد. بتن حجیم بتنی را گویند که طول و عرض و ارتفاع آن زیاد باشد؛ مانند بتن ریزي سدها و یا پایه هاي پل. از اشکالات بتن ریزی حجیم، ایجاد تنش هاي حرارتی است. بدین صورت که به دلیل حجیم بودن بتن، تبادل حرارتی عمق بتن با محیط بیرونی، کندتر صورت میگیرد.

بنابراین هنگامی که بتن سفت شد، هنوز دماي قسمت هاي مرکزي آن با محیط اطراف، یکنواخت نشده است. از این لحظه به بعد تغییر دماي بتن در راستاي تبادل حرارتی با محیط خارج، همراه با ایجاد تنشهاي حرارتی خواهد بود. استفاده از سیمان تیپ 4 سبب میشود که اولاً دماي قسمتهاي میانی بتن حجیم کمتر از بتن مشابه ساخته شده با سیمان تیپ 1 باشد

.مطابق آیین نامه بتن ایران (آبا) محیط سرد به محیطی گفته میشود که متوسط دماي روزانه طی 3 روز کمتر از 5 درجه سانتیگراد و یا در یک نیم روز کمتر از 10 درجه سانتیگراد باشد. بخش زیادی از تبادل حرارتی با محیط اطراف صورت میپذیرد. البته اگر خطر کاهش دماي بتن به کمتر از 5 درجه سانتیگراد وجود دارد، بهتر است از سیمان نوع 4 براي بتن ریزي استفاده نشود.

سیمان نوع پنج

این سیمان براي مصرف در بتن هایی که در معرض حمله سولفاتها قرار دارد، مناسب است و به همین جهت به سیمان ضدسولفات شهرت دارد. این نوع سیمان وقتی به کار میرود که بتن در تماس شدید با سولفات قرار داشته باشد.

از سیمان نوع پنج اساساً وقتی استفاده میشود که خاك یا آب زیرزمینی که در تماس با ساختمان بتنی قرار دارد، مقدار زیادي املاح سولفات داشته باشد. طبق آیین نامه بتن ایران (آبا) کلیه سازههاي بتنی قرار گرفته در محیطهاي آب و خاك سولفاتی شدید بایستی از سیمان نوع 5 استفاده شود. البته اگر در محیط یون کلر همراه یون سولفات باشد، کاربرد این سیمان باید با احتیاط و با آزمایشهاي لازم صورت گیرد.

سیمان نوع 5 دیرتر از سیمان معمولی میگیرد و حد مقاومت 3 ،7 و 28 روزه براي این سیمان کمتر از سایر سیمانهاي پرتلند است و لذا براي سازههایی که نیاز به مقاومت هاي زیادتر باشد، داراي محدودیت کاربرد است.

سیمان پوزولانی

جنس پوزولان سیلیکات و تقریباً شبیه سیمان است، منتهی واکنش سیمان را ندارد. در سیمان پوزولانی حداکثر 15 درصد سیمان )نوع 1 ،2 و 5 )را تشکیل میدهد. این نوع سیمان براي مصارف عمومی در ساخت ملات یا بتن به کار میرود و با نشانه «پ.پعرضه میگردد.

این سیمان علاوه بر دارا بودن مشخصات کاربردي کلینکر سیمان هاي مورد استفاده، متناسب با نوع و ویژگی پوزولان مورد استفاده، خواص ویژه اي نیز دارا میباشد. پایین بودن حرارت هیدراسیون اولیه و نهایی، کاهش نفوذپذیري بتن و ایجاد دوام قابل توجه در محیطهاي حاوي املاح خورنده، جذب قلیایی هاي سیمان و قابلین حفظ خواص بتن تازه در زمان طولانی تر، از جمله خواصی است که زمینه هاي کاربرد گسترده در مناطق گرمسیري و بتن ریزي حجیم، استفاده از سنگدانه هاي نامرغوب واکنشزا با قلیایی ها، استفاده در محیط هاي حاوي یونهاي سولفات و کلر، قابلیت حمل تا فاصله بیشتر و در مجموع دوام و پایداري بیشتر را سبب میشود.

در سیمان پوزولانی ویژه ماده پوزولانی بین 15 تا 40 درصد وزنی سیمان مزبور را تشکیل میدهد. مزایا و ویژگیهاي سیمان پرتلند پوزولانی به شرح زیر است:

• حرارت هیدراسیون سیمان پرتلند پوزولانی کمتر از سیمان معمولی بوده و در بتن ریزي هاي حجیم و هواي گرم از افزایش دماي بتن تازه و بروز تركه اي حرارتی جلوگیري میکند.
• پدیده آب انداختگی بتن حاوي پوزولان، کمتر از بتن معمولی بوده و از بروز تركهاي سطحی و عمقی جلوگیري میکند.
• سیمان پرتلند پوزولانی مصرف عمومی داشته و مشابه سیمان معمولی در ساخت ملات یا بتن به کار میرود.
  
  
  مطابق آیین نامه بتن ایران (آبا) غلظت یون سولفات در محیط آبی بیشتر از ppm 2500 و در محیط خاکی بیش از 1 درصد است. واکنش پوزولانی منجر به کاهش آهک آزاد داخل بتن شده که ضمن کاهش خلل و خرج، از نفوذپذیري این بتن کاسته و از بروز شوره زدن، سفیدك بتن و کربناته شدن آن جلوگیري مینماید. این کاهش نفوذپذیري موجب دوام بتن در برابر املاح و مواد خورنده بتن و آرماتور میشود.

این سیمان به دلیل داشتن سهم کمتري از کلینکر نسبت به سیمان پرتلند مشابه، داراي سخت شوندگی و گیرش اولیه طولانیتري است و لذا بهتر است برداشتن قالب یا بارگذاري این نوع بتن ها با گذشت زمان بیشتري صورت گیرد. همچنین به علت جذب آب و کاهش روانی و افت اسلامپ، مناسب است از بهکارگیري آب بیشتر براي روانی بتن اجتناب گردد و از مواد روانساز بهره گیري شود.