سیمان پرتلند یک نوع سیمان هیدرولیکی است که از ترکیب سنگ آهک و مواد معدنی مانند خاک رس در کوره‌های حرارتی تولید میشود. این سیمان دارای ویژگی‌هایی همچون مقاومت فشاری بالا، زمان گیرش مناسب، و دوام طولانی‌مدت است.
- دسته بندی : مقالات
- درتاریخ : 29 اردیبهشت 1403
- بدون دیدگاه
- زمان مطالعه : 5 دقیقه
سیمان پرتلند چیست؟ | فرق سیمان معمولی با پرتلند چیست؟
سیمان پرتلند انقلابی نوین در صنعت ساخت و ساز بوجود آورده است. برای لحظه ای صنعت ساخت و ساز را بدون سیمان تصور کنید.. کمی فراتر دنیا را بدون سیمان در نظر بگیرید!
پل های چوبی، خانه های گلی، سدهای خاکی، و خیلی از فرصتهایی که با سیمان شکوفا شدند. برجهای سر به فلک کشیده و ساختمان های بزرگ، سدهای عظیم و سیلوهای حجیم همگی موجودیت خود را از ثبت 1824 ژوزف اسپدین معمار بریتانیایی به نام سیمان دارند.
سیمان این پدیده قرن 19 ترکیبی از خاک رس و آهک هیدرولیک میباشد. در جزیره پرتلند انگلستان سنگ های آهکی وجود دارند که سیمان ژوزف اسپدین پس از سخت شدن به رنگ آنها در می آید. از این رو سیمان به سیمان پورتلند معروفیت یافت. امروزه سیمان پورتلند جز لاینفک زندگی صنعتی بشر شده است.
سیمان پورتلند Portland Cement چیست؟
سیمان پورتلند همان سیمان معمولی است و به دو روش هیدرولیکی و غیر هیدرولیکی تولید میشود. سیمان هیدرولیکی محصولی است که فرایند سخت شدن آن با حضور آب انجام میشود، این فرایند سخت شدن در مجاورت آب را هیدراتاسیون می نامند.
سیمان غیر هیدرولیکی در فضای بدون آب شروع به سخت شدن می نماید. زمان سخت شدن در نوع غیر هیدرولیکی طولانی تر از شرایط هیدراتاسونی میباشد.در فرایند تولید این محصول به منظور تامین زیبایی بصری نهایی دمای پخت محصول را بالاتر برده و با افزایش میزان آهک و افزودن سیلیس به ترکیب، رنگ نهایی محصول سفید می شود سیمان سفید مورد استفاده در نمای ساختمان و یا محل هایی که نیاز به رنگ سفید میباشد مورد توجه مهندسین معمار قرار می گیرد.
تاریخچه سیمان پرتلند
کشف سیمان و کاشفان آن
● بدون شک پس از مصرف آب این کالا (سیمان) پر مصرف ترین تولید در جهان است. صرف نظر از احجام و به عنوان مثال : میزان مصرف جهانی گندم مجموعا" بالغ بر 780 میلیون تن و مصرف سیمان 4,000 میلیون تن درسال 2022 میلادی را نشان می‌دهد.
● اینکه ما کشور ایران و محققین آنرا در خلقت و کشف این محصول پر مصرف ساختمانی بدور بدانیم کمال بی انصافی خواهد بود. عنوان این مطلب بمنزله آن نیست که زحمات تلاشگران و محققان رومی، دانشمندان سایر ملل و کاشفان کشور انگلستان را نادیده بگیریم، لیکن مصالح کاربری شده در سواحل خلیج فارس گواه بر آن دارد که این محصول و یا مشابهت با آن در استان بوشهر بندر خمیر با نام ساروج موجود و قدمت آن قبل اعلام کشور چین و ساخت دیوار چین میباشد.
اکنون دویست سال (200Years) از اکتشاف اولیه سیمان سپری شده و کماکان کاوشگران و محققان این صنعت در تلاش اند با تغییراتی در فرمولاسیون ، شیوه پخت ، بهینه سازی ماشین الات تولید و نحوه مصرف استحکام (چسبانندگی) ، طول عمر کاربری ، دوام و پایداری و انواع مقاومت های فشاری ، خمشی و شیمیائی آنرا دربرابر حملات مواد اسیدی و قلیائی وخوردگی ناشی از آن بهبود بخشند .
یکی از مشکلات گروه کاوشگر این بوده و هست که :
- محل مصرف در جغرافیائی سیمان متغیر است .
- فصول و زمان استفاده با توجه به دمای متفات شیوه خاص دارد .
- انتظارت مدیران پروژه ها ابعادی گسترده داشته .
- نیاز هر سازه (سد، پل، فونداسیون سازه های بلند، سازه های صنعتی، کف، سقف و دیوار) ویژگی خاص را طلب می‌کند.
- مصرف کنندگان در تولیدات دیگر چون ملات های خشک متداول و نسوز، بتن های اماده و پیش ساخته، و بسیاری صنایع دیگر هریک سفارشات خاص خود را دارند.
بنابر این و فراوان موارد دیگر نمیتوانست تمامی آن ویژگی ها و انتظارات در ارائه و تولید یک محصول خلاصه و عرضه شود
اگرچه تلاش و زحمات گروه محققین به تولید انواع سیمان در چند مدل با ویژگی های متفاوت منجر گردید ... لیکن بازهم تامین نیازها را پاسخگو نبود و منجر به ایجاد صنایع و تولیداتی چون عرضه موادشیمیائی صنعت ساختمان (افزودنی ها) Cement & Concrete Admixture گردیدکه درهنگام مصرف به آن اضافه شوند.
همچنین سیمان های پزولانی، سرباره ای، آمیخته و اقسام دیگر با اضافه شدن کانی ها، خاکستر دامنه کوههای آتش فشان و سرباره های تولید فلزات از آن جمله است.
معنی پرتلند چیست؟
پرتلند (Portland) نوعی سیمان است که در ساخت و ساز به‌طور گسترده استفاده میشود. نام "پرتلند" از نام یک جزیره در انگلستان به نام پورتلند گرفته شده است، جایی که این نوع سیمان برای نخستین بار در اوایل قرن نوزدهم تولید شد. سیمان پرتلند به دلیل ویژگی‌های خاصش از جمله مقاومت بالا و دوام زیاد، در انواع مختلف ساختمان‌ها و پروژه‌های ساختمانی به‌کار می‌رود. این سیمان معمولاً از ترکیب آهک، خاک رس، و مواد معدنی دیگر تولید میشود.
قیمت سیمان پرتلند چقدر است؟
قیمت سیمان پرتلند به دلیل تنوع در انواع و مکان‌های تولید، بسیار متغیر است. به عنوان مثال، سیمان پرتلند تیپ 5 در بسته‌بندی‌های مختلف و در مناطق متفاوت قیمت‌های گوناگونی دارد. برای نمونه، قیمت سیمان 50 کیلویی تیپ 5 در بجنورد حدود 967,560 تومان و در کردستان به 1,508,565 تومان می‌رسد. از سوی دیگر، سیمان پرتلند تیپ 2 نیز در نقاط مختلف قیمت‌های متفاوتی دارد؛ به‌طور مثال، قیمت سیمان فله تیپ 2 در خزر 884,126 تومان و در کرمان به 1,354,401 تومان می‌رسد. این تفاوت‌های قیمتی به عواملی نظیر هزینه‌های حمل و نقل، تغییرات تقاضای بازار، و سیاست‌های تولیدکنندگان وابسته است.
مراحل ساخت سیمان پرتلند
اجزاء اصلی سیمان پرتلند سیلیکات کلسیم و کلسیم آلومینات است. این مواد پس از اختلاط با آب به سختی مورد نظر سیمان خواهند رسید این مواد با در بر گرفتن سنگدانه ها در انواع ملات و بتن موجب پدید آمدن محصول نهایی سخت با مقاومت های متفاوت خواهند شد.کلسیم و آلومینا به طور طبیعی در سنگ آهک و رس، خاکستر و شیل وجود دارد. سنگ گچ نیز دیگر ماده اولیه سیمان از معادن تهیه می گردد این سنگ های متخلخل میزان مناسبی آهک را در خود دارد. شیل یک نوع سنگ رسوبی خاص است که حاوی رس و کوارتز است. ژیپس نیز یکی دیگر از مواد اولیه است که در ترکیب سیمان به کار می رود. ژیپس سولفات معدنی نرمی است که در بلورهای تشکیل دهنده آن مولکولهای آب وجود دارد.
مرحله ابتدایی تولید
سنگهای اشاره شده در بالا در دو دسته بندی آهکی و قلیایی در کارخانه با فک هایی که خروجی 5 -2 سانتی متری دارند خرد شده و در انبار مواد اولیه نگهداری می شوند.این مواد به صورت خشک در سیلوهای ذخیره به صورت خشک نگهداری شده تا آماده ارسال به کوره پخت شوند.
مرحله ثانویه تولید
تولید سیمان به دو روش خشک و مرطوب انجام میپذیرد از انجا که محصول نهایی روش مرطوب دوغابی مایع بوده و استفاده و انتقال آن کاری سخت می باشد روش خشک با استفاده از کوره روتاری متداول ترین روش تولید سیمان می باشد. از آنجا که محصول نهایی آن پودری خشک و کم حجم تر به نسبت روش مرطوب است نگهداری و انتقال این محصول آسانتر می باشد. در سیستم تولید سیمان با کوره روتاری ( دوار) ابتدا محصولات آسیاب شده موجود در سیلوها به کوره وارد شده و در اثر حرارت دیدن و چرخیدن این کوره محصول نیمه آماده تهیه و تولید می گردد.
مرحله پایانی
محصول خارج شده از کوره دوار به یک میکسر آسیاب وارد شده و در این فرایند ژیپس و محصول دریافتی از کوره دوار با یکدیگر مخلوط و آسیاب میگردد. خروجی این آسیاب میکسر سیمان خاکستری پورتلند میباشد. تنوع بسته بندی و یا حمل با مخازن حمل این امکان را در اختیار مصرف کننده نهایی خواهد گذاشت تا با مناسب ترین روش ممکن از این محصول بهره مند گردند.
همانگونه که قبلا اشاره شد در کوره دوار سنگ آهک و خاک رس و دیگر اجزای مخلوط در دمای بیش از 1500 درجه سانتی گراد خرد و پخته می‌شوند . پس از خروج از کوره پودر نرم خارج شده ابتدا سرد شده سپس به محصول خنک شده گچ اضافه میشود. مخلوط نهایی پودری نرم و ریز و یک دست میباشد. سیمان قبل از حل شدن در آب از مواد آهک ( Cao )، سیلیس (Sio2 )، و آلومینا ( Al2o3 ) اندکی منیزیم ( Mgo)، اکسید آهن (Fe2o3 )، تری اکسید گوگرد ( So3 ) و اکسیدهای دیگر به میزان محدود تشکیل شده است.
چنانچه به مخلوط بالا آب اضافه کنیم حاصل فرایند متشکل است از سیلیکات تری کلسیم(50 تا 60 درصد)، سیلیکات دی کلسیم(20تا 25 درصد)، آلومینات تری کلسیم (6 تا 10 درصد) و آلومینوفریت تتراکلسیم(6 تا 10 درصد). این ترکیب و مخلوط رفتار مکانیکی و مقاومت بسیار زیادی از خود نشان می دهد. گچ اضافه شده به فرایند وظیفه کنترل هیدراتاسیون آلومینات تری کلسیم را به عهده دارد. مورفولوژی و شکل ظاهری ذرات سیمان در سبک شدن بتن تولیدی و همچنین رفتار سیمان اثرات را دارا می باشد.
سیمان پورتلند یک ماده قلیایی است که با( Ph 13) نشان از بالا بودن این قلیا را دارا است. مواد قلیایی در این سطح برای سلامت انسان مضر بوده و در اثر قرار گرفتن در معرض زیاد سوختگی پوست را به همراه خواهد داشت. آسم ، سیلیکوزیس و سرطان ریه از جمله مخاطراتی است که سیلیس موجود در سیمان انسان را تهدید می کند.
در فرایند تولید سیمان از هنگام استخراج تا تولید میزان بسیار زیادی انرژی صرف تولید آن شده و حجم قابل توجهی از گازهای گلخانه ای در محیط منتشر میشود. اما در مقام مقایسه سیمان یکی از مصالح ساختمانی میباشد که پس از تولید و در هنگام مصرف کمترین آلودگی را در محیط زیست از خود به جای گذارده و در مسیر استفاده نیازمند صرف انرژی نمی باشد.
تولیدی پیچیده اما آسان با روشی همواره یکنواخت بشر را بر این داشته است که در هر نقطه از زمین که دسترسی به معادن مورد نیاز اشاره شده در دسترس باشد اقدام به ساخت کارخانه تولید سیمان نموده و این محصول استراتژیک را تولید و به بازار عرضه نماید. میتوان گفت که در گذشته یکی از عوامل تخریب و آلودگی هوا و محیط زیست کارخانجات تولید سیمان بوده اند اما با توجه به پیشرفت های صورت گرفته در این صنعت با تجهیز کارخانجات به سیستم های کنترل آلودگی خرابی های بار آمده در گذشته به شدت کاهش یافته است. از این رو میتوان به هنگام مصرف نگاه سبز تری به مصنوعات ساخته شده با سیمان داشت.
انواع سیمان پرتلند و کاربرد آنها
سیمان پرتلند هیدرولیکی در پنج دسته تولید می شود.
سیمان پرتلند تیپ 1
این سیمان در بین جامعه مهندسی و ساخت به سیمان معمولی معروف است.سیمان معمولی در سه کلاس 325-1، 425 -1، 525-1 عرضه می گردد. این نوع سیمان به صورت عمومی کاربرد فراگیر در کلیه رشته های عمرانی را داشته و سطح فابل توجهی از نیازهای صنایع را پوشش خواهد داد.
کلاسهای 425 -1، 525-1 مقاومت بالاتری دارند. این نوع سیمان در محیط های با امکان خوردگی کاربرد کمتری خواهند داشت. و به جای آن از دیگر تیپ های تولیدی استفاده می شود.
سیمان پرتلند تیپ 2
در محیط هایی که امکان حمله سولفات ها در حدی متوسط به سیمان وجود داشته باشد فازهای آلومینات و C3S را محدود می نمایند. این اصلاح شدن تیپ 1 حرارت هیدراتاسیون را در سطح متوسط نگه داشته و مقاومت آن را در برابر سولفات افزایش خواهد داد.
سیمان اصلاح شده یا همان تیپ 2 از تیپ 1 کمی دیر تر میگیرد و همچنین حرارت کمتری در زمان گیرش تولید می کند. در هوای گرم و محیط هایی که خاک و یون های سولفات و کلر وجود دارد و میزان آن زیاد نیست استفاده از این سیمان گزینه مناسبی میباشد.
در شرایط آب و هوایی سرد و محیط های حاوی یونهای اشاره شده با غلظت بالا استفاده از این سیمان توصیه نمی شود.
سیمان تیپ 3
اگر سیمان تیپ 1 را با آسیاب های ریز تر تولید کنند سیمان تیپ 3 تولید می شود. اجزاء این محصول بسیار ریز تر از تیپ معمولی بوده از این رو گیرش آن بسیار سریع تر خواهد بود. این سیمان درطی زمان 1 هفته مقاوم شده و پس از گذشت 7 روز مقاومتی را دارد که سیمان معملی در 28 روز به دست می آورد. این نوع سیمان در پروژه هایی استفاده میشود که تسریع در بازشدن قالب اولویت کارگاه باشد. این سیمان در زمان گیرش حرارت بالایی تولید نموده از این رو در شرایط و محیط سرد کاربرد خواهد داشت. اما در زمان های یخبندان رعایت الزامات و استفاده از ضد یخ امری حتمی خواهد بود.
سیمان تیپ 4
حجم بتن یک سد بتنی را در نظر بگیرید. معمولا در بسیاری از کشورها سدها در مناطق گرم ساخته می شوند حال دمای هوا و حرارت ناشی از گیرش بتن را در نظر بگیرید . امکان تغییرات در کیفیت و مقاومت بتن به وجود خواهد آمد.همچنین تنش های حرارتی و یا اتصال سرد در لایه های جدید عاملی دیگر در کاهش کیفیت سازه نهایی خواهد شد. لذا نیاز به نوعی سیمان وجود دارد که دیر گیر تر بوده و دمای کمتری در زمان گیرش ایجاد نماید. سیمان تیپ 4 با افزایش مقاومت آهسته در زمان گیرش این آورده مورد نیاز سازه های با حجم بالای بتن فراهم می آورد. این محصول با کاهش مقدار دوعامل C3S , C3A در کارخانه تولید می شود.
سیمان تیپ 5
سیمان ضد سولفات یا سیمان تیپ 5 در محیط هایی استفاده و کاربرد دارد که میزان سولفات در محیط غلظت بالایی داشته و یا این که سازه و ساختمان در معرض خاک و یا آبهای زیر زمینی به صورت مداوم با بتن سازه در تماس باشد. این سیمان به لحاظ مقاومت در بازه های زمانی 1 هفته و 1 ماهه نسبت به دیگر تیپ های بتنی مقاومت کمتری خواهد داشت. به همین دلیل استفاده از این نوع سیمان در بخش هایی از ساختمان که نیاز مقاومتی بالاتری دارند استفاده با احتیاط و یا با رعایت شرایط ویژه در دستور کار قار می گیرد.
در صنعت کف سازی بتنی عمدتا ازسیمان تیپ 2 استفاده میشود شرکت صنعتی آرملات با استفاده از بهترین نوع سیمان و کارخانجات معتبر تولیدی مصالح کف سازی خود را با شاخه بتن سخت کف سازی تولید و به بازار عرضه می نماید. شرکت صنعتی آرملات با گذشت 35 سال سابقه تولید و داشتن آزمایشگاه معتبر تمامی مواد اولیه خود را پس از گذر از آزمون های متعدد در چرخه تولید قرار داده است.
فاز های اصلی سیمان پورتلند چیست؟
سیمان پرتلند از چندین فاز اصلی تشکیل شده است که به‌طور خاص شامل تری‌کلسیم سیلیکات (C3S) با درصدی بین ۲۰ تا ۷۵، دی‌کلسیم سیلیکات (C2S) با درصدی از ۱۵ تا ۴۶، تری‌کلسیم آلومینات (C3A) که ۴ تا ۱۳ درصد ترکیب را تشکیل می‌دهد، و تتراکلسیم آلومینوفریت (C4AF) با سهمی بین ۸ تا ۱۲ درصد است. نسبت دقیق این فازها بسته به نوع سیمان و کاربرد مورد نظر آن، متفاوت است و تنظیم دقیق این ترکیبات می‌تواند به بهبود خصوصیات مختلف سیمان کمک کند.
سیمان پرتلند علاوه بر فازهای فوق، شامل اکسیدهای مهمی نیز هست. اکسید کلسیم، که حدود ۶۰ تا ۶۷ درصد ترکیبات را تشکیل می‌دهد، در کنار اکسیدهای سیلیسیم، آلومینیوم، آهن، منیزیم و گوگرد قرار دارد. همچنین، اکسیدهای قلیایی شامل پتاسیم و سدیم می‌توانند با برخی مواد سنگی واکنش داده و باعث آسیب به بتن و کاهش مقاومت آن شوند. به همین دلیل، کنترل میزان این ترکیبات در تولید سیمان از اهمیت بالایی برخوردار است.
محصولات مرتبط با سیمان پرتلند چیست؟
سیمان به خودی خود یک ماده اولیه با قیمت مختص خود می باشد. این ماده که در اثر واکنش با آب به یک محصول سخت تبدیل میشود مولفه های خاص خود را از جمله مقاومت فشاری، مقاومت سایشی و دیگر مشخصات می باشد. اما ترکیب این ماده با انواع سنگدانه های موجود در طبیعت محصولات ارزنده ای را تولید می کند. از جمله پرکاربردترین این محصولات بتن میباشد. بتن یک ترکیب از سنگدانه های متفاوت با دانه بندی های مختلف میباشد. سیمان به عنوان عامل اصلی چسبندگی این اجزا با در برگرفتن سنگدانه ها استحکام نهایی را فراهم می آورد. در برخی از موارد از سیمان برای تهیه ملات و یا دوغاب ها استفاده می شود در این روش استفاده از سیمان عامل مورد استفاده چسباندن دو قطعه و یا پوشش دادن سطوح مورد نظر است و سیمان و محصول حاصل از آن نقش جزئی از اجزا یک محصول و فرایند خواهد بود. به صورت کلی در بیشتر ساخته های ساختمانی بشر که در اطرافمان وجود دارد سیمان نقشی موثر به عهده دارد. حال از یک پله در پیاده رو گرفته تا یک آسمان خراش سربه فلک کشیده. همگی بدون سیمان امکان برپایی نخواهند داشت.
مزایای سیمان پرتلند
سیمان پرتلند، این بستر همیشگی ساختمان مزایای بسیاری دارد. انتقال سیمان خام بدون نیازمندی های ترافیکی از جمله بهترین فواید آن است. سیمان در اثر اختلاط با مواد معدنی محصولی تولید نموده که انتقال حرارت در آن بسیار پایین و به خودی خود نسبت به فلزات، جاذب صدا بوده و از پراکنش صدا جلوگیری می نماید.
معایب سیمان پرتلند
سیمان پس از تولید مدت زمان مشخصی را در بالاترین سطح کیفی قراردارد و با گذر زمان از کیفیت آن کاسته شده و پس از مدت زمانی امکان استفاده از آن میسر نیست. همچنین دیگر ضعف سیمان مواجهه با رطوبت می باشد به گونه ای که در محیط های مرطوب با بخار آب موجود در محیط واکنش نشان داده و کلوخه تشکیل می‌دهد. سیمان کلوخه شده تقریبا دیگر قابل استفاده نبوده و باید از مدار مصرف خارج گردد.
جمع بندی
در ابتدای قرن نوزدهم یک معمار انگلیسی با ثبت محصول خود پایه گذار صنعتی شد که امروزه زیست بشر با آن بسیار آسانتر شده است و به نوعی همتراز اختراع برق در صنعت ساختمان گره گشای انسان شده است. این محصول استراتژیک با ترکیب و اختلاط با انواع سنگدانه های طبیعی انواع محصولات متنوع و جذاب اطرافمان را به ارمغان می آورد. در محیط های متنوع شیمیایی، خشک و مرطوب و یا سرد و گرم انواع آن مورد استفاده داشته و برای هر محیط و کاربری نوعی خاص مورد نیاز همان پروژه را در اختیار قرار می دهد. به نظر می رسد دنیای بدون سیمان را نتوان تصور نمود.
به این مطلب امتیاز دهید
5
دیدگاه خود را در مورد این مطلب بنویسید.
جستجو در وبلاگ
مقالات مرتبط
سیمان پرتلند چه انواعی دارد؟
سیمان پرتلند در چند نوع مختلف عرضه میشود که شامل سیمان پرتلند معمولی (OPC)، سیمان پرتلند زودگیر (Rapid Hardening Portland Cement)، سیمان پرتلند ضد سولفات (Sulfate Resisting Portland Cement) و سیمان پرتلند پوزولانی (Portland Pozzolana Cement) میباشد. هر یک از این انواع دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند.
چه کاربردهایی برای سیمان پرتلند وجود دارد؟
سیمان پرتلند به طور گسترده در صنایع ساختمانی و عمرانی استفاده میشود. کاربردهای آن شامل ساخت بتن، ملات، بلوک‌های سیمانی، و سایر مصالح ساختمانی است. همچنین در ساخت زیرساخت‌های مختلف مانند پل‌ها، تونل‌ها، جاده‌ها و ساختمان‌ها کاربرد دارد.
مزایای استفاده از سیمان پرتلند چیست؟
از جمله مزایای سیمان پرتلند میتوان به مقاومت بالا، دوام طولانی‌مدت، هزینه نسبتاً کم، و قابلیت تولید در مقیاس بزرگ اشاره کرد. همچنین این سیمان قابلیت ترکیب با انواع مختلفی از افزودنی‌ها و مصالح را دارد که می‌تواند خواص آن را بهبود بخشد.
زمان گیرش سیمان پرتلند چقدر است؟
زمان گیرش سیمان پرتلند بسته به نوع آن متفاوت است. به طور کلی، سیمان پرتلند معمولی (OPC) در حدود 2 تا 4 ساعت شروع به گیرش می‌کند و حدود 24 ساعت زمان می‌برد تا به گیرش نهایی برسد. البته این زمان‌ها می‌توانند تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند دما، رطوبت و نسبت آب به سیمان قرار گیرند.
سوالات
متداول
سیمان پرتلند انقلابی نوین در صنعت ساخت و ساز بوجود آورده است. برای لحظه ای صنعت ساخت و ساز را بدون سیمان تصور کنید.. کمی فراتر دنیا را بدون سیمان در نظر بگیرید!
پل های چوبی، خانه های گلی، سدهای خاکی، و خیلی از فرصتهایی که با سیمان شکوفا شدند. برجهای سر به فلک کشیده و ساختمان های بزرگ، سدهای عظیم و سیلوهای حجیم همگی موجودیت خود را از ثبت 1824 ژوزف اسپدین معمار بریتانیایی به نام سیمان دارند.
سیمان این پدیده قرن 19 ترکیبی از خاک رس و آهک هیدرولیک میباشد. در جزیره پرتلند انگلستان سنگ های آهکی وجود دارند که سیمان ژوزف اسپدین پس از سخت شدن به رنگ آنها در می آید. از این رو سیمان به سیمان پورتلند معروفیت یافت. امروزه سیمان پورتلند جز لاینفک زندگی صنعتی بشر شده است.
سیمان پورتلند Portland Cement چیست؟
سیمان پورتلند همان سیمان معمولی است و به دو روش هیدرولیکی و غیر هیدرولیکی تولید میشود. سیمان هیدرولیکی محصولی است که فرایند سخت شدن آن با حضور آب انجام میشود، این فرایند سخت شدن در مجاورت آب را هیدراتاسیون می نامند.
سیمان غیر هیدرولیکی در فضای بدون آب شروع به سخت شدن می نماید. زمان سخت شدن در نوع غیر هیدرولیکی طولانی تر از شرایط هیدراتاسونی میباشد.در فرایند تولید این محصول به منظور تامین زیبایی بصری نهایی دمای پخت محصول را بالاتر برده و با افزایش میزان آهک و افزودن سیلیس به ترکیب، رنگ نهایی محصول سفید می شود سیمان سفید مورد استفاده در نمای ساختمان و یا محل هایی که نیاز به رنگ سفید میباشد مورد توجه مهندسین معمار قرار می گیرد.
تاریخچه سیمان پرتلند
کشف سیمان و کاشفان آن
● بدون شک پس از مصرف آب این کالا (سیمان) پر مصرف ترین تولید در جهان است. صرف نظر از احجام و به عنوان مثال : میزان مصرف جهانی گندم مجموعا" بالغ بر 780 میلیون تن و مصرف سیمان 4,000 میلیون تن درسال 2022 میلادی را نشان می‌دهد.
● اینکه ما کشور ایران و محققین آنرا در خلقت و کشف این محصول پر مصرف ساختمانی بدور بدانیم کمال بی انصافی خواهد بود. عنوان این مطلب بمنزله آن نیست که زحمات تلاشگران و محققان رومی، دانشمندان سایر ملل و کاشفان کشور انگلستان را نادیده بگیریم، لیکن مصالح کاربری شده در سواحل خلیج فارس گواه بر آن دارد که این محصول و یا مشابهت با آن در استان بوشهر بندر خمیر با نام ساروج موجود و قدمت آن قبل اعلام کشور چین و ساخت دیوار چین میباشد.
اکنون دویست سال (200Years) از اکتشاف اولیه سیمان سپری شده و کماکان کاوشگران و محققان این صنعت در تلاش اند با تغییراتی در فرمولاسیون ، شیوه پخت ، بهینه سازی ماشین الات تولید و نحوه مصرف استحکام (چسبانندگی) ، طول عمر کاربری ، دوام و پایداری و انواع مقاومت های فشاری ، خمشی و شیمیائی آنرا دربرابر حملات مواد اسیدی و قلیائی وخوردگی ناشی از آن بهبود بخشند .
یکی از مشکلات گروه کاوشگر این بوده و هست که :
- محل مصرف در جغرافیائی سیمان متغیر است .
- فصول و زمان استفاده با توجه به دمای متفات شیوه خاص دارد .
- انتظارت مدیران پروژه ها ابعادی گسترده داشته .
- نیاز هر سازه (سد، پل، فونداسیون سازه های بلند، سازه های صنعتی، کف، سقف و دیوار) ویژگی خاص را طلب می‌کند.
- مصرف کنندگان در تولیدات دیگر چون ملات های خشک متداول و نسوز، بتن های اماده و پیش ساخته، و بسیاری صنایع دیگر هریک سفارشات خاص خود را دارند.
بنابر این و فراوان موارد دیگر نمیتوانست تمامی آن ویژگی ها و انتظارات در ارائه و تولید یک محصول خلاصه و عرضه شود
اگرچه تلاش و زحمات گروه محققین به تولید انواع سیمان در چند مدل با ویژگی های متفاوت منجر گردید ... لیکن بازهم تامین نیازها را پاسخگو نبود و منجر به ایجاد صنایع و تولیداتی چون عرضه موادشیمیائی صنعت ساختمان (افزودنی ها) Cement & Concrete Admixture گردیدکه درهنگام مصرف به آن اضافه شوند.
همچنین سیمان های پزولانی، سرباره ای، آمیخته و اقسام دیگر با اضافه شدن کانی ها، خاکستر دامنه کوههای آتش فشان و سرباره های تولید فلزات از آن جمله است.
معنی پرتلند چیست؟
پرتلند (Portland) نوعی سیمان است که در ساخت و ساز به‌طور گسترده استفاده میشود. نام "پرتلند" از نام یک جزیره در انگلستان به نام پورتلند گرفته شده است، جایی که این نوع سیمان برای نخستین بار در اوایل قرن نوزدهم تولید شد. سیمان پرتلند به دلیل ویژگی‌های خاصش از جمله مقاومت بالا و دوام زیاد، در انواع مختلف ساختمان‌ها و پروژه‌های ساختمانی به‌کار می‌رود. این سیمان معمولاً از ترکیب آهک، خاک رس، و مواد معدنی دیگر تولید میشود.
قیمت سیمان پرتلند چقدر است؟
قیمت سیمان پرتلند به دلیل تنوع در انواع و مکان‌های تولید، بسیار متغیر است. به عنوان مثال، سیمان پرتلند تیپ 5 در بسته‌بندی‌های مختلف و در مناطق متفاوت قیمت‌های گوناگونی دارد. برای نمونه، قیمت سیمان 50 کیلویی تیپ 5 در بجنورد حدود 967,560 تومان و در کردستان به 1,508,565 تومان می‌رسد. از سوی دیگر، سیمان پرتلند تیپ 2 نیز در نقاط مختلف قیمت‌های متفاوتی دارد؛ به‌طور مثال، قیمت سیمان فله تیپ 2 در خزر 884,126 تومان و در کرمان به 1,354,401 تومان می‌رسد. این تفاوت‌های قیمتی به عواملی نظیر هزینه‌های حمل و نقل، تغییرات تقاضای بازار، و سیاست‌های تولیدکنندگان وابسته است.
مراحل ساخت سیمان پرتلند
اجزاء اصلی سیمان پرتلند سیلیکات کلسیم و کلسیم آلومینات است. این مواد پس از اختلاط با آب به سختی مورد نظر سیمان خواهند رسید این مواد با در بر گرفتن سنگدانه ها در انواع ملات و بتن موجب پدید آمدن محصول نهایی سخت با مقاومت های متفاوت خواهند شد.کلسیم و آلومینا به طور طبیعی در سنگ آهک و رس، خاکستر و شیل وجود دارد. سنگ گچ نیز دیگر ماده اولیه سیمان از معادن تهیه می گردد این سنگ های متخلخل میزان مناسبی آهک را در خود دارد. شیل یک نوع سنگ رسوبی خاص است که حاوی رس و کوارتز است. ژیپس نیز یکی دیگر از مواد اولیه است که در ترکیب سیمان به کار می رود. ژیپس سولفات معدنی نرمی است که در بلورهای تشکیل دهنده آن مولکولهای آب وجود دارد.
مرحله ابتدایی تولید
سنگهای اشاره شده در بالا در دو دسته بندی آهکی و قلیایی در کارخانه با فک هایی که خروجی 5 -2 سانتی متری دارند خرد شده و در انبار مواد اولیه نگهداری می شوند.این مواد به صورت خشک در سیلوهای ذخیره به صورت خشک نگهداری شده تا آماده ارسال به کوره پخت شوند.
مرحله ثانویه تولید
تولید سیمان به دو روش خشک و مرطوب انجام میپذیرد از انجا که محصول نهایی روش مرطوب دوغابی مایع بوده و استفاده و انتقال آن کاری سخت می باشد روش خشک با استفاده از کوره روتاری متداول ترین روش تولید سیمان می باشد. از آنجا که محصول نهایی آن پودری خشک و کم حجم تر به نسبت روش مرطوب است نگهداری و انتقال این محصول آسانتر می باشد. در سیستم تولید سیمان با کوره روتاری ( دوار) ابتدا محصولات آسیاب شده موجود در سیلوها به کوره وارد شده و در اثر حرارت دیدن و چرخیدن این کوره محصول نیمه آماده تهیه و تولید می گردد.
مرحله پایانی
محصول خارج شده از کوره دوار به یک میکسر آسیاب وارد شده و در این فرایند ژیپس و محصول دریافتی از کوره دوار با یکدیگر مخلوط و آسیاب میگردد. خروجی این آسیاب میکسر سیمان خاکستری پورتلند میباشد. تنوع بسته بندی و یا حمل با مخازن حمل این امکان را در اختیار مصرف کننده نهایی خواهد گذاشت تا با مناسب ترین روش ممکن از این محصول بهره مند گردند.
همانگونه که قبلا اشاره شد در کوره دوار سنگ آهک و خاک رس و دیگر اجزای مخلوط در دمای بیش از 1500 درجه سانتی گراد خرد و پخته می‌شوند . پس از خروج از کوره پودر نرم خارج شده ابتدا سرد شده سپس به محصول خنک شده گچ اضافه میشود. مخلوط نهایی پودری نرم و ریز و یک دست میباشد. سیمان قبل از حل شدن در آب از مواد آهک ( Cao )، سیلیس (Sio2 )، و آلومینا ( Al2o3 ) اندکی منیزیم ( Mgo)، اکسید آهن (Fe2o3 )، تری اکسید گوگرد ( So3 ) و اکسیدهای دیگر به میزان محدود تشکیل شده است.
چنانچه به مخلوط بالا آب اضافه کنیم حاصل فرایند متشکل است از سیلیکات تری کلسیم(50 تا 60 درصد)، سیلیکات دی کلسیم(20تا 25 درصد)، آلومینات تری کلسیم (6 تا 10 درصد) و آلومینوفریت تتراکلسیم(6 تا 10 درصد). این ترکیب و مخلوط رفتار مکانیکی و مقاومت بسیار زیادی از خود نشان می دهد. گچ اضافه شده به فرایند وظیفه کنترل هیدراتاسیون آلومینات تری کلسیم را به عهده دارد. مورفولوژی و شکل ظاهری ذرات سیمان در سبک شدن بتن تولیدی و همچنین رفتار سیمان اثرات را دارا می باشد.
سیمان پورتلند یک ماده قلیایی است که با( Ph 13) نشان از بالا بودن این قلیا را دارا است. مواد قلیایی در این سطح برای سلامت انسان مضر بوده و در اثر قرار گرفتن در معرض زیاد سوختگی پوست را به همراه خواهد داشت. آسم ، سیلیکوزیس و سرطان ریه از جمله مخاطراتی است که سیلیس موجود در سیمان انسان را تهدید می کند.
در فرایند تولید سیمان از هنگام استخراج تا تولید میزان بسیار زیادی انرژی صرف تولید آن شده و حجم قابل توجهی از گازهای گلخانه ای در محیط منتشر میشود. اما در مقام مقایسه سیمان یکی از مصالح ساختمانی میباشد که پس از تولید و در هنگام مصرف کمترین آلودگی را در محیط زیست از خود به جای گذارده و در مسیر استفاده نیازمند صرف انرژی نمی باشد.
تولیدی پیچیده اما آسان با روشی همواره یکنواخت بشر را بر این داشته است که در هر نقطه از زمین که دسترسی به معادن مورد نیاز اشاره شده در دسترس باشد اقدام به ساخت کارخانه تولید سیمان نموده و این محصول استراتژیک را تولید و به بازار عرضه نماید. میتوان گفت که در گذشته یکی از عوامل تخریب و آلودگی هوا و محیط زیست کارخانجات تولید سیمان بوده اند اما با توجه به پیشرفت های صورت گرفته در این صنعت با تجهیز کارخانجات به سیستم های کنترل آلودگی خرابی های بار آمده در گذشته به شدت کاهش یافته است. از این رو میتوان به هنگام مصرف نگاه سبز تری به مصنوعات ساخته شده با سیمان داشت.
انواع سیمان پرتلند و کاربرد آنها
سیمان پرتلند هیدرولیکی در پنج دسته تولید می شود.
سیمان پرتلند تیپ 1
این سیمان در بین جامعه مهندسی و ساخت به سیمان معمولی معروف است.سیمان معمولی در سه کلاس 325-1، 425 -1، 525-1 عرضه می گردد. این نوع سیمان به صورت عمومی کاربرد فراگیر در کلیه رشته های عمرانی را داشته و سطح فابل توجهی از نیازهای صنایع را پوشش خواهد داد.
کلاسهای 425 -1، 525-1 مقاومت بالاتری دارند. این نوع سیمان در محیط های با امکان خوردگی کاربرد کمتری خواهند داشت. و به جای آن از دیگر تیپ های تولیدی استفاده می شود.
سیمان پرتلند تیپ 2
در محیط هایی که امکان حمله سولفات ها در حدی متوسط به سیمان وجود داشته باشد فازهای آلومینات و C3S را محدود می نمایند. این اصلاح شدن تیپ 1 حرارت هیدراتاسیون را در سطح متوسط نگه داشته و مقاومت آن را در برابر سولفات افزایش خواهد داد.
سیمان اصلاح شده یا همان تیپ 2 از تیپ 1 کمی دیر تر میگیرد و همچنین حرارت کمتری در زمان گیرش تولید می کند. در هوای گرم و محیط هایی که خاک و یون های سولفات و کلر وجود دارد و میزان آن زیاد نیست استفاده از این سیمان گزینه مناسبی میباشد.
در شرایط آب و هوایی سرد و محیط های حاوی یونهای اشاره شده با غلظت بالا استفاده از این سیمان توصیه نمی شود.
سیمان تیپ 3
اگر سیمان تیپ 1 را با آسیاب های ریز تر تولید کنند سیمان تیپ 3 تولید می شود. اجزاء این محصول بسیار ریز تر از تیپ معمولی بوده از این رو گیرش آن بسیار سریع تر خواهد بود. این سیمان درطی زمان 1 هفته مقاوم شده و پس از گذشت 7 روز مقاومتی را دارد که سیمان معملی در 28 روز به دست می آورد. این نوع سیمان در پروژه هایی استفاده میشود که تسریع در بازشدن قالب اولویت کارگاه باشد. این سیمان در زمان گیرش حرارت بالایی تولید نموده از این رو در شرایط و محیط سرد کاربرد خواهد داشت. اما در زمان های یخبندان رعایت الزامات و استفاده از ضد یخ امری حتمی خواهد بود.
سیمان تیپ 4
حجم بتن یک سد بتنی را در نظر بگیرید. معمولا در بسیاری از کشورها سدها در مناطق گرم ساخته می شوند حال دمای هوا و حرارت ناشی از گیرش بتن را در نظر بگیرید . امکان تغییرات در کیفیت و مقاومت بتن به وجود خواهد آمد.همچنین تنش های حرارتی و یا اتصال سرد در لایه های جدید عاملی دیگر در کاهش کیفیت سازه نهایی خواهد شد. لذا نیاز به نوعی سیمان وجود دارد که دیر گیر تر بوده و دمای کمتری در زمان گیرش ایجاد نماید. سیمان تیپ 4 با افزایش مقاومت آهسته در زمان گیرش این آورده مورد نیاز سازه های با حجم بالای بتن فراهم می آورد. این محصول با کاهش مقدار دوعامل C3S , C3A در کارخانه تولید می شود.
سیمان تیپ 5
سیمان ضد سولفات یا سیمان تیپ 5 در محیط هایی استفاده و کاربرد دارد که میزان سولفات در محیط غلظت بالایی داشته و یا این که سازه و ساختمان در معرض خاک و یا آبهای زیر زمینی به صورت مداوم با بتن سازه در تماس باشد. این سیمان به لحاظ مقاومت در بازه های زمانی 1 هفته و 1 ماهه نسبت به دیگر تیپ های بتنی مقاومت کمتری خواهد داشت. به همین دلیل استفاده از این نوع سیمان در بخش هایی از ساختمان که نیاز مقاومتی بالاتری دارند استفاده با احتیاط و یا با رعایت شرایط ویژه در دستور کار قار می گیرد.
در صنعت کف سازی بتنی عمدتا ازسیمان تیپ 2 استفاده میشود شرکت صنعتی آرملات با استفاده از بهترین نوع سیمان و کارخانجات معتبر تولیدی مصالح کف سازی خود را با شاخه بتن سخت کف سازی تولید و به بازار عرضه می نماید. شرکت صنعتی آرملات با گذشت 35 سال سابقه تولید و داشتن آزمایشگاه معتبر تمامی مواد اولیه خود را پس از گذر از آزمون های متعدد در چرخه تولید قرار داده است.
فاز های اصلی سیمان پورتلند چیست؟
سیمان پرتلند از چندین فاز اصلی تشکیل شده است که به‌طور خاص شامل تری‌کلسیم سیلیکات (C3S) با درصدی بین ۲۰ تا ۷۵، دی‌کلسیم سیلیکات (C2S) با درصدی از ۱۵ تا ۴۶، تری‌کلسیم آلومینات (C3A) که ۴ تا ۱۳ درصد ترکیب را تشکیل می‌دهد، و تتراکلسیم آلومینوفریت (C4AF) با سهمی بین ۸ تا ۱۲ درصد است. نسبت دقیق این فازها بسته به نوع سیمان و کاربرد مورد نظر آن، متفاوت است و تنظیم دقیق این ترکیبات می‌تواند به بهبود خصوصیات مختلف سیمان کمک کند.
سیمان پرتلند علاوه بر فازهای فوق، شامل اکسیدهای مهمی نیز هست. اکسید کلسیم، که حدود ۶۰ تا ۶۷ درصد ترکیبات را تشکیل می‌دهد، در کنار اکسیدهای سیلیسیم، آلومینیوم، آهن، منیزیم و گوگرد قرار دارد. همچنین، اکسیدهای قلیایی شامل پتاسیم و سدیم می‌توانند با برخی مواد سنگی واکنش داده و باعث آسیب به بتن و کاهش مقاومت آن شوند. به همین دلیل، کنترل میزان این ترکیبات در تولید سیمان از اهمیت بالایی برخوردار است.
محصولات مرتبط با سیمان پرتلند چیست؟
سیمان به خودی خود یک ماده اولیه با قیمت مختص خود می باشد. این ماده که در اثر واکنش با آب به یک محصول سخت تبدیل میشود مولفه های خاص خود را از جمله مقاومت فشاری، مقاومت سایشی و دیگر مشخصات می باشد. اما ترکیب این ماده با انواع سنگدانه های موجود در طبیعت محصولات ارزنده ای را تولید می کند. از جمله پرکاربردترین این محصولات بتن میباشد. بتن یک ترکیب از سنگدانه های متفاوت با دانه بندی های مختلف میباشد. سیمان به عنوان عامل اصلی چسبندگی این اجزا با در برگرفتن سنگدانه ها استحکام نهایی را فراهم می آورد. در برخی از موارد از سیمان برای تهیه ملات و یا دوغاب ها استفاده می شود در این روش استفاده از سیمان عامل مورد استفاده چسباندن دو قطعه و یا پوشش دادن سطوح مورد نظر است و سیمان و محصول حاصل از آن نقش جزئی از اجزا یک محصول و فرایند خواهد بود. به صورت کلی در بیشتر ساخته های ساختمانی بشر که در اطرافمان وجود دارد سیمان نقشی موثر به عهده دارد. حال از یک پله در پیاده رو گرفته تا یک آسمان خراش سربه فلک کشیده. همگی بدون سیمان امکان برپایی نخواهند داشت.
مزایای سیمان پرتلند
سیمان پرتلند، این بستر همیشگی ساختمان مزایای بسیاری دارد. انتقال سیمان خام بدون نیازمندی های ترافیکی از جمله بهترین فواید آن است. سیمان در اثر اختلاط با مواد معدنی محصولی تولید نموده که انتقال حرارت در آن بسیار پایین و به خودی خود نسبت به فلزات، جاذب صدا بوده و از پراکنش صدا جلوگیری می نماید.
معایب سیمان پرتلند
سیمان پس از تولید مدت زمان مشخصی را در بالاترین سطح کیفی قراردارد و با گذر زمان از کیفیت آن کاسته شده و پس از مدت زمانی امکان استفاده از آن میسر نیست. همچنین دیگر ضعف سیمان مواجهه با رطوبت می باشد به گونه ای که در محیط های مرطوب با بخار آب موجود در محیط واکنش نشان داده و کلوخه تشکیل می‌دهد. سیمان کلوخه شده تقریبا دیگر قابل استفاده نبوده و باید از مدار مصرف خارج گردد.
جمع بندی
در ابتدای قرن نوزدهم یک معمار انگلیسی با ثبت محصول خود پایه گذار صنعتی شد که امروزه زیست بشر با آن بسیار آسانتر شده است و به نوعی همتراز اختراع برق در صنعت ساختمان گره گشای انسان شده است. این محصول استراتژیک با ترکیب و اختلاط با انواع سنگدانه های طبیعی انواع محصولات متنوع و جذاب اطرافمان را به ارمغان می آورد. در محیط های متنوع شیمیایی، خشک و مرطوب و یا سرد و گرم انواع آن مورد استفاده داشته و برای هر محیط و کاربری نوعی خاص مورد نیاز همان پروژه را در اختیار قرار می دهد. به نظر می رسد دنیای بدون سیمان را نتوان تصور نمود.