سیمان بدون شک گُل سر سبد تمامی مصالح ساختمانی است زیرا بدون آن هیچ چیز ساخته نخواهد شد. این ماده از هزاران سال پیش در اشکال گوناگون وجود داشته است و اکنون متریال اصلی ساخت‌وسازهای مدرن است. همه ما نام سیمان را شنیده‌ایم اما بیایید کمی عمیق‌تر شویم و درباره این ماده شگفت انگیز بیشتر بدانیم. با مقاله دیگری از ویکی ساختمون همراه باشید.
تاریخچه سیمان در دوران باستان
تصور می شود که سیمان قدیمی‌تر از خود بشریت است که به طور طبیعی ۱۲ میلیون سال پیش از ترکیب سنگ آهک سوخته با شیل نفتی ساخته شد. قدمت سیمان به حداقل ۶۵۰۰ سال قبل از میلاد باز می‌گردد، زمانی که نبطی‌ها (سوریه و اردن امروزی) از نوعی ماده چسبنده برای ساخت‌وسازهای خود استفاده می‌کردند.
آشوری‌ها و بابلی‌ها از خاک رس به عنوان ماده اتصال دهنده استفاده می‌کردند. مصری‌ها نیز از سیمان آهکی و گچ استفاده می‌کردند. تصور می‌شود که نبطی‌ها شکل اولیه بتن هیدرولیک را اختراع کرده‌اند که در معرض آب سفت می‌شود.
سنگ آهک معماری سراسر امپراتوری روم را دگرگون کرد؛ ناگهان ساخت طاق‌ها و سبک‌های معماری بلندپروازانه بسیار آسان‌تر شدند. رومیان از آهک برای ساختن بناهای تاریخی مانند کولوسئوم و پانتئون استفاده کردند. سپس، سیمان برای سال‌ها در تاریخ فراموش شد.
تاریخچه سیمان در عصر مدرن
در سال ۱۷۵۶، مهندس بریتانیایی «جان اسمیتون» اولین سیمان هیدرولیکی را با افزودن سنگریزه‌ها به عنوان سنگدانه درشت ایجاد کرد. اسمتون فرمول جدید محصول خود را به منظور ساخت سومین فانوس دریایی ادیستون توسعه داد اما نوآوری او باعث افزایش شدید استفاده از بتن در سازه‌های مدرن شد.
در سال ۱۸۲، مخترع انگلیسی «جوزف آسپدین» سیمان پرتلند را اختراع کرد تا این فناوری وارد فاز جدیدی شود. آسپدین با سوزاندن سنگ آهک و خاک رُس با هم، اولین سیمان واقعی را تولید کرد. فرآیند سوزاندن، خواص شیمیایی مواد را تغییر داد و به آسپدین اجازه داد تا محصول قوی‌تری نسبت به سنگ آهک خُرد شده ایجاد کند.
تاریخچه سیمان در ایران
مطالعات تاریخی نشان می‌دهند که ایرانیان مانند فنیقی‌ها، یونانی‌ها و رومی‌ها قادر به ساخت ملات‌های آبی بودند که می‌توانستند در ترکیب با آب به ماده‌ای سخت تبدیل شوند. سد ایزدخواست که اولین سد طاق‌دار جهان است، سد کرخه و سد شادروان همه نمونه‌هایی از سیمان ایرانی هستند.
رومیان نیز گرم کردن آهک را از یونانیان و سپس یونانیان از ایرانیان آموختند زیرا قدیمی‌ترین ملات آهک زنده در ایران پیدا شده بود. چینی‌ها نحوه گرم کردن آهک زنده را می‌دانستند و دو هزار سال پیش در ساخت دیوار چین از ملات آهک خام استفاده می‌کردند اما ملات‌های ایرانی بسیار قدیمی‌تر هستند.
ساکنان مناطق شمالی خلیج فارس از نوعی ساروج با خواص هیدرولیکی قابل توجه و مقاومت بالایی استفاده می‌کردند. تأسیسات بندری ساخته شده از این نوع ملات‌ها، هنوز در برخی از نقاط بندر لنگه و بوشهر باقی مانده‌اند.
اولین کارخانه سیمان در ایران، در شهر ری نزدیک تهران در سال ۱۳۱۲ با ظرفیت ۱۰۰ تن در روز تاسیس شد. با گذشت زمان و افزایش تقاضا برای این محصول، کارخانه‌های جدیدی مورد نیاز بودند. بنابراین در سال ۱۳۱۴ کارخانه دیگری با ظرفیت ۲۰۰ تن نیز خریداری شد و در سال ۱۳۱۵ ساخته و در سال ۱۳۱۶ مورد بهره برداری قرار گرفت.
سیمان چیست؟
سیمان یک ماده پودری بسیار ریز به رنگ خاکستری است که عمدتاً از سنگ آهک (کلسیم)، خاک رُس (سیلیکون)، بوکسیت (آلومینیوم) و سنگ آهن و مواد دیگری مانند گچ، مارن، شیل و سرباره کوره بلند ساخته می‌شود. مواد اولیه در کارخانه های تولید سیمان پردازش شده و حرارت داده می‌شوند تا یک ماده سنگی تشکیل شود، سپس آن را به صورت پودر ریز آسیاب می‌کنند تا به شکل کیسه‌های ۵۰ کیلویی یا فله‌ای در بازار به فروش برسند.
درصد کلی مواد تشکیل دهنده سیمان طبق جدول زیر است:
| مواد تشکیل دهنده | درصد |
| آهک | ۶۰ تا ۶۵ |
| سیلیس | ۱۷ تا ۲۵ |
| آلومینا | ۳ تا ۸ |
| منیزیم | ۱ تا ۳ |
| اکسید آهن | ۰٫۵ تا ۶ |
| سولفات کلسیم | ۰٫۱ تا ۰٫۵ |
| گوگرد تری اکسید | ۱ تا ۳ |
| قلیایی | صفر تا ۱ |
سیمان با آب باعث واکنش شیمیایی به نام «هیدارتاسیون» انجام می‌دهد. این واکنش باعث تولید ماده‌ای خمیری می‌شود که در مدت زمان مشخصی و در مجاورت با هوا، به ساختار سفت و مستحکم تبدیل می‌شود. که ساختارهای جداگانه مصالح ساختمانی را محکم و سفت می کند. این متریال به طور عمده در ساخت بتن و انواع ملات‌ها به کار گرفته می‌شود.
فرآیند تولید سیمان
سیمان با حرارت دادن مخلوط دقیق سنگ آهک، خاک رُس و مواد دیگر در کوره دوار تا دمای ۱۴۵۰ درجه سانتی‌گراد ساخته می‌شود. این امر منجر به تولید کلینکر سیمان، یک محصول متوسط در تولید آن خواهد شد. کلینکر سیمان از کوره بیرون می‌آید، سرد می‌شود و سپس برای تولید پودر، آسیاب خواهد شد.
به طور کلی، فرآیند تولید این متریال به ترتیب است:
۱- استخراج مواد اولیه
مواد استخراج و بازیابی شده و به کارخانه منتقل می‌شوند.
۲- خُرد کردن و آسیاب کردن
مواد اولیه مانند سنگ آهک، شیل، سیلیس و اکسیس آهن خُرد شده، به صورت پودرهای ریز آسیاب می‌شوند.
۳- مخلوط کردن و پیش گرم کردن
پودرهای حاصله از مواد اولیه با هم مخلوط شده و با استفاده از گازهای داغ کوره تا حدود ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند. پیش گرمایش ناخالصی‌ها را می‌سوزاند.
۴- گرمایش و حرارت دهی
سپس مواد در یک کوره دوار بزرگ در دمای ۱۴۵۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شوند. حرارت، کربن زدایی را در جایی که CO2 از سنگ آهک رانده شود، آغاز می‌کند. نتیجه نهایی به عنوان کلینکر شناخته می‌شود. یک کوره مدرن می‌تواند حدود ۶۰۰۰ تن کلینکر در روز تولید کند.
۵- سرمایش و سنگ زنی نهایی
سپس کلینکر سرد شده و در یک لوله یا آسیاب گلوله‌ای به صورت پودر آسیاب می‌شود. آسیاب گلوله‌ای یک درام دوار است که با گلوله‌های فولادی در اندازه‌های مختلف پُر شده است که کلینکر را خُرد می‌کند. گچ در طول فرآیند سنگ زنی به مخلوط اضافه می‌شود.
انواع سیمان
انواع مختلف این متریال به شرح زیر هستند:
- تیپ ۱: سیمان پرتلند معمولی است و استفاده عمومی دارد.
- تیپ ۲: برای سازه‌های موجود در آب یا خاک که حاوی مقادیر متوسط سولفات یا زمانی که تجمع گرما نگران کننده است، استفاده می‌شود.
- تیپ ۳: استحکام اولیه بالا را با گیرش سریع فراهم می‌کند. این متریال زودگیر در هوای سرد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- تیپ ۴: سیمان پرتلند با حرارت کم است. از این متریال زمانی استفاده می‌شود که در آن میزان تولید گرما باید به حداقل برسد.
- تیپ ۵: سیمان پرتلند مقاوم در برابر سولفات است. در جاهایی که آب یا خاک قلیایی زیادی وجود دارند، از این ماده استفاده می‌شود.
مسائل ایمنی و محیط زیستی سیمان
سیمان نه تنها بسیار قلیایی است (PH=13.5) بلکه فرآیند گیرش نیز گرمازاست. در نتیجه، سیمان مرطوب بسیار سوزاننده است و اگر به سرعت با آب شسته نشود، می‌تواند به راحتی باعث سوختگی شدید پوست شود. به طور مشابه، پودر سیمان خشک در تماس با غشاهای مخاطی می‌تواند باعث تحریک شدید چشم یا تنفس شود.
برخی از عناصر کمیابی مانند کروم، از ناخالصی‌های طبیعی موجود در مواد اولیۀ تولید سیمان، ممکن است باعث ایجاد درماتیت آلرژیک شود. عوامل کاهنده‌ای مانند سولفات آهن (FeSO4)، اغلب به سیمان اضافه می‌شوند تا کرومات شش ظرفیتی سرطان‌زا (CrO42−) را به کروم سه ظرفیتی (Cr3+) تبدیل کنند.
گازهای گلخانه‌ای ناشی از تولید سیمان هنگام حرارت دادن کربنات کلسیم (تولید آهک و دی اکسید کربن) و انتشار دی اکسید کربن ایجاد می‌شوند. صنعت سیمان حدود پنج درصد از انتشار جهانی دی اکسید کربن را تولید می‌کند که ۵۰ درصد از آن ناشی از فرآیند شیمیایی و ۴۰ درصد از سوختن سوخت است. همچنین، سیمان قابل بازیافت نیست اما می‌توان قطعات سیمانی را خُرد کرد و به عنوان سنگدانه در بتن استفاده کرد.
نحوه انبار و نگهداری از سیمان
سیمان نیاز به مراقبت دارد تا کیفیت و ظرافت آن برای استفاده حفظ شود. برای جلوگیری از خراب شدن این ماده، لازم است از آن در برابر شرایط مختلف آب‌وهوایی مانند باران، نور خورشید، رطوبت، باد و غیره محافظت شود.
رطوبت بزرگترین دشمن سیمان است. این ماده تمایل زیادی به جذب رطوبت دارد، بنابراین باید آن را به خوبی در برابر جریان رطوبت هوا محافظت کرد. سیمان در معرض هوا ممکن است به کلوخه تبدیل شود. کلوخه‌ها توده‌هایی سفت و کوچک هستند. اگر تودهها بسیار سفت باشند و نتوان آن‌ها را با دست پودر کرد، دیگر قابل استفاده نیستند.
سیمان باید در اتاق‌های خشک، ضد نفوذ و ضد رطوبت با حداقل تعداد پنجره بسته بندی شود. کیسه‌های سیمانی باید روی تخته‌های چوبی و در فاصله ۱۵۰ تا ۲۰۰ میلی‌متر نسبت به کف زمین، روی تختهها قرار گیرند. فاصله بین کیسه‌ها و دیوارهای خارجی باید ۴۵۰ تا ۶۰۰ میلی‌متر باشد.
حداکثر ارتفاع کیسه‌ها نباید از ۱۵ کیسه تجاوز کند. عرض کیسه‌ها نباید بیشتر از چهار کیسه یا سه متر باشد. در فضاهای مرطوب باید کیسه‌ها کاملاً توسط ورق پلی اتیلن پوشانده شوند. چیدمان باید به گونه‌ای چیده شود که کیسه‌های سیمانی براساس اولویت استفاده شوند. این بدان معناست که ابتدا باید قدیمی‌ترین سیمان در اولویت استفاده قرار گیرد.
مطلب پیشنهادی: روش انبار کردن سیمان
در قیمت سیمان موارد زیادی تأثیرگذار هستند که عبارتند از:
- کارخانه تولید کننده
- قیمت مواد اولیه
- بازار ارز
- میزان عرضه و تقاضا
- نوع سیمان
- شرایط بازار مسکن
- شرایط اقتصادی کشور
در زمان خرید سیمان به سراغ تولیدکننده‌های معتبر بروید تا بتوانید کیفیت ساخت‌وساز را افزایش دهید.
کلام آخر
سیمان نوعی ماده آلی طبیعی نیست و از طریق ترکیب شیمیایی هشت ماده اصلی تولید می‌شود. این ماده پایه و اساس ساخت بتن است و به عنوان جزء اصلی این سنگ مصنوعی جهت افزایش مقاومت فشاری شناخته می‌شود. در بازار امروز، انواع و اقسام سیمان اعم از سیمان رنگی، سیمان سفید، سیمان ضد سولفات، سیمان حباب‌زا، سیمان منبسط شونده و غیره است.
