انواع سیمانها – شناخت و کاربرد

انواع سیمانها – شناخت و کاربرد

پوزولان ها    

پوزولان ها مواد سیلیسی و یا سیلیسی آلومینی هستند که به عنوان یک مکمل سیمان پرتلند معمولی در افزایش خاصیت چسبندگی بتن موثرند . این مواد در حالت معمولی با آب واکنش نمی دهند ولی در مجاورت آهک یا سیمان واکنش شیمیایی ایجاد می کنند و مقاومت و دوام بتن را در دراز مدت افزایش می دهند و در ساخت و سازها مورد استفاده قرار گرفته اند می توانند مشکلات مربوط به محدودیت تولید را حل کنند . این مواد که به صورت طبیعی و مصنوعی قابل حصول می باشند ، توانسته اند با جایگزینی با سیمان ضمن ایجاد صرفه جویی در سوخت برای تولید سیمان و کاهش آلودگی محیط زیست ، در خواص بتن نیز موثر بوده و دوام آنها را بویژه در محیط خوردنده افزایش دهند . لازم به ذکر است که واژه پوزولان از پوزولی ( منطقه ای در ایتالیا ) گرفته شده که حدود ۲۰۰۰ سال پیش برای اولین بار پوزولان در آنجا پیدا شده است . امروزه سیمان پوزولان کاربرد وسیعی پیدا کرده و در اغلب کشورهای پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرد . در آمریکا در ۱۹۱۰ کاربرد آن رواج پیدا کرده . در چین ، مکزیک ، هند ، ژاپن ، ایتالیا و …. مصرف بالایی دارد . پوزولان در ایران در سال ۱۳۲۰ کشف شد و از پوزولان های طبیعی ایران می توان تراس جاجرود ، خاک سرخ لومار ، پوکه بستان آباد ، را نام برد . دامنه کوه های سهند ، دماوند ، تفتان و استان کرمان نیز از جمله مکان های پوزولان های طبیعی ایران می باشند .امروزه پوزولان های مصنوعی در کشورهای صنعتی که تولیدات زیادی دارند کاربرد وسیعی پیدا کرده است . پوزولان های مصنوعی شامل سربازه کوره های آهن گذاری ، دوده سیلیس ، خاکستر پوسته برنج ، رس کلسینه شده و …. است که البته استفاده از اینها هم ارزش اقتصادی به آنها داده و هم منجر به کاهش آلودگی محیط زیست شده است ، چرا که این مواد ، مواد زائد و تولیدات فرعی کارخانه ها و از آلاینده های محیط زیست هستند .

تاریخچه استفاده از چند پوزولان مصنوعی در سیمان پرتلند

کاربرد دوده سیلیس به سال ۱۹۵۰ در نروژ بر می گردد که در تونل ها استفاده می شد و سپس اولین استاندارد استفاده از این ماده در بتن در نروژ نوشته شد و سپس در کشورهای دیگر مانند سوئد ، دانمارک ، کانادا و…. مورد استفاده و تحقیق قرار گرفت . دوده سیلیس یک پورد بسیار نرم است که فرایند صنایع فلزی سیلیسیم می باشد . خاکستر پوسته برنج نیز یک پوزولان نرم و مشهور است که می تواند در تولید سیلیس جایگزین میکروسیلیس شود . این ماده در کشورهایی مانند مالزی ، هند ، ژاپن ، آمریکا مورد آزمایش و تحقیق قرار گرفت . در ایران نیز در مرکز تحقیقات ساختمان ومسکن ، دانشگاه علم وصنعت ایران و دانشگاه امیرکبیر تحقیقاتی در این زمینه انجام شده و نتایج قابل قبولی بدست آمده که می توان به عنوان پوزولان مرغوب در تولید میکروسیلیس از این ماده استفاده کرد . کاربرد رس کلسینه شده در گذشته های دور هم رایج بوده است و در حدود ۳۶۰۰ سال پیش از ظروف شکسته ی پخته شده و آهک ، ماده پوزولایی و مواد چسبنده درست می کردند که توسط رومی ها و یونانی ها استفاده می کنند که رنگ سرخ دارند و نمای ساختمان را سرخ می کنند . امروزه در کشورهایی مثل دانمارک ، برزیل ، فرانسه ،انگلستان ، آمریکا و کشورهای پیشرفته از آهک و رس کلسینه شده در سدسازی استفاده می شود که مقاومت بسیار خوبی دارد.

۱ –سیمان پوزولانی نوع S .

این سیمان متشکل از ذرات آسیاب شده و ریز شده سرباره کوره های آهن گذاری و کلینکر سیمان و مقدار لازم سنگ گچ که همراه با یکدیگر آسیاب می شوند وافزودن مقدار کمی ماده هوازا به آن است بیش از ۷۰ درصد وزنی این سیمان را سرباره تشکیل می دهد . از نمونه های آن نوع entrainment Air , A یا در برگیرنده هوا می باشد .

خواص ملات ساخته شده از این نوع سیمان و ماسه به نسبت ۱۶ در مقایسه با ملات سیمان –آهک ماسه به نسبت ۶؛ ۱ :۱ بسیار بهتر است ازآنجا که مقاومت فشاری ملات های ساخته شده با این نوع سیمان بالاتر است بنابراین میتوان آن را برای ساخت دیوارهای آجری که به بار طراحی شده بیشتری نیاز دارند ، توصیه کرد . قابلیت آب نگهداری ملات این سیمان چندین بار بیشتر از ملات ماسه سیمان است ، ترک خوردگی در آن کمتر بوده و خاصیت آبندی بیشتری دارد این سیمان در برابر حمله سولفات ها مقاوم است بنابراین استفاده از آن از شوره زدگی در آجرکاری جلوگیری می کند . سیمان پرتلند پوزولانی با بیش از ۵۰ درصد پوزولان سرباره کوره آهنگزاری در مقابله با سولفات قوی به همراه یون کلر ، مقابله با واکنش قلیایی سنگدانه ها و ساخت بتن متراکم با نفوذ پذیری کم بکار می رود .

   ۲ -سیمان پوزولانی نوع ((SM I :

این سیمان مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره کوره بلند است . سرباره کمتر از ۲۵ درصد وزنی این سیمان را تشکیل می دهد .

در انواع مختلف Air enterainment A یا دربرگیرنده هوا ، MS resistace Moderate Suifate یا مقاوم در برابر سولفات Moderate hear OF hydration MH یا گرمای مناسب هیدراسیون عرضه می شود . از این سیمان در کارهای حجیم مانند سدهای وزنی ، کارهایی که در معرض حمله ضعیف سولفات ها قرار دارند و بتن ریزی و اندودکاری در هوای گرم استفاده می شود .

   ۳ – سیمان پوزولانی نوع IS :

این سیمان مخلوطی از سیمان پرتلند و سرباره کوره بلند است .حدود ۲۵ تا ۷۰ درصد وزنی آن پوزولان می باشد .

در انواع مختلف Air enterainment A یا دربرگیرنده هوا ، resistance Mmoderate Sulfat MS یا مقاوم در برابر سولفات و Modernate hear of hydration MH یا گرمای مناسب هیدراسیون عرضه می شود .

   ۴ – سیمان پوزولانی نوع IP یا P :

این سیمان مخلوطی از سیمان پوزولان های گوناگون و پرتلند است و اغلب مخلوطی با پوزولان بکار رفته در نوع IS می باشد . ۱۵ تا ۴۰ درصد وزنی این سیمان از پوزولان های یاد شده تشکیل شده است . نوع IP در انواع Air entrainment A یا دربرگیرنده هوا ، Moderate Sulfate MS resistance یا مقاوم در برابر سولفات Modernate hear of hidration MH یا گرمای مناسب هیدراسیون عرضه می شود .نوع P در انواع مختلف Low Hear of hydration LH یا دمای هیدراسیون پایین entrainment AIR A یا در برگیرنده هوا Moderate Sulfate resistance MS یا مقاوم در برابر سولفات عرضه می شود . از این سیمان نیز در کارهای حجیم مانند سدهای وزنی ، و بتن ریزی و اندود کاری در هوای گرم استفاده میشود ضمنا از این سیمان برای مقابله با سولفات های قوی استفاده می شود .

   ۵ – سیمان پوزولانی نوع( IPM) :

مخلوطی از سیمان پرتلند و چند پوزولان است .پوزولان ها کمتر از ۱۵ درصد وزنی این سیمان را تشکیل می دهد .در انواع مختلف Air enterainment A یا دربرگیرنده هوا . Resistance Moderate Sulfat MS یا مقاوم در برابر سولفات و Moderate hear of hydration MH یا گرمای مناسب هیدراسیون عرضه می شود .ضمناً موارد دیگری نیز وجود دارد .

سیمان یا پوزولان خاکستر بادی :

فرآیند تولید کلینکر این نوع سیمان که دارای مقاومت بالایی نیز هست . در دمای ۱۳۵۰درجه سانتیگراد انجام می شود ، و در حالی که کلینکر سیمان پرتلند معمولی در دمای ۱۴۵۰ درجه سانتی گراد تولید می شود . این سیمان را می توان در کارخانه با آسیاب کردن توام سیمان پرتلند و خاکستر بادی و افزودن مقدار لازم سنگ گچ به هنگام آسیاب کردن ، یا با آمیختن خاکستر بادی یا سیمان پرتلند معمولی تولید کرد .مخلوط های بتنی ساختمان که ۲۰ درصد وزن سیمان آنها با خاکستر بادی جایگزین شده است ، می توانند برای مقاومت فشاری ، خمشی و ضریب ارتجاعی برابر بتن های ساخته شده با سیمان پرتلند در ۲۸ روز طراحی شوند .

خواص پوزولان ها :

معایب تولید سیمان پرتلند معمولی :

برای تولید هر تن سیمان ۲۵/۱ تن دی اکسید کربن تولید می شود که یک گاز گلخانه ای مضر است . در ضمن برای ساختن سیمان پرتلند به انرژی گرمایی بسیار بسیار زیادی احتیاج داریم (گفته می شود که این انرژی بیش از انرژی مورد نیاز در هر صنعت دیگری است ) برای تولید هر تن سیمان پرتلند حدود ۶ میلیون BTU ( واحد گرمایی بریتانیایی معادل با شش میلیون و سیصد هزار کیلو ژول ) گرما نیازمندیم . پس می توان با استفاده کردن از پوزولان هم باعث صرفه جویی در سوخت و انرژی لازم برای تولید سیمان شده و هم تولید ارزان تر سیمان ، زیرا پوزولان انرژی اقتصادی کمی دارند .دادن ارزش اقتصادی به آن ها ؛ زیرا پوزولان ها مواد زائد و تولیدات فرعی کارخانه ها می باشند . با استفاده از آن ها می توان مواد زائد و تولیدات فرعی کارخانه ها و آلاینده های محیط زیست را به مصرف رساند و نیز استفاده از آنها در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای مانند (CO2 ) نیز موثر است .

خواصی که سیمان های پوزولانی به بتن می دهند :

باعث تاخیر در زمان گیرش بتن می شوند . به همین دلیل در سدها بیشتر از آنها استفاده می شود ، با استفاده از این مواد می توان ترک های حرارتی را کنترل کرد .کاهش نفوذپذیری ، بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی ، افزایش عمر مفید سازه ها از دیگر خواص سیمان های پوزولانی است .لازم به ذکر است که اکثر این بتن را تا حدودی کاهش می دهند که با بکار بردن افزودنی هایی مثل روان کننده ها یا فوق روان کننده ها می توان از کاهش کارایی آن جلوگیری کرد .

این سیمان را مهندس یا مجری بسته به مورد تهیه می‌کند . این سیمان در حقیقت مخلوطی است از سیمان عادی به اضافه مواد پرکننده دیگری چون خاک رس پودر شده یا هیدروکسیدکلسیم (آهک آب دیده و پودر شده) یا سنگ آهک پودر شده که نسبت اختلاط آن حدود ۷۰ درصد سیمان و ۳۰ درصد مواد دیگر است.

سابقه سیمان بنایی در ایران

پیش از آنکه مصرف سیمان در ایران معمول شود، آبگیرهای ایران را با ملات ساروج اندود می‌کردند; ساروج که از آب آهک و گرد خاکستر اجاق ساخته می‌شد، دارای خاصیت ملات‌های آبی بود، علت گرفتن و سخت شدن ساروج آن بود که در خاکستر اجاق مقداری سیلیس پوک وجود داشت که با آهک ترکیب شده و به سیلیکات کلسیم تبدیل می‌شد. با آمدن سیمان پرتلند به ایران، دست‌اندرکاران عملیات ساختمانی و کارهای بنایی، ملات حرامزاده (باتارد) را مصرف می‌کردند که در آن از سیمان پرتلند، گرد یا خمیر یا دوغاب آهک شکفته و ماسه خاک‌دار حاوی مقادیر قابل‌توجی لای و رس استفاده می‌شد. این ملات بسیاری از نیازمندی‌های اجرایی در زمینه کارهای بنایی را برآورده می‌کرد که متأسفانه با وجود مشکلاتی که در تأمین آهک شکفته پدید آمد و ضعف‌هایی که در زمینه آموزش و ورود غیرمتخصصان به صحنه اجرا حاصل شد، این ملات به فراموشی سپرده شد. در ایران مبحث ملات‌های مخصوص بنایی و تولید سیمان بنایی احتمالاً اولین بار توسط مرحوم مهندس احمد حامی مطرح شده است. با این حال، ایشان بر ساخت ملات‌هایی مانند حرامزاده با استفاده از یک قسمت سیمان پرتلند و دو قسمت گرد آهک شکفته تأکید کردند و دلیل آن هم نبود سیمان بنایی در ایران بوده است. استفاده از آهک آبی در ساخت چسباننده (به عنوان سیمان بنایی) نیز توسط ایشان طرح شده است. سیمان بنایی در ایران برای اولین بار در کارخانه سیمان فارس طبق استاندارد ملی تهیه شده و به شکل صنعتی تولید شده اما پس از مدتی تولید آن متوقف شده است.

ضرورت فنی

ماهیت کارهای بنایی به‌گونه‌ای است که معمولاً ساخت‌وسازهای غیر بتنی نظیر آجرکاری، سنگ‌ چینی در شالوده و دیوار، کاشیکاری، نماکاری با سنگ و آجرهای نما، سیمان‌کاری آستر و نما، فرش کردن کف با سنگ و سرامیک، نصب پله‌ها، بندکشی و پرکردن فضاها با ملات ماسه سیمان و… را شامل می‌شود بنابراین ملات مورد استفاده در این کارها باید دارای قابلیت نگهداری آب در حد مطلوبی باشد و زمان گیرش آن نیز طولانی باشد. این ویژگی‌ها از آن جهت دارای اهمیت است که زمان گیرش ملات حاصل از سیمان بنایی به مراتب طولانی‌تر از سیمان پرتلند معمولی است.

ضرورت استفاده از سیمان بنایی در اجزای غیرسازه‌ای مسکن و ساختمان

در تعریف سیمان بنایی چنین آمده است:

سیمان بنایی چسباننده‌ای است آبی که در تهیه ملات‌های مختلف رایج در کارهای بنایی از آن استفاده می‌شود. این سیمان از آسیاب کردن مخلوط سیمان پرتلند و سنگ‌ آهک طبیعی و یا مخلوط کردن سیمان پرتلند و پودر نرم شده سنگ ‌آهک یا پوزولان‌های طبیعی و مصنوعی و یا سرباره آهن‌گدازی به نسبت‌های لازم همراه با پودر هماتیت به دست می‌آید. در واقع سیمان بنایی نوعی سیمان آمیخته است که در بیش‌تر کشورهای صنعتی جهان به منظور مصرف در ملات‌ها و کارهای بنایی تولید می‌شود. ایالات متحده آمریکا و هندوستان مثال‌هایی مناسب از این کشورها هستند. در کشور آمریکا این سیمان در سه نوعN ، S و M تولید می‌شود که نوع M بیش‌ترین مقاومت را برای ملات‌های بنایی ایجاد می‌کند. این سیمان‌ها دارای مواد حباب‌زا هستند. مصرف انواع سیمان‌های پرتلند در ملات‌های بنایی ضروری نبوده و حتی مشکلاتی را نیز بردارد بنابراین ضرورتی است در این مصارف از سیمان بنایی استفاده شود. این ضرورت از سه منظر فنی، اقتصادی و زیست‌محیطی قابل بررسی است:

ضرورت‌ها و راهکارهای تولید و مصرف سیمان بنایی

بررسی آمارها نشان می‌دهد که حداقل ۱۵ درصد از سیمان تولیدی کشور صرف کارهای بنایی می‌شود بنابراین چنانچه به ‌عنوان نمونه از سیمان آمیخته ۳۰ درصد جایگزین، برای کارهای بنایی استفاده شود، سالانه در حدود ۱/۲ میلیون تن افزایش تولید سیمان از بابت تولید سیمان آمیخته ۳۰ درصد برای کارهای بنایی عاید کشور می‌شود.

ضرورت اقتصادی

تولید سیمان بنایی مانند سایر سیمان‌های آمیخته برای کارخانه‌های تولیدکننده، از نظر اقتصادی سودمند است زیرا بدون تولید کلینکر اضافی باعث افزایش ۳۰ درصدی تولید می‌شود و ارزش افزوده تولید کارخانجات سیمان بالا می‌رود، چراکه در تولید سیمان بنایی کلینکر کم‌تری مصرف شده که با کاهش مصرف کلینکر، سود کارخانجات سیمان افزایش می‌یابد.

قیمت سیمان بنایی در دنیا معمولاً حدود نصف سیمان پرتلند و یا کم‌تر است بنابراین کارهای بنایی با آن، نسبت به سیمان پرتلند به مراتب ارزان‌تر تمام می‌شود، ضمن اینکه گاه لازم نیست برای دستیابی به چسبندگی کافی مقدار سیمان در آن را افزایش دهیم بنابراین حتی از نظر میزان مصرف هم می‌تواند موجب صرفه‌جویی و کاهش هزینه شود. لازم به ذکر است که اکثر کارخانه‌های تولیدکننده این سیمان فرمول خاص خود را برای ساختن این سیمان رعایت کرده و آن را مخفی نگه می‌دارند و منتشر نمی‌کنند.

در حوزه توزیع نیز در صورتی که سیمان در دو بخش مصرف عمومی و مصرف سازه دسته‌بندی شده و سیمان مورد نیاز در بخش عمومی فقط از نوع سیمان بنایی و سیمان بخش سازه و قطعه‌سازی نیز از گروه سیمان‌های با کیفیت تولید و عرضه شود، می‌تواند به برطرف شدن بخشی از مشکلات فعلی بازار سیمان کمک کند زیرا به خاطر عدم امکان مصرف این نوع سیمان در بخش سازه، تولید این نوع سیمان باعث سامان‌دهی مصرف سیمان در این بخش شده و بخش قابل توجهی از جابه‌جایی سیمان بین بخش‌های مختلف از بین می‌رود.

به ‌دلیل قابلیت نگهداری آب در ملات سیمان بنایی، عملاً تبخیر از سطح آن در شرایط و هوای گرم و خشک کم است و روانی ملات تا مدت زیادی با توجه به این دو ویژگی حفظ می‌شود و به راحتی می‌توان با ملات مربوطه کار کرد. همچنین نیاز به افزایش آب به آن به منظور روان کردن آن در طول زمان کم‌تر احساس می‌شود بنابراین مصرف‌کننده مجبور نیست با سیمانی که به مرحله گیرش رسیده است کار کند، در عمل این ملات دچار کاهش مقاومت و دوام در اجرا نشده و با وجود مقاومت نسبتاً کم این ملات در نهایت دارای مقاومت بیش‌تری از سایر ملات‌های حاوی سیمان پرتلند خواهد بود.

در بسیاری از نقاط کشور ما از آجرهای فشاری معمولی استفاده می‌شود که بیش از ۳۰ درصد آب به خود جذب می‌کنند و نیاز به ملات‌هایی با قابلیت نگهداری آب زیاد دارند بنابراین ملات حاوی سیمان بنایی با داشتن قابلیت نگهداری آب تنها ملات مناسب برای استفاده از این نوع آجرهاست.

تهیه ملات بنایی با استفاده از سیمان پرتلند به علت برخی ضعف‌ها به ویژه چسبندگی کم و عدم وجود خوش‌کاری و خاصیت خمیری مطلوب باعث می‌شود مصرف‌کننده به ناچار مقدار قابل ‌توجهی از سیمان پرتلند را با وجود عدم نیازهای مقاومتی مصرف کند. سیمان بنایی برخلاف سیمان پرتلند عمل می‌کند و با توجه به ترکیب و جنس سیمان بنایی ملات حاصل از این سیمان دارای چسبندگی خوب، خوش‌کاری و خاصیت خمیری مطلوب است و مانع از اتلاف سیمان می‌شود.

لازم به ذکر است، در صورتی که سیمان بنایی در بتن‌ریزی‌های سازه‌ای به کار رود، می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری را تحمیل کند و این مسأله در همه آیین‌نامه‌های مربوط ممنوع شده است. برای جلوگیری از این امر لازم است سیمان‌های بنایی با رنگ قرمز نشان‌دار شوند تا در صورت استفاده در اجزای سازه‌ای به راحتی و با چشم قابل تشخیص باشند.

ضرورت زیست‌محیطی

برای تولید یک تن کلینکر سیمان پرتلند حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم گاز دی‌اکسیدکربن که یک گاز گلخانه‌ای و زیان‌آور برای محیط‌زیست کره زمین است، تولید شده و وارد محیط زیست می‌گردد؛ بنابراین در حالی که مصرف سیمان پرتلند در کارهای بنایی از ضرورت برخوردار نیست، استفاده از آن باعث آلودگی بیش‌تر محیط‌زیست می‌شود. در فرآیند تولید سیمان بنایی به دلیل مصرف مواد پرکننده، پوزولان‌ها و سرباره‌ها که نیاز به پخته شدن ندارند، مصرف مواد سوختی کم‌تر و به نسبتاً آلودگی حاصله نیز کم‌تر است. همچنین به دلیل تولید کم‌تر دی‌اکسید کربن این سیمان با محیط زیست سازگارتر است.

ضرورت اصلاح استاندارد سیمان بنایی

استاندارد سیمان بنایی به وسیله کمیسیون فنی سیمان در سال ۱۳۷۳ تهیه و تدوین شده است. این استاندارد در همان سال توسط کمیته ملی استاندارد ساختمانی مورد تأیید قرار گرفته است.

با گذشت بیش از ۱۳ سال از تهیه استاندارد سیمان بنایی، همچنین ساخت سیمان بنایی براساس تکنولوژی‌های جدید در کشورهای صنعتی و پیشرفته، لازم است استاندارد ملی سیمان بنایی براساس استاندارد این کشورها و با در نظر گرفتن پیشرفت‌های علمی حاصل شده و قابلیت‌های موجود کشور در زمینه مواد اولیه، مورد اصلاح قرار گیرد.

مواد اولیه مورد نیاز سیمان سفید شامل سنگ آهک و کانولین نسبت ۸۰و۲۰ درصد می باشدرنگ تیره سیمان به دلیل وجود سولفات آهن و سولفات منیزیم در سیمان است , همچنین دوده ناشی از سوخت نیز باعث رنگ تیره سیمان می‌شود . پس برای سفید شدن سیمان باید سولفات آهن و منیزیم از سیمان حذف شود و همچنین از سوخت مناسب و بدون دوده استفاده شود .

به همین جهت برای تولید سیمان سفید , از خاک رسی که میزان سولفات آهن و منیزیم آن از ۸/۰ درصد کمتر است استفاده می‌کنند و برای جبران همین مقدار اندک سولفات آهن و منیزیم , مقداری نشادر اضافه می‌نمایند . از طرفی سوخت کوره را به نحوی انتخاب می‌کنند که تولید دوده نکند (مثلا” از گاز استفاده می‌کنند).

سیمانهای رنگی

سیمانهایی به رنگهای قرمز – زرد – آبی و … همان سیمانهای عادی هستند که در ساخت آنها از ۲ الی ۱۵ درصد پودر سنگهای رنگی استفاده شده است .

معمولا” در ساخت سیمانهای رنگی روشن از سیمان سفید استفاده می‌شود (که سبب افزایش قیمت می‌شود) و در ساخت سیمانهای رنگی تیره از سیمان معمولی استفاده می‌شود .

معمولا” در تهیه سیمان با رنگ سبز از سنگهای کرم‌دار , سیمان آبی رنگ از سنگهای کبالت‌دار , سیمان زرد رنگ از سیمان آهن‌دار (به صورت هیدروکسید آهن یا هماتیت) , سیمان قرمز رنگ از اکسید آهن به صورت فریت (Fe2O3) و سیمان سیاه از اکسید آهن دو ظرفیتی (FeO) استفاده می‌شود .

سیمان پرتلند سرباره‌ای

برای تهیه این سیمان , سیمان معمولی را با ۲۵ الی ۶۵ درصد پودر سرباره کوره ذوب آهن مخلوط می‌کنند و به عنوان سیمان پرتلند سرباره‌ای به مصرف می‌رسانند .

مقاومت سیمان سرباره‌ای از سیمان معمولی کمتر بوده و در مقابل ارزان قیمت‌تر از سیمان معمولی است .در آجرچینی , در بتن‌ریزی کف‌ها و اصولا” در هر جا که مقاومت‌های بالا مورد نیاز نباشد , می‌توان از این سیمان استفاده کرد . ضمنا” این سیمان کمی ضد سولفات و تا حدودی کندگیر است (در حد سیمان تیپ II)

کاربرد سیمان سفید

با توجه به استحکام بالا و سفیدی قابل توجه سیمان سفید کاربرد این محصول در زمینه های مختلف ساختمانی افزایش یافته و علاوه بر کاربری سنتی سیمان در نماسازی و موزائیک سازی مورد توجه مهندسین ساختمان – بعنوان جایگزین سیمان خاکستری در طراحی سازه هی با حجم کمتر و استحکام بالا قرار گرفته و در ساخت مصالحی مانند سیمان رنگی – صفحات آزبستی رنگی – پانلهی پیش ساخته مسلح به الیاف شیشه سازه هی بتونی اکسپوزد و انواع پلاستر مورد استفاده قرار گرفته است.

سیمان پوزولانی (سیمان خاکستر آتشفشانی):

این سیمان را از مخلوط کردن ۱۵ الی ۴۰ درصد پوزولان با کلینکر سیمان معمولی و آسیاب‌کردن این مخلوط بدست می‌آورند , در ایران معادن پوزولان زیادی وجود دارد که می‌توان از آنها در تولید این سیمان استفاده کرد . جنس پوزولان سیلیکات و تقریبا” شبیه سیمان است , منتهی واکنش‌های مشخص سیمان را ندارد .

با توجه به ارزانی این سیمان , برای مصرف کارهای عادی نظیر آجرچینی مناسب است . این سیمان کندگیر بوده و تا حدودی نیز ضد سولفات است.پس همانطور که از نام این سیمان پیداست سیمانی است که از ترکیب سیمان پرتلند معمولی با یک یا چند پوزولان بدست می آید . اغلب برای آنکه آب دریا و آب های سولفات دار در زمین های گچی در بتن سیمانی اثر بد نکند به سیمان بتن ، پوزولان می افزایند .

سیمان چاه نفت

این سیمان را با افزودن بعضی مواد شیمیایی خاص به کلینکر سیمان معمولی بدست می‌آورند . سیمان چاه نفت در درجه حرارت و فشار بالا مقاوم است

سیمان آلومینیوم

بسیار زودگیر است به صورتیکه نزدیک به ۸۰ درصد مقاومت خود را در همان ۲۴ ساعت اول بدست می‌آورد (بعبارت دیگر گیرش ۲۴ ساعت سیمان آلومینیوم معادل گیرایی حدود ۱۰ روز سیمان معمولی است) . حتی می‌توان بین ۶ الی ۸ ساعت پس از ریختن بتن حاوی این سیمان , قالبها را از آن باز کرده و بتن‌‌ریزی بعدی را انجام داد . مقاومت این سیمان در مقابل حمله سولفاتها و نیز در مقابل عملکرد آبهای حاوی CO2 که به صورت اسیدکربنیک عمل می‌کنند بسیار رضایتبخش است . این سیمان بسیار گران‌قیمت بوده و برای کارهای ویژه و در موارد خاص بکار گرفته می‌شود . این سیمان از ۴۰ درصد آلومین , ۴۰ درصد آهک ۸ درصد سیلیکات و مقداری آهن و اکسیدهای آن تشکیل شده است که معمولا” از مصالح اولیه سنگ آهک یا گچ و بوکسیت ساخته می‌شود.

سیمان انبساطی , (سیمان ضد افت)

این سیمان را با افزودن مواد شیمیایی مخصوص (مانند سولفوآلومینات) به کلینکر سیمان معمولی بدست می‌آورند . سیمان ضد افت در هنگام ترکیب با آب انبساط پیدا می‌کند که افزایش حجم این سیمان (یا افزایش حجم بتن ساخته شده با این سیمان)با کاهش حجم ناشی از افت خنثی می‌شود.

نوعی سیمان هیدرولیک است که از پودر کردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی سیمان پرتلند می‌باشند، بدست می‌آید.گرچه استفاده از سیمان (هیدرولیک و غیرهیدرولیک) به چندین هزار سال قبل بازمی‌گردد، اما اولین بار در سال هههه میلادی ژوزف اسپین معمار بریتانیایی طرح اصلاحی خود را برای آهک هیدرولیک تحت عنوان سیمان پرتلند به ثبت رساند. وی نام پرتلند را به علت تشابه سیمان حاصل با رنگ کانسارهای آهکی جزیره پرتلند در انگلستان انتخاب کرد.

ترکیب شیمیایی

   فازهای اصلی تشکیل دهندهه سیمان پرتلند:

• تری‌کلسیم سیلیکات (آلیت)‎ [ه] (C3S)‏ هه-هه درصد
• دی‌کلسیم سیلیکات (بلیت)[ه] (C2S)هه-هه درصد
• تری‌کلسیم آلومینات[ه] (C3A)ه-هه درصد
• تتراکلسیم آلومینوفریت[ه] (C4AF)ه-هه درصد است.
• نسبت این فازها بسته به نوع و کاربرد سیمان متغیر است.

   اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان پرتلند:

• اکسید کلسیم شصت تا شصت و هفت درصد ترکیبات سیمان را تشکیل می‌دهد.
• اکسید سیلیسیم
• اکسید آلومینیوم
• اکسید آهن
• اکسید منیزیم
• اکسید گوگرد که معمولا به جای سنگ گچ، سولفات مورد نیاز تترا کلسیم آلومینو فریت را برای تشکیل سولفو فریت کلسیم به منظور تسهیل هیدراتاسیون سیمان، تامین می‌کند. (برای پایین آوردن میزان پسماند نامحلول که توسط اسید کلریدریک مشخص می‌شود از این ترکیب به جای سنگ گچ استفاده می‌شود).
• قلیایی های سیمان: شامل اکسید پتاسیم و اکسید سدیم می‌باشد که با پاره‌ای از مواد سنگی در بتن ترکیب شده و سبب خرابی بتن و تغییر در میزان افزایش مقاومت آن می‌شوند. در نتیجه مقدار کم این ترکیبات نیز بایستی کنترل و به آن اهمیت داده شود.

افزودنی‌ ها (که بعد از تولید کلینکر سیمان به آن اضافه می‌شود)

• سولفات کلسیم:این ترکیب حداکثر به میزان ه درصد وزنی در سیمان پرتلند استفاده می‌شود، این ماده با تتراکلسیم آلومینوفریت ترکیب شده و مقدار کمی سولفوفریت کلسیم ایجاد می‌کند که این ماده هیدراتاسیون سیلیکات ها را تسریع می‌کند. ضمنا تماس این سولفات با ترکیب تری آلومینات کلسیم موجب ایجاد سولفو آلومینات کلسیم (اترینگایت) می‌شود که موجب افزایش حجم ملات می‌گردد. این افزایش حجم در هنگامی که ملات در حالت خمیری است بی ضرر است، اما در صورتی که پس از گیرش ملات ایجاد شود باعث ایجاد سلسله ترک های متوالی و تخریب بتن می‌گردد. در نتیجه میزان سنگ گچی که به سیمان اضافه می‌شود بسیار مهم بوده و بستگی به میزان تری آلومینات کلسیم و قلیایی های سیمان دارد. بالا رفتن ریزی سیمان باعث افزایش میزان سنگ گچ مورد نیاز می‌شود و افزایش سنگ گچ بنوبه خود سبب انبساط بیش از حد و خرابی سیمان سخت شده می‌گردد. میزان بهینه سنگ گچ بر اساس حرارت ایجاد شده از فعل و انفعالات سیمان تعیین می‌شود، و پیشرفت مناسب فعل و انفعالات ما را مطمئن می سازد که وقتی همه سنگ گچ ترکیب می‌شود مقدار کمی تری آلومینات کلسیم باقی می ماند. آزمایش مشخصی جهت نشان دادن عدم سلامت سیمان به علت وجود سولفات کلسیم اضافی وجود ندارد ولی مقدار آن با روش تجزیه شیمیایی به آسانی قابل محاسبه است. استاندارد BS12 مقدار مناسب سنگ گچ را به صورت میزان SO3 موجود توصیه می‌کند.

• انواع افزودنی های شیمیایی که به سه گروه اصلی زیر تقسیم می‌شوند:

ه- تندگیر کننده‌ها که ترکیباتی هستند مانند: کلرور کلسیم، کربنات سدیم، کلرور آلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم و نمک های آهن می‌باشند.

ه-کندگیر کننده ها: نظیر مشتقات هیدروکربنی نمک های محلول روی، شکر و براتهای محلول

ه-تقلیل دهندگان آب: نظیر اسید هیدروکسی کربوکسیلیک و اسید لیگنوسولفونیک

   ۱) سیمان تیپ یک (I), (سیمان معمولی)

همان سیمان معمولی بوده و در شرایط آب و هوای عادی مصرف میشود . همچنین در جایی بکار میرود که از نظر سولفات مشکلی وجود نداشته باشد .

   ۲) سیمان تیپ دو (II), (سیمان متوسط (

این سیمان از نظر خواص متوسط است , بدین معنی که تا حدی کندگیر بوده و نیز تا حدی در مقابل حمله سولفاتها مقاوم است .

برای ساخت این سیمان سعی میشود تا حد ممکن از مقدار C3A، C3S کاسته و C2S را افزایش دهند .

   ۳) سیمان تیپ سه (III), (سیمان زودگیر)

این سیمان تقریبا” اجزاء اولیه سیمان تیپ (I) را دارد , با این تفاوت که به شدت ریزتر آسیاب شده و به همین جهت گیرش سریعتری دارد.

موارد مصرف سیمان تیپ (III):

الف- در هوای سرد (حدود ۴ درجه سانتیگراد) , در دمای زیر صفر درجه کاربرد این سیمان به تنهایی کفایت نمیکند و لذا در یخبندان علاوه بر مصرف این سیمان مسائل دیگری نیز باید رعایت شود (مثلا” مصرف ضد یخ) , سیمان تیپ (III) در ساعات اولیه مصرف , حرارت قابل توجهی آزاد میکند و باعث گرم شدن بتن میشود .

ب- مراقبت از بتن در هوای سرد بسیار مشکل است و هزینه مراقبت در هوای سرد بالاست . سیمان زودگیر طول دوره مراقبت را کم کرده و موجب میشود بتن زودتر به مقاومت مورد نظر برسد .

ج- در تعمیرات فوری , مثلا” تعمیر قسمتی از سازههایی که باید سریعا” مورد بهرهبرداری قرار گیرند , این سیمان کاربرد زیادی دارد و موجب میشود بتن سریعا” به مقاومت مورد نظر رسیده و ظرف مدت کوتاهی مورد بهرهبرداری قرار گیرد .

د- در مکانهایی که به دلیل محدودیت امکانات قالب , بخواهند قالبها را زودتر باز کنند , نیز این سیمان کاربرد دارد

   ۴) سیمان تیپ چهار (IV), (سیمان دیرگیر)

سیمان تیپ چهار کندگیر بوده و در هنگام گیرش حرارت کمی تولید میکند. مقدار C3S و C3A موجود در این سیمان در مقایسه با انواع دیگر سیمان, کمتر بوده و در مقابل C2S زیادتری بکار برده شده است.

موارد مصرف سیمان تیپ (IV):

الف- در هوای گرم و در دمای بالای ۴۰ الی ۵۰ درجه سانتیگراد برای تسهیل مراقبت از بتن بکار میرود .

مصرف این سیمان در هوای گرم و در جایی که تبخیر بالاست باعث میشود که لااقل دمای تولید شده توسط بتن در عملیات گیرش کمتر شود , زیرا گرمای حاصل از عملیات هیدراسیون در طول مدت زمان بیشتری آزاد میشود .

از طرفی اجزاء موجود در این سیمان در مقایسه با سایر سیمانها C3A) و C3S کمتر و C2S بیشتر) این سیمان را خودبخود کم حرارتتر میکند.

ب- مصرف این سیمان در هوای گرم باعث جلوگیری از اتصال سرد میشود .

توضیح موارد خاص

در بتنریزی دیوارها (دیوار مخزن آب و یا استخر) که طول دیوار زیاد است چون بتنریزی لایه لایه انجام میگیرد , ممکن است فاصله زمانی حدود نیمساعت یا بیشتر طول بکشد تا لایه بتن جدید روی 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 لایههای بتن قدیم و جدید را اتصال سرد میگویند که ضعف بتنریزی به شمار میرود , بخصوص اگر سازه یک سازه آبی باشد , این اتصال نقطه ضعفی برای نشت آب خواهد بود . مصرف سیمان تیپ چهار در چنین مواردی باعث میشود که فرصت کافی برای بتنریزی باشد و لایههای قبلی هنوز وارد واکنش نشده باشند تا بتوانند با لایههای جدید اتصال مناسبی را برقرار نمایند .

ج- در بتنریزیهای حجیم به منظور کاهش تنشهای حرارتی میتوان از این سیمان استفاده کرد . بتن حجیم بتنی را گویند که طول و عرض و ارتفاع آن زیاد باشد مانند بتنریزی سدها و یا پایههای پل . از اشکالات بتنریزی حجیم , ایجاد تنشهای حرارتی است , بدین صورت که به دلیل حجیم بودن بتن , تبادل حرارتی عمق بتن با محیط بیرونی , کندتر صورت میگیرد , و بنابراین هنگامی که بتن سفت شده , هنوز دمای قسمتهای مرکزی آن با محیط اطراف , یکنواخت نشده است از این لحظه به بعد تغییر دمای بتن در راستای تبادل حرارتی با محیط خارج , همراه با ایجاد تنشهای حرارتی خواهد بود .استفاده از سیمان تیپ (IV) سبب میشود که اولا” دمای قسمتهای میانی بتن حجیم کمتر از بتن مشابه ساخته شده با سیمان تیپ (I) باشد (چون سیمان تیپ (IV) هم کم حرارتتر است و هم دمای خود را در طول زمان بیشتری آزاد میکند) و ثانیا” فرایند سفت شدن بتن طولانیتر بوده و در این مدت قسمت اعظم از تبادل حرارتی بتن با محیط اطراف صورت پذیرد . قابل ذکر است که برای جبران تنش حرارتی در بتن , گاهی آرماتورهایی موسوم به آرماتورهای حرارتی مورد استفاده قرار میگیرند .

   ۵) سیمان تیپ پنج (V), (سیمان ضد سولفات)

در ساخت این سیمان سعی میشود حتیالامکان C3S و C3A را به حداقل برسانند و در مقابل C2S بیشتری مصرف نمایند .

این سیمان برای مصرف در بتنهایی که در معرض حمله سولفاتها قرار دارد , مناسب است و به همین جهت به سیمان ضد سولفات شهرت دارد .

   ۶) سیمان تیپ (I-A)

این سیمان همان سیمان تیپ (I) بوده که با اضافه کردن مواد مناسبی به آن خاصیت هوازائی نیز در آن ایجاد شده است .

   ۷) سیمان تیپ (II-A)

این سیمان همان سیمان تیپ (II) میباشد که هوازا هم هست.

   ۸) سیمان تیپ (III-A)

همان سیمان تیپ (III) بوده که هوازا نیز هست.

سیمان پرتلند نوع ۱

در مواردی به کار می رود که هیچ گونه خواص ویژه مانند سایر انواع سیمان مورد نظر نیست.

سیمان پرتلند نوع ۲

برای استفاده عمومی و نیز استفاده ویژه در مواردی که گرمای هیدراتاسیون متوسط مورد نظر است.

سیمان پرتلند نوع ۳

برای استفاده در مواقعی که مقاومت های بالا در کوتاه مدت مورد نظر است.

سیمان پرتلند نوع ۵

در مواقعی که مقاومت زیاد در مقابل سولفات ها مورد نظر باشد استفاده می شود.

سیمان سفید

برای استفاده در سطح ساختمان ها و مواقعی که استفاده از سیمان های بدون رنگ با مقاومت های بالا مورد نیاز باشد. از این سیمان در تولید انواع سیمان های رنگی استفاده می شود.

سیمان سرباره ای ضد سولفات

در مواقعی که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و یا حرارت هیدراتاسیون متوسط مورد نظر است، استفاده می گردد.

سیمان پرتلند – پوزولانی

در ساختمان های بتنی معمولی و بیشتر در مواردی که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و حرارت هیدراتاسیون متوسط مورد نظر باشد استفاده می شود.

سیمان پرتلند – آهکی

این نوع سیمان در تهیه ملات و بتن در کلیه مواردی که سیمان پرتلند نوع ۱ به کار می رود قابل استفاده است. دوام بتن را در برابر یخ زدن، آب شدن و املاح یخ زا و عوامل شیمیایی بهبود می دهد

سیمان بنائی

برای استفاده در مواقعی که ملات بنائی با مقاومت های کمتر از سیمان پرتلند نوع ۱ مورد نیاز است.

سیمان نسوز ۴۵۰

حاوی بیش از ۴۰% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای کلسیم آلومینات، برای مصرف به عنوان ماده نسوز در صنایع حرارتی استفاده می شود.

سیمان نسوز ۵۰۰

حاوی بیش از ۷۰% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای CA2 و CA برای مصرف به عنوان ماده نسوز با درصد خلوص بالا در صنایع حرارتی و اتمسفرهای CO.H2 به کار می رود.

   سیمان نسوز ۵۵۰

حاوی بیش از ۸۰% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و آلومینات کلسیم به عنوان ترکیب اصلی، دارای نسوزندگی و خواص ترمومکانیکی بالا و کاربردهای ویژه نسوز مانند آتمسفرهای احیاء هیدروژن.

   سیمان های چاه نفت

این سیمان ها برای درزگیری چاه های نفت به کار می روند. عمده این نوع سیمان ها دیرگیر بوده و در برابر دماها و فشارهای بالا مقاوم می باشند. این سیمان ممکن است در حفره چاه های آب و فاضلاب نیز به مصرف برسد.

   سیمان های پرتلند ضد آب

این سیمان به رنگ سفید، خاکستری تولید می شود. این نوع سیمان، انتقال مویینه آب را تحت فشار ناچیز یا بدون فشار، کاهش می دهد ولی جلوی انتقال بخار آب را نمی گیرد.

   سیمان های با گیرش تنظیم شده

سیمان با گیرش تنظیم شده به گونه ای کنترل و ساخته می شود که می تواند بتنی با زمان های گیرش از چند دقیقه تا یک ساعت تولید کند.

   سیمان های رنگی:

این سیمان ها بیشتر جنبه تزئینی و آرایشی دارند و در نماسازی سیمانی و تولید بتن نمادار به مصرف می رسند.

گردآوری توسط شایان خاک مردان