سیمان چیست؟

سیمان ماده‌ای چسبنده‌ است که در ساخت و ساز بکار می‌رود و امکان چسبانیدن ذرات مختلف (همچون ذرات شن و ماسه) به یکدیگر را فراهم می‌سازد.

از ترکیب این ذرات، یک جسم یکپارچه و متحد (به نام ملات) ایجاد می‌شود.

سیمان به طور کلی به دو نوع هیدرولیک و غیرهیدرولیک تقسیم می‌شود.

سیما‌ن‌ غیرهیدرولیک در شرایط مرطوب یا زیر‌ آب، سفت و سخت نمی‌ماند.

در عوض، در مجاورت هوا سفت باقی می‌ماند و پس از محکم ‌شدن، در برابر مواد شیمیایی مقاوم است.

سیما‌ن ‌هیدرولیک (به عنوان مثال سیما‌ن ‌پرتلند) به دلیل واکنش شیمیایی بین مواد خشک و آب، حالت چسبنده پیدا می‌کند.

واکنش شیمیایی منجر به آزادسازی هیدرات‌های معدنی می‌شود که محلول در آب نبوده و همچنین بسیار مقاوم هستند و از جمله شیمیایی محافظت می‌کنند.

این قابلیت اجازه می‌دهد تا در شرایط مرطوب و یا در زیر‌ آب سفت مانده و مواد سخت‌افزاری را از آسیب شیمیایی محافظت کند.

پیشینه واژه سیمان (cement) را می‌توان تا عبارت رومی opus caementicium ردیابی کرد.

رومیان از این اصطلاح برای توصیف چیزی به کار می‌بردند که مشابه بتن مدرن امروزی بود و از ترکیب سنگ خرد‌شده (پودر‌ سنگ) با آهک سوزانده‌ شده (به عنوان یک اتصال‌دهنده) آن را می‌ساختند.

سیمان یا سمنت واژه‌ایست که از لغت سمنتوم رومی گرفته‌ شده و قدمت آن به پیش از میلاد می‌رسد.

مصرف آن در ساختمان پانتئون شهر رم واقع در ایتالیا که مربوط به ۲۷ قبل از میلاد است، دیده شده‌ است.

در ساختمان گنبد این بنا که ۴۳ متر قطر دارد، مخلوطی از خرده‌ سنگ و آهک پخته به کار رفته ‌است.

ولی کشف آن به شکل امروز مربوط است به یک نفر بنای انگلیسی بنام ژوزف اسپدین که از پختن آهک و خاک رس در حرارت بالا و آسیاب‌ کردن آن موفق شد ابتدایی‌ترین نوع سیمان را کشف نماید.

همچنین آن را در تاریخ ۲۱ اکتبر ۱۸۲۴ به نام خود در انگلستان ثبت نماید و نام محصول به دست‌آمده را سیما‌ن‌ پرتلند گذاشت.

پختن آهک را رومی‌ها از یونانی‌ها و یونانی‌ها از ایرانیان فرا گرفتند، زیرا قدیمی‌ترین ملات آهکی در ایران کشف شده بود.

چینی‌ها هم پختن سنگ آهک را می‌دانستند و 2000 سال پیش در ساختن برج‌های دیوار چین، از ملات آهکی استفاده می‌کرده‌اند، اما ملات‌های ایران خیلی قدیمی‌تر از این زمان‌هاست.

اقوام ساکن در مناطق شمالی خلیج‌فارس از نوعی ساروج استفاده می‌کردند که خواص هیدرولیکی جالب و مقاومت بالایی دارد.

اولین کارخانه سیما‌ن‌ کشور در سال 1312 در شهر ری در نزدیکی تهران با ظرفیت روزانه 100 تن احداث شد.

با گذشت زمان و افزایش تقاضا برای این محصول، نیاز به کارخانه‌های دیگر آشکار شد.

بر این اساس در سال 1314، کارخانه دیگری با ظرفیت روزانه 200 تن خریداری و در سال 1315 در جوار کارخانه قبلی عملیات ساختمانی آن شروع و در سال 1316 بهره‌برداری از واحد دوم آغاز شد.

ایران تولید خود را از سال 2008 تا 2011 بیش از 10 درصد افزایش داده است.

مواد معدنی مورد استفاده برای تولید ‌سیما‌ن شامل سنگ آهک، گچ و سنگ اهک رس‌دار در ترکیب با شیل، رس، سنگ شیست، سرباره کوره، شن و ماسه سیلیس و سنگ آهن است.

هنگامی که این مواد در دماهای بالا گرم می‌شوند، یک ماده سنگ مانند تشکیل می‌دهند که سپس آسیاب می‌شود تا به پودر نرمی که ما به عنوان سیمان می‌شناسیم تبدیل گردد.

اصولا چهار روش براى توليد آن وجود دارد:

1. روش تر
2. روش نيمه‌تر
3. روش نيمه‌خشک
4. روش خشک

بر اساس آخرین گزارش‌ها نرخ رشد مصرف جهانی سیمان در سال ۲۰۱۹ به میزان ۹/۳ درصد رسید و به عبارت دیگر سرانه‌ی مصرف جهانی از ۵۳۹ کیلوگرم به ۶۴۰ کیلوگرم افزایش یافت.

بر اساس آخرین تحلیلی که انجام شده‌ است بازار سیمان در کشورهای حاشیه خلیج فارس، رشدی بیش از ۶% در بازه‌ی زمانی ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۹ داشته ‌است.

از جمله عواملی که در این بازه‌ی زمانی منجر به رشد بازار شده‌ است، می‌توان اشاره کرد به:

• افزایش جمعیت
• افزایش گردشگران
• افزایش تقاضا برای خانه‌های مقرون به صرفه
• توسعه شهرهای جدید

جمع ارزش و فروش جهانی صادراتی سیمان در سال ۲۰۱۷ به مبلغ ۱۰,۱ میلیارد دلار بوده ‌است.

کشورهای چین، تایلند و ترکیه رتبه‌های اول تا سوم را داشته‌اند.

فروش صادراتی سیمان در سال ۲۰۱۸ مبلغ ۱۱ میلیارد دلار بوده‌ است.

کشورهای آمریکا، چین و فیلیپین، رتبه‌های اول تا سوم را دارند.

اما متاسفانه در لیست ۱۵ صادرکننده برتر جهانی سیمان ایران جایی ندارد.

این در حالی است که رقبای منطقه‌ای ایران در این صنعت یعنی ترکیه در جایگاه سوم، امارات در جایگاه نهم و پاکستان در جایگاه دوازدهم این رتبه‌بندی قرار دارد.

• مشکلات مربوط به حمل‌ونقل جاده‌ای و هزینه بالای حمل‌ونقل ریلی
• شرایط دشوار فروش و مازاد عرضه بر تقاضا به‌دلیل رکود اقتصادی و کاهش شدید بودجه عمرانی در کشور
• افزایش بی‌رویه واحدهای تولید سیمان بدون عدم برآورد صحیح و منطقی از میزان ظرفیت و کشش مصرف سیمان
• رقابت ناسالم و منفی مانند اعمال تخفیفات نامتعارف ضمن ورود به بازارهای غیرمشترک و تأثیر منفی بر فروش سایر کارخانجات سیمانی
• وابستگی شدید صادراتی به کشور عراق و به دنبال آن کاهش میزان صادرات به این کشور به دلیل مسائل امنیتی و افزایش عوارض گمرکی

همچنین بهره‌برداری از برخی طرح‌های توسعه‌ای و روند افزایش ظرفیت در کشور عراق

• خودکفا شدن برخی کشورهای مقصد صادراتی و همچنین حضور رقبای جدید در کشورهای هدف
• ارزآوری نسبتاً کم در برخی از شرکت‌های صادراتی به دلیل مشکلات ناشی از تحریم‌های بین‌المللی جهت انتقال ارز
• عدم امکان برخورداری از تسهیلات بانکی مناسب در جهت رفع موانع تولید
• هزینه‌های بالای مالی ناشی از تسهیلات ارزی و شناسایی زیان‌های سنگین تسعیر ارز به دلیل نوسانات نرخ ارز
• عدم استفاده کامل از ظرفیت تولید و هزینه‌های جذب‌نشده در تولید
• کاهش شدید نقدینگی در شرکت‌های سیمانی و مشکلات ناشی از آن
• کاهش شدید درآمدها و پیشی‌ گرفتن هزینه‌ها که منجر به زیان‌ده شدن تعداد زیادی از کارخانجات‌ سیمان در کشور شده‌ است.
• اجبار به توقف خطوط تولید جهت تعادل بازار عرضه و تقاضا و آثار و پیامدهای مالی، اجتماعی و انسانی آن

• سیما‌ن نوع 1
• سیما‌ن نوع 2
• سیما‌ن نوع 3
• سیما‌ن نوع 4
• سیما‌ن نوع 5
• سیما‌ن ‌پوزولانی
• سیما‌ن ‌سفید
• سیما‌ن‌های‌ رنگی
• سیما‌ن بنایی
• سیما‌ن سرباره‌ای
• سیما‌ن آمیخته
• سیما‌ن پرتلند آهکی
• سیما‌ن برقی( پرآلومین)
• سیما‌ن نسوز
• سیما‌ن چاه نفت
• سیما‌ن پرتلند ضدآب
• سیما‌ن با گیرش تنظیم شده 

این نوع سیمان که سیما‌ن‌ پرتلند معمولی نیز گفته می‌شود.

برای مصارف عمومی که ویژگی خاصی از بتن خواسته نشده‌ است، مصرف می‌شود.

به طور کلی بهتر است از این سیمان در مواردی که نیاز به خواص ویژه دیگر سیمان‌ها می‌باشد.

علی‌الخصوص در محیط‌های خورنده حاوی یون‌های مهاجم بتن استفاده نشود.

این نوع سیمان در مواردی که حرارت هیدراتاسیون متوسط و مقاومت در برابر حمله سولفات‌ها در حد متوسط لازم باشد، بکار می‌رود.

به دلیل محدودیت فاز آلومینات و کمتر بودن C3S در این سیمان که سبب ایجاد خواص ویژه مزبور می‌شود، مقاومت فشاری اولیه و نهایی آن کمتر از سیما‌ن‌ نوع 1 است.

سیما‌ن‌ تیپ 2 معمولاً کندتر از سیما‌ن‌ تیپ 1 می‌گیرد و در گیرش حرارت کمتری تولید می‌کند.

از این سیمان می‌توان در بتن‌ریزی‌های حجیم استفاده نمود.

این سیمان در محیط‌های آب و خاک که غلظت بودن سولفات در حد متوسط است.

برای بتن‌ریزی در هوای نسبتاً گرم که خطر افزایش دمای بتن معمولی به بیش از C°32 و بتن حجیم به بیش از C°15 وجود دارد، بکار می‌رود.

برای استفاده در محیط‌های حاوی یون کلر و سولفات به طور همزمان و در محیط‌های حاوی غلظت زیاد سولفات و همچنین برای بتن‌ریزی در هوای سرد این نوع سیمان توصیه نمی‌شود.

این سیمان تقریباً اجزاء اولیه تیپ 1 را دارد، با این تفاوت که ریزتر آسیاب شده و به همین جهت گیرش سریع‌تری دارد.

سیما‌ن نوع 3 در مدت کوتاهی یعنی معمولاً در عرض 1 هفته یا کمتر مقاومت زیادی به دست می‌آورد.

مقاومت 7 روزه آن در حدود مقاومت 28 روزه سیما‌ن‌ نوع 1 می‌باشد.

این نوع سیمان نسبت به سیما‌ن‌ نوع 1 در هنگام گیرش حرارت بیشتری تولید می‌کند.

وقتی از آن استفاده می‌کنند که بخواهند زودتر از معمول قالب را برداشته و بتن را مورد استفاده و بارگذاری قرار دهند.

در محیط‌های سرد نیز می‌توان از این سیمان استفاده کرد تا مدت زمان لازم برای محافظت بتن ریخته‌شده کوتاه‌تر شود.

سیما‌ن‌ نوع 3 را سیمان زودگیر هم می‌گویند.

سیما‌ن‌ تیپ 4 کندگیر بوده و در هنگام گیرش حرارت کمتری تولید می‌کند.

مقدار C3S و C3A موجود در این نوع سیمان در مقایسه با انواع دیگر آن، کمتر بوده و در مقابل C2S زیادتری دارد.

موارد استفاده این نوع سیمان جایی است که شدت و مقدار حرارت تولید شده اهمیت دارد.

بتنی که با این سیمان ساخته می‌شود، رشد مقاومت آهسته‌تری دارد؛ یعنی دیرتر می‌گیرد.

کاربرد اصلی این نوع سیمان در ساختمان‌های حجیم بتنی مثل سدها است.

به سیما‌ن ‌نوع 4، سیمان دیرگیر نیز می‌گویند.

این‌ سیمان برای مصرف در بتن‌هایی که در معرض حمله سولفات‌ها قرار دارد، مناسب است.

به همین جهت به سیما‌ن‌ ضد‌ سولفات شهرت دارد.

طبق آیین‌نامه بتن ایران (آبا) برای کلیه سازه‌های بتنی قرار گرفته در محیط‌های آب و خاک سولفاتی شدید بایستی از سیما‌ن‌ نوع 5 استفاده شود.

البته اگر در محیط یون کلر همراه یون سولفات باشد، کاربرد این سیمان باید با احتیاط و با آزمایش‌های لازم صورت گیرد.

سیما‌ن‌ نوع 5 دیرتر از سیما‌ن‌ معمولی می‌گیرد.

حد مقاومت 3، 7 و 28 روزه برای این سیمان کمتر از سایر سیمان‌های پرتلند است.

لذا برای سازه‌هایی که نیاز به مقاومت‌های زیادتر باشد، دارای محدودیت کاربرد است.

جنس پوزولان سیلیکات و تقریباً شبیه سیمان است، منتهی واکنش سیمانی را ندارد.

در سیما‌ن‌ پوزولانی حداکثر 85 درصد آن را سیمان (نوع 1، 2 و 5) تشکیل می‌دهد.

این نوع سیمان برای مصارف عمومی در ساخت ملات یا بتن به کار می‌رود و با نشانه «پ.پ» عرضه می‌گردد.

رنگ تیره‌ سیما‌ن به دلیل وجود سولفات آهن و سولفات منیزیم در آن است.

همچنین دوده ناشی از سوخت و شرایط احیاء کوره نیز ممکن است باعث رنگ تیره‌ سیما‌ن شود.

پس برای سفید‌ شدن سیمان باید سولفات آهن و منیزیم از سیمان حذف شود و همچنین از شرایط احتراق مناسب استفاده شود.

به همین جهت برای تولید سیما‌ن‌ سفید از خاک‌ رسی که میزان سولفات آهن و منیزیم آن از 8/0 درصد کمتر است، استفاده می‌کنند.

سیمان‌هایی به رنگ های قرمز، زرد، آبی و … همان سیمان‌های معمولی هستند.

در ساخت آن‍ها از 2 تا 15 درصد پودر سنگ‌های رنگی استفاده شده‌ است.

معمولاً در ساخت سیمان‌های رنگی روشن از سیمان‌ سفید و در ساخت سیمان‌های رنگی تیره از سیما‌ن ‌خاکستری معمولی استفاده می‌شود.

موارد استفاده این نوع سیمان در ساخت:

• ملات آجر نما
• بلوک‌کاری
• اندودکاری داخلی و بیرونی ساختمان
• کف‌پوش‌ها
• جداول و… می‌باشد.

این سیمان همراه با افزودنی سرباره کوره‌های آهن‌گدازی تولید می‌شود.

در مواقعی به کار می‌رود که مقاومت متوسط در برابر سولفات‌ها و یا حرارت هیدراسیون متوسط مد نظر باشد.

این نوع سیمان در تهیه ملات، بتن و در کلیه مواردی که سیما‌ن ‌پرتلند نوع ۱ بکار می‌رود، قابل استفاده است و دوام بتن را در برابر یخ‌زدن، آب شدن، املاح یخ‌زا و عوامل شیمیایی بهبود می‌دهد.

یکی از این نوع سیمان‌های خاص سیما‌ن‌ نسوز است که مقاومت بسیار بالایی در درجه حرارت‌های بالا از خود نشان می‌دهد.

این سیمان خواص ماده نسوز را دارد و مقاومت آن در برابر خوردگی و فرسایش نیز بالا می‌باشد. 

در سیما‌ن‌ نسوز که سیمان پرآلومین نیز نامیده می‌شود، ترکیبات آهک آلومینا جزء اصلی آن محسوب می‌شود.

این سیمان از نظر ترکیبات شیمیایی شامل ترکیبی از:

اکسید کلسیم با اکسید سیلیسیوم، اکسید آلومینیوم، اکسید آهن و … می‌باشد.

سیما‌ن ‌نسوز در صورت ترکیب با آب و مجاورت با هوا سخت‌شده و مقاومت آن بالا می‌رود.

دلیل این امر آلومینو سیلیکات کلسیم در سیمان است که بعد از ترکیب با آب هیدرات‌های آلومینات کلسیم ایجاد می‌کند و قابلیت سخت‌شدگی ‌سیما‌ن را تقویت می‌کند.

سیما‌ن ‌نسوز به مقدار خیلی کم به چسباننده‌هایی مانند سیمان پرتلند اضافه می‌شود تا سرعت گیرش آن را بالا ببرد. 

• مدت زمان گیرش این سیمان مانند سیمان‌پرتلند معمولی است اما زودتر سخت می‌شود.
• بتن سیما‌ن نسوز مقاومت مکانیکی خود را در درجه حرارت‌های بالا حفظ می‌کند و در برابر شوک حرارتی مقاوم است.
• سیما‌ن‌ نسوز مقاومت بسیار بالایی در برابر مواد خورنده از قبیل آب‌های اسیدی و سولفاته و آب دریا دارد.
• بتنی که از سیما‌ن‌ نسوز ساخته می‌شود استحکام بسیار بالایی در برابر سایش و ضربه دارد.

به همین دلیل از آن برای کفپوش سالن‌های صنعتی استفاده می‌شود.

کاربرد سیمان‌نسوز:

• تجهیزات زباله‌سوز
• ساخت انواع دودکش
• ساخت کف و دیواره کوره
• ساخت کوره‌های تناوبی و تونلی
• خشک‌کن و پیش گرم کوره‌های‎‌ سیما‌ن

سیما‌ن‌ نسوز ۴۵۰

حاوی بیش از ۴۰ درصد Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای کلسیم آلومینات بوده و برای مصرف به‌عنوان ماده نسوز در صنایع حرارتی استفاده می‌شود.

سیما‌ن‌ نسوز ۵۰۰

حاوی بیش از ۷۰ درصد Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای CA و CA2 بوده و برای مصرف به عنوان ماده نسوز با درصد خلوص بالا در صنایع حرارتی بکار می‌رود.

سیما‌ن‌ نسوز ۵۵۰

ترکیب اصلی آن حاوی بیش از ۸۰ درصد Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و آلومینات کلسیم است.

از جمله ویژگی‌های آن می‌توان اشاره کرد:

• نسوز بودن
• خواص ترمودینامیکی بالا
• کاربردهای ویژه نسوز آن مانند اتمسفرهای احیاء هیدروژن

این سیمان‌ها برای درزگیری چاه‌های نفت به‌کار می‌روند.

عمده این سیمان‌ها دیرگیر بوده و در برابر دما و فشار بالا مقاوم هستند.

همچنین ممکن است این نوع سیمان در حفره چاه‌های آب و فاضلاب نیز به‌مصرف برسد.

سیمان ماده مهمی است که ما در سازه‌ها به عنوان چسبنده‌ای برای چسبندگی مواد به سایر مواد از آن استفاده می‌کنیم.

کلینکر جزء سیمان است.

این ماده اتصال‌دهنده فعال در سیمان است.

بنابراین، تفاوت اصلی بین کلینکر و سیمان در این است که کلینکر به عنوان گره‌های مرمر مانند ظاهر می‌شود، در حالی که سیمان یک پودر بسیار خوب است.

علاوه بر این، ذرات در اندازه کلینکر در محدوده 3 میلی‌متر تا 25 میلی‌متر قطر هستند در حالی که در سیمان ذرات بسیار ریز وجود دارد.

جدا از آن، کلینکر در طول سیمان در داخل کوره شکل می‌گیرد، در حالی که می‌توان سیمان را با اضافه‌کردن گچ به کلینکر و خرد کردن ریز تولید کرد.

سیمان در بتن کاربرد دارد و وظیفه آن صرفا چسباندن دانه‌ها به یکدیگر است و به خودی خود تاثیری در مقاومت و باربری ندارد.

از این رو بتن خوب بتنی است که وقتی نمونه‌ای از آن شکسته شود، دانه‌های سنگی آن از وسط شکسته شده و سیمان‎‌ها پاره نشود.

سیمان معمولاً در بسته‌های ۵۰ کیلوگرمی به فروش می‌رسد.

هر چند مصرف‌کنندگان بزرگ تجاری مانند کارخانه‌های ساخت بتن و کارخانه‌های قطعات بتنی پیش‌ساخته فله استفاده می‌کنند و حمل آن توسط تانکرهای خاصی صورت می‌گیرد.

برای نگهداری‎ سیما‌ن و جلوگیری از هدر رفتن آن سیلوی سیمان به وجود آمده‌است که برخی طراحی اولیه آن را به شخصی آمریکایی به نام هاتچ نسبت داده‌اند.

یکی از مهم‌ترین اولویت‌های یک پروژه عمرانی نگهداری از سیمان به شکل مناسب و جلوگیری از هرز رفتن آن می‌باشد.

سیلوهای ‌سیما‌ن را در اندازه‌های 30، 50، 60، 80، 100، 150، 200 تن می‌سازند و به این ترتیب آنها در ظروف سربسته بدون کیسه نگهداری می‌شود.

همچنین لازم به ذکر است که نگهداری انواع سیمان در سیلوی سیمان تا حداکثر سه ماه مجاز می‌باشد.

پس از 4 الی 6 هفته متوجه خواهید شد که مقاومت‌ سیما‌ن در حال کاهش است.

یکی از مهم‌ترین مسائل در نگهداری‌ سیما‌ن این است که رطوبت و نم و به خصوص آب به آن نرسد پس نباید پاکت‌های آن خیس و یا پاره باشند.

زیرا نم می‌تواند موجب کلوخه‌شدن و گیرش جزئی در سیمان شود که مقاومت آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

کاری از گروه آموزشی استوارسازان