سیمان پرتلند چیست
سیمان یکی از اصلی‌ترین مواد و مصالح در صنعت ساختمان‌سازی است و از ترکیب آن با مواد دیگر بتن ساخته می‌شود. یکی از انواع مهم سیمان که در صنعت ساخت‌وساز کاربرد فراوانی دارد، سیمان پرتلند است. در این مقاله قرار است به شما توضیح دهیم سیمان پرتلند چیست و کاربرد و مزایای آن را بررسی کنیم. اگر مهندس ساختمان هستید یا شغل شما در ارتباط با صنعت ساختمان‌سازی است، خواندن ادامه این مقاله را از دست ندهید.
سیمان پرتلند چیست؟
در پاسخ به سؤال پرتکرار شما مبنی‌بر اینکه «سیمان پرتلند چیست؟» باید بگوییم که سیمان پرتلند از پرکاربردترین مصالح ساختمانی به شمار می‌آید و اصلی‌ترین ماده تشکیل‌دهنده بتن نیز محسوب می‌شود. استفاده از سیمان به هزاران سال پیش برمی‌گردد؛ اما اولین‌بار در قرن نوزدهم میلادی و سال 1824 یک معمار بریتانیایی به نام ژوزف اسپین طرحی اصلاحی برای آهک هیدرولیک پیشنهاد داد که بعدها به‌عنوان سیمان پرتلند به ثبت رسید. او نام پرتلند را از روی نام جزیره پرتلند در انگلستان روی این نوع از سیمان گذاشت؛ چراکه ظاهر آن شباهت بسیاری به رنگ کانسارهای آهکی جزیره پرتلند داشت.
عکسی از دیوار ساخته شده با سیمان پرتلند
ترکیب های شیمیایی موجود سیمان پرتلند
حال که دانستید سیمان پرتلند چیست، در ادامه به شما می‌گوییم که سیمان پرتلند برای مقاوم سازی سازه ها چه ترکیب‌های شیمیایی‌ای دارد. سیمان‌های پرتلند از 4 ماده ترکیبی، که در پایین آن‌ها را نام می‌بریم، تشکیل می‌شوند.
1. تترا آلومینوفریت کلسیم با فرمول Ca4OAl2O3Fe2O3 =C4AlFe
2. تری کلسیم آلومینات با فرمول C3Al= CaOAl2O3
3. دی كلسیم سیلیكات با فرمول 2CaOSiO2 =C2S
4. تری كلسیم سیلیكات با فرمول 3O2 =C3S
کمی آهک و منیزیم ترکیب‌نشده و مقداری مواد قلیایی و عناصر جزئی دیگر نیز در ترکیبات شیمیایی سیمان پرتلند وجود دارند ولی 4 مورد گفته‌شده از اصلی‌ترین ترکیب‌های تشکیل‌دهنده در سیمان‌های پرتلند هستند.
بررسی فرآیند تولید سیمان پرتلند
در ادامه این مقاله و بعد از آشنایی با موضوع «سیمان پرتلند چیست» شما را با فرآیند تولید و ترکیب سیمان پرتلند آشنا می‌کنیم. تولید سیمان‌های پرتلند در 5 مرحله انجام می‌شود که در پایین همه مراحل آن را توضیح می‌دهیم.
1. تهیه مواد اولیه
اولین و مهم‌ترین ماده‌ای که برای تولید سیمان پرتلند نیاز خواهد بود، سنگ آهک است که از معادن استخراج و به قطعه‌های کوچک خرد می‌شود، سپس آن را به کارخانه تولید سیمان منتقل می‌کنند. در کارخانه این قطعه‌های سنگ آهک به اندازه 5 تا 10 میلی‌متر خرد و ریز می‌شوند، سپس ناخالصی‌ها و دی‌اکسیدکربن را با حرارت بسیار بالا از سنگ‌آهک حذف می‌کنند. در این فرآیند گرمادهی، کربنات کلسیم به اکسید کلسیم تبدیل می‌شود و در مرحله بعدی با سایر مواد تشکیل‌دهنده این سیمان ترکیب خواهد شد تا کلینکر تولید کند.
2. همگن سازی
با آسیاب مخصوص سیمان، سنگ آهک و خاک رس آسیاب و با یکدیگر ترکیب می‌شوند. بعد از آسیاب شدن، اندازه ذره‌های آن حدوداً 0.5 سانتی‌متر و کاملاً همگن خواهند شد.
3. کلینکریزاسیون
ترکیب همگن به‌دست‌آمده به کوره‌هایی با دمای حدود 1450 الی 1600 درجه سانتی‌گراد منتقل می‌شود و به‌طور ثابت و یکنواخت در معرض گرما قرار می‌گیرد تا کاملاً ذوب شود. حال محصولی به شکل قطعه‌های 1 الی 3 سانتی‌متری داریم که به آن کلینکر می‌گویند.
4. خنک کردن
بعد از کلینکریزاسیون که در دمای بسیار بالا انجام می‌شود، باید مواد را خنک کرد تا ادامه فرآیند ساخت این سیمان انجام شود.
5. ترکیب و آسیاب نهایی
در مرحله آخر کلینکر خنک‌شده را با گچ مخلوط و آسیاب می‌کنیم تا به‌این‌ترتیب سیمان پرتلند آسیاب و یکدست و برای استفاده آماده شود.
مزایای سیمان پرتلند چیست؟
استفاده از سیمان‌های پرتلند در طراحی و اجرای سازه مزایای فراوانی دارد که در ادامه به چند مورد از آن‌ها اشاره می‌کنیم.
1. خواص هیدرولیکی
وقتی سیمان‌های پرتلند با آب ترکیب شوند، تا زمانی که کاملاً سفت‌وسخت نشده‌اند واکنش شیمیایی آن‌ها متوقف نمی‌شود؛ بنابراین در شرایط مرطوب و در دمای اتاق این سیمان همچنان قابلیت پخت دارد.
2. دوام و مقاومت
سیمان پرتلند در برابر هر نوع شرایط آب‌وهوایی مقاوم است و عملکرد، حجم و ظاهر خود را حفظ می‌کند.
3. چسبندگی زیاد
سیمان پرتلند بعد از عمل‌آوری و سفت شدن چسبندگی فوق‌العاده‌ای دارد و غیرممکن است پیوند شیمیایی این سیمان با مواد دیگر مانند فولاد، آجر، سنگ و غیره بشکند.
4. عایق صوتی
سیمان‌های پرتلند خاصیت آکوستیک دارند و اگر به‌درستی اجرا شوند، یک عایق صوتی خوب به‌حساب می‌آیند.
انواع سیمان پرتلند
سیمان‌های پرتلند مانند همه سیمان‌های دیگر انواع مختلفی دارد که در ادامه مقاله مهم‌ترین انواع سیمان پرتلند را برای شما معرفی می‌کنیم.
سیمان پرتلند سفید
به‌طور کلی رنگ سیمان پرتلند، خاکستری است. در فرآیند تولید سیمان پرتلند سفید از نوع کوره و روش آسیاب کلینکر متفاوتی استفاده و با روش‌هایی خاص از عواملی که باعث تغییر رنگ سیمان می‌شود جلوگیری به عمل می‌آید. در ترکیب‌های سیمان سفید گچ بیشتری مصرف می‌شود و مقاومت آن در برابر رطوبت بالاتر از سیمان پرتلند خاکستری است. در ادامه برخی از کاربردهای سیمان سفید را لیست کرده‌ایم.
- استفاده از سیمان پرتلند سفید در نمای ساختمان‌ها به دلیل رنگ زیبا و هزینه مقرون‌به‌صرفه بسیار رایج است.
- از این سیمان برای تولید بلوک AAC (بلوک هبلکس) استفاده می‌شود. برای تولید بلوک AAC یا همان بلوک هوادار بتنی اتوکلاو شده، سیمان سفید را در تونل اتوکلاو با آهک و پودر سیلیس ترکیب می‌کنند.
- با توجه به مقاومت این سیمان در برابر آب نسبت به تیپ 2، از آن برای بندکشی بعد از نصب سنگ و کاشی و سرامیک استفاده می‌شود.
- برای تولید انواع پنل‌های فایبر سمنت برد، از نوع سفید این سیمان استفاده می‌شود. این پنل‌ها در نمای ساختمان به کار می‌روند و ضخامتی حدود 6 تا 18 میلی‌متر دارند.
سیمان پرتلند نوع سفید درجه کیفی و نرخ‌های گوناگونی دارد و به دو شکل فله‌ای و کیسه‌ای به فروش می‌رسد. نوع کیسه‌ای آن در بازار به‌صورت بسته‌هایی با وزن 25، 40 و 50 کیلوگرمی موجود است و به‌صورت فله‌ای نیز با بونکر حمل سیمان به ظرفیت 24 تن عرضه می‌شود.
سیمان پرتلند پوزولانی
سیمان پرتلند پوزولانی از ترکیب و آسیاب کردن پرتلند معمولی با خاک طبیعی یا مصنوعی ساخته می‌شود. سیمان پرتلند پوزولانی مقام و مستحکم است ولی ارزان‌قیمت و مقرون‌به‌صرفه به شمار می‌آید؛ به همین خاطر در پروژه‌هایی از جمله پروژه‌های سدسازی که به حجم بالای بتن‌ریزی نیاز است استفاده می‌شود. انواع دیگر سیمان پرتلند پوزلانی عبارت‌اند از:
- سیمان پرتلند روباره
- سیمان پرتلند آهن‌گدازی
- سیمان برقی
هرکدام از انواع سیمان‌های پرتلند پوزولانی مواد شیمیایی خاصی دارند، روش تولیدشان با یکدیگر متفاوت است و کاربردهای گوناگونی دارند.
عکسی از سیمان پرتلند پوزولانی
سیمان پرتلند مرکب
سیمان پرتلند مرکب از لحاظ شیمیایی مانند سیمان پوزولانی و از لحاظ ساختاری مانند سیمان معمولی است. این نوع سیمان نرمی زیادی دارد و تمام منافذ بین شن و ماسه را پر می‌کند تا از ترک‌خوردگی جلوگیری شود. از مزایای مهم این سیمان می‌توان به موارد پایین اشاره کرد:
- مانع نفوذ آب می‌شود.
- شوره نمی‌زند.
در کنار این مزایا، سیمان پرتلند مرکب معایبی نیز دارد که در ادامه برخی از آن‌ها را ذکر می‌کنیم:
1. زمان گیرش آن بالاست.
2. در روز‌های ابتدایی مقاومت پایینی دارد.
3. ممکن است دچار فرسایش و هوازدگی شود.
4. در مقیاس بزرگ بتن‌ریزی، نمی‌توان از آن استفاده کرد.
5. هیدراتاسیون آن حرارت زیادی تولید می‌کند.
تفاوت سیمان پرتلند تیپ 1 و 2 چیست؟
در ایران سیمان پرتلند در 5 نوع و تیپ اصلی تولید می‌شود و سیمان پرتلند تیپ 2 از پرمصرف‌ترین نوع آن‌ها در صنعت ساختمان‌سازی به شمار می‌آید. معمولاً در ساخت بتن و قطعات بتنی از سیمان پرتلند نوع 2 استفاده می‌شود.
سیمان پرتلند تیپ 1 نسبت به تیپ 2 ارزان‌تر است؛ بنابراین گاهی با توجه به بودجه ساخت‌وساز، از نوع یک آن استفاده می‌شود ولی به‌هیچ‌وجه استفاده از آن برای ساخت بتن توصیه نمی‌شود و مجاز نیست. از سیمان پرتلند نوع 1 فقط در کار‌های سبک بنایی استفاده می‌شود.
استاندارد سیمان پرتلند؛ استانداردهای ملی و جهانی
سازمان بین‌المللی استاندارد جهانی ISO و سازمان استاندارد مواد و مصالح آمریکا ASTM معتبرترین استانداردها را در خصوص سیمان پرتلند توصیه می‌کنند. سازمان ملی استاندارد ایران نیز جزو قوی‌ترین استانداردهای جهانی است و تمام کارخانه‌های تولید سیمان پرتلند در داخل کشور ملزم به رعایت این قوانین هستند.
بر اساس مقررات ملی ساختمان و همچنین استاندارد ملی ایران از شماره 389 تا 394، تولید سیمان پرتلند منطبق بر ضوابط و شرایط خاصی صورت می‌گیرد. طبق این قوانین موارد زیر موردبررسی قرار می‌گیرد تا کاملاً اصولی و استاندارد باشد:
1. خصوصیات کلی سیمان پرتلند طبق استاندارد ملی شماره 389
2. میزان نرمی سیمان‌های پرتلند طبق استاندارد ملی شماره 390
3. میزان انبساط انواع سیمان‌های پرتلند طبق استاندارد ملی شماره 391
4. زمان گیرش این سیمان طبق استاندارد ملی شماره 392
5. مقاومت فشاری سیمان پرتلند طبق استاندارد ملی شماره 393
6. میزان هیدراتاسیون سیمان‌های پرتلند طبق استاندارد ملی شماره 394
بر اساس استاندارد باید وزن هر کیسه از سیمان خاکستری پرتلند 50 کیلوگرم باشد و روی آن نوع و تیپ سیمان به همراه تاریخ تولید ذکر شود.
نحوه انبار کردن سیمان پرتلند چگونه است؟
طبق استاندارد ملی شماره 2761، برای نگهداری نوع کیسه‌ای سیمان پرتلند باید آن‌ها را در انبارهای خشک و خنک بافاصله حداقل 10 سانتی‌متری از کف نگهداری کنید. در مناطق خشک، کیسه‌ها باید حدود 5 سانتی‌متر از هم فاصله داشته باشند و حداکثر قبل از 3 ماه مصرف شوند. در مناطق مرطوب کیسه‌ها باید بدون فاصله کنار هم قرار بگیرند و نهایتاً ظرف مدت 45 روز استفاده شوند.
سیمان پرتلند فله‌ای نیز باید در سیلوهای استاندارد مخصوص این کار نگهداری شود و هر تیپ این سیمان یک سیلو مخصوص به خود را داشته باشد و جداگانه نگهداری شود. نوع فله‌ای سیمان پرتلند را نباید بیش از سه ماه در سیلو نگه داشت و باید قبل از این مدت، مصرف شود.
استفاده از سیمان پرتلند در صنعت ساختمان سازی
در این مقاله سعی کردیم به سؤال پرتکرار شما مبنی بر اینکه سیمان پرتلند چیست پاسخ دهیم، مزایا و معایب سیمان پرتلند را برشمریم و انواع آن را بررسی کنیم. همچنین شما را با استاندارهای تولید و نگهداری سیمان‌های پرتلند آشنا کردیم و نحوه نگهداری این سیمان‌ها را توضیح دادیم. با توجه به کاربرد فراوان و متنوع سیمان پرتلند، امیدواریم مطالبی که در این مطلب به شما گفتیم برایتان مفید بوده باشد. خوشحال می‌شویم پرسش‌ها و پیشنهاد‌های خود را با ما به اشتراک بگذارید.
سؤالات متداول
1. چه موارد ایمنی را باید هنگام استفاده از سیمان های پرتلند باید رعایت کرد؟
سیمان‌های پرتلند به‌شدت خورنده هستند و نباید با پوست، چشم و دستگاه تنفسی در تماس باشند. هنگام کار با سیمان پرتلند از تجهیزاتی استفاده کنید که مانع تماس مستقیم شما باسیمان شود.
2. آزمون شناور بودن سیمان چیست؟
آزمون شناور بودن سیمان برای آزمودن مرغوبیت و کیفیت سیمان به کار می‌رود و به این شکل است که مقداری از سیمان پرتلند را در یک ظرف پر از آب می‌ریزند، اگر سیمان مرغوب باشد ذره‌های آن باید قبل از ته‌نشینی مدتی شناور باقی بمانند