تبلیغات
دانشجو های معماری - سیمان، یکی از مصالح اصلی ساختمانی
چهارشنبه 12 مرداد 1390  01:46 ب.ظ

ریشه لغوی:

کلمه سیمان از یک لغت لاتین به نام سی‌منت ( cement ) گرفته شده است و ماده ای است که دارای خاصیت چسبانندگی مواد به یکدیگر است و در حقیقت ، واسطه چسباندن است.
در صنایع ساختمانی ، سیمان به ماده ای گفته می‌شود که برای چسباندن مصالح مختلف به یکدیگر از قبیل سنگ و شن ، ماسه ، آجر و غیره بکار می‌رود و ترکیبات اصلی این سیمان از مواد آهکی است. سیمانهای آهکی معمولا از ترکیبات سیلیکات و آلومیناتهای آهک تشکیل شده‌اند که هم به‌صورت طبیعی یافت می‌شوند و هم قابل تولید در کارخانجات سیمان‌سازی هستند.
تاریخچه
اگرچه از زمانهای بسیار گذشته اقوام و ملل مختلف به نحوی با استفاده از سیمان در ساخت بنا سود می‌جستند، ولی اولین بار در سال 1824 ، سیمان پرتلند به نام "ژوزف آسپدین" که یک معمار انگلیسی بود، ثبت شد. به لحاظ شباهت ظاهری و کیفیت بتن‌های تولید شده از سیمانهای اولیه به سنگهای ناحیه پرتلند در دورست انگلیس ، سیمان به نام سیمان پرتلند معروف شد و تا به امروز برای سیمانهایی که از مخلوط نمودن و حرارت دادن مواد آهکی و رسی و مواد حاوی سیلیس ، آلومینا و اکسید آهن و تولید کلینکر و نهایتا آسیاب نمودن کلینکر بدست می‌آید، استفاده می‌شود.
ساختار سیمان
اساسا سیمان با آسیاب نمودن مواد خام از قبیل سنگ و آهک و آلومینا و سیلیسی که به صورت خاک رس و یا سنگهای رسی وجود دارد و مخلوط نمودن آنها با نسبتهای معین و با حرارت دادن در کوره‌های دوار تا حدود 1400درجه سانتی‌گراد بدست می‌آید. در این مرحله ، مواد در کوره تبدیل به گلوله‌های تقریبا سیاه رنگی می‌شوند که کلینکر نامیده می‌شود.

کلینکر پس از سرد شدن ، با مقداری سنگ گچ به‌منظور تنظیم گیرش ، مخلوط و آسیاب شده و پودر خاکستری رنگی حاصل می‌شود که همان سیمان پرتلند است. با توجه به نوع و کیفیت مواد خام ، سیمان با دو روش عمده‌تر و خشک تولید می‌شود، ضمن اینکه روشهای دیگری نیز وجود دارد. البته امروزه عمومـا از روش خشک در تولید سیمان استفاده می‌شود، مگر در مواردی که مواد خام ، روش تر را ایجاب کند، زیرا در روش خشک ، انرژی کمتری برای تولید مورد نیاز است.
ترکیبات شیمیایی سیمان
مواد خام مورد مصرف در تولید سیمان در هنگام پخت با هم واکنش نشان داده و ترکیبات دیگری را بوجود می‌آورند. معمولا چهار ترکیب عمده به‌عنوان عوامل اصلی تشکیل دهنده سیمان در نظر گرفته می‌شوند که عبارتند از:


    سه کلسیم سیلیکات (3O2=C3S) 


    دو کلسیم سیلیکات ( 2CaOSiO2=C2S) 


    سه کلسیم آلومینات (3CaOAl2O3=C3A) 


    چهار کلسیم آلومینو فریت (4CaOAl2O3Fe2O3) 


که اختصارا اکسیدهای CaO را با C و SiO2 را با S و Al2O3 را با A و Fe2O3 را با F نشان می‌دهند. سیلیکاتهای C3S و C2S مهمترین ترکیبات سیمان در ایجاد مقاومت خمیر سیمان هیدراته می‌باشند. در واقع سیلیکاتها در سیمان ، ترکیبات کاملا خالصی نیستند، بلکه دارای اکسیدهای جزئی به‌صورت محلول جامد نیز می‌باشند. این اکسیدها اثرات قابل ملاحظه ای در نحوه قرار گرفتن اتمها، فرم بلوری و خواص هیدرولیکی سیلیکاتها دارند.

ترکیبات دیگری نیز در سیمان وجود دارند که از نظر وزن قابل ملاحظه نیستند، ولی تأثیرات قابل ملاحظه ای در خواص سیمان دارند که عمدتا عبارتند از: MgO،TiO2،Mn2O3،K2O،NaO2، که اکسیدهای سدیم و پتاسیم به نام اکسیدهای قلیایی شناخته شده‌اند. آزمایشها نشان داده است که این قلیائی‌ها با بعضی از سنگدانه‌ها واکنش نشان داده‌اند و حاصل این واکنش باعث تخریب بتن شده است. البته قلیائی‌ها در مقاومت بتن نیز اثر دارند.

وجود سه کلسیم آلو مینات (C3A) در سیمان نقش عمده ای در مقاومت سیمان به جزء در سنین اولیه ندارند و در برابر حملات سولفاتها نیز که منجر به سولفوآلومینات کلسیم می‌شود، مشکلاتی به بار می‌آورد، اما وجود آن در مراحل تولید ، ترکیب آهک و سیلیس را تسهیل می‌کند. میزان C4AF در سیمان هم در مقایسه با سه ترکیب دیگر کمتر است و تأثیر زیادی در رفتار سیمان ندارند، ولی در واکنش با گچ ، سولفو فریت کلسیم را می‌سازد و وجود آن به هیدراسیون سیلیکاتها شتاب می‌بخشد.

مقدار و اندازه واقعی اکسیدها در ترکیبات انواع سیمان ، مختلف است. البته باقی مانده نامحلول نیز که عمدتا از ناخالصی‌های سنگ گچ حاصل می‌گردد، اندازه گیری می‌شود، تا حدود 1,5 درصد وزن در سیمان مجاز است. افت حرارتی نیز که دامنه کربناسیون و هیدراسیون آهک آزاد و منیزیم آزاد را در مجاورت هوا نشان می‌دهد، تا حدود 3 الی 4 در صد وزن سیمان اندازه گیری می‌شود.
هیدراسیون سیمان
ماده مورد نظر ما ملات یا خمیر سیمان است که با اختلاط آب و پودر سیمان ماده چسباننده ای می‌شود. در واقع سیلیکاتها و آلومیناتهای سیمان در مجاورت آب محصولی هیدراسیونی را تشکیل می‌دهند که کم‌کم با گذشت زمان ، جسم سختی بوجود می‌آید.

دو ترکیب عمده سیلیکاتی سیمان یعنی C3S و C2S عوامل عمده سخت شدن سیمان هستند و عمل هیدراسیون روی C3S سریعتر از C2S انجام می‌گیرد.
حرارت هیدراسیون
همانند هر واکنش شیمیایی ، هیدراسیون ترکیبات سیمان نیز حرارت‌زا است و به میزان حرارتی که در هر گرم از سیمان هیدراته در اثر هیدراسیون در دمای معینی تولید می‌گردد، حرارت هیدراسیون گفته می‌شود و به روشهای مختلفی قابل اندازه گیری است. درجه حرارت و دمائی که در آن عمل هیدزاسیون انجام می‌شود، تأثیر قابل ملاحظه ای در نرخ حرارت تولید شده است دارد.

برای سیمانهای پرتلند معمولی ، حدود نصف کل حرارت تا سه روز و حدود 3,4 حرارت تا حدود 7 روز و تقریبا 90 در صد حرارت در 6 ماه آزاد می‌شود. در واقع حرارت هیدراسیون بستگی به ترکیب شیمیایی سیمان دارد و تقریبا برابر است با مجموع حرارتهای ایجاد شده یکایک ترکیبات خالص سیمان ، اگر به صورت جداگانه هیدراته شود.

هر گرم از سیمان تقریبا 120 کالری حرارت آزاد می‌کند. چون هدایت حرارتی بتن کم است، لذا حرارت می‌تواند به‌عنوان یک عایق حرارتی عمل نماید. از طرف دیگر حرارت تولید شده بوسیله هیدراسیون سیمان می‌تواند از یخ زدن آب در لوله‌های موئین بتن تازه ریخته شده جلوگیری نماید. بنابراین آگاهی به خواص حرارت‌زایی سیمان می‌تواند در انتخاب نوع مناسب سیمان برای هدف مشخصی مفید باشد.

همانطور که گفته شد، نقش اصلی در مقاومت سیمان C3S و C2S ایفا می‌کنند و C3S در 4 هفته سنین اولیه و C2S پس از آن مقاومت سیمان را ایجاد می‌کنند. نقش این دو ترکیب در مقاومت سیمان پس از یک سال تقریبا مساوی می‌شود.


آزمایشهای سیمان
به لحاظ اهمیت کیفیت سیمان در ساختن بتن ، معمولا تولید کنندگان ، آزمایشهای متعدد و استاندارد شده ای را برای کنترل کیفیت سیمان انجام می‌دهند و بعضا نیز مصرف‌کنندگان برای اطمینان خاطر ، خواص سیمان تولید شده را از کارخانجات درخواست می‌کنند و گاها نیز آزمایشهایی انجام می‌دهند. خواص فیزیکی سیمان عمدتا عبارتست از نرمی سیمان ، گیرش سیمان ، سلامت سیمان و مقاومت سیمان.
نرمی سیمان
از آنجا که هیدراسیون از سطح ذرات سیمان شروع می‌شود، مساحت تمامی سطح سیمان موجود در هیدراسیون شرکت دارند. بنابراین نرخ هیدراسیون بستگی به ریزی سیمان دارد و مثلا برای کسب مقاومت سریعتر نیز به سیمان نرم تر یا ریزتر می‌باشد. اما باید توجه داشت که همیشه یک سیمان نرم از نظر اقتصادی و فنی مقرون به صرفه نیست، زیرا هزینه آسیاب کردن و اثرات بیش از حد نرم بودن سیمان بر خواص دیگر آن مانند نیاز بیشتر به گچ برای تنظیم گیرش ، کارآیی بتن تازه و سایر موارد نیز باید مد نظر باشد.

نرمی یکی از خواص عمده سیمان است که معمولا در استانداردها با سطح مخصوص تعیین می‌شود (m2/kg). روشهای متداول و متفاوتی برای تعیین نرمی سیمان در دنیا بکار گرفته می‌شود. استاندارد ملی ایران به شماره 390 تعیین نرمی سیمان را مشخص می‌کند.
گیرش سیمان
کلمه گیرش برای سفت شدن خمیر سیمان بکار برده می‌شود، یعنی تغییر وضعیت از حالت مایع به جامد. گیرش به‌علت هیدراسیون C3S و C2A با افزایش دمای خمیر سیمان اتفاق می‌افتد. گیرش اولیه مربوط به افزایش سریع دما و گیرش نهایی مربوط به دمای نهایی است. مدت زمان گیرش سیمان با افزایش درجه حرارت کاهش می‌یابد، ولی آزمایش نشان داده است که در دمای حدود 30 درجه سانتی‌گراد ، اثر معکوس را می‌توان مشاهده نمود. در درجات حرارت پائین ، گیرش سیمان کند می‌شود. 

واژه نامه سیمانی
باتال:نوعی ملات ،مخلوط شن و آهک وسیمان
استر:کشیدن پی در پی ملات بر سطح دیوار به منظور پر شدن بندها واندودکاری
اندود: روکشی از جنس ملات ،روکش کردن با ملات ،با ملاتی که بر سطح کار بمالند ، آغشته کردن
باتارد : ملاتی متشکل از ماسه و آهک وسیمان
بیختن: الک کردن ،دانه بندی کردن مصالح با غربال
پی : پایه ،شالوده ریشه و پایه بنا
پی ریزی : پی سازی ، ساخت پی و شالوده بنا
تخته ماله : ماله چوبی تسطیح کردن ملات با ماله چوبی
تگرگی : ملات و اندود که به واسطه نوع پاشیدن روی سطوح و یا داشتن سنگ ریزه زبر ودانه دار است واغلب به عنوان شیوه ای تزئینی به کار می رود .
تن گذار : قسمت باربنا ، استخوان بندی که قابل رویت است .
روبنا : نما ، آنچه با آن رویه دیواره های بنا را بپوشانند.
روکش : پوشش سطحی دیوار ،لایه تزئینی خارجیدر ودیوارو ...
رویه : روکش ، بخش سطحی دیوار ،ملاتی که بر روی دیوار می کشند.
سرند: غربال ، الک
شیار دار: نوعی موزائیک و کف پوش جهت فرش حیاط و بام با خطوط گود و برجسته
عسلی: ملاتی که کاملاً با مواد ترکیبی مخلوط شده است ، ملات شل.
عیار: نسبت بین اجزا ملات ،درصد ترکیبات ملات.
خله: خاک ، سیمان،گچ و...
کفراژ: قالب بندی بتون
ملات: ملاط ، مخلوط آهک وماسه و سیمان و... خمیرهای چسبنده ای که برای پوشش سطوح وچسباندن مصالح ساختمانی به یکدیگر به کار میرود.
لوز: حالت و چسبندگی ملات
ناخنک: زوائه کناره آجر وملات
ملات ماسه سیمان: مرغوبترین نوع ملات در ساختمان ،از این مصالح در جهت ساختن مخازن بزرگ آب زیر زمینی یا مخازن هم سطح زمین منبع های هوایی استفاده می شود. در سد سازی با مصالح مختلف در فرمهای شگرف مورد استفاده فراوان است از این ملات می توان در تمام قسمتهای ساختمان استفاده کرد مانند اجر کاری ،کاشی کاری، سیمان کاری ،فرش کف ، سنگ کاری و...
نمای سیمانی : سیمان اندود کردن نمای ساختمان
سیمان: واژه ای لاتینی که از کلمه caedimentum ویا caementun گرفته شده است و معنی آن خرده سنگ است . سیمان ماده چسبنده ای است به رنگ خاکستری که در محاورت آب وهوا وبعضی از انواع آن بدون مجاورت هوا در اثر فعل و انفعالات پیچیده شیمیائی سخت گشته و قطعات خرده سنگ مجاور خود را به یکدیگر می چسباند.
سیمان اولین بار توسط شخصی در انگلستان کشف شد و چون رنگ آن بعد از خشک شدن به رنگ سنگهای ساحلی جزیره پرتلند بود بنام سیمان پرتلند معروف گردید. قطر دانه های سیمان حدود 2 میکرون است وهر قدر دانه های سیمان درشت باشد سیمان نامرغوب است.
سیمان پزی کلینگ : ایجاد فعل وانفعالات شیمیایی بوسیله حرارت بین مواد متشکله آن تا مواد به صورت دانه هائی به درشتی فندق درآید به این دانه ها که در حرارت عرق کردند تشکیل می شود در اصطلاح سیمان پزی کلینگ میگویند .
سیمان پر تلند : رایج ترین نوع سیمان مصرفی در دنیا با فرمول حدود 65 % آهک CAO ، حدود 20% سیلیس SIO2 ،حدود 6 %اکسید آلومینیوم AL2O3 ،حدود 4% اکسید منیزیم MGO ،و حدود3% انیدرید سولفرو SO3 و چند درصد نیز مواد دیگر .
سیمان پر تلند نوع یک : سیمان معمولی برای کلیه ساختمان های بتن آرمه از قبیل پل ،تونل ،کانال های آب و راهسازی در استفاده از سیمان پرتلند نوع1 باید دقت شود که ساختمان در معرض حمله سولفاتها از طریق خاک وآب قرار نگیرد.
سیمان پرتلند نوع دو: نوعی سیمان که در مواقعی که حمله سولفاتها نسبتاً کم است مورد استفاده قرار می گیرد .
ساختن کانال های فاضلاب به دلیل کمتر بودن درجه حرارت هیدراتاسیون این نوع سیمان نسبت به نوع یک در مواقعی که بتن ریزی در هوای گرم صورت میگیرد استفاده از این نوع بتن پیشنهاد می گردد .
سیمان پر تلند نوع سه : این نوع سیمان زود گیر تر بوده ودر مواقعی که می باید قالب های بتن زودتر شود ویا از قطعه ریخته شده زودتر استفاده گردد از این نوع سیمان استفاده می شود.
سیمان پر تلند نوع چهار : از یانم نوع سیمان به علت ایجاد کمترین مقدار حرارت هیدروتاسیون در بتن ریزی های حجیم مانند سد ها مصرف می شود.
سیمان پر تلند نوع پنج : ازاین نوع سیمان فقط در زمانی که قطعه ساخته شده در معرض حمله شدید سولفاتها قرار می گیرد استفاده می شود.
سیمان انبساطی : سیمانی که در موقع سخت شدن ازدیاد حجم پیدا کرده وبرای آبندی آب انبار ها و استخر ها مورد استفاده قرار می گیرد.
سیمان طبیعی : سیمان سیلیکاتهای آلومینیوم ، این نوع سیمان بوسیله آسیاب به پودر تبدیل شده و آنرا با هیدرات کلسیم مخلوط می نمایند و از آن ملات آبی به دست می آورند .
سیمان آهنگدازی : سیمانی نسبتاً نامرغوب که از تفاله سربار و کوره های ذوب آهن به دست می آید .
سیمان چاه کنی : نوعی سیمان که در گرمای زیاد سخت می شود و در صنعت نفت مصرف دارد .
سیمان واترپروف : اگر به سیمان محلول های صابونی فلزی اضافه گردد بتن تهیه شده از این سیمان مقاومت بیشتری در مقابل نفوذ آب دارد .