blog

انواع سیمان و کاربردهای آن در ساختمان سازی


سیمان به عنوان یک ماده اتصال دهنده در ساختمان سازی به کار برده می شود که باعث ایجاد پیوند بین سنگدانه‌ها و مواد تقویت شده با یکدیگر می‌شود. با توسعه فناوری، کیفیت سیمان نیز بهتر شده و تنوع بیشتری پیدا کرده است. امروزه انواع مختلفی از سیمان نظیر سیمان پرتلند،  برای انجام کارهای متنوع ساختمانی در بازار موجود است. نوع ساختمان و عملکرد مورد نیاز بتن و شرایط قرارگیری در محل، اغلب مشخص کننده نوع سیمان انتخابی برای اجرای کار است. اما به راستی چه تفاوتی در بین انواع سیمان و کاربرد‌های آن در ساختمان سازی وجود دارد؟ چگونه می‌توان این تفاوت‌ها را در عمل، تولید یا حین آزمایش شناسایی کرد؟

در حالت کلی، سیمان پرتلند از طریق حرارت دادن آهک، رس، سیلیس و آلومینا در کوره‌های چرخان با دمای بالا بین 2500 تا 2800 درجه فارنهایت (1400 تا 1500 درجه سانتی گراد) تولید می‌شود و در نهایت به پودر ریز به دست آمده کلینکر گفته می‌شود.

در واقع دمای بالای کوره باعث می‌شود که ترکیب مواد اولیه به یک ترکیب شیمیایی جدید تبدیل شود. بنابراین ترکیب شیمیایی سیمان با درصد انبوهی از منابع خام، در دماهای مختلف و در طول مدت زمان‌های مشخص شده، نوع سیمان تولید شده را تعریف خواهد کرد. به عبارت دیگر می توان گفت که از حرارت دادن کلینکر و ترکیب آن با مقادیر مختلف سنگ گچ، انواع سیمان حاصل می‌شود. در این نوشتار سعی داریم با انواع مختلف سیمان و کاربردهای آن در ساختمان سازی آشنا شویم.

انواع مختلف سیمان پرتلند

سیمان پرتلند یک ترکیب شیمیایی با کنترل دقیق کلسیم، سیلیکون، آلومینیوم، آهن و مقادیر کمی از سایر ترکیبات است که در کوره‌های چرخان حرارت داده می‌شود. در نهایت پس از ترکیب شدن به آن سنگ گچ افزوده می‌شود. برخی از مواد اولیه خام مورد استفاده در ساخت سیمان عبارتند از سنگ آهک، صدف، گچ یا مارن که با انواع خاک رس، تخته سنگ، ماسه یا سنگ آهن ترکیب می شود. آهک و سیلیس تقریبا 85 درصد از جرم اصلی سیمان پرتلند را به خود اختصاص داده‌اند.

در سال 1824 یک بنای اهل انگلیس، حق ثبت اختراع سیمان پرتلند را برای محصول جدید خود به دست آورد و از همان زمان به بعد اصطلاح سیمان پرتلند رایج شد. این اسم به دلیل ترکیب سیمان تولید شده و رنگ مشابه آن با سنگ‌های آهک طبیعی جزیره پرتلند انگلستان انتخاب شده است. انواع مختلف سیمان پرتلند برای رفع نیازهای مختلف فیزیکی و شیمیایی ساختمان سازی و اهداف خاص تولید می شود، که در ادامه با انواع سیمان پرتلند و کاربرد آن در ساختمان سازی آشنا خواهیم شد.

سیمان پرتلند تیپ یک

سیمان پرتلند تیپ یک، سیمان همه منظوره است که برای تمامی مصارف ساختمان سازی در شرایط جوی معمولی مناسب و قابل استفاده است. معمولاً از سیمان تیپ یک در جایی استفاده می‌شود که سیمان یا بتن در معرض تهدید خاصی قرار نداشته باشد. برای مثال، در برابر حملات سولفات ناشی از آب یا خاک قرار نگیرد یا به دلیل گرمای ناشی از هیدراتاسیون دچار خرابی نشود.

 این سیمان مقاومت بالایی در برابر سولفات ندارد و در ساخت انواع آسفالت‌ها، پیاده‌روها، ساختمان‌های بتنی مسلح، پل‌ها، سازه‌های راه آهن، مخازن، مسیرهای رودخانه‌ای، فاضلاب‌ها، لوله‌های کانال کشی آب و واحدهای بنایی از این نوع سیمان استفاده می‌شود.

سیمان پرتلند تیپ دو

سیمان پرتلند تیپ دو، در مقایسه با سیمان تیپ یک در برابر حملات سولفات از مقاومت بالاتری برخوردار است. بنابراین از سیمان تیپ دو می‌توان در ساخت سازه‌های زهکشی استفاده کرد که در آن غلظت سولفات آب‌های زیرزمینی بالاتر از حد معمول است. سیمان تیپ دوم معمولاً نسبت به سیمان تیپ یک گرمای کمتری با سرعت پایین‌تری ایجاد می‌کند. این درجه حرارت متوسط هیدراتاسیون باعث شده است که بتوان از سیمان پرتلند تیپ دو در انواع سازه‌های بزرگ استفاده کرد همانند اسکله‌های بزرگ، بست دیوارهای سنگین و دیوارهای نگه دارنده سنگین.

 استفاده از سیمان پرتلند تیپ دو از افزایش دما به خصوص زمانی که بتن در مناطق آب و هوایی گرم قرار می‌گیرد، جلوگیری می‌کند.

سیمان پرتلند تیپ سه

سیمان پرتلند تیپ سه یکی از قوی‌ترین انواع سیمان است که در همان دوره اولیه استفاده از آن، معمولا یک هفته یا کمتر، استحکام زیادی را برای ساختمان به همراه خواهد آورد. معمولا از سیمان تیپ سه در مواردی استفاده می‌شود که نیاز به تعمیر فوری بخشی از سازه باشد یا ساختمان باید در اسرع وقت ساخته شود. زمان گیرش سیمان پرتلند تیپ سه بسیار سریع است.

در آب و هوای سرد، این نوع سیمان باعث کاهش زمان در دوره پخت کنترل شده می‌شود. از ترکیب سیمان تیپ یک با تیپ سه می‌توان یک مخلوط غنی‌تر با استحکام بیشتر به دست آورد.

سیمان پرتلند تیپ چهار

ترکیبات سیمان پرتلند تیپ چهار تقریبا مشابه با انواع قبلی آن است، با این تفاوت که مقادیر کمی از مواد گیرنده هوا در طول ساخت وساز با کلینکر برای تولید حباب، جوش و توزیع کاملاً جدا از یکدیگر قرار داده می‌شود.

این نوع سیمان مقاومت بهتری در برابر انجماد و ذوب از خود نشان می‌دهد. سیمان پرتلند تیپ چهار یک سیمان با کاربرد عمومی برای آب و هوای مناسب است که برای انواع مصارف ساختمان سازی می‌توان از آن بهره گرفت. استفاده از سیمان تیپ چهار در بتن‌ریزی‌های حجیم مانند ساخت سدها و پل‌های بزرگ به منظور کاهش تنش‌های حرارتی توصیه می‌شود. از آن‌جایی که سیمان تیپ چهار کندگیر است و حرارت کمتری تولید می‌کند، در طول بتن‌ریزی‌های بزرگ منجر به افزایش دمای زیاد ناشی از گیرش بتن نمی‌شود.

سیمان پرتلند تیپ پنج

سیمان پرتلند نوع پنجم در برابر سولفات بسیار مقاوم است. حداکثر محتوای مجاز C3A برای سیمان تیپ پنج حدودا 5% است. محدودیت دیگری که در ساخت سیمان تیپ پنج باید در نظر گرفته شود این است که مقدار ترکیبات  (C4AF)+2(C3A) نباید از 20 درصد تجاوز کند.

این نوع از سیمان برای قرار گیری در معرض خاک‌های قلیایی و سولفات آب‌های زیرزمینی به کار برده می‌شود. اغلب در ساخت اسکله‌ها و بنادر از این محصول استفاده می‌شود.

سیمان غیر پرتلند

این نوع محصول از پایداری انرژی کمتری برخوردار است و مقداری ردپای کربن در آن دیده می‌شود که باعث افزایش پایداری در این نوع از سیمان می‌شود. پتانسیل سیمان غیرپرتلند بستگی به دسترس‌پذیری مواد در محل دارد. محصولات نیچ شامل سیمان آلومینیوم کلسیوم (با آلومینا بالا) برای سیمان‌های نسوز یا سیمان با گیرش سریع، سیمان اکسی کلرید منیزیم برای کف‌سازی و سیمان فسفات منیزیم برای ترمیم سریع جاده‌ها و باندهای فرودگاه کاربرد دارند.

در گذشته برای ساخت سیمان غیرپرتلند از گچ، آهک، قیر و غیره استفاده می‌شد. اما امروزه با پیشرفت فناوری از مواد پلیمری به عنوان سیمان غیرپرتلند استفاده می‌شود. بسته به مواد اولیه خام مورد استفاده و فرآیند تولید می‌توان سیمان غیرپرتلند را دسته بندی کرد:

سیمان منبسط شونده

سیمان منبسط شونده نوعی سیمان غیرپرتلند با مقداری نسبی از سیمان پرتلند است و حاوی موادی است که به هنگام استفاده حجم آن افزایش می‌یابد. معمولاً مخلوطی بتنی است که برای جلوگیری از ایجاد مشکل ناشی از انقباض در فرآیند گیرش و خشک شدن سیمان‌های پرتلند از آن استفاده می‌شود. برای آب بندی کردن ترک و سوراخ‌های کوچک دیوارهای بتنی مانند دیوارهای پایه و جلوگیری از نشت می‌توان از سیمان غیرپرتلند غیرمنبسط شونده استفاده کرد. سیمان منبسط شونده به مجریان ساختمان سازی این امکان را می‌دهد که ابعاد سازه‌های بتنی را در دراز مدت تثبیت کنند و از ایجاد ترک‌های انقباضی بتن ممانعت به عمل آورند.

سیمان آلومینیومی

سیمان آلومینیومی از مخلوط کردن بوکسیت کلسیم و آهک معمولی با کلینکر به دست می‌آید. این نوع سیمان به سیمان برقی یا سیمان نسوز نیز مشهور شده است. از آن‌جایی که سیمان آلومینیومی در برابر سولفات، گیرش سریع و پایداری بالا مقاومت خوبی دارد، از آن در سازه‌های بتنی که معرض دمای بالا (همانند کارگاه‌های ریخته‌گری و کوره پزی) قرار دارند،  استفاده می‌شود.

 هم‌چنین در صورتی که بتن در معرض یخ زدگی یا عوامل اسیدی قرار داشته باشد، می‌توان از این نوع سیمان استفاده کرد.