سیمان چیست و چگونه ساخته می شود؟
«سیمان» (Cement)، یکی از مهمترین مواد مورد استفاده در مصالح ساختمانی است. این ماده برای ساخت دوغاب، ملات و بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در این مقاله، به معرفی کامل تاریخچه، تعریف، اجزا تشکیل دهنده، مراحل تولید، کاربردها، خواص فیزیکی، خواص شیمیایی و انواع سیمان می‌پردازیم.
تاریخچه استفاده از سیمان به چه دورانی باز می گردد؟
از زمان ظهور تمدن بشری تا به امروز، سیمان به شکل‌های مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است. توسعه سیمان از خاکسترهای آتشفشانی، ژیپس (سنگ گچ) سوخته، آهک آبدار و اولین سیمان هیدرولیکی مورد استفاده توسط رومیان در قرون وسطی تا قرن 18 میلادی (قرن 11 شمسی) ادامه داشت. در این قرن، «جیمز پارکر» (James Parker)، حق اختراع سیمان رومی را به نام خود ثبت کرد.
این سیمان در آن دوران از شهرت بالایی برخوردار بود. با این وجود، در دهه 1850 میلادی (دهه 1230 شمسی)، محصول جدیدی با نام «سیمان پرتلند» (Portland Cement) جای سیمان رومی را گرفت.
در قرن 19 میلادی (قرن 12 شمسی)، تحقیقات و نوآوری‌های زیادی بر روی نحوه ساخت و کاربرد سیمان پرتلند انجام شد.
در این دوران، «ویلیام اسپدین» (William Aspdin)، سیمان پرتلند جدیدی را گسترش داد که خیلی زود مورد توجه قرار گرفت. با این وجود، «ایزاک چارلز جانسون» (Isaac Charles Johnson) به عنوان پدر سیمان پرتلند شناخته می‌شود. این فرد با معرفی روشی برای ساخت سیمان پرتلند در کوره، مشارکت بزرگی در تاریخ سیمان داشته است.
در قرن 19 میلادی، «سیمان رزندیل» (Rosendale Cement) در شهر نیویورک ساخته شد. به دلیل سختی مناسب این سیمان رزندیل، این نوع سیمان در اوایل عرضه با تقاضای بالا مواجه بود اما به دلیل طولانی بودن زمان گیرش آن، سیمان پرتلند بار دیگر به گزینه اول مصرف کنندگان تبدیل شد.
امروزه برای ساخت بزرگراه و پل، از ترکیب سیمان رزندیل-پرتلند استفاده می‌شود. این ترکیب دارای دوام بالا و زمان گیرش پایین است.
سیمانی که اکنون در ساخت سازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد، نتیجه آزمایش‌ها، تغییرها و پیشرفت‌های قابل توجهی است.
هدف از تغییر ترکیب سیمان در سال‌های گذشته، دستیابی به محصولی مستحکم و بادوام برای ساخت جاده، آزاد، پل و دیگر سازه‌ها بوده است. اکثر سیمان‌های امروزی از سیمان پرتلند به عنوان ترکیب اصلی یا یکی از ترکیبات اصلی خود استفاده می‌کنند.
سیمان چیست؟
سیمان، یکی از مهمترین مصالح ساختمانی ساخته دست بشر است که به منظور اتصال اجزا مختلف یک سازه نظیر سنگ، آجر، کاشی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد.
علاوه بر این، سیمان یکی از ترکیبات اصلی بتن در ساخت سازه‌های مختلفی مانند پل، سد، ساختمان‌های مسکونی، ساختمان‌های تجاری و دیگر سازه‌های بتنی است.
ساختار اصلی سیمان، از مواد معدنی نظیر سنگ آهک، رس یا ماسه، بوکسیت و کانی آهن تشکیل می‌شود.
کاربردهای سیمان چه هستند؟
سیمان، ماده بسیار پرکابردی است. ویژگی‌های منحصر به فرد این ماده باعث اهیمت بسیار بالای آن در حوزه مهندسی عمران شده است.
از کاربردهای اصلی سیمان، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت ملات برای گچ کاری، بنایی، بندکشی و غیره
- استفاده به عنوان درزگیر اتصالات زهکش‌ها و لوله‌ها
- مقاوم‌سازی سازه در برابر آب
- به کارگیری در بتن برای ساخت کف، سقف، نعل درگاه، تیر، پله، ستون و غیره
- ساخت سطوح سخت به منظور جلوگیری از آثار مخرب شیمیایی و دمایی
- ساخت لوله‌های پیش ساخته پایه‌ها و تیر حصار
- ساخت سازه‌های مهندسی نظیر پل، آبگذر، سد، تونل، فانوس دریایی و غیره
- اجرای فونداسیون، کف آببند، گذرگاه و غیره
- ساخت چاه، مخزن آب، زمین بازی، تیر چراغ برق، جاده و غیره
خواص سیمان به چند دسته تقسیم می شوند؟
خواص سیمان، به دو گروه اصلی خواص فیزیکی و خواص شیمیایی تقسیم می‌شوند. در این بخش، به معرفی هر یک از این موارد می‌پردازیم.
خواص فیزیکی سیمان چه هستند؟
انواع مختلفی از سیمان در ساخت سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. وجه تمایز این سیمان‌ها، خواص فیزیکی آنها است.
برخی از پارامترهای کلیدی باعث کنترل کیفیت سیمان‌های مختلف می‌شوند.
خواص فیزیکی سیمان‌های مناسب عبارت هستند از:
- نرمی
- سلامت
- روانی
- استحکام
- حرارت هیدراتاسیون
- افت حرارتی
- چگالی توده ای
- وزن مخصوص (چگالی نسبی)
در ادامه، به معرفی این خواص و آزمایش‌های موجود برای تعیین آنها می‌پردازیم.
نرمی سیمان چیست؟
اندازه ذرات سیمان، با عنوان نرمی آن شناخته می‌شود. نرمی مورد نیاز برای ساخت سیمان‌های با کیفیت از طریق سایش خوب کلینکر در مرحله آخر تولید به دست می‌آید.
نرخ هیدراتاسیون به طور مستقیم به اندازه ذرات بستگی دارد. به همین دلیل، نرمی یکی از خواص بسیار مهم در سیمان‌های مختلف محسوب می‌شود.