اطلاعات مفید درباره سیمان
همیشه زمانی که
صحبت از سیمان می شود این سئوال
مطرح است که سیمان چیست و چگونه اکسیر آبادانی دست یافته است و آن را به
اشکال مختلف به کار می برد.
با اندکی مطالعه و تحقیق بر آن شدم تا علاوه بر تعریفی از این ماده، تقویم
پیدایش و سیر تکامل فرمولهای مختلف آن را بیان کنم تا شاید در جهت بالا
بردن سطح کمی و کیفی کادر فنی و مجرب صنایع سیمان کشور به کار آید و نکته
مهمتر اینکه در فکر توسعه موارد مصرف این ماده اعجاب انگیز برآییم تا اجرای
پروژه های کشاورزی، عمرانی، صنعتی و... هر چه سریعتر با بهترین کیفیت به
اجرا برسد.
سیمان چیست:
سیمان گردی است نرم، جاذب آب و اینکه قابلیت به هم چسباندن ذرات را به
یکدیگر به وجود می آورد که در نتیجه جسم صلب و یکنواختی را پدید می آورد.
براین اساس سیمان ترکیبی است از اکسید کلسیم (آهک) با سایر اکسیدها نظیر
اکسید آلومینیوم اکسید سیلیسم، اکسید آهن، اکسید منیزیم و اکسیدهای قلیایی
که ترکیبی با آب را دارا می باشد و در مجاورت با هوا و همچنین در زیر آب به
تدریج سخت می گردد و دارای مقاومت بالایی می شود به طوریکه در زمانی حدود
٢٨ روز که در زیر آب باشد دارای مقاومتی حداقل ٢٥٠ کیلو گرم بر سانتی
مترمربع می گردد.
بنا به مطالعات پدید آمده قدمت استفاده از سیمان در رم قدم بوده است به
طوریکه مخلوطی از خرده سنگ و آهک پخته درست می کردند و از ترکیب این مخلوط
با آب، بتن حاصل گردیده است و از بتن بدست آمده در مراحل اجرایی کارهای
ساختمانی استفاده می شده است.
تاریخچه سیمان:
در اواخر قرن هیجدهم به منظور آشنایی با خواص هیدرولیکی ملاتهای ساختمانی
گامهای موثری توسط مهندس انگلیسی جوانی به نام جان اسمیتون (John Smeaton)
برداشته شد و در سال ١٧٦٩ میلادی مطالعاتی در زمینه خواص ترکیبی موجود
در خاک رس، گیرش هیدرولیکی و خاصیت سخت شدن این ترکیبات به عمل آمد که در
نتیجه مواد جدید حاصله، سیمان (Cement) نامگذاری گردید.
پس از نتایج بدست آمده در سال ١٨٠٢ میلادی اولین کارخانه سیمان در انگلیس
بنا شد که به جهت سعی و تلاش یک شیمیدان معروف به نام فردریچ جان
(friedrich John) با بالا بردن کیفیت پخت سیمان و همچنین ازدیاد درجه حرارت
دمای کوره و خردایش بهتر مواد، سیمان مرغوبتری را بدست آورد. و اما ٢٣
سال بعد یعنی در سال ١٨٢٥ یک بنای جوان آجرچین بنام ژوزف آسپدین (Joseph
Aspdin) موفق شد از پخت مخلوط سنگ آهک و خاک رس (به صورت دو غالب) در درجه
حرارت بالا به نوعی آهک آبی بی نظیر دست پیدا کند و این شخص، این محصول را
سیمان پرتلند نامید و اولین کارخانه سیمان پرتلند را بنا کرد و همچنین این
روش را به نام خودش به ثبت رسانید. بنابراین اولین کارخانه سیمان در کشور
انگلستان تاسیس گردید، خالی از لطف نیست که بدانیم اولین کارخانه سیمان
آلمان در سال ١٨٥٥ توسط دکتر هرمان بلیب تره ( Dr. Hermann Bleibtrev )
در اشتاین اجرا گردیده است. و همچنین اولین کوره دوارسیمان در دنیا در سال
١٩٠٣ میلادی در کارخانه سیمان Adler شروع به کار کرد حال پس از تعریف
مختصری از سیمان و تاریخچه آن به بررسی تقویم تاریخی بدست آمدن سیمان و بتن
به نامهای غیر از اینها در ادوار گذشته قبل و بعد از میلاد مسیح می
پردازیم تا بدانیم که انسان گذشته نیز به منظور استقامت بخشیدن به محل
زندگی خود و همچنین سازه های جانبی دست ساز خودشان اهمیت ویژه ای قایل بوده
است.
سیمان پرتلند نوع 1 ( سیمان پرتلند معمولی ) P. C - type I :
در مواردی به کار می رود که هیچ گونه خواص ویژه مانند سایر انواع سیمان
مورد نظر نیست.
سیمان پرتلند نوع 2 ( P. C - type II ) :
برای استفاده عمومی و نیز استفاده ویژه در مواردی که گرمای هیدراتاسیون
متوسط مورد نظراست.
سیمان پرتلند نوع 3 ( P. C - type III ):
برای استفاده در مواقعی که مقاومت های بالا در کوتاه مدت مورد نظر است.
سیمان پرتلند نوع 5 ( P. C - type V ) :
در مواقعی که مقاومت زیاد در مقابل سولفات ها مورد نظر باشد استفاده می
شود.
سیمان سفید ( White Cement ) :
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 SR. slag Cement ) :
در مواقعی که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و یا حرارت هیدراتاسیون
متوسط مورد نظراست، استفاده می گردد
سیمان پرتلند - پوزولانی ( P. P. Cement ) :
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 ( P. K. Z. Cement ):
این نوع سیمان در تهیه ملات و بتن در کلیه مواردی که سیمان پرتلند نوع 1
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 بنایی ( Masonry Cement ) :
برای استفاده در مواقعی که ملات بنایی با مقاومت های کمتر از سیمان پرتلند
نوع 1 مورد نیازاست.
سیمان نسوز 450 ( Rf Cement 450 ) :
حاوی بیش از 40% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای کلسیم آلومینات، برای
مصرف به عنوان ماده نسوز در صنایع حرارتی استفاده می شود.
سیمان نسوز 500 ( Rf Cement 500 ) :
حاوی بیش از 70% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای CA2,CA برای مصرف به
عنوان ماده نسوز با درصد خلوص بالا در صنایع حرارتی و آتمسفرهای CO. H2
به کار می رود.
سیمان نسوز 550 ( Rf Cement 550 ):
حاوی بیش از 80% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و آلومینات کلسیم به عنوان
ترکیب اصلی، دارای نسوزندگی و خواص ترمومکانیکی بالا و کاربردهای ویژه نسوز
مانند اتمسفرهای احیاءهیدروژن.
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.
مقاله کامل در مورد سیمان پرتلند پوزولانی P, P, Cement
مقدمه :
افزایش روز افزون جمعیت و نیاز به فضاهای مسکونی، اداری، ورزشی، آموزشی
و... امری عادی واجتناب ناپذیر میباشد . در این راستا ساخت و سازها،
عملیات ساختمانی که به صورت ساخت اولیه، مرمت، بازسازی موقت، بازسازی کامل
بناها انجام میگیرد نیازمند علم و دانش فنی، مصالح استاندارد، اکیپ اجرائی
ماهر و تخصص، آگاهی و شناخت بروز افراد شاغل در بخش ساختمان است .
با توجه به اینکه بتن، مصالح مناسبی برای امر ساخت و ساز بوده و اهمیت
بسیار بالایی دارد . شرایط تولید، مواد اولیه، مواد ثانویه و مواد مضاف بتن
و مهمتر از همه سیمان و جایگزین های مناسب برای آن در تولید بتن بایستی
مورد مطالعه کاملاً علمی، فنی و مهندسی قرار گیرد، تا هم از نظر بهبود
مشخصات بتن و افزایش مقاومت آن پیشرفت هایی حاصل شود، هم از نظر اقتصادی در
هزینه ها صرفه جویی گردد یکی از بهترین راهکارهای موجود، یافتن
جایگزینهای مناسب برای سیمان مصرفی در بتن است و در این زمینه استفاده از
منابع و مصالح طبیعی با حفظ محیط زیست و منابع ارزشمند کشور ایده بسیار
کارآمد و پرثمری میباشد .
چنانچه تولید سیمان با شرایط فوق گامی در جهت پیشرفت جامعه بحساب می آید،
استفاده و بکارگیری آگاهانه و بجا از آن توسط مهندسین و افراد شاغل در بخش
ساخت و ساز کشور نتایج مطلوب تری بدست می آورد .
سیمان پرتلند - مواد پوزولانی - بتن - مقاومت و دوام
سیمان پرتلند پوزولانی و ارزیابی واکنش زائی
سیمان پرتلند پوزولانی معمولی، مخلوطی است از حداقل 5 و حداكثر 15 درصد
پوزولان طبیعی و دست كم 85 درصد كلینكر یا سیمان پرتلند با نرمی مشخص كه در
مجاورت آب به صورت جسم چسبندهای در كارهای ساختمانی مصرف میگردد . این
سیمان با نماد " پ پ " نشان داده میشود .
پوزولان یک ماده طبیعی یا مصنوعی حاوی سیلیس فعال یا سیلیس آلومیناتی است
که به تنهایی ارزش چسبندگی ندارد، ولی بصورت پودر شده و درحضوررطوبت و در
دمای معمولی با هیدراکسید کلسیم واکنش شیمیائی حاصل کرده و ترکیباتی را که
خواص چسبندگی دارد، بوجود می آورد . ماده پوزولانی بایستی بصورت آسیاب شده
باشد تا درحضور آب با آهک، سیلیکاتهای کلسیم پایدار با خواص چسبندگی ایجاد
کند .
مواد پوزولانی از خاکستر آتشفشانی غیربلورین- پوزلانی اصلی - پودرسنگ،
سنگهای رسی و چرتهای اوپالینی، خاک دیاتومه ای کلسینه شده، خاک رس پخته
شده، خاکستر بادی و دوده سیلیسی و غیره بدست می آید .
جهت ارزیابی درجه فعالیت واکنش زائی مواد پورولانی با سیمان، آئین نامه
ASTM.C- 618-78 سنجش ضریب فعالیت پوزولانی را توصیه می نماید که این ضریب
از تعیین مقاومت مخلوطها با جایگزین نمودن مقدار معینی از سیمان با مواد
پوزولانی بدست می آید .
مقایسه مقاومت
روند توسعه مقاومت سیمان پرتلند پوزولانی به درجه فعال بودن پوزولان و نسبت
سیمان پرتلند در مخلوط بستگی دارد . در سیمان پرتلند پوزولانی هیدراسیون
بکندی انجام و حرارت هیدراسیون کمتر دارد و برای بتن های حجیم مناسب
است . مقاومت اولیه بتن حاوی سیمانی که بخشی از آن با مواد پوزولانی
جاگزین شده باشد، کمتر از مقاومت مربوطه بتن حاوی سیمان خالص است و نیاز
به یک عمل آوری و مراقبت نسبتا" طولانی دارد ولی مقاومت نهائی آن تقربیا"
با مقاومت سیمان پرتلند خالص یکسان و بلکه قدری بیشتر است .
مشخصات و خواص سیمان پرتلند پوزولانی
آئین نامه ASTM . C595-79 سیمان پرتلند پوزولانی را بعنوان نوع IP برای
کاربردهای عمومی ساختمانهای بتنی و نوع P را برای مصرف در مواردیکه مقاومت
اولیه زیاد مواد نیاز نباشد مانند پایه های پل، سد ها، و شالوده های تکی
توصیف نموده است .
چگالی سیمان پرتلند عموما" حدود 15/3 است و چگالی سیمانهای پرتلند پوزولانی
حدود 9/2 میباشد . چگالی سیمان، که با روش ASTM . C188 تعیین میشود،
نشانگر کیفیت سیمان نیست و عمدتا" در محاسبات مربوط به تعیین نسبت اجزای
مخلوط بتن بکارمی آیند .
سیمان پرتلند پوزولانی معمولی در حال حاضر با كیفیتی مطلوب و خواص مناسب با
مشخصات برتر از شاخص های مطرح در استاندارد ملی ایران به شماره 3432 به
صورت انبوه در کارخانجات سیمان کشورتولید می گردد . این نوع سیمان حاوی
حداکثر 15% پوزولان طبیعی بوده و از خواص ویژه و كاربردی متنوعی برخوردار
می باشد .
از خواص ویژه آن به موارد ذیل اشاره می شود .
- در طی زمان وجود پوزولان باعث جذبCa(OH)2 آزاد شده از فازهای سیمان شده و
از افزایش پوكی و تخلخل تدریجی بتن می كاهد .
- این نوع سیمان ها ضد سولفات اصلاح شده می باشند.
- بتن این نوع سیمانها آب بیشتر در خود نگهداشته و آب انداختگی كمتری از
خود نشان می دهند.
- مصرف این سیمان در هوای گرم و مرطوب، مطلوب می باشد.
- در بتن ریزی در شرایط آب و هوای سرد به خاطر ویژگی حرارت هیدراتاسیون
كمتر، باید بتن تازه در برابر یخ زدن محافظت شود تا نتیجه ایده آل حاصل
گردد و قالب برداری دیرتر انجام گیرد.
- دوام و پایایی بتن ساخته شده با سیمان پوزولانی در برابر محیط های خورنده
و آبهای شور نسبت به سیمان های معمولی بیشتر است.
- میزان حرارت هیدراتاسیون این نوع سیمان نسبت به سیمانهای معمولی پایین تر
بوده و در بتن ریزیهای نسبتاً حجیم كاربرد دارند.
- در مواقعی كه شن و ماسه مصرفی استعداد واكنش خطرناك قلیایی ـ سیلیكاتی را
داشته باشند تاحد زیادی از تشكیل این واكنش خطرناك بین سنگدانه و قلیایی
های سیمان جلوگیری می كند.
- به خاطر ویژگی حرارت هیدراتاسیون پایین و ماهیت پوزولان این نوع سیمان
دیرگیر بوده و می باید مدت بیشتری بعد از بتن ریزی نگهداری شود تا نتیجه
ایده آل حاصل گردد.
- در مواقعی كه برای ساخت قطعات پیش ساخته مانند موزائیك و بلوك استفاده می
شود بایستی به علت دیرگیر بودن این سیمان مدت نگهداری آن طولانی تر باشد .
- در عملیات بتن ریزی در دمای کمتر از شش درجه سانتیگراد بایستی از مواد
افزودنی مناسب استفاده شود .
مقایسه مشخصات شیمیایی سیمان پرتلند پوزولانی استاندارد های ملی ایران و
ASTM
پارامتر مقدار در استاندارد ملی ایران 3432 مقدار در استاندارد آمریكا
ASTM C595-79
Mgo ( درصد ) حداكثر 5 حداكثر 5
SO3 ( درصد ) حداكثر 4 حداكثر 4
افت حرارتی ( درصد ) حداكثر 5 حداكثر 5
یون كلر ( درصد ) حداكثر 1/0 ــــ
مقایسه مشخصات فیزیكی سیمان پرتلند پوزولانی استاندارد های ملی ایران و
ASTM
پارامتر مقدار در استاندارد ملی ایران 3432 مقدار در استاندارد آمریكا
ASTM C595-79
سطح مخصوص ( ( 3000 ــــ
انبساط اتوكلاو ( % ) حداكثر 5/0 حداكثر 8/0
زمان گیرش اولیه ( دقیقه ) حداقل 60 حداقل 45
زمان گیرش نهایی ( دقیقه ) حداكثر 420 حداكثر 420
مقاومت فشاری 3روزه( ( حداقل 100 حداقل 125
مقاومت فشاری 7روزه( ( حداقل 175 حداقل 193
مقاومت فشاری 28روزه( ( حداقل 300 حداقل 241
حرارت هیدراتاسیون ( )
در سن 7 روزه
در سن 28روزه حداكثر 70
حداكثر 80 حداكثر 70
حداكثر 80
مقدار پوزولان( درصد) 15-5
سیمان پرتلند پوزولانی ویژه
سیمان پرتلند پوزولانی ویژه طبق استاندارد ملی ایران به شماره 3432 دارای
15 تا 40 درصد مواد پوزولانی می باشد . كاربرد این مقدار پوزولان خواص
بسیار مطلوبی به این سیمان می دهد كه كاربردهای ویژه ای را برای آن ایجاد
می نماید . این سیمان با نماد " پ پ و " نشان داده میشود این سیمان دارای
كاربرد گسترده به سبب خواص برتر ذیل می باشد :
1- دوام و پایداری بتن حاصل در محیط هایی با خورندگی زیاد حاوی غلظت بالای
كلر و سولفات بسیار مطلوب می باشد .
2- به سبب حرارت هیدراتاسیون اولیه كم دارای كاربرد گسترده ای در بتن
ریزیهای حجیم می باشد .
3 ـ Ca(OH)2 سبب جذب نسبتاً كامل حاصل ازهیدراتاسیون وحذف نسبتاً كامل
تخلخل بتن میگردد.
4 ـ قابلیت مصرف بسیار گسترده در مواردی دارد كه شن و ماسه مستعد ایجاد
واكنش سیلیكاتی ـ قلیائی دارند و انجام این واكنشها را به شدت محدود می
كند.
5 ـ این نوع سیمان ها قابلیت مصرف بالائی در محیط های بسیار گرم و مرطوب
دارند و نیاز به خنك سازی و كاهش درجه حرارت بتن و صرف هزینه زیاد در این
مورد برای بتنهای ساخته شده از این سیمانها وجود ندارد .
6 ـ با توجه به ماهیت پوزولان و حرارت هیدراتاسیون كم در مورد كاربرد این
سیمانها در هوای سرد و مصارف معمولی باید زمان بیشتری را برای نگهداری بتن
صرف نمود .
مشخصات شیمیایی سیمان پرتلند پوزولانی ویژه
مشخصه شیمیایی الزامی معیار استاندارملی به شماره 3432 برای سیمان
پوزولانی ویژه
Mgo ( درصد )
SO3 ( درصد )
افت حرارتی ( درصد )
یون كلر ( درصد ) حداكثر 6
حداكثر 4
حداكثر 5
حداكثر 1/0
مشخصه فیزیكی الزامی معیار استاندارملی به شماره 3432 برای سیمان پوزولانی
ویژه
سطح مخصوص ( ( 3200
انبساط اتوكلاو ( % ) حداكثر 5/0
زمان گیرش اولیه ( دقیقه ) حداقل 45
زمان گیرش نهایی ( دقیقه ) حداكثر 420
مقاومت فشاری 3روزه( ( ـــــ
مقاومت فشاری 7روزه( ( حداقل 150
مقاومت فشاری 28روزه( ( حداقل 275
مقدار پوزولان ( % ) 40-16
حرارت هیدراتاسیون ( )
در سن 3 روزه _
در سن 7 روزه 60
در سن 28 روزه 70
تعیین میزان پوزولان در سیمان پوزولانی
برای تعیین پوزولان موجود در سیمان پوزولانی نخست باید مقدار CaO در نمونه
مورد نظر تعیین شود و سپس با استفاده از فرمول زیر میزان پوزولان موجود در
نمونه محاسبه گردد .
در این معادله فرض بر آن است كه مقدار CaO كلینكر سیمان پرتلند مورد مصرف
در تولید سیمان پوزولانی 65 درصد میباشد و نمونه افت حرارتی نداشته باشد .
در معادله بالا :
P : درصد پوزولان در سیمان پوزولانی
Cpz : درصد CaO در سیمان پوزولانی ( پس از كسر مقدار CaO موجود در سولفات
كلسیم )
S : 7/1 برابر میزان سولفات كلسیم در سیمان
Cp : مقدار درصد CaO در پوزولان ( با فرض 5 درصد )
یادآوری - تعیین میزان پوزولان در سیمان پوزولانی اختیاری بوده و بنا به
درخواست مصرف كننده باید توسط تولیدكننده انجام پذیرفته و گزارش شود .
منبع : ایران سازه
