سوالات متداول در مورد سیمان

اگرچه کلمه سیمان و بتن گاهی اوقات به جای یکدیگر بکار برده می شوند اما سیمان یکی از اجزای تشکیل دهنده بتن است. بتن از سنگدانه و خمیر چسباننده تشکیل شده، سنگدانه ها شن و ماسه و خمیر چسباننده آب و سیمان هستند.

سیمان 10 تا 15 درصد حجم مخلوط بتن را تشکیل می دهد. از طریق فرآیندی به نام هیدراتاسیون، سیمان و آب سخت می شوند و به همراه سنگدانه ها  به یک توده سنگ تبدیل می شوند. این فرآیند سخت شدن برای سال ها ادامه دارد به این معنی که مقاومت بتن با افزایش سن بیشتر می شود.

سیمان پرتلند یک نام تجاری نیست، بلکه اصطلاحی عمومی برای نوع سیمانی است که بصورت متداول در بازار موجود است و تقریباً در تمام بتن ها استفاده می شود.

سیمان تولید شده بهتر است زودتر مصرف شود و تا حد امکان از انبار کردن سیمان برای طولانی‌مدت خودداری شود. طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان مدت‌زمان مصرف سیمان در مناطق شرجی حداکثر 1.5 ماه و در سایر مناطق حداکثر 3 ماه است. این مطلب به معنای غیرقابل استفاده بودن سیمان پس از این مدت نیست بلکه سیمان باید مورد آزمایش مجدد قرار گیرد. نگه‌داری طولانی‌ مدت باعث کاهش خواص و مقاومت مورد انتظار سیمان خواهد شد.

بیشتر بخوانید: روش شناخت سیمان سالم در کارگاه

کارخانجات تولید سیمان با استخراج مصالحی مانند سنگ آهک، شیل، سنگ آهن و خاک رس از معادن، آنها را خرد و غربال کرده و در کوره های سیمان پخت میکنند. این مواد پس از گرم شدن تا دمای بسیار بالا، به گلوله‌های کوچکی به نام کلینکر تبدیل می شوند.

آهک و سیلیس حدود 85 درصد از مواد تشکیل دهنده سیمان را تشکیل می دهند. عناصر دیگر عبارتند از آلومینا و اکسید آهن. مخلوط مواد خام از سر بالایی وارد کوره شده و با چرخش کوره مواد به آرامی به سمت انتهای پایین حرکت می کنند. کوره دوار که مواد را می پزد شبیه یک لوله افقی بزرگ با قطر 3 تا 4.5 متر و طول 9 متر یا بیشتر است که ورودی آن کمی بلند شده است. جت های شعله در انتهای پایینی تمام مواد موجود در کوره را تا دمایی بین 1500 تا 1650 درجه سانتیگراد گرم می کنند. این گرمای زیاد، آب ترکیب شده شیمیایی و دی اکسید کربن را از مواد خام خارج می کند و ترکیبات جدیدی (سیلیکات تری کلسیم، سیلیکات دی کلسیم، آلومینات تری کلسیم و آلومینوفریت تترا کلسیم) را تشکیل می دهد. به ازای هر تن ماده ای که وارد کوره می شود، دو سوم تن از انتهای آن کلینکر خارج می شود. کلینکر برای تولید سیمان پرتلند بسیار ریز آسیاب می شود. در مرحله آسیاب معمولا گچ و یا سنگ آهک به آن اضافه میشود. افزودن گچ باعث به تاخیر انداختن گیرش اولیه سیمان شده و اجازه میدهد تا فرصت کافی برای کار کردن، جادادن و تسطیح بتن فراهم شود.

تیپ I (تیپ 1) یک سیمان پرتلند عمومی است که برای اکثر مصارف مناسب است.

تیپ II (تیپ 2) برای سازه هایی که در مجاورت آب یا خاک حاوی مقادیر متوسط سولفات هستند استفاده می شود.

تیپ II (MH) (تیپ 2 با حرارت متوسط) یک سیمان نسبتاً مقاوم در برابر سولفات است که در طول عمل آوری گرمای متوسطی نیز تولید می کند.

تیپ III (تیپ 3) سیمان زودگیر است، معمولاً در یک هفته یا کمتر به مقاومت بالایی میرسد.

تیپ IV (تیپ 4) گرمای تولید شده در زمان گیرش را تعدیل می کند که برای سازه های بتنی عظیم مانند سدها استفاده می شود.

تیپ V (تیپ 5) در برابر حملات شیمیایی خاک و آب با سولفات بالا مقاومت می کند.

 IA، IIA و IIIA سیمان‌هایی هستند که برای ساخت بتن با هوا استفاده می شوند. این سیمان‌ها خواص مشابه تیپ I، II و III دارند، با این تفاوت که دارای مقادیر اندکی از مواد هوازا هستند.

سیمان پرتلند سفید از مواد اولیه مشابه سیمان پرتلند معمولی ساخته می شود، اما موادی که به سیمان معمولی رنگ خاکستری می دهند مانند آهن یا منگنز از آن حذف شده اند.

چگالی سیمان (فله یا پاکت) 1440 کیلوگرم بر مترمکعب است.

به عبارتی یک مترمکعب سیمان 1440 کیلوگرم وزن دارد و هر تن سیمان 0.694 مترمکعب حجم دارد.

28.8 کیسه سیمان 50 کیلویی 1 مترمکعب حجم دارد.

20کیسه سیمان 50 کیلویی 1 تن وزن دارد.

سیمان مرکب همانند سیمان پرتلند یکی دیگر از انواع سیمان های هیدرولیکی هستند. سیمان های مرکب یا آمیخته با آسیاب و مخلوط کردن سیمان پرتلند و یک یا چندتا مورد از مواد زیر تهیه می‌شود: سنگ آهک، سیمان سرباره یا پوزولان‌ها مانند خاکستر بادی، دوده سیلیس یا خاک رس کلسینه شده. سیمان های مرکب مانند سیمان های پرتلند برای تمام مصارف عمومی و ساخت بتن مورد استفاده قرار می گیرند. سیمان های مرکب را می‌توان به عنوان تنها ماده سیمانی در بتن استفاده کرد یا می توان آن‌ها را در ترکیب با سایر مواد افزودنی سیمانی در مخلوط بتن استفاده کرد.

چهار دسته  مختلف از سیمان های مرکب عبارتند از:

    نوع IL، سیمان پرتلند آهکی (Portland-limestone cement)

    نوع IP، سیمان پرتلند پوزولانی (Portland-limestone cement)

    نوع IS، سیمان پرتلند سرباره‌ای (Portland blast-furnace slag cement)

    نوع IT، سیمان مرکب سه تایی (Ternary blended cement)

سیمان های مرکب را می توان برای خواص ویژه مانند حرارت کم یا متوسط هیدراتاسیون ​​و مقاومت متوسط ​​یا زیاد در برابر حمله یون سولفات استفاده کرد. اگر چنین باشد، پسوندهایی به نام نوع سیمان اضافه می شود: LH، MH، MS یا HS (به ترتیب مربوط به حرارت کم، حرارت متوسط، مقاوت متوسط سولفاتی و مقاومت بالای سولفاتی). سیمان مرکب هوازا نیز یکی دیگر از انواع سیمان‌های مرکب یا آمیخته است.

سیمان پرتلند آهکی (PLC) نوعی سیمان آمیخته است که با سیمان پرتلند و بین 5 تا 15 درصد سنگ آهک آسیاب شده ساخته می شوند. که در مقایسه با سیمان پرتلند تیپI حدود 10 درصد گازهای گلخانه ای کمتر تولید می‌کنند.

این سیمان‌ها با خواص ویژه مانند گرمای متوسط هیدراتاسیون یا مقاومت در برابر یون سولفات نیز در دسترس هستند.

ساده ترین راه برای افزایش مقاومت، افزودن سیمان است. مهم‌ترین فاکتور موثر بر مقاومت بتن، نسبت آب به سیمان در ساخت بتن است. هر چه این نسبت بیشتر باشد، بتن ضعیف تر خواهد بود. افزودن آب کارایی بتن را افزایش داده اما خاصیت‌های فیزیکی قابل اندازه گیری را تحت تأثیر نامطلوب قرار می دهد. به همین خاطر برای افزایش کارایی و اسلامپ بتن بجای افزودن آب باید از افزودنی های روان کننده و فوق روان کننده استفاده کرد.

واکنش قلیایی-سیلیسی (Alkali-silica reactivity) بین مواد واکنش پذیر سیلیسی در سنگدانه ها و مواد قلیایی (پتاسیم و سدیم) است که عمدتاً در سیمان وجود دارند اما می‌تواند در سنگدانه ها، مواد پوزولانی، مواد افزودنی و آب نیز وجود داشته باشند. همچنین منابع خارجی قلیایی از خاک، ضدیخ‌ها و فرآیندهای صنعتی نیز می‌توانند به واکنش‌پذیری کمک کنند. این واکنش یک محیط قلیایی-سیلیسی را تشکیل می دهد که با جذب آب از خمیر سیمان اطراف متورم شده و در نتیجه باعث ایجاد فشار، انبساط و ترک خوردگی سنگدانه و خمیر اطراف می شود. این واکنش انبساطی اغلب منجر به ترک‌هایی می‌شود که به آن ترک‌خوردگی پوست سوسماری نیز می‌گویند. برای اجتناب از این واکنش می‌توان از، انتخاب سنگدانه‌های مناسب، استفاده از سیمان های مرکب، استفاده از مواد پوزولانی مناسب و مخلوط کردن آب با ph مناسب استفاده کرد.

اولین اقدام محافظتی در برابر حمله شیمیایی، استفاده از بتن با کیفیت، با حداکثر مقاومت شیمیایی و به دنبال آن استفاده از روش های حفاظتی برای جلوگیری از تماس مواد خورنده با بتن است. اقداماتی که باعث بهبود مقاومت شیمیایی بتن می شود شامل استفاده از نسبت آب به سیمان کم، انتخاب نوع سیمان مناسب (برای مثال سیمان ضدسولفات برای جلوگیری از حمله سولفات)، استفاده از سنگدانه‌های مناسب و مواد هوازا می باشد. استفاده از ترکیبات شیمیایی به عنوان آب بند و پوشش برای محافظت از بتن در برابر محیط‌های مختلف نیز می‌تواند استفاده شود.

بتن با جذب آب سخت می شود و استحکام پیدا می کند. این فرآیند در مدت زمان طولانی ادامه دارد. در ابتدا سرعت رشد مقاومت بتن بیشتر است و با گذشت زمان کند می شود. برای اندازه گیری مقاومت نهایی بتن باید چندین سال صبر کرد که در عمل غیرممکن است، مقاومت بتن در سنین 7،14،21،28 و گاهی 90 روزه اندازه گیری و گزارش می‌شود. سن 28 روزه زمانی است که بتن باید به مقاومت مشخصه‌ای که از قبل تعیین شده است برسد. در این سن، درصد قابل توجهی از هیدراتاسیون انجام شده است.

سیمان پرتلند یک سیمان هیدرولیکی است که در اثر واکنش شیمیایی با آب مرتبا سخت می شود.

سطوح بتنی ممکن است به یک یا چند دلیل زیر پوسته پوسته یا خرد شوند:

• اگر از بتن با حباب هوا استفاده نشود، و بتن در معرض یخ‌زدگی باشد آسیب به سطح وارد می شود. در مناطق سردسیر که بتن در معرض یخ زدگی و ذوب مکرر قرار می گیرد، بتن باید با مواد هوازا ساخته شود تا در برابر خرد و پوسته شدن سطح مقاوم شود.
• برای افزایش دوام سطح، نسبت آب به سیمان باید تا حد امکان پایین باشد یابد. آب بیش از حد، بتن ضعیف‌تر و با دوام کم‌تری تولید می‌کند که به خرد شدن و پوسته شدن زودهنگام سطح کمک می‌کند.
• قبل از عملیات پرداخت سطح بتن باید اجازه داد تا جلای آب روی سطح از بین برود و آب اضافی روی سطح فرصت تبخیر شدن داشته باشد. اگر این آب اضافی در بتن باقی بماند،  سطح بتن مقدار آب بالایی خواهد داشت و ضعیف تر و کم‌دوام  خواهد بود.