سیمان چیست و اجزای تشکیل دهنده سیمان کدام است؟

بدون شک تاکنون با سیمان کار کرده و یا حداقل آن را دیده اید. ماده‌ی چسبنده ای که از رس، آلومینات آهک و سیلیکات تشکیل شده و به محض قرار گرفتن در معرض آب، به سرعت سفت می شود. در صورتی که این ماده با شن و ماسه ترکیب شود، ماده مستحکمی به اسم بتن (Concrete) را به وجود می آورد که به عنوان اصلی ترین مصالح در ساختمان سازی استفاده می‌شود. 

 

سیمان چیست و اجزای تشکیل دهنده سیمان کدام است؟

سیمان از چه موادی تشکیل شده؛ سیمان پودری است که از سنگ آهک و خاک رس تولید می شود و از مخلوط آن با مصالح سنگی دیگر خصوصا ماسه، شن و سنگ برای ساخت انواع ملات و بتن استفاده می گردد. مواد اولیه سیمان و قسمت عمده سیمان مصرفی از نوع سیمان پرتلند می باشد، که به آن سیمان پرتلند معمولی یا OPC13 نیز وجود ندارند که اکثرا در کارهای اجرایی در لایه های زیر سطحی استفاده می شود و همین طور سیمان با آلومینای بالا HAC15.

تاریخچه کشف سیمان:

یک سنگ فرش ساخته شده از سنگ آهک سوخته در حدود 7000 سال از قبل میلاد مسیح در اسرائیل کشف شد. مصری های باستان استفاده سیمان آهک را به عنوان یک ملات «بتن آهکی» را به عنوان بلوک و پایه اصلی ساخت و سازهای خود استفاده می‌کردند.

سپس استفاده از سیمان آهکی به سایر مناطق مدیترانه گسترش یافت و در حدود 500 سال قبل از میلاد مسیح در یونان باستان مورد استفاده قرار گرفت. این ملات برای پوشاندن دیوارهای آجری خشک شده استفاده می‌شد.

در ابتدا با کپی کردن از یونانیان، رومی‌ها با کشف خاکستر آتشفشانی باعث تقویت ماهیت سیمان شدند. رومی‌ها چندین سازه قابل توجه از جمله سقف پانتئون را احداث کردند. از آنجا که سنگدانه مورد استفاده در ساخت این سازه از پوکه بود، پانتئون به عنوان اولین کاربرد عمده بتن سبک غیر مسلح در تاریخ بشریت بود.

اولین بار در تاریخ بشر کاری که در زمینه تهیه مخلوط مصنوعی از سنگ آهک و خاک رس برای تهیه سیمان (آهک آبی) صورت گرفت،

 در کشور فرانسه و توسط ویکات در ابتدای قرن نوزدهم بود. ویکات، سنگ آهک و خاک رس را با هم مخلوط کرد و سپس به همراه آب این مخلوط را آسیاب نمود و دوغاب حاصله را پخت.

 گرچه نتیجه حاصله موفقیت آمیز بود، ولی عملا در فرانسه این روش ادامه داده نشده تا اینکه در انگلستان یک بنای آجرچین موفق شد از پختن مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس (به نسبت متفاوت و به صورت دوغاب) در درجه حرارت بالا به نوعی آهک آبی فوق العاده جالب دست یابد.

 وی نام این محصول بدست آمده را سیمان پرتلند گذاشت و در 21 اکتبر 1824 سیمان اختراعی خود را به ثبت رسانید. علت این نامگذاری (سیمان پرتلند) این بود که بتن (سنگ و سیمان مصنوعی) حاصل از این آهک آبی و خرده سنگ شباهت های زیادی (خصوصا از نظر رنگ) با نوعی سنگ سیمان و آهک داشت که در جنوب انگلستان و در جزیره پرتلند یافت می شد.

البته این سیمان با آنچه هم اکنون به نام سیمان پرتلند معروف است تفاوت دارد و کاملا مشابه نیست.کار اسپیدین توسط پسرش ویلیام پیگیری شد و وی توانست در سال 1843 با دست یابی به تکنیک استفاده از درجات حرارت بالاتر و ایجاد حالت عرق کردن در حین پخت به محصولی دست یابد که درصد قابل توجهی از مواد سازنده سیمان و مورد استفاده به صورت گداخته شده و مابقی به صورت پخته شده در آید.

 منظور از گداخته شدن همان پختن در درجات حرارت بالاست، به طوری که بخشی از مواد در حال پخت به صورت گداخته (مذاب) درآیند. سیمان ساخته شده توسط ویلیام اسپیدین واقعا بهتر و عالی تر از سیمان های قبلی بوده و دارای مقاومت بیشتری بود. از این سیمان بتن در ساختمان جدید پارلمان انگلستان (1840_1852) استفاده گردید.

انواع سیمان :

این محصول در ایران به انواع زیر تقسیم می‌شود :

سیمان تیپ یک :

سیمان معمولی نیز نامیده می‌شود و برای مواردی که به ویژگی‌های خاص نیاز نباشد استفاده می‌شود. از این نوع برای ساخت روسازی، سطح جاده‌ها، پل‌ها، راه آهن، لوله‌های آب و ملات‌های ساختمانی استفاده می‌شود.

 تیپ یک در تمام مواردی که با سولفات‌ها در تماس نیست و گرمای هیدراتاسیون باعث افزایش درجه حرارت بتن می‌شود، کاربرد دارد.

سیمان تیپ دو :

این نوع از کیفیت بالاتری برخوردار است و در مواردی که احتیاط می‌ شود که خطر حمله سولفات‌ها وجود دارد. این نوع معمولاً کندتر از نوع اول بوده و در حین هیدراتاسیون گرمای کمتری تولید می‌کند، بنابراین می‌توان از آن در ساختمان‌ ها و موارد دیگر استفاده کرد.

سیمان تیپ سه :

این نوع زودگیر است. مقاومت فشاری هفت روزه آن تقریباً برابر با مقاومت فشاری 28 روزه تیپ یک است. در هنگام هیدراتاسیون نسبت به نوع اول گرمای بیشتری می‌دهد. این مورد در صورت نیاز به چرخش سریع قالب و در هوای سرد برای کاهش زمان محافظت از بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. به این نوع سیمان، زود سخت شوند نیز می‌گویند.

سیمان تیپ چهار :

این نوع در هنگام سخت شدن مقدار بسیار کمی گرما تولید می‌کند و در مواردی که مقدار و شدت گرمای تولید شده قابل توجه باشد از آن استفاده می‌شود. مقاومت تیپ چهار به صورت آهسته انجام می‌شود. کاربرد اصلی این تیپ در ساخت ساختمان‌ های عظیم بتنی است. برای کاهش درجه حرارت، از نوع چهار استفاده می‌شود.

سیمان تیپ پنج :

نوع پنج یا سیمان ضد سولفات هنگامی استفاده می‌شود که بتن از نزدیک در معرض سولفات‌ها قرار گیرد. این ماده عمدتاً در مواردی استفاده می‌شود که خاک یا آبی که با ساختمان بتنی در تماس است حاوی مقدار زیادی مواد معدنی سولفات باشد.

 تیپ پنج کندتر از نوع معمولی سخت شود.سیمان به صورت پاکتی و فله ای به فروش می رسد. صنعت هایی مانند کارخانه بتن که مصرف بسیار بالایی دارند، به صورت فله ای خریداری می کنند و در مواردی که حجم کمتری مورد نیاز است، مانند ساختمان سازی، به صورت پاکتی خریداری می شود.

ترکیبات شیمیایی سیمان :

مواد خام مورد مصرف در تولید سیمان در هنگام پخت با هم واکنش نشان داده و ترکیبات دیگری را بوجود می آورند. معمولا چهار ترکیب عمده به عنوان عوامل اصلی و مواد تشکیل دهنده سیمان در نظر گرفته می شوند که عبارتند از:

1. تری کلسیم سیلیکات (3O2=C3S)
2. دی کلسیم سیلیکات ( 2CaOSiO2=C2S)
3. تری کلسیم آلومینات (3CaOAl2O3=C3A)
4. تترا کلسیم آلومینو فریت (4CaOAl2O3Fe2O3)

سیلیکات های C3S و C2S مهم ترین ترکیبات سیمان در ایجاد مقاومت خمیر سیمان هیدراته می باشند. در واقع سیلیکات ها در سیمان، ترکیبات کاملا خالصی نیستند، بلکه دارای اکسید های جزیی به صورت محلول جامد نیز می باشند. این اکسید ها اثرات قابل ملاحظه ای در نحوه قرار گرفتن اتم ها، فرم بلوری و خواص هیدرولیکی سیلیکات ها دارند.

کاربرد های سیمان:

از کاربردهای اصلی سیمان، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. ساخت ملات برای گچ کاری،
2.  بنایی
3. ، بندکشی و غیره 
4. استفاده به عنوان درزگیر اتصالات 
5. زهکش‌ها و لوله‌ها
6. مقاوم‌سازی سازه در برابر آب 
7. به کارگیری در بتن برای ساخت کف، سقف، نعل درگاه، تیر، پله، ستون و غیره 
8. ساخت سطوح سخت به منظور جلوگیری از آثار مخرب شیمیایی و دمایی 
9. ساخت لوله‌های پیش ساخته پایه‌ها و تیر حصارساخت سازه‌های مهندسی نظیر پل، آبگذر، سد، تونل، فانوس دریایی و غیره 
10. اجرای فونداسیون، کف آب بند، گذرگاه و غیره 
11. ساخت چاه، مخزن آب، زمین بازی، تیر چراغ برق، جاده و غیره