سیمان (انواع ، روش های تولید ، نکات خرید)

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. در این مقاله بیشتر با سیمان و نکاتی که در هنگام خرید باید به آن توجه داشته باشید، آشنا خواهیم شد.

سیمان چیست و از چه ترکیباتی ساخته شده است؟

همان طور که در مقدمه مقاله اشاره کردیم، سیمان پودری است که از چسباندن ذرات خاک رس و ذرات سیلیکات و آهک تحت دمای بالا در حدود ۱۴۰۰-۱۵۰۰ درجه سانتیگراد ساخته می شود. به جسم سختی که پس از حرارت دادن به دست می‌آید، کلینکر می‌گویند. از آسیا کردن کلینکر به همراه مقدار مناسبی سنگ گچ، می‌توان انواع مختلفی از سیمان را تولید کرد که در این مقاله آن‌ها را معرفی می‌کنیم. در نمودار زیر می‌توانید ترکیبات اصلی سازنده سیمان را مشاهده می‌کنید.

دسته بندی سیمان‌ها

آلومینا بالا یا پرآلومین

این سیمان‌ها اساسا از آلومینات کلسیم تشکیل شده اند که پس از اختلاط با آب، تشکیل هیدرات‌های آلومینات کلسیم می‌دهند. از اصلی‌ترین ویژگی‌های این دسته می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سخت شونگی سریع حتی در دمای پایین
• دوام بالا در درجه حرارت‌های زیاد (خواص دیرگدازی)
• مقاومت در برابر بسیاری از محیط‌های خورنده شیمیایی

سیمان پرتلند

این دسته به نوع تجاری نیز معروف است و با اضافه کردن سنگ گچ به کلینکر تولید می‌گردد. از اجزای اصلی این نوع سیمان می‌توان به سنگ آهک، آلومینا و سیلیسی که در رس یاشیل (شیت رسی) موجود است، اشاره کرد.

معمولی یا نوع I

این سیمان متداول‌ترین نوع مصرفی است و در کارهای عمومی ساختمان به غیر از مواردی که بتن در معرض سولفات‌های موجود در خاک و یا آب قرار می‌گیرند، به کار می‌روند.

زود سخت شونده

به سیمانی می‌گویند که مقاومت آن به سرعت افزایش می‌یابد. این خاصیت به علت درصد بالای فاز سه کلسیم سیلیکات است. کاربرد آن در تعمیرات و قطعات پیش‌ساخته است. دقت داشته باشید که از این نوع در بتن ریزی‌های حجیم مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

سیمان با حرارت زایی کم

از این نوع به علت پایین بودن گرمای هیدراتاسیون، در بتن‌ریزی‌های حجیم استفاده می‌‍شود. چرا که اگر در این موارد گرمای زیادی آزاد شود، باعث ترک خوردن و تخریب سازه می‌گردد. بنابراین در تولید این نوع نباید از فازهایی که سریع هیدراته می‌شوند، استفاده کرد.

ضدسولفات

از این دسته برای سازه‌هایی استفاده می‌شود که در معرض آب دریا یا خاک‌های سولفاتی باشند. نمک های موجود در آب دریا سولفات‌های منیزیم و سدیم دارند که باعث تخریب سازه می‌گردد. این نوع دارای فاز C3A کمتری است و در برابر سولفات‌ها مقاوم است.

سیمان سرباره کوره ذوب آهن

از آسیا کردن و مخلوط کردن سیمان پرتلند و سرباره کوره ذوب آهن به دست می‌آید. سرباره‌ها حاوی اکسیدهایی هستند که سیمان پرتلند را تشکیل می‌دهند. در مقایسه با پرتلند معمولی، این نوع دارای مقاومت اولیه‌ی کمتری است اما مقاومت نهایی آن‌ها یکسان است. از این نوع در بتن‌ریزی حجیم و سازه‌های دریایی استفاده می‌گردد.

سیمان پوزولانی

مواد پوزولانی موادی بر پایه سیلیس یا سیلیس و آلومینا هستند که منشا آن‌ها خاکستر آتش‌فشانی است و می توانند مقدار کمی سیمان هم داشته باشند. این مواد زمانی که با آب مخلوط می‌شوند، با هیدروکسید کلسیم (Ca(oH)₂) واکنش شیمیایی داده و ترکیباتی با خواص سیمانی تولید می‌کنند.

تولید سیمان

به طور کلی تولید سیمان به دو روش خشک و تر انجام می‌شود. برای تولید به روش خشک، سنگ آهک به همراه سیلیس (ماده‌ی رسی) و آلومینا خرد می‌شود تا به دانه بندی مناسب برسند و در دمای حدود ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد و در کوره‌ی دوار (Rotary Kiln) پخته می‌شوند. ترکیبی که در این مرحله به وجود می آید کلینکر نام دارد و حالت کلوخه‌ای دارد.

کلینکر به تنهایی قابل مصرف نیست و برای بهبود گیرش، ضروری است که پس از خردایش کلینکر، موادی مانند گچ (ژیبس) اضافه گردد. در این مرحله ماده‌‌ی تیره رنگی به دست می آید که همان سیمان پرتلند است.

مراحل تولید سیمان

کنترل کیفیت

از آن‌جا که کیفیت سیمان در تولید یک ملات و بتن خوب موثر است، بنابراین در تولید آن ضروری است که کنترل کیفیت لازم صورت گیرد. در آزمایشگاه‌ها مطابق استانداردهای بین المللی آزمایش‌های متعددی انجام می‌شود که در این بخش به آن‌ها اشاره می‌کنیم.

تست گیرش

زمان گیرش در حقیقت سرعت سخت شدن خمیر را نشان می‌دهد. برای اندازه‌گیری زمان گیرش اولیه از دستگاه ویکات که دارای سوزن‌های متفاوتی است، استفاده می‌شود. قطر این سوزن‌ها حدود ۱ میلیمتر است و زمانی که سوزن نتواند تا عمق بیش از ۵ میلیمتر در خمیر نفوذ کند، نشان دهنده‌ی رخ دادن گیرش اولیه است.

تست سلامت

پس از گیرش، معمولا خمیر سیمان منبسط می شود که این انبساط ناشی از واکنش‌هایی است که در حضور آهک، منیزیوم و سولفات کلسیم اتفاق می افتد.

برای بررسی سلامت سیمان، انبساط به وجود آمده باید در محدوده مشخصی باشد. بنابراین لازم است آزمایش‌هایی طراحی شود که بتواند میزان انبساط را اندازه گیری کند.

در یکی از این آزمایش‌ها بلوکی از خمیر سیمان در ابعاد مشخصی طراحی شده و در هوای مرطوب عمل‌آوری می‌شود. سپس آن را در اتوکلاو قرار می دهند و با اندازه گیری انبساط به دست آمده، سلامت آن را بررسی می‌کنند.

اندازه گیری استحکام یا مقاومت

مقاومت مکانیکی سیمان سخت شده خاصیتی است که بیش از هر ویژگی دیگر از لحاظ کاربرد سازه‌ای مورد نیاز است. در مورد ملات یا بتن، معمولا از تست فشار و تست خمش بدین منظور استفاده می شود.

نکات مهم در تهیه و خرید سیمان

برای تهیه و خرید سیمان مرغوب نکات زیر را در نظر داشته باشید:

• یکی از نشانه‌های تشخیص سیمان مرغوب نرمی آن است چرا که وجود ذرات زبر نشان دهنده وجود ناخالصی است.
• رنگ سیمان باید خاکستری یا خاکستری مایل به سبز روشن باشد.
• سیمان نباید به مدت طولانی نگه داشته شده باشد. زیرا با گذشت زمان با جذب رطوبت به تکه‌های سخت تبدیل می شود و مقاومت اصلی خود را هم از دست می دهد.
• در نهایت برای تشخیص کیفیت سیمان می توانید به نحوه‌ی ته نشینی آن در آب توجه کنید. اگر به سرعت ته‌نشین شود، خبر از وجود ناخالصی در آن می‌دهد. دقت داشته باشید که سیمان نباید در این مرحله بوی خاک بدهد.