هميشه زمانی که صحبت از سيمان می شود اين سئوال مطرح است که سيمان چيست و چگونه اکسير آبادانی دست يافته است و آن را به اشکال مختلف به کار می برد. با اندکی مطالعه و تحقيق بر آن شدم تا علاوه بر تعريفی از اين ماده، تقويم پيدايش و سير تکامل فرمول های مختلف آن را بيان کنم تا شايد در جهت بالا بردن سطح کمی و کيفی کادر فنی و مجرب صنايع سيمان کشور به کار آيد و نکته مهمتر اينکه در فکر توسعه موارد مصرف اين ماده اعجاب انگيز برآئيم تا اجرای پروژه های کشاورزی، عمرانی، صنعتی و ... هرچه سريعتر با بهترين کيفيت به اجرا برسد.
سيمان چيست؟

سيمان گردی است نرم، جاذب آب و اينکه قابليت به هم چسباندن ذرات را به يکديگر به وجود می آورد که در نتيجه جسم صلب و يکنواختی را پديد می آورد. براين اساس سيمان ترکيبی است از اکسيد کلسيم (آهک) با ساير اکسيدها نظير اکسيد آلومينيوم اکسيد سيليسم، اکسيد آهن، اکسيد منيزيم و اکسيدهای قليائی که ترکيبی با آب را دارا می باشد و در مجاورت با هوا و همچنين در زير آب به تدريج سخت می گردد و دارای مقاومت بالائی می شود به طوريکه در زمانی حدود ٢٨ روز که در زير آب باشد دارای مقاومتی حداقل ٢٥٠ کيلو گرم بر سانتی متر مربع می گردد.
بنا به مطالعات پديد آمده قدمت استفاده از سيمان در رم قدم بوده است به طوريکه مخلوطی از خرده سنگ و آهک پخته درست می کردند و از ترکيب اين مخلوط با آب، بتن حاصل گرديده است و از بتن بدست آمده در مراحل اجرائی کارهای ساختمانی استفاده می شده است.
تاريخچه سيمان:

در اواخر قرن هيجدهم به منظور آشنائی با خواص هيدروليکی ملاتهای ساختمانی گامهای موثری توسط مهندس انگليسی جوانی به نام جان اسميتون ( John Smeaton ) برداشته شد و در سال ١٧٦٩ ميلادی مطالعاتی در زمينه خواص ترکيبی موجود در خاک رس، گيرش هيدروليکی و خاصيت سخت شدن اين ترکيبات به عمل آمد که در نتيجه مواد جديد حاصله، سيمان ( Cement ) نامگذاری گرديد.
پس از نتايج بدست آمده در سال ١٨٠٢ ميلادی اولين کارخانه سيمان در انگليس بنا شد که به جهت سعی و تلاش يک شيميدان معروف به نام فردريچ جان ( friedrich John ) با بالا بردن کيفيت پخت سيمان و همچنين ازدياد درجه حرارت دمای کوره و خردايش بهتر مواد، سيمان مرغوبتری را بدست آورد. و اما ٢٣ سال بعد يعنی در سال ١٨٢٥ يک بنای جوان آجرچين بنام ژوزف آسپدين ( Joseph Aspdin ) موفق شد از پخت مخلوط سنگ آهک و خاک رس (به صورت دو غالب) در درجه حرارت بالا به نوعی آهک آبی بی نظير دست پيدا کند و اين شخص، اين محصول را سيمان پرتلند ناميد و اولين کارخانه سيمان پرتلند را بنا کرد و همچنين اين روش را به نام خودش به ثبت رسانيد. بنابراين اولين کارخانه سيمان در کشور انگلستان تاسيس گرديد، خالی از لطف نيست که بدانيم اولين کارخانه سيمان آلمان در سال ١٨٥٥ توسط دکتر هرمان بليب تره ( Dr.Hermann Bleibtrev ) در اشتاين اجرا گرديده است. و همچنين اولين کوره دوار سيمان در دنيا در سال ١٩٠٣ ميلادی در کارخانه سيمان Adler شروع به کار کرد حال پس از تعريف مختصری از سيمان و تاريخچه آن به بررسی تقويم تاريخی بدست آمدن سيمان و بتون به نامهای غير از اينها در ادوار گذشته قبل و بعد از ميلاد مسيح می پردازيم تا بدانيم که انسان گذشته نيز به منظور استقامت بخشيدن به محل زندگی خود و همچنين سازه های جانبی دست ساز خودشان اهميت ويژه ای قائل بوده است.
سیمان پرتلند نوع 1 ( سیمان پرتلند معمولی ) P.C - type I :

در مواردی به کار می رود که هیچ گونه خواص ویژه مانند سایر انواع سیمان مورد نظر نیست.
سیمان پرتلند نوع 2 ( P.C - type II ) :

برای استفاده عمومی و نیز استفاده ویژه در مواردی که گرمای هیدراتاسیون متوسط مورد نظر است.
سیمان پرتلند نوع 3 ( P.C - type III ):

برای استفاده در مواقعی که مقاومت های بالا در کوتاه مدت مورد نظر است.
سیمان پرتلند نوع 5 ( P.C - type V ) :

در مواقعی که مقاومت زیاد در مقابل سولفات ها مورد نظر باشد استفاده می شود.
سیمان سفید ( White Cement ) :

برای استفاده در سطح ساختمان ها و مواقعی که استفاده از سیمان های بدون رنگ با مقاومت های بالا مورد نیاز باشد. از این سیمان در تولید انواع سیمان های رنگی استفاده می شود
سیمان سرباره ای ضد سولفات SR. slag Cement ) :

در مواقعی که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و یا حرارت هیدراتا سیون متوسط مورد نظر است، استفاده می گردد
سیمان پرتلند - پوزولانی ( P.P.Cement ) :

در ساختمان های بتنی معمولی و بیشتر در مواردی که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و حرارت هیدراتاسیون متوسط مورد نظر باشد استفاده می شود.
سیمان پرتلند - آهکی ( P.K.Z.Cement ):

این نوع سیمان در تهیه ملات و بتن در کلیه مواردی که سیمان پرتلند نوع 1 به کار می رود قابل استفاده است. دوام بتن را در برابر یخ زدن، آب شدن و املاح یخ زا و عوامل شیمیایی بهبود می دهد.
سیمان بنائی ( Masonry Cement ) :

برای استفاده در مواقعی که ملات بنائی با مقاومت های کمتر از سیمان پرتلند نوع 1 مورد نیاز است.
سیمان نسوز 450 ( Rf Cement 450 ) :

حاوی بیش از 40% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای کلسیم آلومینات، برای مصرف به عنوان ماده نسوز در صنایع حرارتی استفاده می شود.
سیمان نسوز 500 ( Rf Cement 500 ) :

حاوی بیش از 70% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای CA2,CA برای مصرف به عنوان ماده نسوز با درصد خلوص بالا در صنایع حرارتی و آتمسفرهای CO.H2 به کار می رود.
سیمان نسوز 550 ( Rf Cement 550 ):

این سیمان ها برای درزگیری چاه های نفت به کار می روند. عمده این نوع سیمان ها دیرگیر بوده و در برابر دماها و فشارهای بالا مقاوم می باشند. این سیمان ممکن است در حفره چاه های آب و فاضلاب نیز به مصرف برسد.
سیمان

سيمان ماده‌ای چسبنده است که قابليت چسبانيدن ذرات به يکديگر و بوجود آوردن جسم يک پارچه از ذرات متشکله را دارند و از ترکیب مصالح آهکی، رس، سيمان داراى آن چنان جامعيتى است که مى تواند شامل انواع چسبها از جمله چسبهاى مايع که در چسبانيدن قطعات سنگ يا سنگ و فلزات به يکديگر بکار مى روند نيز بشود.
نمونه اى از اين چسبها در صنعت سيمان در کار گذاشتن آجر نسوز در کوره سيمان مورد مصرف دارد و خاصيت اصلى آن اين است که آجر نسوز ( که يک جسم سراميکى است ) را به بدنه کوره ( آهن ) مى چسباند، همچنين انواع سيمان هاى ديگر که در دندانپزشکى مورد مصرف دارند، از جمله چسب ها مى باشد. آنچه که از کلمه سيمان در اين متن مورد نظر است، آن نوع از سيمان ها است که داراى ريشه آهکى مى باشند. به عبارت ديگر سيمان هايى که ماده اصلى تشکيل دهنده آنها آهک و ماده اوليه اصلى آنها سنگ آهک است. بر اين اساس سيمان ترکيبى است از اکسيد کلسيم ( آهک ) با ساير اکسيدها نظير اکسيد آلومينيم، اکسيد سيليسيم، اکسيد آهن، اکسيد منيزيم و اکسيدهاى قليايى که ميل ترکيب با آب داشته و در مجاورت هوا و در زير آب بمرور سخت مى گردد و داراى مقاومت مى شود.
با توجه به مشخصه فوق سيمان مى تواند داراى ترکيبات متفاوتى باشد و اصولا جزوملاتهاى آبى محسوب مى گردد. ملاتهاى آبى از دوران گذشته شناخته شده بودند، از جمله اين ملاتها آهک است که مصرى ها و يونانى ها با مخلوط کردن آن با خاکستر آتش فشانى، خاک آجر و آب به نوعى آهک آبى دست مى يافتند که خاصيت سخت شدن و فشار پذيرى داشت. با بکار بردن اين ساروج رومى ها توانسته اند ساختمانهاى عظيمى بسازند که هنوز بقاياى آنها پس از گذشت چند هزار سال پا بر جا و قابل مشاهده است.
1- مواد اوليه سيمان پرتلند

مواد اوليه سيمان پرتلند اساسا شامل مواد آهکى و رسى مى باشند. بدين معنى که در تهيه سيمان پرتلند از مواد خامى استفاده مى شود که حاوى کربنات کلسيم و ترکيبات آلومينيوسيليکات ها باشند.
2-استخراج مواد اوليه

معادن مواد اوليه سيمان، خصوصا سنگ آهک، خاک رس، مارل، سنگ گچ و امثال آنها به صورت معدن رو
شده و به نام معادلات بوگ معروف می باشد. این معادلات درصد ترکیبات اصلی سیمان را نمایش می دهد.
C 3 S = 4.0710( CaO)-7.6024(SiO 2)-1.4297( Fe 2 O 3)-6.7187( Al 2 O 3
C 2 S = 8.6024( SiO 2)+1.0785( Fe 2 O 3)+5.0683( Al 2 O 3)-3.0710( CaO
C 3 A = 2.6504( Al 2 O 3)-1.6920( Fe 2 O 3
C 4 AF = 3.0432(Fe 2 O 3
خواص ترکیبات اصلی سیمان

سیلیکات ها یعنی C 2 S و C 3 S ترکیبات اصلی و مهم سیمان می باشند و در حقیقت مقاومت سیمان هیدراته شده به آنها بستگی دارد. اکسیدهای تشکیل دهنده این سیلیکات ها تاثیرات مهمی روی شکل اتمی و کریستالی و خواص هیدرولیکی انها دارند. در حقیقت حضور C 3 A در سیمان سودمند نیست. این ترکیب نقشی در مقاومت سیمان، به جز کمی در سن اولیه آن، نداشته و بعد از سخت شدن سیمان در صورت حمله سولفاتی با تشکیل سولفوآلومینات کلسیم (اترینگایت) سبب خرابی بتن می گردد. ولی C 3 A در فرایند تولید در ترکیب اکسیدکلسیم با اکسیدسیلیسیم سهولت ایجاد کرده و سودمند است. C 4 AF که به میزان کمی به وجود می آید در مقابل سه ترکیب دیگر نقش عمده ای در خواص سیمان ندارد. به هرحال این ترکیب با سنگ گج سیمان، سولفوفریت کلسیم تشکیل می دهد که این ماده هیدراتاسیون سیلیکات ها را تسریع می کند.
مراحل تولید سیمان

سيمان ها مواد چسبنده اى هستند که قابليت چسبانيدن ذرات به يکديگر و بوجود آوردن جسم يک پارچه از ذرات متشکله را دارند. اين تعريف از سیمان باگیرش تنظیم شده .
روشهای ساخت سیمان

1. روش تر
2. روش نيمه تر
3. روش نيمه خشک
4. روش خشک
شیمی ترکیبات سیمان

مواد خام تشکیل دهنده سیمان اساسا از اکسیدهایکلسیم و سیلیسیم و آهن تشکیل شده است. این مواد در کوره با هم ترکیب شده و غیر از مقداری آهک آزاد باقی مانده، که فرصت کافی برای فعل و انفعال نداشته است، ترکیبات شیمیایی جدید و پایداری نتیجه می شوند. در هنگام خنک کردن مصالح، براساس سرعت خنک کردن، مواد به صورت بلوری و بی شکل ظاهر می گردند. دانه های بی شکل که اکثرا شیشه ای هستند و دانه های بلوری شده، درحالی که یک فرمول شیمیایی دارند، دارای خواص متفاوتی هستند. برای سیمان معمولی، درصد ترکیبات حاصل از فعل و انفعالات فوق با داشتن درصد اکسیدهای موجود در کلینکر و با فرض اینکه کریستاله شدن کامل انجام پذیرفته باشد قابل محاسبه است.[۵] چهارترکیب اصلی سیمان عبارتند از:تری کلسیم سیلیکات، دی کلسیم سیلیکات، تری کلسیم آلومینات، تترا کلسیم آلومینو فریت؛ که به ترتیب با علائم اختصاری به صورت:
C 4 AF C 3 A C 2 S C 3 S نامیده می شوند.
معادلات بوگ

محاسبه مربوط به میزان ترکیبات سیمان حاصل از اکسیدهای اصلی تشکیل دهنده آن توسط «بوگ» انجام سیلیس و اکسید‌های معدنی در دمای ۱۴۰۰ درجه تا ۱۵۰۰ درجه ٔ سانتی‌گراد ساخته می‌شود. به جسم حاصل، پس از حرارت دیدن کلینگر می‌گویند و از آسیاب کردن آن سیمان بدست آید. اندازه ٔ دانه‌های کلینگر ۲۰ میلی‌متر می‌باشد.
اجزای تشکیل دهنده سیمان
مصالح آهکی (حدود ۶۰ ٪ الی ۶۷ ٪ )
رس (حدود ۳ ٪ الی ۷ ٪ )
سیلیس (۱۷ ٪ الی ۲۷ ٪ )
اکسید‌های معدنی[۲]
اکسید آهن (۰/۵ ٪ الی ۶ ٪ ) Fe2O3
اکسید سدیم (۰/۲ ٪ الی ۱/۳ ٪ ) Na2O
اکسید منیزیم (۰/۱ ٪ الی ۴/۵ ٪ ) MnO
اکسید پتاسیم (۰/۲ ٪ الی ۱/۳ ٪ ) K2O
اکسید آلومینیوم (۳ ٪ الی ۸ ٪ ) Al2O3
انواع سیمان‌

سیمان پرتلند تیپ I
سیمان پرتلند تیپ II
سیمان پرتلند تیپ III
سیمان پرتلند تیپ IV
سیمان پرتلند تیپ V
سیمان پوزولان
سیمان آمیخته
سیمان برقی (پرآلومین)
سیمان رنگی
سیمان سفید
سیمان سرباره‌ای ضد سولفات
سیمان پرتلند آهکی
سیمان بنائی
سیمان نسوز
سیمان چاه نفت
سیمان پرتلند ضدآب
باز مى باشد. در استخراج موادى نظير سنگ آهک، سنگ آهن و سنگ گچ نيز به چال زنى و انجام انفجار بوسيله ديناميت مى باشد.
3-خرد کردن مود اوليه

الف) سنگ شکن هاى متحرک
ب) سنگ شکن هاى ثابت
4- مخلوط کردن اوليه و ذخيره سازى

قبل از اينکه مواد خرد شده در سنگ شکن، راهى آسياب مواد جهت پودر شدن شوند، بداخل سالنى ريخته مى شوند تا بدينوسيله هم مقدمتا با يکديگر مخلوط شوند و هم اينکه، اين سالن نقش انبار و ذخيره سازى را دارا است.
5- خشک کردن مواد اوليه

در برخى کارخانجات سيمان، بدليل موقعيت خاص جغرافيايى و باران خيز بودن منطقه برخى از مواد اوليه ( خصوصا خاک رس ) ، داراى رطوبتى هستند که استفاده مستقيم از آنها امکان پذير نمى باشد.
6- پودر کردن مخلوط مواد خام

در روش خشک توليد سيمان، ضرورت دارد که مواد خام قبل از ورود به کوره به صورت پودر در آيند.
الف) آسياب مواد خام گلوله اى
ب) آسيابهاى غلطکى
7- تنظيم مواد خام
8- سيلوهاى مواد خام

عمل عمده اى که در يکنواخت کار کردن کوره و بالا بردن کيفيت کلينکر و در نهايت سيمان موثر است، يک نواختى ترکيب خوراک کوره، خوب مخلوط شدن و همگن بودن آن مى باشد.
9- پيش گرم کن
10- کوره دوار

قسمت اصلى عمل پختن در کوره صورت مى گيرد. کوره سيمان، يک استوانه فلزى است که طول و قطر آن، متناسب با ظرفيت کارخانه مى باشد.
11- خنک کن ( کولر )

کلينکر خروجى از کوره داراى درجه حرارتى حدود 1000 تا 1200 درجه مى باشد. بازيابى اين مقدار حرارت و همچنين مشکل بودن جابجا کردن کلينکر داغ،
ضرورت سرد کردن آنرا ايجاب مى نمايد. خاصيت اساسى ديگر سرد کردن کلينکر، تکميل و تشکيل کريستالهاى کلينکر و بالا رفتن کيفيت آن مى باشد.
12- سيلو ( انبار ) کلينکر

کلينکر خروجى از خنک کن قبل از ورود به آسياب سيمان، در سيلو، يا انبار، يا سالن ذخيره مى گردد.
13- آسياب سيمان
14- سيلوهاى سيمان
15- بارگير خانه

روشهای ساخت سیمان

روشهاى مختلفى براى توليد سيمان وجود دارد. اصولا چهار روش براى توليد سيمان وجود دارد :
1- روش تر
2- روش نيمه تر
3- روش نيمه خشک
4- روش خشک
روش تر و نيمه تر

در روش تر و نيمه تر خاک رس مصرفى در دستگاه دوغاب ساز ( Wash mill ) ، تبديل به دوغاب مى گردد. سپس دوغاب خاک رس به همراه سنگ آهک در آسياب مواد خام مخلوط و نرم گشته و تبديل به دوغاب با غلظت بيشترى مى شود. پس از تنظيمات لازم توسط آزمايشگاه، بعنوان خوراک کوره مورد مصرف قرار مى گيرد. در روش نيمه تر، مواد خروجى از آسياب مواد به صورت دوغاب است و قبل از ورود به کوره بوسيله فيلتر پرس آب آن گرفته مى شود و بصورت کيک يا آماج ( حبه ) به کوره تغذيه مى گردد.
روش نيمه خشک

در روش نيمه خشک مواد اوليه بصورت خشک با يکديگر مخلوط گشته و به آسياب مواد خام تغذيه مى گردند. مواد خروجى از آسياب مواد به صورت پودر است. قبل از تغذيه اين پودر به کوره مقدارى آب روى آن پاشيده مى شود و آن را به صورت آماج يا حبه در آورده و به کوره تغذيه مى نمايند.
در روش خشک مواد اوليه خشک وارد آسياب مى شود.
پودر خروجى از آسياب مواد، پس از تنظيم، به عنوان خوراک کوره مصرف مى گردد.
روش هاى مختلفى براى توليد سيمان هاى مختلف وجود دارد که عمدتا بستگى به تکنولوژى مورد استفاده و جنس سيمان دارد، تکنولوژى مورد استفاده براى توليد سيمان به مرور دستخوش تحول و پيشرفت بوده است. هم اکنون صنعت سيمان با برخوردارى از آخرين تکنيک هاى اعجاب انگيز، با استفاده از روش خشک و به کمک سيستم هاى اتوماتيک، شاهد پيشرفت هاى شگرف در طول تاريخ 160 ساله توليد صنعتى خود مى باشد. روش توليد برخى سيمان ها نظير سيمان آلومينايى کاملا متفاوت با روش توليد سيمان پرتلند مى با شد
سیمان پرتلند

سیمان پرتلند طبق تعریف ‎ ASTM C 150 ‎ ، نوعی سیمانهیدرولیک است که از پودر کردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی سیمان پرتلند می باشند، بدست می‌آید.
تاریخچه

گرچه استفاده از سیمان (هیدرولیک و غیرهیدرولیک) به چندین هزار سال قبل بازمی‌گردد، اما اولین بار در سال ۱۸۲۴ میلادی ژوزف اسپین معمار بریتانیایی طرح اصلاحی خود را برای آهک هیدرولیک تحت عنوان سیمان پرتلند به ثبت رساند. وی نام پرتلند را به علت تشابه سیمان حاصل با رنگ کانسارهای آهکی
جزیره پرتلند در انگلستان انتخاب کرد.
انواع

استاندارد ASTM C 150 و ‎AASHTO M 85 مشخصات ۸ نوع مختلف سیمان پرتلند را برای کاربردهای مختلف آورده‌اند.
انواع سیمان پرتلند و کاربرد آنها

پرتلند معمولی

پرتلند اصلاح‌شده (دارای مقاومت متوسط در برابر سولفات‌ها)

پرتلند زودگیر (دارای استحکام اولیه بالا)

پرتلند با گرمازایی کم
(دارای گرمای هیدراتاسیون پایین)

پرتلند مقاوم در برابر سولفات (دارای مقاومت خوب در برابر سولفات‌ها)

نوع ۱ به همراه عامل هوادهنده

نوع ۲ به همراه عامل هوادهنده

نوع ۳ به همراه عامل هوادهنده
ترکیب شیمیایی

تصویر شماتیک سطح‌مقطع یک دانه سیمان
فازهای اصلی تشکیل دهنده ٔ سیمان پرتلند
تری‌کلسیم سیلیکات (آلیت) ‎ [۵] ( C 3 S )‏ ۲۰-۷۵ درصد
دی‌کلسیم سیلیکات (بلیت)[۶] ( C 2 S) ۱۵-۴۶ درصد
تری‌کلسیم آلومینات[۷] ( C 3 A) ۴-۱۳ درصد
تتراکلسیم آلومینوفریت[۸] ( C 4 AF) ۸-۱۲ درصد است.
نسبت این فازها بسته به نوع و کاربرد سیمان متغیر است.
اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان پرتلند

اکسید کلسیم شصت تا شصت و هفت درصد ترکیبات سیمان را تشکیل می دهد.
اکسید سیلیسیم ، اکسید آلومینیوم ، اکسید آهن ، اکسید منیزیم
اکسید گوگرد که معمولا به جای سنگ گچ، سولفات مورد نیاز تترا کلسیم آلومینو فریت را برای تشکیل سولفو فریت کلسیم به منظور تسهیل هیدراتاسیون سیمان، تامین می کند. (برای پایین آوردن میزان پسماند نامحلول که توسط اسید کلریدریک مشخص می شود از این ترکیب به جای سنگ گچ استفاده می شود.)
قلیایی های سیمان:

شامل اکسید پتاسیم و اکسید سدیم می باشد که با پاره ای از مواد سنگی در بتن ترکیب شده و سبب خرابی بتن و تغییر در میزان افزایش مقاومت آن می شوند. در نتیجه مقدار کم این ترکیبات نیز بایستی کنترل و به آن اهمیت داده شود.
افزودنی‌ ها (که بعد از تولید کلینکر سیمان به آن اضافه می‌شود)
سولفات کلسیم :

این ترکیب حداکثر به میزان ۳ درصد وزنی در سیمان پرتلند استفاده می‌شود، این ماده با تتراکلسیم آلومینوفریت ترکیب شده و مقدار کمی سولفوفریت کلسیم ایجاد می کند که این ماده هیدراتاسیون سیلیکات ها را تسریع می کند. ضمنا تماس این سولفات با ترکیب تری آلومینات کلسیم موجب ایجاد سولفو آلومینات کلسیم (اترینگایت) می شود که موجب افزایش حجم ملات می گردد. این افزایش حجم در هنگامی که ملات در حالت خمیری است بی ضرر است، اما در صورتی که پس از گیرش ملات ایجاد شود باعث ایجاد سلسله ترک های متوالی و تخریب بتن می گردد.
در نتیجه میزان سنگ گچی که به سیمان اضافه می شود بسیار مهم بوده و بستگی به میزان تری آلومینات کلسیم و قلیایی های سیمان دارد. بالا رفتن ریزی سیمان باعث افزایش میزان سنگ گچ مورد نیاز می شود و افزایش سنگ گچ بنوبه خود سبب انبساط بیش از حد و خرابی سیمان سخت شده می گردد. میزان بهینه سنگ گچ بر اساس حرارت ایجاد شده از فعل و انفعالات سیمان تعیین می شود، و پیشرفت مناسب فعل و انفعالات ما را مطمئن می سازد که وقتی همه سنگ گچ ترکیب می شود مقدار کمی تری آلومینات کلسیم باقی می ماند. آزمایش مشخصی جهت نشان دادن عدم سلامت سیمان به علت وجود سولفات کلسیم اضافی وجود ندارد ولی مقدار آن با روش تجزیه شیمیایی به آسانی قابل محاسبه است. استاندارد BS12 مقدار مناسب سنگ گچ را به صورت میزان SO 3 موجود توصیه می کند
انواع افزودنی های شیمیایی که به سه گروه اصلی زیر تقسیم می شوند:
۱- تندگیر کننده ها که ترکیباتی هستند مانند: کلرور کلسیم، کربنات سدیم، کلرور آلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم و نمک های آهن می باشند.
۲- کندگیر کننده ها: نظیر مشتقات هیدروکربنی نمک های محلول روی، شکر و براتهای محلول
۳-تقلیل دهندگان آب: نظیر اسید هیدروکسی کربوکسیلیک و اسید لیگنوسولفونیک
ایمنی

سیمان پرتلند خورنده است. تماس آن با چشم، پوست و دستگاه تنفسی باعث ایجاد ناراحتی می‌شود. در مورد چشم این امر ممکن است موجب سوزش شیمیایی و حتی در موارد شدیدتر منجر به کوری شود. تماس مکرر و دراز مدت آن با پوست موجب آماس می‌شود
سیمان های پرتلند ضد آب:

این سیمان به رنگ سفید، خاکستری تولید می شود. این نوع سیمان، انتقال مویینه آب را تحت فشار ناچیز یا بدون فشار، کاهش می دهد ولی جلوی انتقال بخار آب را نمی گیرد.
سیمان های با گیرش تنظیم شده:

سیمان با گیرش تنظیم شده به گونه ای کنترل و ساخته می شود که می تواند بتنی با زمان های گیرش از چند دقیقه تا یک ساعت تولید کند.
سیمان های رنگی:

این سیمان ها بیشتر جنبه تزئینی و آرایشی دارند و در نماسازی سیمانی و تولید بتن نمادار به مصرف می رسند.
سيمان پرتلند پوزولاني معمولي ,

مخلوطي است از حداقل 5 و حداكثر 15 درصد پوزولان طبيعي و دست كم 85 درصد كلينكر يا سيمان پرتلند با نرمي مشخص كه در مجاورت آب به صورت جسم چسبنده‏اي در كارهاي ساختماني مصرف مي‏گردد . اين سيمان با نماد " پ پ " نشان داده مي شود ...
افزايش روز افزون جمعيت و نياز به فضاهاي مسکوني، اداري، ورزشي، آموزشي و... امري عادي واجتناب ناپذير ميباشد . در اين راستا ساخت و سازها ، عمليات ساختماني که به صورت ساخت اوليه ، مرمت ، بازسازي موقت ، بازسازي کامل بناها انجام ميگيرد نيازمند علم و دانش فني ، مصالح استاندارد ، اکيپ اجرائي ماهر و تخصص ، آگاهي و شناخت بروز افراد شاغل در بخش ساختمان است .
با توجه به اينکه بتن ، مصالح مناسبي براي امر ساخت و ساز بوده و اهميت بسيار بالايي دارد . شرايط توليد ، مواد اوليه ، مواد ثانويه و مواد مضاف بتن و مهمتر از همه سيمان و جايگزين هاي مناسب براي آن در توليد بتن بايستي مورد مطالعه کاملاً علمي، فني و مهندسي قرار گيرد ، تا هم از نظر بهبود مشخصات بتن و افزايش مقاومت آن پيشرفت هايي حاصل شود ، هم از نظر اقتصادي در هزينه ها صرفه جويي گردد يکي از بهترين راهکارهاي موجود ، يافتن جايگزينهاي مناسب براي سيمان مصرفي در بتن است و در اين زمينه استفاده از منابع و مصالح طبيعي با حفظ محيط زيست و منابع ارزشمند کشور ايده بسيار کارآمد و پرثمري ميباشد .
چنانچه توليد سيمان با شرايط فوق گامي در جهت پيشرفت جامعه بحساب مي ايد ، استفاده و بکارگيري آگاهانه و بجا از آن توسط مهندسين و افراد شاغل در بخش ساخت و ساز کشور نتايج مطلوب تري بدست مي آورد .
سيمان پرتلند پوزولاني و ارزيابي واکنش زائي

سيمان پرتلند پوزولاني معمولي , مخلوطي است از حداقل 5 و حداكثر 15 درصد پوزولان طبيعي و دست كم 85 درصد كلينكر يا سيمان پرتلند با نرمي مشخص كه در مجاورت آب به صورت جسم چسبنده‏اي در كارهاي ساختماني مصرف مي‏گردد . اين سيمان با نماد " پ پ " نشان داده ميشود
. پوزولان يک ماده طبيعي يا مصنوعي حاوي سيليس فعال يا سيليس آلوميناتي است که به تنهايي ارزش چسبندگي ندارد ، ولي بصورت پودر شده و درحضوررطوبت و در دماي معمولي با هيدراکسيد کلسيم واکنش شيميائي حاصل کرده و ترکيباتي را که خواص چسبندگي دارد ، بوجود مي آورد . ماده پوزولاني بايستي بصورت آسياب شده باشد تا درحضور آب با آهک ، سيليکاتهاي کلسيم پايدار با خواص چسبندگي ايجاد کند .
مواد پوزولاني از خاکستر آتشفشاني غيربلورين- پوزلاني اصلي - پودرسنگ ، سنگهاي رسي و چرتهاي اوپاليني ، خاک دياتومه اي کلسينه شده ، خاک رس پخته شده ، خاکستر بادي ودوده سيليسي و غيره بدست مي آيد.
جهت ارزيابي درجه فعاليت واکنش زائي مواد پورولاني با سيمان ، آئين نامه ASTM.C- 618-78 سنجش ضريب فعاليت پوزولاني را توصيه مي نمايد که اين ضريب از تعيين مقاومت مخلوطها با جايگزين نمودن مقدار معيني از سيمان با مواد پوزولاني بدست مي ايد.
مقايسه مقاومت

روند توسعه مقاومت سيمان پرتلند پوزولاني به درجه فعال بودن پوزولان و نسبت سيمان پرتلند در مخلوط بستگي دارد . در سيمان پرتلند پوزولاني هيدراسيون بکندي انجام و حرارت هيدراسيون کمتر دارد و براي بتن هاي حجيم مناسب است . مقاومت اوليه بتن حاوي سيماني که بخشي از آن با مواد پوزولاني جاگزين شده باشد ، کمتر از مقاومت مربوطه بتن حاوي سيمان خالص است و نياز به يک عمل آوري و مراقبت نسبتا" طولاني دارد ولي مقاومت نهائي آن تقربيا" با مقاومت سيمان پرتلند خالص يکسان وبلکه قدري بيشتر است .
مشخصات و خواص سيمان پرتلند پوزولاني

آئين نامه ASTM . C595-79 سيمان پرتلند پوزولاني را بعنوان نوع IP براي کاربردهاي عمومي ساختمانهاي بتني و نوع P را براي مصرف در موارديکه مقاومت اوليه زياد مواد نياز نباشد مانند پايه هاي پل ، سدها ، و شالوده هاي تکي توصيف نموده است .
چگالي سيمان پرتلند عموما" حدود 15/3 است و چگالي سيمانهاي پرتلند پوزولاني حدود 9/2 ميباشد . چگالي سيمان ، که با روش ASTM . C188 تعيين ميشود ، نشانگر کيفيت سيمان نيست و عمدتا" در محاسبات مربوط به تعيين نسبت اجزاي مخلوط بتن بکارمي ايند .
سيمان پرتلند پوزولاني معمولي در حال حاضر با كيفيتي مطلوب و خواص مناسب با مشخصات برتر از شاخص هاي مطرح در استاندارد ملي ايران به شماره 3432 به صورت انبوه در کارخانجات سيمان کشورتوليد مي گردد . اين نوع سيمان حاوي حداکثر 15% پوزولان طبيعي بوده و از خواص ويژه و كاربردي متنوعي برخوردار مي باشد . از خواص ويژه آن به موارد ذيل اشاره مي شود .
دوام و پايايي بتن ساخته شده با سيمان پوزولاني در برابر محيط هاي خورنده و آبهاي شور نسبت به سيمان هاي معمولي ميزان حرارت هيدراتاسيون اين نوع سيمان نسبت به سيمانهاي معمولي پايين تر بوده و در بتن ريزيهاي نسبتاً حجيم كاربرد دارند
در طي زمان وجود پوزولان باعث جذب Ca(OH)2 آزاد شده از فازهاي سيمان شده و از افزايش پوكي و تخلخل تدريجي بتن مي كاهد .
در مواقعي كه شن و ماسه مصرفي استعداد واكنش خطرناك قليايي ـ سيليكاتي را داشته باشند تاحد زيادي از تشكيل اين واكنش خطرناك بين سنگدانه و قليايي هاي سيمان جلوگيري مي كند . اين نوع سيمان ها ضد سولفات اصلاح شده مي باشند .
بتن اين نوع سيمان ها آب بيشتر در خود نگهداشته و آب انداختگي كمتري از خود نشان مي دهند .
مصرف اين سيمان در هواي گرم و مرطوب ، مطلوب مي باشد . به خاطر ويژگي حرارت هيدراتاسيون پايين و ماهيت پوزولان اين نوع سيمان ديرگير بوده و مي بايد مدت بيشتري بعد از بتن ريزي نگهداري شود تا نتيجه ايده آل حاصل گردد .
در بتن ريزي در شرايط آب و هواي سرد به خاطر ويژگي حرارت هيدراتاسيون كمتر ، بايد بتن تازه در برابر يخ زدن محافظت شود تا نتيجه ايده آل حاصل گردد و قالب برداري ديرتر انجام گيرد .
در مواقعي كه براي ساخت قطعات پيش ساخته مانند موزائيك و بلوك استفاده مي شود بايستي به علت ديرگير بودن اين سيمان مدت نگهداري آن طولاني تر باشد .
در عمليات بتن ريزي در دماي کمتر از شش درجه سانتيگراد بايستي از مواد افزودني مناسب استفاده شود .
مقايسه مشخصات شيميايي سيمان پرتلند پوزولاني استاندارد هاي ملي ايران و ASTM

مقايسه مشخصات فيزيكي سيمان پرتلند پوزولاني استاندارد هاي ملي ايران و ASTM

سيمان پرتلند پوزولاني ويژه

سيمان پرتلند پوزولاني ويژه طبق استاندارد ملي ايران به شماره 3432 داراي 15 تا 40 درصد مواد پوزولاني مي باشد . كاربرد اين مقدار پوزولان خواص بسيار مطلوبي به اين سيمان مي دهد كه كاربردهاي ويژه اي را براي آن ايجاد مي نمايد . اين سيمان با نماد " پ پ و " نشان داده ميشود اين سيمان داراي كاربرد گسترده به سبب خواص برتر ذيل مي باشد :
1- دوام و پايداري بتن حاصل در محيط هايي با خورندگي زياد حاوي غلظت بالاي كلر و سولفات بسيار مطلوب مي باشد .
2- به سبب حرارت هيدراتاسيون اوليه كم داراي كاربرد گسترده اي در بتن ريزيهاي حجيم مي باشد .
3- Ca(OH)2 سبب جذب نسبتاً كامل حاصل ازهيدراتاسيون وحذف نسبتاً كامل تخلخل بتن ميگردد .
4- قابليت مصرف بسيار گسترده در مواردي دارد كه شن و ماسه مستعد ايجاد واكنش سيليكاتي ـ قليائي دارند و انجام اين واكنشها را به شدت محدود مي كند .
5- اين نوع سيمان ها قابليت مصرف بالائي در محيط هاي بسيار گرم و مرطوب دارند و نياز به خنك سازي و كاهش درجه حرارت بتن و صرف هزينه زياد در اين مورد براي بتنهاي ساخته شده از اين سيمانها وجود ندارد .
6- با توجه به ماهيت پوزولان و حرارت هيدراتاسيون كم در مورد كاربرد اين سيمانها در هواي سرد و مصارف معمولي بايد زمان بيشتري را براي نگهداري بتن صرف نمود .
مشخصات شيميايي سيمان پرتلند پوزولاني ويژه

مشخصات فيزيكي سيمان پرتلند پوزولاني ويژه
مشخصه شيميايي الزامي
معيار استاندارملي
به شماره 3432 براي سيمان پوزولاني ويژه
سطح مخصوص ( )
3200
انبساط اتوكلاو ( % )
حداكثر 5/0
زمان گيرش اوليه ( دقيقه )
حداقل 45
زمان گيرش نهايي ( دقيقه )
حداكثر 420
مقاومت فشاري 3روزه( )
ـــــ
مقاومت فشاري 7روزه( )
حداقل 150
مقاومت فشاري 28روزه( )
حداقل 275
مقدار پوزولان ( % )
40-16
حرارت هيدراتاسيون ( )
در سن 3 روزه
_
در سن 7 روزه
60
در سن 28 روزه
70
تعيين ميزان پوزولان در سيمان پوزولاني :

براي تعيين پوزولان موجود در سيمان پوزولاني نخست بايد مقدار CaO در نمونه مورد نظر تعيين شود و سپس با استفاده از فرمول زير ميزان پوزولان موجود در نمونه محاسبه گردد .
در اين معادله فرض بر آن است كه مقدار CaO كلينكر سيمان پرتلند مورد مصرف در توليد سيمان پوزولاني 65 درصد مي‏باشد و نمونه افت حرارتي نداشته باشد . در معادله بالا : درصد پوزولان در سيمان
سيمان‌ چاه‌ نفت‌ (استاندارد API 10 ):

اين‌ نوع‌ سيمان‌ شامل‌ چندين‌ گروه‌ بوده‌ و به‌ گونه‌ای‌ طراحی شده‌ كه‌ شرايط‌ دما و فشار بالای ایجاد شده‌ در تزريق‌ چاه‌ نفت‌ را جواب گو باشد. اين‌ سيمان‌ دوغاب‌ با لزجت‌ كم‌ و گيرش‌ کند ایجاد می‌كند كه‌ به‌ منظور سهولت‌ فشار پمپاژ در چاه های عميق‌ تا حد ممكن‌ روان‌ باقی ‌بماند. مقدار کمی‌ C3A دارد. درشت‌ دانه‌ است‌ و نمی‌تواند شامل‌ مواد كمکی‌ برای‌ آسیاب ‌كردن‌ باشد.
سيمان‌ منبسط‌ شده‌ انواع‌ M,K,S :

اين‌ نوع‌ سيمان‌ها برای جلوگیری از انقباض‌ بتن‌ و به‌ حداقل‌ رساندن‌ ترک‌ خوردگی استفاده‌ می‌شود. مقاومت‌ آنها در مقابل‌ سولفات‌ها كم‌ است‌ و فقط‌ براساس‌ سفارش‌ تولید می‌گردد.
سيمان‌ پر آلومينيوم‌ :

اين‌ نوع‌ سيمان‌ به‌ جای‌ سليكات‌های‌ كلسيم‌ دارای‌ آلومينات‌های‌ كلسيم‌ است‌. مقاومت ‌اوليه‌ زيادی‌ دارد (24 ساعته) و دارای خواص‌ نسوز است‌. اگر بتن‌ ساخته‌ شده‌ با اين‌ نوع‌ سيمان‌ در طول‌ 24 ساعت پس‌ از مخلوط‌ كردن‌ و ريختن‌ سرد.
سيمان‌ پلاستیک‌ :

سيمان‌ پلاستیک از آسياب‌ كردن‌ یک‌ عامل‌ روان‌ کننده‌ معدنی‌ با کلینکر سيمان‌ پرتلند كه‌ با مشخصات‌ نوع‌ II,I استاندارد ASTM مطابقت‌ داشته‌ باشد، حاصل‌ می‌گردد. آيين‌ نامه UBC استفاده‌ از عوامل‌ روان‌ كننده‌ را حداکثر تا 12 درصد كل‌ حجم‌ مجاز می‌داند. سیمان ‌پلاستیک‌ الزامات‌ مذکور در C150 ASTM به‌ جز باقی مانده‌ غیر محلول‌، حباب‌ هوا و مواد افزودنی ‌بعدی‌ برای‌ كلسينه‌ سازی‌ به‌ علاوه‌ مقررات‌ خاص‌ UBC را برآورده‌ می‌سازد. سیمان ‌پلاستیک‌ برای پلاسترهای‌
سيمان‌ پُرتلند و اندود گچ‌ و سيمان‌ به‌ کار می‌رود و به‌ دليل‌ مقدار زیاد هوای ایجاد شده‌ برای بتن‌ توصيه‌ نمی‌گردد.
از این نوع سیمان برای ساخت بتن هایی که احتمال نشست های غیر متقارن در آن ها می رود هم می توان استفاده کرد.
سیمان های‌ سفید و رنگی‌ ( ASTM C150 ):

این نوع سيمان‌ با مشخصات سيمان‌ پرتلند نوع‌ III,I مطابقت دارد‌. با اين‌ تفاوت‌ كه‌ با انتخاب‌ مواد اوليه‌ مناسب‌، از ورود مواد رنگی‌ نظیر اکسیدهای آهن‌ و منيزيم‌ و غيره‌ به‌ فرآیند ساخت‌ جلوگیری می‌شود. برای‌ ساختن‌ سیمان های رنگی، مواد رنگی معدنی بی اثر شیمیایی ‌را به‌ سيمان‌ می افزایند. با سيمان‌ پرتلند نیز می‌توان‌ سیمان های‌ رنگی قرمز، قهوه‌ای و سياه‌ ساخت‌. سیمان های سفید و رنگی بیشتر برای کارهای تزئینی مصرف‌ می‌شوند رنگ‌ سيمان‌ باید در برابر عوامل‌ جوی و نور پایدار باشد. مواد رنگی متداول‌ عبارتند از:
1- اکسید آهن ‌برای‌ رنگ های‌ قرمز، زرد، قهوه‌ای‌ و سياه‌.
2- اکسید منگنز برای‌ رنگهای سياه‌ و قهوه‌ای.
3- اکسید و هیدروکسید کروم برای‌ رنگ‌ سبز و آبی‌.
4- كبالت‌ برای‌ رنگ‌ آبی‌.
5- اولترامارين‌ برای رنگ ‌سرمه‌ای‌.
6- دوده‌ برای رنگ‌ سياه‌.
8- کهربای خام‌ و سوخته‌ برای رنگ‌ قهوه‌ای‌.
9- گل‌ اخرا برای رنگ‌ زرد.
ميزان‌ رنگ‌ حدود (5%) تا (10%) وزنی سيمان‌ است‌.
سيمان‌ بنایی‌ ( ASTM C91Masonry cement ) :

سيمان‌ بنایی‌ سيمانی‌ است‌ كه‌ در بیشتر کشورهای صنعتی‌ جهان به‌ منظور مصرف‌ در ملات ها و کارهای بنایی‌ ساخته‌ می‌شود. اکثر كارخانه‌ها فرمول‌ خاص‌ خود را برای‌ ساختن‌ اين‌ سیمان ‌رعايت‌ كرده‌ و آن‌ را مخفی‌ نگه‌ می‌دارند و منتشر نمی‌كنند.
اين‌ سيمان‌ در سه نوع M,S,N تولید می‌شود كه‌ نوع‌ M بيشترين‌ مقاومت‌ را برای‌ ملات‌های‌ بنایی‌ ایجاد می‌كند.
اين‌ سيمان‌ معمولاً از مخلوط‌ كردن‌ حدود (50%) کلینکر سيمان‌ پرتلند و حدود (45%) گرد سنگ‌ آهک مرغوب‌ و قدری سنگ‌ گچ‌ و برخی مواد افزودنی با مقاومت‌ کمتر از سيمان‌ پرتلند ولی‌ دارای خواص‌ مطلوب‌ جهت‌ کارهای بنایی‌ ساخته‌ می‌شود. بعضی‌ سیمان های ‌بنایی‌، آميخته‌ای از سيمان‌ پرتلند و آهک‌ مرده‌ و مواد افزودنی‌ هستند.