بررسی سیمان و انواع آن
دسته بندي :
فنی و مهندسی »
عمران
فهرست مطالب
مقدمه
تاریخچه سیمان
تاریخچه صنعت سیمان در ایران
مواد اولیه سیمانهای پرتلند
تولید سیمان
کنترل کیفی
کاربردهای سیمان
مواد تشکیل دهنده بتون
انبار کردن سیمان
آینده صنعت سیمان
انواع سیمانهای استاندارد(پرتلند)
سیمان سفید
سیمانهای رنگی
سیمان پرتلند سربارهای
سیمان پوزولانی(سیمان خاکستر آتشفشانی)
سیمان بنائی
سیمان چاه نفت
سیمان انبساطی
سیمان آلومینیوم
تجارت جهانی سیمان
مقدمه
تاريخچه سيمان
انسان از ديرباز سيمان را مي‌شناخته و با گذشت زمان بر نقش و اهميت آن وقوف و آگاهي بيشتر يافته و هر روز كوشيده است , بناها و ساخته‌هاي خود را مستحكم‌تر از گذشته احداث نمايد .انسانهاي اواخر عصر حجر كه از طريق شكار كردن و جمع‌آوري مواد غذايي ارتزاق مي‌نمودند و در پي غذا در ناحيه وسيعي در حركت بودند , در پناهگاههاي موقت زندگي مي‌كردند . وقوع انقلاب كشاورزي كه به حدود 10000 سال پيش از ميلاد مسيح باز ميگردد , انگيزه‌اي براي سكونت دائمي و ايجاد ساختمان و خانه براي انسان بود . انسان ديگر بدنبال شكار يا گله‌هاي خود از جائي به جاي ديگر نمي‌رفت , بلكه براي مراقبت از مزارع خود در يك محل مي‌ماند . در خاورميانه آثار و بقاياي دهكده‌هاي كاملي با محل سكونت مدوري بنام تولوي "Tholoi" يافت شده كه ديوارهاي آن از گل رس متراكم ساخته شده است .
ملاتي كه در اتصال سنگها و سفالها از آن استفاده مي‌شد , مخلوطي بوده از ماسه , آهك و آب و در ساختمان قسمتهايي كه در زير آب قرار مي‌گرفت ماده‌اي سيليسي بنام "پوزولانا" اضافه مي‌كردند , كه ملات را سخت و در مقابل آب مقاوم مي‌ساخت .
در واقع منشاء سيمان هيدروليك (تركيبي با آب) به يونان و روم باستان باز ميگردد . مواد مصرفي عبارت بودند از آهك و نوعي خاكستر آتشفشاني كه با آب واكنش آهسته‌اي نشان داده و تبديل به توده سفتي مي‌گرديد . اين توده ماده چسبناك ، ملات و بتون ساخته شده در روم در دو هزار سال پيش و همچنين كارهاي ساختماني بعدي در اروپاي غربي را تشكيل مي‌داد . آنها از اين ملات در ساختمان برجها , باروها , جاده‌ها , آب‌انبارها , گرمابه‌ها , معابد , كاخها و قلعه‌ها استفاده مي‌كردند
خاكستر آتشفشاني كه از معدني در نزديكي شهر "پوزولا" (ايتالياي كنوني) استخراج مي‌شد , سرشار از سيليكات آلومينيوم بود , و سيمان مشهور "پوزولانا" مربوط به دوران روم باستان نيز از اين نام برگرفته شده است . امروزه اصطلاح پوزولانا (Pozzolana) , يا پوزولان (Pozzolan) يا به خود سيمان اشاره دارد و يا به هر ماده نرم حاوي سيليكات آلومينيومي اطلاق مي‌شود كه در مجاورت آب با آهك واكنش نشان داده و تشكيل سيمان مي‌دهد . بهترين سيمان بدست آمده از دوران گذشته , ساخته دست روميان است .
تهيه سيمان به طرق علمي جديد از قرن هيجدهم آغاز شد . در سال 1756 "جان اسميتون" ماموريت يافت كه فانوس دريايي كوچك "اديستون" را كه در درياي مانش و در ساحل "كورتوال" انگلستان قرار داشت دوباره بازسازي كند , وي در آزمايشهاي خود موفق شد كه از تركيب سنگ آهك ناخالص و خاك و پختن آن دو , ماده‌اي شبيه به سنگهاي "پرتلند" بوجود آورد .
با سوزاندن مخلوطهاي گوناگون سنگ آهك و خاك رس طي سالهاي بعد تجربيات بيشتري در اين زمينه بدست آمد .
در سال 1824 "ژوزف آسپدين" با سوزاندن مخلوط 1 به 3 سنگ آهك و خاك رس به مواد بهتري دست يافت . در شيوه او , عمل سوزاندن در كوره‌ها با چنان حرارتي صورت مي‌گرفت كه مواد ذوب شده پس از سرد شدن به صورت ذرات ريزي در مي‌آمدند . ماده بدست آمده كه به صورت پودري نرم بود , وقتي با آب مخلوط مي‌شد , پس از چند ساعت سفت و سخت مي‌شد . اين محصول شباهت زيادي به سنگهاي آهكي مستخرج از معدن جزيره "پرتلند" در انگلستان داشت , از اينرو به سيمان "پرتلند" معروف گرديد و وجه تسميه سيمانهاي پرتلند امروزي نيز از اينجا آغاز مي‌شود .
اولين بناي ساخته شده با اين نوع سيمان , بناي پارلمان انگلستان است كه در فواصل سالهاي 52-1840 احداث گرديده است .
توليد سيمان پرتلند به سرعت در سرتاسر كشورهاي اروپايي و آمريكاي شمالي گسترش يافت . در حال حاضر نيز سيمان پرتلند عمده ترين سيمان توليدي در جهان است و موارد مصرف عام تري دارد .
بعدها "دكتر بوك" رئيس موسسه تحقيقات استاندارد سيمان آمريكا كه به "پدر سيمان" معروف است تركيبات اصلي سيمان را شرح داد كه مورد تاييد صاحبان صلاحيت قرار گرفت .
از آن پس در كشورهاي پيشرفته تحقيق و پژوهش پيرامون ساخت انواع جديدي از سيمان و بالا بردن كيفيت محصولات و رشد و توسعه تكنولوژي ساخت سيمان همچنان ادامه داشته است
امروزه سيمان از نظر وزن بزرگترين محصول صنعتی بشری محسوب می شود
تاريخچه صنعت سيمان در ايران
ايرانيان نيز از ديرباز با خواص خاك رس و سنگ آهك بعنوان مواد اوليه اصلي سيمان آشنايي داشته‌اند و از مخلوط آب , آهك و خاكستر و خاك رس ملاتي تهيه مي كردند كه در لهجه‌هاي محلي از آن به "ساروج" , "سارو" و اسامي ديگري ياد شده است . از اين ملات جهت استحكام و آب‌بندي در ساختمان حمامها , آب‌انبارها , حوضها و ساختمانهاي مهم استفاده مي‌شده است .
در ساختمان "سد دز" بر روي رود كارون كه در زمان شاهپور دوم ساخته شد و "بند امير" كه در زمان عضدالدوله ديلمي بنا گرديد , همچنين در ساختمان آب‌انبارهاي قديمي از تركيبات مشابه سيمان استفاده شده است .
توليد سيمان در ايران از سال 1312 با بهر‌ه برداري از كارخانه سيمان ري به ظرفيت 100 تن در روز آغاز و با گذشت زمان و در روند رشد و توسعه كشور نقش و اهميت اين صنعت و توليد و مصرف سيمان رو به فزوني نهاده است .
در حال حاضر ايران داراي 35 واحد كارخانه توليد سيمان به ظرفيت سالانه 576/32 ميليون تن مي‌باشد و 10 كارخانه توليد سيمان نيز در حال احداث مي‌باشند .
ظرفيت توليد سيمان كشور با اجراي طرحهاي مذكور تا سال 1381 به 114000 تن در روز و 6/37 ميليون تن در سال افزايش يافت .
ايران در سال 1378 با توليدي معادل 39/1 درصد توليد جهاني , مقام پانزدهم كشورهاي توليدكننده سيمان جهان و مقام هشتم را در كشورهاي توليدكننده سيمان قاره آسيا كسب كرده است
سهم توليد سيمان ايران در جهان روند رو به رشدي داشته و از 04/0 درصد در سال 1950 به 42/1 درصد در سال 1998 افزايش يافته است .
مواد اوليه سيمانهاي پرتلند
سيمان پرتلند عمدتا" از تركيبات آهك (اكسيد كلسيم) ، همراه با سيليس (اكسيد سيليس) و آلومينيوم (اكسيد آلومينيوم) تشكيل شده است . آهك مورد نظر از مواد خام آهكي و اكسيدهاي ديگر نيز از مواد رسي بدست مي‌آيد .
از مواد خام ديگري چون خاك سيليس ، اكسيد آهن و بوكسيت نيز مي‌توان در مقادير كمتر و براي بدست آوردن تركيب مورد نظر استفاده نمود . ماده خام ديگر سنگ گچ است ، كه تا حدود 5 درصد آن در طي آسياب كردن به "كلينكر" سيمان پخته شده اضافه ميگردد تا زمان گيرش سيمان را كنترل نمايد .
مواد خام بكار رفته در توليد سيمان چنانچه بصورت سنگ سخت باشد ، مانند سنگ آهك ، سنگهاي رسوبي لايه‌اي ، و بعضي سنگهاي رسي ، يا از معدن استخراج شده و يا با انفجار بدست مي‌آيند . بعضي از ذخاير را با استفاده از روشهاي زيرزميني استخراج مي‌نمايند . سنگهاي نرم‌تري چون گچ و رس مستقيما" توسط معدنچيان از ديواره معدن جدا مي‌شود . مواد استخراجي از معدن را با استفاده از كاميون ، واگنهاي حمل قطار و نوارهاي نقاله به آسيابهاي سنگ‌شكن و خردكن منتقل مي‌نمايند .
سنگ آهك و خاك رس اجزاء اصلي مواد اوليه توليد سيمان پرتلند را تشكيل مي‌دهند و از مواد ديگر بصورت افزودني و تنظيم‌كننده استفاده مي‌شود .