سیمان یکی از اصلی‌ترین مصالح ساختمان محسوب می‌شود که کاربرد بسیار زیادی دارد. از این ماده برای ساخت دوغاب، ملات و بتن استفاده می‌کنند. امروزه سیمان به روش‌های مختلفی تولید و تهیه و می‌شود و از این رو انواع مختلفی دارد که از جمله آنها می‌توان به سیمان معمولی، سیمان اصلاح شده، سیمان زودگیر، سیمان کم حرارت و… اشاره کرد.
در ادامه این مطلب قصد داریم تا برای آشنایی بیشتر شما، به معرفی تاریخچه استخراج، تعریف، معرفی اجزا تشکیل دهنده سیمان و همچنین بررسی کاربردهای سیمان بپردازیم. پس ادامه این مطلب را اصلا از دست ندهید.
سیمان چیست؟
سیمان یکی از اصلی‌ترین مصالح ساختمانی ساخته شده توسط بشر است که برای ایجاد اتصال بین اجزا تشکیل دهنده یک سازه مثل سنگ، آجر، کاشی و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین سیمان به عنوان یکی از مهمترین اجزا تشکیل دهنده بتن نیز شناخته می‌شود که در سازه‌هایی نظیر سد، پل، ساختمان‌های مسکونی و تجاری و دیگر سازه‌های بتنی کاربرد دارد. ساختار اصلی سیمان از مواد معدنی مثل رس، آهک، ماسه، بوکسیت و کانی آهن است.
کلینکر چیست؟
یکی دیگر از موادی که در تولید سیمان کاربرد بسیار زیادی دارد، کلینکر (Clinker) است. این ماده بر اثر حرارت دادن مواد مورد استفاده در سیمان به وجود می‌آید. با آسیاب کردن این ماده و اضافه کردن کمی گچ به آن، سیمان به وجود می‌آید.
بررسی تاریخچه استفاده از سیمان
از زمان تمدن‌های باستانی تاکنون سیمان به روش‌ها و گونه‌های مختلف به کار گرفته شده است. به نقل از باستان شناسان، توسعه سیمان از خاکستر آتشفشانی، سنگ گچ، آهک آبدار و همچنین استفاده از اولین سیمان هیدرولیکی توسط رومیان باستان قرون وسطی تا قرن ۱۸ ادامه داشته است.
در قرن ۱۹ میلادی، تحقیقات زیادی در زمینه تولید سیمان پرتلند و کاربرد آن انجام شد. در این زمان، سیمان پرتلند گسترش پیدا کرد و خیلی زود مورد استقبال قرار گرفت. در شهر نیویورک نیز سیمان رزندیل ساخته شد، از آنجایی که این نوع سیمان سختی مناسبی داشت، در اوایل عرضه با تقاضای زیادی رو به رو شد و از آنجایی که زمان گیرایش آن طولانی بود، سیمان پرتلند بار دیگر توانست گزینه اول تمامی مصرف کنندگان شود.
سیمانی که در حال حاضر در بازار وجود دارد، دستخوش تغییر ها و پیشرفت‌های قابل توجهی بوده است. هدف از تغییر ترکیبات سیمان در طی سال‌های اخیر، دستیابی به سیمانی مستحکم و بادوام برای ساخت پل‌ها و سدهای مستحکم بوده است. شما می‌توانید سیمان پرتلند را در تیپ‌های مختلف از فروشگاه خانه سیمان و دیگر فروشگاه‌هایی که در این زمینه فعالیت می‌کنند، تهیه و خریداری کنید.
آشنایی با مواد اولیه سیمان
به صورت کلی سیمان از هشت ماده اصلی و مهم ایجاد می‌شود که شامل موارد زیر می‌شوند:
آهک
سیلیکا
آلومینا
مگنزیا
اکسید آهن
سولفات کلسیم
سلفور تری اکسید
آلکالین
هر کدام از مواد مورد استفاده برای ساخت سیمان می‌توانند خواص و ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی سیمان را مشخص کنند. به همین دلیل کسب اطلاع در خصوص مواد تشکیل دهنده سیمان دارای اهمیت زیادی است. برای اینکه بتوان با ترکیبات سیمان بهتر آشنا شد، باید نقش و عملکرد هر ماده را مورد بررسی قرار داد. تغییر میزان مواد اصلی تشکیل دهنده سیمان و افزودنی‌های مختلف در فرایند تولید می‌تواند بر روی کیفیت سیمان مورد نظر تأثیر گذار باشد.
بررسی عملکرد اجزا تشکیل دهنده سیمان
در ادامه به معرفی عملکرد، مزایا و معایب هر کدام از اجزا اصلی تشکیل دهنده سیمان می‌پردازیم:
آهک
ماده کلسیم اکسید یا کلسیم هیدروکسید به عنوان آهک شناخته می‌شود. آهک مهمترین و اصلی‌ترین ماده‌ای است که در ساخت سیمان‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. با اضافه کردن مقدار مورد نیاز آهک به ترکیب سیمان، سیلیکات و آلومینات کلسیم ایجاد می‌شود. در صورتی که آهک به اندازه کافی نباشد، مقاومت و زمان گیرایش سیمان کاهش پیدا می‌کند. همچنین از طرفی اگر آهک زیاد باشد می‌تواند باعث تورم و کاهش سلامت سیمان شود!
سیلیکا
یکی دیگر از مواد مهم تشکیل دهنده سیمان، سیلیکا است. اضافه کردن این ماده به درون ترکیب سیمان می‌تواند باعث تشکیل سیلیکات دی کلسیم و تری کلسیم شود. با اضافه شدن سیلیکا، میزان استحکام سیمان تعیین می‌شود و می‌تواند روی قیمت سیمان نیز تأثیر داشته باشد!
آلومینا
آلومینا همان اکسید آلومینیوم است که در ترکیبات سیمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمان گیرایش سیمان به میزان آلومینا موجود در آن بستگی دارد. با اضافه شدن مقدار مناسب آلومینا، دمای تشکیل کلینکر کاهش پیدا می‌کند. در صورتی که بیش از مقدار مشخص شده است آلومینا استفاده شود، استحکام سیمان دچار کاهش می‌شود.
مگنزیا
ماده مگنزیا که به اکسید منیزیوم نیز شناخته می‌شود، می‌تواند روی استحکام سیمان تأثیر زیادی داشته باشد. در صورتی که بیش از ۲ درصد از این ماده در ترکیب سیمان استفاده شود، استحکام سیمان کاهش پیدا می‌کند.
اکسید آهن
اکسید آهن باعث تغییر رنگ سیمان می‌شود. همچنین این ماده به عنوان کمک ذوب در ترکیب سیمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. در دمای‌های بسیار بالا، اکسید آهن باعث تشکیل تری کلسیم آلومینو فریت می‌شود. در نتیجه چنین واکنشی، سختی و استحکام سیمان افزایش پیدا می‌کند.
سولفات کلسیم
سولفات کلسیم در ترکیب سیمان به شکل سنگ گچ ظاهر می‌شود. این ماده می‌تواند زمان گیرایش سیمان را کاهش دهد.
سولفور تری اکسید
معمولا از سولفور تری اکسید با مقادیر کمتر از ۲ درصد در سیمان استفاده می‌کنند. این ماده می‌تواند مقاومت در برابر سولفات‌ها را افزایش داده و همچنین روی میزان جمع شدگی تأثیر داشته باشد.
آلکالین
از آلکالین برای کنترل فرایند شیمیایی سیمان و همچنین کاهش میزان نفوذپذیری در ترکیب سیمان استفاده می‌کنند. در صورت استفاده بیش از حد مشخص شده، آلکالین می‌تواند باعث شوره زدن سطح ملات شود.
سیمان چطور تولید می‌شود؟
سیمان در طی ۶ مرحله که در ادامه به شما معرفی می‌کنیم، در کارخانه‌های مختلف تولید شده و روانه بازار می‌شود. مراحل ساخت سیمان عبارتند از:
استخراج مواد اولیه و خام از معادن
آسیاب، توزیع و مخلوط کردن
اعمال حرارت اولیه به مواد خام
پخت مواد خام در کوره‌های مخصوص
خنک سازی و آسیاب نهایی
بسته بندی سیمان و انتقال آن به انبارها
سخن پایانی
در این مطلب سعی کردیم تا به صورت مختصر و مفید شما را با سیمان و اصلی‌ترین مواد تشکیل دهنده آن آشنا کنیم. سیمان دارای مدل‌ها و تیپ‌های مختلفی است که هر کدام بر اساس ویژگی‌هایی که دارند، در سازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سوالات متداول
سیمان چطور ساخته می‌شود؟
در ساخت سیمان ابتدا آهک با دی اکسید سیلیکون واکنش نشان داده و دی کلسیم سیلیکات را ایجاد می‌کند. همچنین آهک با اکسید آلومینیوم نیز واکنش نشان داده و تری کلسیم آلومینات را ایجاد می‌کند. در مرحله بعد نیز اکسید کلسیم با آلومینیوم و اکسید آهن واکنش نشان می‌دهند و در نهایت سیمان تشکیل می‌شود.
سیمان پرتلند چیست؟
سیمان پرتلند یکی از مصالح پرکاربرد تر ساخت و سازهای مختلف به حساب می‌آید. سیمان پرتلند در واقع یک نوع سیمان هیدرولیکی است که از طریق پودر کردن کلینکری که از اکسیدهای سیلیس، آلومینیومی و آهنی است، به دست می‌آید.
اصلی‌ترین مواد تشکیل دهنده سیمان کدامند؟
اصلی‌ترین و مهمترین موادی که در ساخت سیمان مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل آهک، سیلیکا، آلومینا، مگنزیا، اکسید آهن، سولفات کلسیم، سلفور تری اکسید و آلکالین می‌شوند.