مواد اولیه سیمان چیست؟

سیمان چیست؟

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. 

سیمان تولید و مصرف جهانی دارد و بالا ترین خرید و فروش را در بین مصالح ساختمانی دارد.
سیمان نقش یک ماده چسبانک را دارد که در اثر آب سیمان مثل چسب می شود و باعث پیوند خوردن مصالح می شود.
در چندین سال اخیر خرید و فروش و تولید سیمان رشد چشمگیری داشته به طوری که تعداد فروش آن  از چندین میلیارد تن گذشته و روز به روز افزایش بیشتری دارد. گفته می شود که در یکی از شرکت های فروش سیمان خارج از کشور فقط در سه ماه 1.8 میلیارد تن سیمان فروخته شده است. 
در این مقاله مرحله به مرحله تولید سیمان نوشته شده است.

تاریخچه سیمان 

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.

سیمان در صنایع ساختمانی 

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. 

مواد اولیه سیمان پرتلند : 

شامل سنگ آهک ، خاک رس ، آلوویم ، شن ها ، آهک نرم ، مواد رسی دیگر مثل روباره و خاکستر ها.

سنگ آهک :

بخش زیادی از این سنگ از کلسیم کربنات شکل گرفته است. آهک به خوبی با فلزات ترکیب می شود و از آن به عنوان ملات هم میتوان استفاده کرد.

خاک رس :

رس ذرات کوچک دارد که با اضافه کردن آب/رطوبت شکل پلاستیکی می گیرد و می شود به آن شکل داد.

آلوویم :

آلوویم می تواند با عنصر های دیگر ترکیب شود و کربنات کلسیم در آن مقدار بالایی دارد.

شن ها :

شن از ماسه درشت تر است و مکان آن سواحل ، رودخانه و... است و به راحتی می توان آن را یافت.

مواد اولیه سیمان از معادن استخراج شده و در کارخانه ها می روند و بعد از خرد شدن در انبار مخصوص می رود
بعد آنها را  مخلوط کرده و وارد آسیاب می کنند سيلوهای بتنی ذخیره می شود.
سپس آنها را وارد کوره می کنند که این کوره از پیش گرمکن و استوان دوار و استوانه تشکیل می شود
وقتی وارد کوره شد پخته شده و به شکل دانه های تیره رنگ خارج می شود و به سمت آسیاب سیمان می رود و با کمی سنگ گچ پودر می شود و سپس سیمان تولید می شود
در سیمان اکسید آلومینیوم ، اکسید سلیسیم ، اکسید سدیم ، اکسید پستاسیم ، اکسید کلسیم ، اکسید منیزیم و اکسید آهن وجود دارد.

انواع سیمان :

سیمان پرتلند : این سیمان برای انجام کار های معمولی و غیر خاص استفاده می شود.

سیمان اصلاح شد :

از سیمان معمولی مقاوم تر است و از این در ساختمان هایی که حجم بالایی دارد میتوان استفاده کرد این سیمان حرارت کمتری را تولید می کند.

سیمان زود گیر:

این سیمان از سیمان نوع یک بسیاد ریزتر است و گیرایی بالایی در برابر حرارت دارد.

سیمان کم حرارت:

سیمان کم حرارت گیرایی کنتری دارد و در جاهایی که میزان گیرایی حرارت اهمیت زیادی دارد استفاده می شود.

سیمان ضد سولفات:

این سیمان که از نامش هم پیداست در جاهایی که ساختمان ها در معرض حمله سولفات ها قرار دارند استفاده می شود