سیمان چیست؟
سیمان ماده ای اتصال دهنده است که برای ساخت و ساز و همچنین به عنوان چسب برای محکم شدن سازه ها مورد استفاده قرار می گیرد. سیمان همراه با مواد دیگری مثل شن و ماسه بکار می رود و به ندرت آن را به تنهایی مصرف می کنند. برای درست کردن ملات از مخلوط با سنگدانه ریز و همینطور برای درست کردن بتن از مخلوط آن با شن و ماسه استفاده می شود. پر مصرف ترین ماده در کره زمین بعد از آب ، و همچنین پر کاربرد ترین مصالح ساخت و ساز در جهان بتن می باشد. آهن، کلسیم، آلومینیوم و سیلیکون از مواد شیمیایی تشکیل دهنده این نوع مصالح ساختمانی است. مقاومت بتن مصرفی در ساختمان ها بستگی به مقدار سیمانی که استفاده شده به همراه ماسه و سنگدانه دارد.
سیمان ماده ای پودری است که بعد از ترکیب با آب، به صورت خمیر درامده و پس از مدتی خشک و سفت می شود و برای چسباندن سنگ‌ها، آجرها و دیگر مصالح ساختمانی به کار می رود. در حقیقت سیمان یک ماده چسبنده است که قطعات و مواد جامد را به هم می چسباند و یک توده فشرده بوجود می آورد. معروف ترین نوع سیمان ، سیمان پرتلند است.
انواع سیمان
سیمان پرتلند نوع خاصی از سیمان است که از ترکیب آهک کلسینه شده یا همان آهک زنده به همراه سیلیکات و ماسه و سنگ تولید می شود. اصولا منظور از سیمان همان سیمان پرتلند است چون این نوع ، دارای کاربرد بسیار گسترده ای می باشد. انواع سیمان را می‌توان به سیمان های هیدرولیک و غیرهیدرولیک تقسیم کرد. نوع هیدرولیک به سیمانی گفته می شود که بعد از سفت شدن حتی اگر در زیر آب قرار گیرد، استحکام آن بیشتر می شود. اما سیمان غیر هیدرولیک فقط برای مناطق خشک مناسب است و در شرایط مرطوب یا زیر آب سفت نمی‌شود.
تولید سیمان
مواد اصلی سازنده سیمان به صورت های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. روش اول که مخلوط کردن مواد اولیه است. این روش به دو روش انجام می شود:
در روش اول ابتدا در دستگاه های سنگ شکن چرخشی ، آهک و مواد اولیه آجری خرد می شوند تا به تیکه های دو الی پنج سانتیمتری تبدیل شوند. سپس مجددا این مواد در داخل آسیاب مورد کوبش قرار می گیرد تا دانه بندی آن نرم گردد. در مرحله بعد به نسبت مورد نیاز، این مواد معدنی پودری با هم مخلوط می شوند تا یک مخلوط خشک و خام بدست بیاید. مرحله بعدی ، پخت یا کلسینه کردن آهک است. آهک خام که به صورت کربنات کلسیم در طبیعت وجود دارد برای تولید سیمان مناسب نیست و باید آن را در دمای بالا حرارت داد. در آخرین مرحله محصول نهایی بعد از ترکیب مواد اولیه به نسبت خاص و مخلوط شدن آن ها بدست می آید. این روش تولید را روش خشک می نامند.
روش دوم روش مرطوب نام دارد. در این روش مواد اولیه بعد از خرد شدن تبدیل به پودر شده و وارد سیلو ها می شوند. برای حذف مواد آلی موجود در خاک رس، آن را شستشو می دهند. خاک رس شسته شده و پودر سنگ آهک به آسیاب ها انتقال داده می شوند. درون آسیاب ها آنقدر با هم ترکیب می شوند تا تبدیل به خمیر گردد، این ترکیب را دوغاب می نامند. بعد از هدایت دوغاب به حوضچه جمع آوری، می توان ترکیبات آن را تنظیم نمود. این دوغاب تقریبا شامل ۴۰ درصد آب است که برای رفتن به کوره دوار، درون مخازن ذخیره می شود.
مرحله دوم، پخت محصول بدست آمده در کوره های مخصوص است. لوله های داخلی کوره از جنس فولاد بوده و قطر آن ها بین ۲ الی ۳ متر است و طول آن ها بین ۹۰ تا ۱۲۰ متر متغیر می باشد. درون کوره با آجر های نسوز پوشیده شده است. از سمت بالای کوره مخلوط خشک یا تر اولیه تولید شده وارد می شود. حرارت کوره توسط ذغال سنگ یا گاز از پایین تامین می گردد. موقعیت کوره به صورت متمایل می باشد و به آرامی در حال چرخیدن است. این مواد به آرامی به سمت پایین حرکت می کنند و در قسمت بالایی، در دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد آب و رطوبت مواد بخار می شود یعنی در قسمت مرکزی مواد به صورت خشک شده در می آیند.
نقش آهک در تولید سیمان
از اصلی ترین و مهمترین مواد اولیه در تولید سیمان، می توان به نقش آهک اشاره کرد. در حرارتی حدود ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد از پختن سنگ آهک ماده به نام آهک خالص با آهک زنده با فرمول شیمیایی اکسید کلسیم بدست می آید. در تولید سیمان ابتدا برای تولید آهک زنده، در حرارت حدود هزار درجه سانتی گراد ، پودر آهک پخته شده و تبدیل به اکسید کلسیم می شود. برای تشکیل فاز های سیمان ، اکسید کلسیم و سیلیسیم، آهن و آلومینیوم در دمای بالای هزار درجه با هم ترکیب می شوند. در ادامه‌ی مطلب ، همه انواع آن را معرفی خواهیم نمود.
کاربرد سیمان و انواع آن
برای آنکه کاربرد سیمان و مزایا و مصارف آن را بدانیم، ابتدا باید انواع سیمان را بشناسیم تا با استفاده از خواص و مواد تشکیل دهنده آن ها در جای درست از هر کدام استفاده کنیم.
سیمان پرتلند معمولی
پر کاربردترین نوع سیمان ، پرتلند معمولی است که برای انواع ساختمان های بتنی رایج مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع ، بیشترین سیمانی است که در جهان استفاده می شود.
سیمان پرتلند پوزولانی
این نوع با آسیاب کلینکر پوزولانی و ترکیب آن با پرتلند بدست می آید. همچنین با اضافه کردن گچ به پرتلند معمولی، سیمان پوزولانی تولید می شود. این نوع سیمان از مقاومت بالاتری نسبت به پورتلند معمولی برخوردار است و بیشتر در سدها، پل ها، اسکله ها و بطور کلی برای بتن ریزی در زیر آب استفاده می شود.
سیمان زودگیر
در مصارفی که قالب ها در مراحل اولیه باید برداشته شوند از این نوع استفاده می شود که شبیه به پرتلند معمولی است. سیمان زودگیر بعد از سه روز مقاومتی شبیه به پوزولانی هفت روزه دارد. کاربرد آن بیشتر در جاده سازی و بتن های پیش ساخته است.
سیمان کم حرارت
ویژگی خاصی که دارد این است که از ترک خوردن بتن در حرارت جلوگیری می کند. از این نوع بتن بیشتر در ساخت سد ها استفاده می شود.
سیمان سفید
نوعی از پرتلند معمولی است که در آن از اکسید آهن استفاده نشده و به همین خاطر رنگ آن سفید است. از آن بیشتر برای امور تزئینی مانند نمای ساختمان ها استفاده می شود. اختلاط پودر سنگ و سیمان سفید رایج ترین ماده برای درزگیری کاشی و سرامیک است.
سیمان ضد آب
این نوع با مخلوط کردن مواد شیمیایی ضد آب تولید می شود و استحکام آن زیاد است. بخاطر خاصیت دفع آب بیشتر در سد ها و سازه های نگهدارنده آب بکار می رود.
سیمان انبساطی
ویژگی خاصی که دارد ، به مرور زمان کمی منبسط می شود و پس از سفت شدن دوباره حجم آن کم نخواهد شد.
سیمان رنگی
سیمان را در فرایند تولید می توان با اضافه نمودن ۵ تا ۱۰ درصد دانه های رنگی تولید کرد. از این نوع سیمان نیز بیشتر برای امور تزئینی استفاده می شود.
