«سیمان» (Cement)، یکی از مهمترین مواد مورد استفاده در مصالح ساختمانی است. این ماده برای ساخت دوغاب، ملات و بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله، به معرفی کامل تاریخچه، تعریف، اجزا تشکیل دهنده، مراحل تولید، کاربردها، خواص فیزیکی، خواص شیمیایی و انواع سیمان می‌پردازیم.
سیمان چیست؟
سیمان، یکی از مهمترین مصالح ساختمانی ساخته دست بشر است که به منظور اتصال اجزا مختلف یک سازه نظیر سنگ، آجر، کاشی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این، سیمان یکی از ترکیبات اصلی بتن در ساخت سازه‌های مختلفی مانند پل، سد، ساختمان‌های مسکونی، ساختمان‌های تجاری و دیگر سازه‌های بتنی است. ساختار اصلی سیمان، از مواد معدنی نظیر سنگ آهک، رس یا ماسه، بوکسیت و کانی آهن تشکیل می‌شود.
کلینکر چیست؟
با حرارت دادن به مواد خام مورد استفاده در تولید سیمان، ماده‌ای به نام «کلینکر» (Clinker) به وجود می‌آید. با آسیاب کردن این ماده و افزودن ترکیباتی نظیر گچ به آن، سیمان تشکیل می‌شود. در بخش‌های بعدی، به تشریح نحوه ساخت کلینکر خواهیم پرداخت.
مواد اولیه سیمان کدام هستند؟
سیمان، از هشت ماده اصلی آهک، سیلیکا، آلومینا، مگنزیا، اکسید آهن، سولفات کلسیم، سولفور تری اکسید و آلکالین (نمک قلیایی) تشکیل می‌شود. مواد مورد استفاده برای ساخت سیمان، خواص شیمیایی و فیزکی آن را تعیین می‌کنند. از این‌رو، آشنایی با این مواد از اهمیت بالایی برخوردار است. به منظور آشنایی با ترکیبات سیمان، باید نقش و عملکرد هر ماده را به خوبی مورد بررسی قرار داد. تغییر میزان مواد اصلی و افزودنی‌ها در حین فرآیند تولید می‌تواند بر روی کیفیت مورد نظر تاثیر داشته باشد. هشت ماده اصلی تشکیل دهنده سیمان در تصویر زیر نمایش داده شده است.
عملکرد اجزا تشکیل دهنده سیمان چگونه است؟
در این بخش، به معرفی عملکردها، مزایا و معایب هر یک از اجزا اصلی سیمان می‌پردازیم.
نقش آهک در سیمان چیست؟
ماده کلسیم اکسید (CaO) یا کلسیم هیدروکسید (Ca(OH2)) با عنوان آهک شناخته می‌شود. این ماده، یکی از اجزا اصلی مورد استفاده در ساخت سیمان‌های مختلف است. با اضافه کردن مقدار کافی آهک به درون ترکیب سیمان، سیلیکات و آلومینات کلسیم تشکیل می‌شود. در صورت کافی نبودن مقدار آهک، مقاومت و زمان گیرش کاهش می‌یابد. در طرف مقابل، آهک زیاد باعث تورم و کاهش سلامت می‌شود.
نقش سیلیکا در سیمان چیست؟
سیلیسیم دی اکسید (SiO2) یا سیلیکا، یکی دیگر از مواد مهم در ترکیب سیمانها است. اضافه کردن مقدار مناسبی از این ماده به درون ترکیب باعث تشکیل سیلیکات دی کلسیم و تری کلسیم می‌شود. ویژگی استحکام سیمان، از سیلیکا موجود در آن نشات می‌گیرد.
نقش آلومینا در سیمان چیست؟
آلومینا همان اکسید آلومینیوم با فرمول شیمیایی Al2O3 است. زمان گیرش، به میزان آلومینای موجود در ترکیب سیمانها بستگی دارد. دمای تشکیل کلینکر در حضور مقدار کافی آلومینا کاهش می‌یابد. استفاده بیش از حد آلومینا باعث کاهش استحکام می‌شود.
نقش مگنزیا در سیمان چیست؟
اکسید منیزیوم (MgO) با عنوان مگنزیا شناخته می‌شود. این ماده نیز بر روی استحکام تاثیرگذار است. استفاده بیش از 2 درصد مگزنیا در ترکیب سیمان، کاهش استحکام را به همراه خواهد داشت.
نقش اکسید آهن در سیمان چیست؟
اکسید آهن (Fe2O3) به سیمان رنگ می‌دهد. این ماده به عنوان یک کمک ذوب در ترکیب سیمانها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در دماهای خیلی بالا، اکسید آهن در واکنش بین کلسیم و آلومینیوم شرکت می‌کند و باعث تشکیل تری کلسیم آلومینو فریت می‌شود. محصول این واکنش، بر روی سختی و استحکام تاثیر می‌گذارد.
نقش سولفات کلسیم در سیمان چیست؟
سولفات کلسیم (CaSO4)، به شکل ژیپس (سنگ گچ) با فرمول شیمیایی CaSO4.2H2O در ترکیب سیمانها ظاهر می‌شود. تاثیر اصلی سولفات کلسیم بر روی کاهش زمان گیرش است.
نقش سولفور تری اکسید در سیمان چیست؟
سولفور تری اکسید (SO3) با مقادیر کمتر از 2 درصد در ساخت سیمانها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده بر روی مقاومت در برابر اثرات مخرب شیمیایی سولفات‌ها و همچنین میزان جمع شدگی تاثیر می‌گذارد. استفاده بیشتر از 2 درصد سولفور تری اکسید می‌تواند باعث کاهش سلامت سیمان شود.
نقش آلکالین در سیمان چیست؟
آلکالین یا قلیا (نمک‌هایی مانند Na2O یا K2O)، به منظور کنترل فرآیندهای شیمیایی و همچنین کاهش میزان نفوذیری سیمانها مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده بیش از اندازه (بیش از 1 درصد) آلکالین می‌تواند باعث شوره زدن سطح ملات شود.
در رابطه با مصالح ساختمانی، فیلم آموزشی جامعی در مجموعه فرادرس تهیه شده است که می‌توانند شما را با مفاهیم مرتبط با مصالح ساختمانی مورد استفاده در ساخت سازه‌ها آشنا کند. لینک این فیلم در ادامه آورده شده است.
