سیمان پرتلند چیست؟
برای شناخت از اینکه سیمان پرتلند چیست باید در ابتدا گفت که سیمان پرتلند (Portland Cement) به سیمانی اطلاق می شود که از مخلوط کردن مواد آهکی و رسی یا هر ماده دارای اکسید های سیلیسی، آلومینی یا آهنی و پختن آنها تا دمای تولید کلینکر (Clinker) و سپس آسیاب کردن کلینکر حاصل به دست می آید.
تاریخچه سیمان پرتلند
در جواب به این سوال که تاریخچه ی سیمان پرتلند چیست باید گفته شود که احتمالا رومیان باستان نخستین کسانی بودند که از بتن با پایه سیمان هیدرولیکی که زیر آب سخت می شود، استفاده کرده اند. خاصیت سخت شدن بتن در زیر آب و سایر خواص آن بسیار حائز اهمیت می باشد. این خاصیت سبب استفاده روز افزون از بتن به عنوان یک ماده ساختمانی شده اند. استفاده از سیمان رومی در سال ۱۸۲۴ با ثبت حق اختراع سیمان مدرن که امروزه تحت عنوان سیمان پرتلند شناخته می شود، توسط یک بنای لیدزی به نام جوزف اسپیدن (Joseph Aspdin) متوقف شد.
مراحل ساخت سیمان پرتلند
- آسیاب کردن : برای ساخت سیمان پرتلند در ابتدا مواد خام را که شامل ترکیبات مواد آهکی از قبیل سنگ آهک یا گچ ، سیلیس و آلومینیوم حاصل از رس یا شیل را آسیاب کرده و آنها را به یک پودر بسیار ریز تبدیل می کنند.
- مخلوط کردن : سپس با نسبت های از پیش تعیین شده این پودر ها را با یکدیگر مخلوط می کنند.
- حرارت دیدن در کوره : سپس آنها را در یک کوره بزرگ در دمای حدود ۱۴۰۰ درجه سلسیوس می پزند . این مواد ذوب و با یکدیگر ترکیب شده و بخشی از آنها به کلینکر تبدیل می شود.
- ترکیب با سنگ گچ : کلینکر را پس از سرد شدن با مقداری سنگ گچ به صورت پودری ریز آسیاب می کند.
محصول تولید شده، سیمان پرتلند تجاری نام دارد که در سراسر جهان از پرکاربرد ترین مصالح ساخت و ساز شناخته می شود.
روش ساخت سیمان
پس از دانستن درباره مراحل ساخت سیمان پرتلند چیست، می پردازیم به توضیحی درباره روش ساخت آن. مرحله مخلوط و آسیاب کردن مواد خام را می توان در آب و یا در شرایط خشک انجام داد که به ترتیب به آن ها فرایند مرطوب و خشک اطلاق می شود. البته فرایند خشک برای ساخت سیمان ، مدرن تر و متداول تر است.
آزمایش های سیمان
از آنجا که کیفیت سیمان در تولید بتن خوب حیاتی است. باید در ساخت سیمان کنترل دقیقی به عمل آید. برای حصول اطمینان از کیفیت سیمان تولید شده و مطابقت آن با ملزومات ارائه شده در استاندارد های ملی مربوطه، آزمایش های متعددی در کارخانه های تولید سیمان باید انجام شود.
از جمله این آزمایش ها می توان به ریزی ( نرمی ) سیمان، غلظت خمیر نرمال، زمان گیرش، سلامت و مقاومت سیمان اشاره کرد.
انواع سیمان پرتلند و موارد کاربرد آنها
باید گفته شود که سیمان پرتلند دارای انواع مختلفی است که هر کدام از آنها دارای کاربرد مختلف است. اکنون برای اکثر افراد سوال پیش می آید که انواع سیمان پرتلند چیست و چه کاربردی دارند که ما در ادامه به توضیحی مختصر درباره آن می پردازیم.
۱. سیمان پرتلند معمولی ( تیپ یک )
سیمان پرتلند نوع ۱
این نوع سیمان، متداول ترین سیمانی است که در تمامی ساخت و ساز های بتنی معمولی که در معرض سولفات های موجود در خاک و آب های زیرزمینی نیستند، استفاده می شود. سیمان پرتلند معمولی، مرغوب ترین و پر مصرف ترین نوع سیمان می باشد.
۲. سیمان پرتلند اصلاح شده ( تیپ دو )
سیمان پرتلند تیپ دو
در پاره ای از موارد استفاده از سیمانی با مقاومت اولیه پایین مناسب نیست. به این دلیل در ایالات متحده، سیمان اصلاح شده ساخته شده است. این نوع سیمان برای سازه هایی توصیه می شود که در آنها تولید حرارت هیدراسیون نسبتا کم مورد نظر می باشد و یا ممکن است حمله متوسط سولفات در آنها اتفاق بیفتد.
۳. سیمان پرتلند زود گیر ( تیپ سه )
سیمان پرتلند تیپ ۳
مصرف اصلی سیمان نوع سه در مواردی است که قالب ها را باید برای استفاده مجدد سریعا باز کرد یا به مقاومت کافی برای ساخت و ساز سریع نیاز است. به دلیل نرخ بالای تولید حرارت هیدراسیون نباید از این سیمان در بتن ریزی های حجیم و یا در مقاطع بزرگ بتنی استفاده کرد. از طرف دیگر مصرف این سیمان در بتن ریزی های در هوای سرد می تواند اطمینان خاطری را در مورد پیشگیری از خرابی زودرس ناشی از یخبندان ایجاد کند.
تفاوت سیمان پرتلند زود گیر و سیمان پرتلند معمولی چیست؟
این سیمان مشابه سیمان نوع یک می باشد و امروزه وجه تمایز بین سیمان پرتلند معمولی و زودگیر تنها در میزان ریزی آنهاست که افزایش سریع مقاومت را نتیجه می دهد و تفاوت چندانی بین ترکیبات شیمیایی آنها وجود ندارد.
ریزی بالاتر این نوع سیمان سبب افزایش هزینه آسیاب کردن می شود و در نتیجه هزینه تمام شده سیمان پرتلند تیپ سه کمی بیش تر از سیمان نوع یک می باشد.
۴. سیمان با حرارت زایی کم ( تیپ چهار )
سیمان پرتلند تیپ ۴
این سیمان اولین بار در ایالات متحده برای استفاده در سد های وزنی بزرگ ساخته شده است. روند افزایش مقاوم این سیمان آهسته تر از سیمان پرتلند معمولی است، اما این امر تاثیری در مقاومت نهایی آن ندارد.
در ایالات متحده از سیمان پرتلند پزولانی ( نوع P ) به عنوان سیمانی با حرارت زایی کم استفاده می شود.
۵. سیمان ضد سولفات ( تیپ پنج )
سیمان پرتلند تیپ ۵
این نوع سیمان از حمله سولفاتی با منشا خارجی به بتن جلوگیری می کند. حمله سولفاتی تا حد زیادی با تر و خشک شدن متناوب، به عنوان مثال در سازه های دریایی و در معرض جزر و مد یا پاشیدن آب دریا، تسریع می شود.
تفاوت سیمان ضد سولفات و سیمان با حرارت زایی کم چیست؟
حرارت زایی سیمان ضد سولفات، تفات چندانی با سیمان های با حرارت زایی کم ندارد. این امر یک امتیاز برای این نوع سیمان محسوب می شود، اما هزینه تمام شده و در نتیجه قیمت سیمان ضد سولفات به دلیل مواد اولیه خاص؛ بیش تر از سیمان های با حرارت زایی کم است. بنابراین، از این سیمان تنها باید در موارد ضروری استفاده شود و برای مصارف معمولی کاربرد ندارد.
انواع دیگر سیمان
سیمان گروت پرتلند
علاوه بر سیمان های تیپ یک تا پنج، انواع دیگری از سیمان از قبیل سیمان پوزولانی، سیمان سرباره، سیمان پرتلند سفید و رنگی، سیمان گروت پرتلند، سیمان پرآلومین (HAC )، سیمان منبسط شونده و … وجود دارد.
سیمان سفید و رنگی
در برخی از مواقع برای مقاصد معماری، استفاده از سیمان سفید یا سیمان رنگی به خصوص در کشور های استوایی الزامی است. همچنین از این سیمان به دلیل مقدار کم قلیای محلول در آن، برای اجتناب از ایجاد لکه در نمای ساختمان ها استفاده می شود.
برای ساخت این نوع سیمان هنگام آسیاب کردن کلینکر، به احتیاط های ویژه ای نیاز است. به طوری که از آلوده شدن سیمان اجتناب شود. به همین دلیل، قیمت سیمان سفید بالاست ( تقریبا دو برابر سیمان پرتلند معمولی ) و اغلب از بتن سفید به عنوان روکش چسبیده به بتن معمولی استفاده می شود.
بتن رنگی را نیز با رنگ کردن و یا اضافه کردن رنگدانه به مخلوط تحت ضوابط خاص می سازند.
نقش سیمان در بتن
بتن مخلوطی از مصالح سنگی شامل ریزدانه ها و درشت دانه ها و خمیر سیمان است که خود از آب و پودر سیمان تشکیل شده است. نقش سیمان در بتن مانند نقش آرد در کیک است. همانطور که کیفیت کیک به کیفیت آرد مصرفی بستگی دارد، کیفیت بتن نیز تحت اثر سیمان به کار رفته تغییر می کند. بنابراین در خرید سیمان باید دقت و توجه لازم را کرد. البته که نحوه ساخت، حمل و نقل و ریختن بتن نیز بسیار حائز اهمیت است.