سیمان پرتلند چیست؟

سیمان پرتلند یک پودر ریز است و از آسیاب بدست می آید و عمدتاً از سیلیکات های کلسیم و به میزان کمتری از آلومینات های کلسیم تشکیل می شود. مخلوط با آب خمیری تشکیل می دهد که در دمای اتاق سفت می شود سیمان هیدرولیک نامیده می شود.

این محلول دارای خاصیت گیرش و سخت شدن در مجاورت آب است، زیرا با آب واکنش شیمیایی می دهد و ماده ای با خاصیت پیوند عالی را تشکیل می دهد که به آن سیمان خاکستری می گویند. سیمان خاکستری پرتلند بیشترین استفاده را در ساختمان سازی دارد.

تاریخچه سیمان پرتلند

آیا می دانید اولین بار چه زمانی سیمان پرتلند مطرح شد؟

سیمان پرتلند در سال 1824 بود. جوزف آسپدین و جیمز پارکر آن را ثبت کردند.  با سخت شدن، رنگی بسیار شبیه به سنگ پرتلند، سنگ آهکی که از ساحل کانال پورتلند، واقع در دورست، جنوب انگلستان استخراج می شود، به خود گرفت.

این مخلوط رنگی شبیه به سنگ کانال پورتلند دارد، از این رو نام آن پرتلند است. پسر جوزف آسپدین، ویلیام آسپدین (1815-1864)، تولید سیمان پرتلند را در نزدیکی لندن در کارخانه ای در روترهیت در سال 1843 آغاز کرد. ویلیام آسپدین اولین تولید کننده مدرن سیمان پرتلند است. در آلمان و فرانسه، تولید سیمان پرتلند در سال 1850 آغاز شد.

اولین سیمان پرتلند چه زمانی ساخته شد؟

اولین سیمان پرتلند اسپانیایی در آستوریاس ساخته شد. در سال 1909، 100000 تن سیمان پرتلند تولید شد و در سال 1940 تولید به 400000 تن رسید. در ایران حدود سالهای 1905 – 1920 اولین کارخانه های سیمان پرتلند و سیمان های تولید شده روانه بازار ایران شد.

موارد مصرف سیمان پرتلند

برای همه انواع ساخت و ساز از سیمان پرتلند استفاده می شود. تقریباً با تمام مصالح ساختمانی معمولی سازگار است. این یک محصول بسیار متنوع و با کیفیت است.

برای بلوک‌های بتنی، سنگ‌فرش، آجرسازی، پروژه‌های بتن مسلح یا سازه‌هایی که نیاز به برداشت سریع دارند استفاده می‌شود. ” این یک واقعیت است که سیمان پرتلند بسیار قوی و بادوام است و به همین دلیل سیمان مورد علاقه همه مصالح سازان است.

محبوب ترین کاربردهای سیمان پرتلند

• پله ها، فواره ها، نیمکت ها، سطل های زباله، گلدان ها و پله های عمومی
• ستون ها، تیرهای تلفن یا تیر چراغ برق
• جاده ها، مسیرها، مسیرهای ورزشی
• کارهای عمومی عمده (اسکله، تونل، ساختمان، پل، سد و غیره)
• در خاک ها
• ملات سیمان برای کارهای بنایی
• دوغاب سیمانی برای پرکردن ترک در سازه های بتنی

انواع سیمان پرتلند

5 نوع معروف سیمان پرتلند وجو دارد. ما در این مقاله خصوصیات شیمیایی و فیزیکی هر یک از آنها را شرح می دهیم.

• نوع 1

سیمان پرتلند نوع 1 معمول ترین سیمان است. از مخلوط کردن گچ با کلینکر به دست می آید. در بسیاری از سازه های صنعتی و عمرانی (روسازی ها، سازه ها، خانه ها و …) استفاده می شود.

در اکثر پروژه ها استفاده می شود مگر اینکه مشخصات پروژه و ساخت و ساز، خلاف آن را نشان دهد. مقاومت اولیه آن و زمان سخت شدن آن کوتاه تر از سایر سیمان ها است.

• نوع 2

سیمان پرتلند نوع 2 یک سیمان اصلاح شده است که در ساخت و سازهایی که به مقدار زیادی بتن نیاز دارند (مثلاً سد) یا مقاومت در برابر حمله سولفات ها یا کلریدها (پروژه هایی که در تماس با آب کار می کند، مانند ساخت و ساز سد) بسیار مفید است. البته این سیمان را می توان در پل ها یا لوله های بتنی نیز یافت.

سیمان تیپ 2 کندتر از نوع 1 به مقاومت خود می رسد، اگرچه در نهایت با آن مطابقت دارد. از جمله ویژگی های اصلی آن مقاومت بالای آن در برابر تخریب و خوردگی است. برای افزایش عمر مفید آن نگران نگهداری مداوم و جامع ساخت و ساز نباشید.

• نوع 3

مقاومت اولیه بالایی ارائه می دهد  و در طول روز افزایش می یابد. به عبارت دیگر برای رسیدن به مقاومت نوع 1 حدود  7 روز و برای نوع 2 حدود 28 روز طول می کشد. 

برای ساخت و سازهای اضطراری استفاده می شود. می توان گفت در مواردی که نیاز به مقاومت سریع است بسیار توصیه می شود. این نوع سیمان بسیار شبیه سیمان پرتلند نوع 1 است، با این تفاوت که ذرات آن بسیار ریزتر هستند.

• نوع 5

سیمانی است که در ساخت آثار یا عناصری که نیاز به مقاومت قوی در برابر حمله قلیایی ها و سولفات ها (لوله ها، دال ها، فاضلاب ها، زیرساخت های بندری و غیره) دارند، استفاده می شود. برای دستیابی به این هدف، مقدار تری کلسیم آلومینات که جزء آسیب پذیرترین ماده در برابر سولفات ها است باید کاهش یابد.

مزایای سیمان پرتلند

1. هیدرولیک

هنگامی که با آب مخلوط می شود، واکنش شیمیایی می دهد و سخت می شود. در شرایط مرطوب و در دمای اتاق درمان می شود.

2. پایدار

به اندازه سنگ بادوام است. حتی در شرایط آب و هوایی برفی یا بارانی، بتن، شکل، حجم و عملکرد خود را حفظ می کند.

3. چسب

پس از تنظیم، شکستن پیوند آن با سایر مواد مانند سنگ، شن، فولاد یا آجر عملا غیرممکن است.

4. عایق

اگر مصالح سقف، دیوارها یا کف به درستی محاسبه شود، سیمان پرتلند یک عایق صوتی عالی است.

مراحل ساخت سیمان پرتلند

سیمان پرتلند تنها با اختلاط به دست نمی آید. فرآیند تولید آن شامل یک سری مراحل پیچیده است که در اینجا توضیح می دهیم.

1. تامین مواد اولیه

سنگ آهک اصلی ترین ماده اولیه تولید سیمان پرتلند است. این ماده اولیه معمولاً در معادن به دست می آید. این مواد اولیه ابتدا به کارخانه حمل می شوند.

2. طبقه بندی و تهیه مواد اولیه

در کارخانه اندازه سنگ آهک و رس را بین 5 تا 10 میلی متر کاهش می دهند.

3. همگن سازی

سنگ آهک خرد می شود و با خاک رس مخلوط می شوند. این عملیات با استفاده از سنگ شکن یا تسمه نقاله انجام می شود و اندازه آن به قطر 0.5 میلی متر کاهش می یابد.

4. کلینکریزاسیون

پس از اینکه مخلوط را همگن می کنند، آن را به فر با دمای بالا (حدود 1450-1600 درجه سانتیگراد) می برند. این گرمای ورودی یکنواخت و ثابت است. در مدت اقامت در کوره، اجزای مخلوط ذوب می شوند و دانه هایی به نام کلینکر به قطر 1 تا 3 سانتی متر را تشکیل می دهند.

5. خنک کننده

هنگامی که محصولی با دمای بالا بدست می آوریم، باید مواد را خنک کنیم تا بتوانیم با آن کار کنیم.

6. گنجاندن سنگدانه های نهایی و خرد کردن

پس از خنک شدن کلینکر، سیمان را با گچ مخلوط می کنیم. سپس مخلوط آسیاب شده و سیمان پرتلند بدست می آید.

نتیجه گیری در مورد سیمان پرتلند

ترکیب سیمان پرتلند در سال 1824 اختراع شد، اما در طول تاریخ، بسیاری از مخلوط ها منجر به تولید انواع مختلفی از سیمان شده است. سیمان پورتلند کیفیت فوق العاده ای (چسب، بادوام، عایق، هیدرولیک و غیره) ارائه می دهد. برای پروژه های بزرگ (پل ها، سدها و غیره) سیمان پرتلند یک انتخاب ایده آل است.

فرآیند تولید آن، اگرچه کاملاً خودکار است، به مراحل بسیار متمایز نیاز دارد که برای به دست آوردن یک محصول عالی، به دما، قطر و مواد خاصی نیاز دارد.

چگونه سیمان مناسب را انتخاب کنیم؟

سیمان یک ماده بسیار رایج برای انجام کار است و در بسیاری از پروژه‌ها به کار می رود. به همین دلیل است که انواع مختلفی از سیمان پرتلند برای رفع نیازهای مختلف وجود دارد.

می توان گفت ماده ای است که 80 درصد از سنگ آهک و 20 درصد خاک رس تشکیل می شود و به صورت پودر ریز درمی آید و در طبقات مختلف موجود است. به عنوان بخشی از پروژه های خود، مطمئناً روزی باید سیمان خود را با توجه به نیاز خود انتخاب کنید.  برای کمک به شما در انتخاب درست، از شما دعوت می کنیم تا تمام توصیه های ما برای تعیین مناسب ترین نوع سیمان برای پروژه های خود را در نظر بگیرید و خرید کنید.

سیمان خود را با توجه به ماهیت کاریتان انتخاب کنید

• سیمان خاکستری برای کارهای بنایی

مخلوط سیمان پرتلند خاکستری پرمصرف ترین نوع سیمان است. از آن برای بسیاری از پروژه ها استفاده می شود. برای کارهای بنایی و سازه ای مزایای جالبی دارد. سیمان خاکستری با مقاومت مکانیکی بسیار خوب و تطبیق پذیری آن مشخص می شود. بنابراین از آن برای موارد زیر استفاده می شود:

• بتن
• پوشش
• ساخت یک کفپوش
• ملات های اتصال یا آب بندی

اگر می‌خواهید بلوک‌های بتنی، سنگ یا آجر بچینید و از سیمان به عنوان ملات استفاده کنید، توصیه می‌کنیم سیمان خاکستری را انتخاب کنید. همچنین سیمان خاکستری برای ساخت روکش نما، ایده آل است.

در صورتی که دمای محیط محل کمتر از 5 درجه سانتی گراد است، استفاده از سیمان خاکستری را توصیه نمی کنیم. با این حال، برخی از سیمان های خاکستری دارای ویژگی های اضافی هستند و در برابر سرما و رطوبت مقاومت بیشتری دارند.

مقدار مصرف سیمان خاکستری

ملات: 2 حجم سیمان برای 1 حجم آب و 8 حجم ماسه

بتن: دو حجم سیمان برای 1 حجم آب، 2.5 حجم ماسه و 4 حجم شن

خمیر خالص: 3 حجم سیمان برای 1 حجم آب

نقاط قوت و ضعف سیمان پرتلند

• به دلیل مقاومت عالی سیمان پرتلند بیشتر در ساخت سازه های یکپارچه بتن مسلح و سایر اشیاء مشابه استفاده می شود.
• سیمان پورتلند در برابر سرما مقاوم است. از دمای پایین نمی ترسد. در چنین شرایطی، مواد در معرض تغییر شکل قرار نمی گیرند و با ترک پوشانده نمی شوند.
• ضد آب است. از تماس با رطوبت، بی کیفیت نمی شود.
• حتی در هنگام ساخت پی در خاک های سخت استفاده از سیمان پرتلند استفاده می شود. برای چنین شرایطی از محلول مقاوم در برابر سولفات استفاده می شود.

انواع مختلفی از سیمان پرتلند وجود دارد. هر خریدار می تواند بهترین گزینه را برای خود انتخاب کند. شما می توانید یک ترکیب با پخت سریع یا متوسط ​​​​خرید کنید. اگر سیمان پرتلند با کیفیت بسیار بالایی خریداری کرده اید، نگران جمع شدن یا تاب برداشتن آن نباشید. پس از مونتاژ هیچ گونه ترک یا آسیب های مشابه دیگری ایجاد نمی شود.

معایب سیمان پرتلند

سیمان پرتلند ایرادات کمی دارد که در زیر به آن اشاره می کنیم:

• در طول سخت شدن کامل، مواد با کیفیت پایین در معرض تغییر شکل قرار می گیرند. این امر باید در هنگام کار در نظر گرفته شود. هر گونه درز انقباض نیز باید در نظر گرفته شود.
• این محلول دوستدار محیط زیست نیست، زیرا در ترکیب آن، اجزای شیمیایی زیادی وجود دارد.
• هنگام کار با سیمان پرتلند باید احتیاط کرد، زیرا تماس با آن باعث سوختگی و تحریک شیمیایی می شود. به گفته متخصصان، در صورت تماس طولانی مدت با این ماده، امکان ابتلا به سرطان ریه وجود دارد.
• متاسفانه امروزه بسیاری از خریداران با محلول های بی کیفیت سیمان پرتلند مواجه می شوند. سیمان باید مطابق با GOST 10178-75 باشد. در غیر این صورت، ترکیب سیمان پرتلند قوی و قابل اعتماد نیست.

خواص فیزیکی سیمان پرتلند معمولی

1. ظرافت

ظرافت یا اندازه ذرات سیمان پرتلند بر میزان هیدراتاسیون تأثیر می گذارد که مسئول نرخ افزایش استحکام است. هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد، نسبت سطح به حجم بیشتر است، که به معنی سطح بیشتری در دسترس برای واکنش آب – سیمان در واحد حجم است. تقریباً 95 درصد از ذرات سیمان کوچکتر از 45 میکرون با اندازه متوسط ذرات حدود 15 میکرون هستند. ظرافت بر حسب سطح در واحد جرم اندازه گیری می شود. ظرافت را می توان با تست کدورت سنج واگنر، تست نفوذپذیری هوای بلین، غربال 45 میکرومتری و تحلیلگر اندازه ذرات الکترونیکی بررسی کرد.

2. سلامتی

Soundness به توانایی خمیر سیمان سخت شده برای حفظ حجم خود پس از گیرش اشاره دارد. عدم استحکام در نمونه های سیمانی حاوی مقادیر بیش از حد آهک بدون سخت سوخته یا منیزیم مشاهده می شود. تست انبساط اتوکلاو برای تعیین سلامت سیمان استفاده می شود.

3. سازگاری

قوام خمیر سیمان به توانایی آن در جریان اشاره دارد. برای آزمایش نمونه های سیمان باید خمیرهایی با قوام معمولی تهیه شود. هنگامی که پیستون دستگاه Vicat به اندازه 1±10 میلی متر در آن نفوذ کند، به خمیر گفته می شود که قوام طبیعی دارد. نسبت آب به سیمان مربوطه گزارش شده است.

زمان گیرش اولیه مدت زمانی است که از زمان اضافه کردن آب تا زمانی که خمیرها به صورت سیال یا پلاستیکی رفتار نکنند، می گذرد. در حالی که زمان گیرش نهایی به زمان لازم برای رسیدن خمیر سیمان به حالت سختی معینی برای تحمل مقداری بار اشاره دارد. زمان تنظیم توسط دستگاه Vicat یا سوزن گیلمور تست می شود.

5. مقاومت فشاری

مقاومت فشاری سیمان توسط مکعب های ملات 50 میلی متری که با استفاده از ماسه استاندارد ساخته شده و به روشی تجویز شده عمل آوری می شود، آزمایش می شود. مکعب ها تحت یک دستگاه تست فشرده سازی آزمایش می شوند. استحکام سیمان با گذشت زمان متفاوت است، بنابراین به طور کلی مقاومت 3 روزه، 7 روزه یا 28 روزه گزارش می شود.

6. گرمای هیدراتاسیون

گرمای حاصل از واکنش سیمان و آب به عنوان گرمای هیدراتاسیون شناخته می شود. عوامل موثر بر حرارت هیدراتاسیون عبارتند از C3A، C2S، جیره آب سیمان، ظرافت سیمان و دمای عمل آوری. گرماسنج رسانایی برای آزمایش گرمای هیدراتاسیون استفاده می شود.

7. ضرر در جرقه

یک نمونه سیمانی با وزن مشخص بین 900 – 1000 درجه سانتیگراد (1650 – 1830 درجه فارنهایت) حرارت داده می شود تا زمانی که وزن ثابتی بدست آید. سپس کاهش وزن نمونه در اثر حرارت دادن مشخص می شود. تلفات زیاد هنگام اشتعال (بیش از 3٪) نشان دهنده پیش هیدراتاسیون و کربناته شدن است که ممکن است به دلیل ذخیره سازی نامناسب یا تقلب باشد.

8. وزن مخصوص (چگالی نسبی)

وزن مخصوص به طور کلی در تناسب مخلوط برای بتن مورد نیاز است. چگالی ذرات (اندازه گیری شده با حذف هوای بین ذرات) OPC در محدوده 3.1 تا 3.25 مگاگرم بر متر مکعب است. میزان نسبی چگالی OPC 3.15 در نظر گرفته شده است. این میزان چگالی سیمان توسط دستگاه Le Chatelier تعیین می شود.

9. تراکم حجیم

چگالی ظاهری را می توان با تقسیم جرم ذرات سیمان و هوا بین ذرات بر حجم نمونه سیمان تعیین کرد. چگالی ظاهری OPC از 830 کیلوگرم بر متر مکعب تا 1650 کیلوگرم بر متر مکعب است. این آزمایش را می توان با کمک دو بشر با مقدار سیمان یکسان انجام داد. سیمان در یک لیوان کمی ارتعاش دارد که کاهش حجم را نشان می دهد.

مشخصات ترکیبی سیمان پرتلند

نوعی سیمان که یک هیدرولیک و چسب مخصوص است را سیمان پرتلند می نامند. تا حد زیادی سیمان پرتلند از سیلیکات کلسیم تشکیل می شود.  حدود 70-80٪ از چنین ترکیب سیمانی را تشکیل می دهد. در ساخت سیمان پرتلند نمی توان بدون سنگ های کربناته کار کرد. این سنگ ها شامل موارد زیر هستند:

• گچ
• سنگ آهک
• سیلیس
• آلومینا

در فرآیند ساخت، اغلب از اجزایی مانند مارن استفاده می شود. ترکیبی از خاک رس و سنگ های کربناته است. اگر به طور دقیق به فرآیند تولید سیمان پرتلند نگاه کنیم، می‌توان نتیجه گرفت که شامل آسیاب کردن مواد اولیه است. سپس آن را به درستی در نسبت های معین مخلوط می کنند و در فر می پزند.

دما در 1300-1400 درجه حفظ می شود. در چنین شرایطی امکان پخت و ذوب مواد اولیه فراهم می شود و محصولی به نام کلینکر بدست می آید.

برای به دست آوردن محصولات نهایی، ترکیب سیمان دوباره خرد می شود و سپس با گچ مخلوط می شود. محصول به دست آمده باید تمام بررسی ها را برای تایید کیفیت خود بگذراند و یک ترکیب اثبات شده و قابل اعتماد باشد. همچنین باید گواهی های مناسب را داشته باشد.

برای به دست آوردن سیمان پرتلند با کیفیت بالا، از آن به روش های مختلف استفاده کنید

• خشک؛
• نیمه خشک؛
• ترکیبی؛
• مرطوب

متداول ترین روش های تولید سیمان پرتلند

• مرطوب

این گزینه تولید شامل ایجاد سیمان پرتلند با افزودن یک جزء کربنات خاص (گچ) و یک عنصر سیلیکونی – خاک رس است. سطح رطوبت جزء سیلیکون از 29٪ و خاک رس – 20٪ نباید تجاوز کند.

• خیس کردن

مرحله خیس کردن برای ساخت سیمان بادوام استفاده می شود، زیرا آسیاب تمام اجزا در آب انجام می شود. به طور همزمان، یک پرکننده در خروجی تشکیل می شود که یک سوسپانسیون مبتنی بر آب است. به عنوان یک قاعده، رطوبت آن از 30٪ تا 50٪ در شاخص ها متغیر است.

سپس لجن به طور مستقیم در کوره پخته می شود. در این مرحله دی اکسید کربن از آن آزاد می شود. گلوله های کلینکر با احتیاط آسیاب می شوند و به پودر تبدیل می شوند و به سیمان تبدیل می شوند.

• نیمه خشک

برای فرآیند تولید نیمه خشک از اجزایی مانند آهک و خاک رس استفاده می شود. طبق طرح استاندارد، این قطعات آسیاب و خشک می شوند. سپس آنها را مخلوط  و دوباره خرد می کنند، سپس با استفاده از مواد افزودنی مختلف تنظیم می کنند.

در پایان تمام مراحل تولید، خاک رس و آهک دانه بندی و کلسینه می شوند. می توان گفت روش نیمه خشک، تفاوت کمی با روش خشک دارد. یکی از تفاوت های این روش ها اندازه مواد اولیه خرد شده است.

• خشک

روش خشک ساخت سیمان پرتلند مقرون به صرفه ترین روش تولید است. منحصر به فرد بودن آن در این واقعیت نهفته است که در تمام مراحل تولید، از مواد خام فقط در حالت خشک، استفاده می شود.

تکنولوژی تولید سیمان به طور مستقیم به خواص فیزیکی و شیمیایی مواد خام بستگی دارد. محبوب ترین آنها تولید مواد به ویژه کوره های دوار است. در این صورت از اجزایی مانند خاک رس و آهک استفاده می شود.

ویژگی های روش تولید خشک چیست؟

زمانی که خاک رس و آهک در دستگاه آسیاب مخصوص، کاملاً له شدند، به حالت دلخواه خشک می شوند. سطح رطوبت نباید از 1٪ تجاوز کند. در مورد سنگ زنی و خشک کردن، آنها در یک دستگاه جداکننده ویژه انجام می شوند. سپس مخلوط حاصل به مبدل های حرارتی سیکلون منتقل می شود و برای مدت زمان بسیار کوتاهی در آنجا باقی می ماند.

پس از این مرحله، پخت مستقیم مواد خام آماده شده انجام می شود. پس از آن به یخچال منتقل می شود. سپس کلینکر به انبار “حرکت” می کند، جایی که با دقت آسیاب و بسته بندی می شود. بعد از آن آماده سازی اولیه اجزای گچ و تمام عناصر اضافی و همچنین ذخیره سازی و حمل و نقل بیشتر کلینکر مانند روش تولید مرطوب در ادامه انجام می شود.

• مختلط

مرحله مختلط، فناوری تولید ترکیبی نامیده می شود. در این روش، لجن مرطوب به دست می آید و سپس مخلوط حاصل با استفاده از فیلترهای مخصوص از رطوبت اضافی پاک می شود. تکرار این فرآیند تا زمانی رخ می دهد که سطح رطوبت به 16-18٪ برسد. پس از آن، مخلوط به بو دادن منتقل می شود.

گزینه دیگری برای تولید سیمان مخلوط وجود دارد. در این روش آماده سازی، مواد خام خشک را فراهم می کنند و سپس با آب (10-14٪) رقیق می شود و در معرض دانه بندی بعدی قرار می گیرد. لازم است که اندازه گلوله ها از 15 سانتی متر تجاوز نکند، پس از آن شروع به پختن مواد اولیه می کنند.

سیمان پرتلند چه تفاوتی با سیمان ساده دارد؟

بسیاری از مصرف کنندگان تعجب می کنند که چه تفاوتی بین سیمان پرتلند و سیمان معمولی وجود دارد. سیمان کلینکر یکی از زیر انواع محلول کلاسیک است. به عنوان یک قاعده، از آن در ساخت بتن استفاده می شود که برای ساخت سازه های یکپارچه و بتن مسلح ضروری است.

اول از همه، تفاوت بین این دو راه حل در ظاهر، عملکرد و خواص آنها است. بنابراین این نوع سیمان در برابر اثرات دماهای پایین مقاومت بیشتری دارد، زیرا حاوی مواد افزودنی ویژه است. با سیمان ساده، این ویژگی ها بسیار ضعیف تر است.

چگونه سیمان پرتلند را بشناسیم؟

رنگ روشن تری نسبت به سیمان معمولی دارد. با توجه به این ویژگی، رنگ به طور قابل توجهی در هنگام ساخت و ساز و اتمام کار، صرفه جویی می شود. علیرغم ترکیبات شیمیایی، سیمان پرتلند از سیمان معمولی محبوب­ تر است و تقاضای بیشتری دارد. کارشناسان، استفاده از آن در کارهای ساختمانی را توصیه می کنند.