سیمان پرتلند (Portland cement)
سیمان پودریست که از سنگ آهک و خاک رس تولید می شود و از مخلوط آن با مصالح سنگی دیگر خصوصا ماسه، شن و سنگ برای ساخت انواع ملات و بتن استفاده می گردد. قسمت عمده سیمان مصرفی از نوع سیمان پرتلند می باشد، که به آن سیمان پرتلند معمولی یا OPC13 نیز وجود ندارند که اکثرا در کارهای اجرایی در لایه های زیر سطحی استفاده می شود و همین طور سیمان با آلومینای بالا HAC15.
سیمان معمولا در بسته های 50 کیلوگرمی به فروش می رسد، هر چند مصرف کنندگان بزرگ تجاری مانند کارخانه های ساخت بتن و کارخانه های قطعات بتنی پیش ساخته فله استفاده می کنند و حمل آن توسط تانکرهای خاصی صورت می گیرد. سیمان با توجه به واکنش های سخت شوندگی، به دو نوع هیدرولیک و غیر هیدرولیک تقسیم میشود. همانطوری که مشخص است سیمان های هیدرولیک در اثر واکنش با آب (هیدراتاسیون) سخت می‌شوند. طرح سیمان به این شکل، اولین بار توسط ژوزف اسپین معمار بریتانیایی مطرح شده است. اسپین در سال ۱۸۲۴ طرح اولیه خود را اصلاح نموده و محصول خاک رس و آهک هیدرولیک را تحت عنوان سیمان پرتلند ثبت کرد. به علت تشابه رنگ سیمان سخت شده با رنگ سنگ های آهکی جزیره پرتلند در انگلستان، نام پرتلند برای آن انتخاب شده است.
انواع سیمان و موارد کاربرد آنها
بعضی از مشخصات فنی سیمان بر اساس نشریه شماره 55 موسوم به مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمانی (تجدید نظر دوم) به شرح ذیل می باشد:
انواع سیمان پرتلند در استاندارد ایران به پیروی از استاندارد ASTM عبارتند از:
سیمان پرتلند معمولی یا سیمان تیپ 1
این نوع سیمان که سیمان پرتلند معمولی نیز نامیده می شود، برای مصارف عمومی که ویژگی خاصی از بتن خواسته نشده است، مصرف میشود. از این نوع سیمان در ساختن پیاده روها، روسازی جاده ها، پل های بتن مسلح، راه آهن، مخازن، لوله های آب و ملات برای بنایی استفاده می شود. به طور کلی بهتر است از این سیمان در مواردی که نیاز به خواص ویژه دیگر سیمانها علی الخصوص در محیطهای خورنده حاوی یونهای مهاجم بتن استفاده نشود اخیرا سیمان پرتلند معمولی در سه کلاس 325-1 ،425-1 و 525 -1 تولید و عرضه می شود. برای کلاس های با مقاومت بالا (435-1 و 525 -1) وجود دارد، مصرف این کلاس ازسیمان بایستی با احتیاط صورت گیرد. سیمان پرتلند معمولی در کارهای معمولی و عمومی بتنی ساده و بتن آرمه که مکان حمله سولفات ها وجود ندارد مصرف می شود.
سیمان اصلاح شده یا سیمان تیپ 2
از سیمان اصلاح شده در مواردی که حرارت هیدراتاسیون متوسط و مقاومت در برابر حمله سولفات های در حد متوسط لازم باشد و از سیمان معمولی مقاوم تر است به کار میرود. به دلیل محدودیت فاز آلومینات و کمتر بودن فاز C3S در این سیمان که سبب ایجاد خواص ویژه مزبور میشود، مقاومت فشاری اولیه و نهایی آن کمتر از سیمان تیپ 1 سیا سیمان پرتلند معمولی است. سیمان تیپ 2 یا سیمان اصلاح شده معمولا کندتر از سیمان تیپ 1 میگیرد و در گیرش حرارت کمتری تولید میکند. از این سیمان میتوان در ساختمانهای حجیم استفاده نمود تا هنگام گرفتن بتن حرارت کمتری ایجاد شود و حجم بتن ریزی محدود نشود. این سیمان در محیط های آب و خاک که غلظت یون سولفات در حد متوسط است و برای بتن ریزی در هوای نسبتاً گرم که خطر افزایش دمای بتن معمولی به بیش از 32 درجه سانتی گراد و بتن حجیم به بیش از 15 درجه سانتی گراد وجود دارد، به کار میرود. برای استفاده در محیط های حاوی یون کلر و سولفات به طور همزمان و در محیط های حاوی غلظت زیاد سولفات و همچنین برای بتن ریزی در هوای سرد این نوع سیمان توصیه نمی شود. گرمازدایی این نوع سیمان هنگام آبگیری کمتر از سیمان معمولیست، لذا، در بتن ریزی های حجیم و بتن ریزی در هوای گرم نیز به مصرف می رسد.
سیمان خیلی زود گیر یا سیمان تیپ 3
سیمان تیپ 3 که به سیمان خیلی زودگیر معروف است، این نوع سیمان تقریبا اجزاء اولیه تیپ 1 را دارد، با این تفاوت که به شدت ریزتر آسیاب شده و به همین جهت گیرش سریع تری دارد. سیمان نوع 3 در مدت کوتاهی یعنی معمولا در عرض 1 هفته یا کمتر مقاومت زیادی به دست می آورد و مقاومت 7 روزه آن حدود مقاومت 28 روزه سیمان نوع 1 میباشد. این نوع سیمان نسبت به سیمان نوع 1 در هنگام گیرش حرارت بیشتری تولید می کند. از این سیمان وقتی استفاده می کنند که بخواهند زودتر از معمول قالب را برداشته و بتن را مورد استفاده و بارگذاری قرار دهند. در محیط های سرد نیز میتوان از این سیمان استفاده کرد تا مدت زمان لازم برای محافظت بتن ریخته شده کوتاهتر شود. اگرچه با به کار بردن مخلوط پر سیمان تر با سیمان نوع 1 هم می توان بتنی تهیه کرد که در مدت کوتاه مقاومت بیشتری کسب کند، ولی سیمان نوع 3 همین کار را به نحو بهتر و با صرفه تر انجام میدهد. سیمان نوع 3 را سیمان زودگیر هم میگویند در هوای سرد (حدود 4 درجه سانتی گراد)، در دمای زیر صفر درجه سانتی گراد کاربرد این سیمان به تنهایی کفایت نمی کند و لذا در یخبندان علاوه بر مصرف این سیمان مسائل دیگری نیز باید رعایت شود ؛ سیمان تیپ 3 در ساعات اولیه مصرف، حرارت قابل توجهی آزاد میکند و باعث گرم شدن بتن می شود. این نوع سیمان را در مواقعی که بارگذاری باید مدتی کوتاه بعد از بتن ریزی صورت گیرد یا بخواهند قالب ها را زودتر بردارند یا به هنگام بتن ریزی در هوای سرد به مصرف می رسانند.
سیمان کم حرارت یا سیمان تیپ 4
سیمان تیپ 4 کندگیر بوده و در هنگام بتن ریزی حرارت کمتری تولید میکند. مقدار C3A و C3S موجود در این نوع سیمان در مقایسه با C انواع دیگر سیمان، کمتر بوده و در مقابل C2S زیادتری دارد. مورد استفاده این نوع سیمان جایی است که شدت و مقدار حرارت تولید شده اهمیت دارد. بتنی که با این سیمان ساخته میشود، رشد مقاومت آهسته تری دارد؛ یعنی دیرتر می گیرد. کاربرد اصلی این نوع سیمان در ساختمان های حجیم بتنی است. در ساختمانهای حجیم چون سدهای وزنی بتنی به علت حجم زیاد بتن، افزایش درجه حرارت ناشی از گیرش بتن می تواند بسیار خطرناک باشد. برای پایین نگه داشتن درجه حرارت سیمان، سیمان نوع 4 که به آن سیمان دیرگیر نیز می گویند استفاده می شود. این نوع سیمان در هوای گرم و دمای بالای 40 الی 50 درجه سانتیگراد برای تسهیل مراقبت از بتن به کار میرود. مصرف این نوع سیمان در هوای گرم باعث جلوگیری از اتصال سرد میشود؛ چرا که در بتن ریزی دیوارها (دیوار مخزن آب و یا استخر) که طول دیوار زیاد است، چون بتن ریزی لایه لایه انجام می گیرد، ممکن است فاصله زمانی حدود نیم ساعت یا بیشتر طول بکشد تا لایه بتن جدید روی بتن قبلی ریخته شود. بدین ترتیب در هنگام ریختن بتن لایه جدید، بتن لایه قبلی سفت شده و اتصال خوبی بین دو لایه برقرار نمیشود. این اتصال ضعیف بین لایه های بتن قدیم و جدید را اتصال سرد می گویند که ضعف بتن ریزی به شمار میرود. به خصوص اگر سازه آبی باشد این اتصال نقطه ضعفی برای نشت آب خواهد بود. مصرف سیمان تیپ چهار در چنین مواردی باعث میشود که فرصت کافی برای بتن ریزی فراهم باشد و لایه های قبلی هنوز وارد واکنش نشده باشند تا بتوانند با لایه های جدید اتصال مناسبی را برقرار نمایند. در بتن ریزی های حجیم به منظور کاهش تنشهای حرارتی میتوان از این سیمان استفاده کرد. بتن حجیم بتنی را گویند که طول و عرض و ارتفاع آن زیاد باشد؛ مانند بتن ریزی سدها و یا پایه های پل. از اشکالات بتن ریزی حجیم، ایجاد تنش های حرارتی است بدین صورت که به دلیل حجیم بودن بتن، تبادل حرارتی عمق بتن با محیط بیرونی، کندتر صورت میگیرد. بنابراین هنگامی که بتن سفت شد، هنوز دمای قسمتهای مرکزی آن با محیط اطراف، یکنواخت نشده است. از این لحظه به بعد تغییر دمای بتن در راستای تبادل حرارتی با محیط خارج، همراه با ایجاد تنشهای حرارتی خواهد بود. استفاده از سیمان تیپ 4 سبب می شود که اولا دمای قسمتهای میانی بتن حجیم کمتر از بتن مشابه ساخته شده با سیمان تیپ 1 باشد (چون سیمان تیپ 4 هم کم حرارت تر است و هم دمای خود را در طول زمان بیشتری آزاد میکند) و ثانیاً فرآیند سفت شدن بتن طولانی تر بوده و در این مدت قسمت اعظمی از تبادل حرارتی با محیط اطراف صورت می پذیرد. البته اگر خطر کاهش دمای بتن به کمتر از 5 درجه سانتیگراد وجود دارد، بهتر است از سیمان نوع 4 برای بتن ریزی استفاده نشود. این نوع سیمان غالبا در بتن ریزی های حجیم به ویژه در فصول گرم به مصرف می رسد.
سیمان ضد سولفات یا سیمان تیپ 5
این سیمان برای مصرف در بتن ها و در بخش هایی از ساختمان که شدیدا در معرض حمله سولفاتها قرار دارد، مناسب است و به همین جهت به سیمان ضد سولفات شهرت دارد. این نوع سیمان وقتی به کار میرود که بتن در تماس شدید با سولفات قرار داشته باشد. از این سیمان اساساً وقتی استفاده می شود که خاک یا آب زیرزمینی که در تماس با ساختمان بتنی قرار دارد، مقدار زیادی املاح سولفات داشته باشد. طبق آیین نامه بتن ایران (آبا) کلیه سازه های بتنی قرار گرفته در محیط های آب و خاک سولفاتی شدید بایستی از سیمان نوع 5 استفاده شود. البته اگر در محیط یون کلر همراه یون سولفات باشد، کاربرد این سیمان باید با احتیاط و با آزمایش های لازم صورت گیرد سیمان نوع 5 دیرتر از سیمان معمولی میگیرد و حد مقاومت 3 ،7 و 28 روزه برای این سیمان کمتر از سایر سیمان های پرتلند است و لذا برای سازه هایی که نیاز به مقاومت های زیادتر یا مقاوم سازی سازهای بتنی باشد، دارای محدودیت کاربرد است. انواع دیگر سیمان وجود دارد که برای مطالعه آن می توان به کتب تخصصی در زمینه تکنولوژی سیمان مراجعه نمود. در اینجا فقط اشاره مختصری به سیمان بنایی می گردد.
