فهرست مطالب
سیمان پرتلند چیست؟
سیمان پرتلند طبق تعریف ASTM C ۱۵۰، نوعی سیمان هیدرولیک است که از پودر کردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی سیمان پرتلند است، بدست می‌آید.
| نوع سیمان پرتلند | کاربرد |
| I | پرتلند معمولی |
| II | پرتلند اصلاح‌شده (دارای حرارت آب‌بندی کمتر و مقاومت بیشتر در برابر یون کلر و مقاومت متوسط در برابر سولفات‌ها) |
| III | پرتلند زودگیر (دارای استحکام اولیه بالا) این نوع سیمان زودگیر بوده دارای مقاومت اولیه‌ی زیادی است مقاومت سه روزهی آن معادل ۷ روزهی نوع ۱ است. در جاها یی که بخواهند به زودی از ساختمان بهره‌برداری کنند و یا زودتر از موعد مقرر احتیاج به قالب برداری باشد یا برای بتن ریزی در هوای سرد ازآن استفاده می‌کنند، زیرا این سیمان هنگام گرفتن گرمای بیشتری نسبت به نوع۱ پس می‌دهد. |
| IV | پرتلند با گرمازایی کم (دارای گرمای هیدراتاسیون پایین) این نوع سیمان به سیمان (کند گیر) معروف است. حتی از نوع۲ هم کمتر حرارت تولید می‌کند و دیر گیرتر از انواع دیگر است. این سیمان در بتن ریزی‌های حجیم مانند سدهای وزنی مصرف می‌شود. |
| V | پرتلند مقاوم در برابر سولفات (دارای مقاومت خوب در برابر سولفات‌ها) این نوع سیمان به سیمان ضد سولفات نیز معروف است و در سازه‌های دریایی و زمین‌های سولفات دار مصرف می‌گردد ولی در برابر یون کلر به شدت ضعیف است. مقاومت این سیمان در زمان طولانی‌تری نسبت به نوع۱ به دست می‌آید و گرمازایی کم‌تری نیز دارد. |
| IA | نوع ۱ به همراه عامل هوادهنده |
| IIA | نوع ۲ به همراه عامل هوادهنده |
| IIIA | نوع ۳ به همراه عامل هوادهنده |
ترکیب شیمیایی سیمان پرتلند
| فازهای اصلی تشکیل دهنده‌ی سیمان پرتلند |
| تری‌کلسیم سیلیکات ( ۲۰-۷۵ درصد) |
| دی‌کلسیم سیلیکات (۱۵-۴۶ درصد) |
| تری‌کلسیم آلومینات (۴-۱۳ درصد) |
| تتراکلسیم آلومینوفریت (۸-۱۲ درصد) |
نکته: 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 می‌دهد.
- اکسید سیلیسیم
- اکسید آلومینیوم
- اکسید آهن
- اکسید منیزیم
- اکسید گوگرد؛ این ماده معمولاً به جای سنگ گچ، سولفات مورد نیاز تترا کلسیم آلومینو فریت را برای تشکیل سولفو فریت کلسیم به منظور تسهیل هیدراتاسیون سیمان، تأمین می‌کند. (برای پایین آوردن میزان پسماند نامحلول که توسط اسید کلریدریک مشخص می‌شود از این ترکیب به جای سنگ گچ استفاده می‌شود.)
قلیایی‌های سیمان
شامل اکسید پتاسیم و اکسید سدیم می‌باشد که با پاره‌ای از مواد سنگی در بتن ترکیب شده و سبب خرابی بتن و تغییر در میزان افزایش مقاومت آن می‌شوند. در نتیجه مقدار کم این ترکیبات نیز بایستی کنترل و به آن اهمیت داده شود.
افزودنی‌ها
یک سری از افزودنی‌ها در فرآیند تولید سیمان استفاده می‌شوند. این افزودنی‌ها پس از کلینکر به آن اضافه می شوند که عبارت اند از:
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 می‌کند که این ماده هیدراتاسیون سیلیکات‌ها را تسریع می‌کند. ضمناً تماس این سولفات با ترکیب‌تری آلومینات کلسیم موجب ایجاد سولفو آلومینات کلسیم (اترینگایت) می‌شود که موجب افزایش حجم ملات می‌گردد. این افزایش حجم در هنگامی که ملات در حالت خمیری است بی‌ضرر است، اما در صورتی که پس از گیرش ملات ایجاد شود باعث ایجاد سلسله ترک‌های متوالی و تخریب بتن می‌شود. در نتیجه میزان سنگ گچی که به سیمان اضافه می‌شود بسیار مهم بوده و بستگی به میزان‌تری آلومینات کلسیم و قلیایی‌های سیمان دارد.
بالا رفتن ریزی سیمان باعث افزایش میزان سنگ گچ مورد نیاز می‌شود و افزایش سنگ گچ به نوبه خود سبب انبساط بیش از حد و خرابی سیمان سخت شده می‌شود. میزان بهینه سنگ گچ بر اساس حرارت ایجاد شده از فعل و انفعالات سیمان تعیین می‌شود. پیشرفت مناسب فعل و انفعالات کاربر را مطمئن می‌سازد که وقتی همه سنگ گچ ترکیب می‌شود مقدار کمی‌تری آلومینات کلسیم باقی می‌ماند.
آزمایش مشخصی جهت نشان دادن‌عدم سلامت سیمان به علت وجود سولفات کلسیم اضافی وجود ندارد ولی مقدار آن با روش تجزیه شیمیایی به آسانی قابل محاسبه‌است. استاندارد BS۱۲ مقدار مناسب سنگ گچ را به صورت میزان SO۳ موجود توصیه می‌کند.
انواع افزودنی‌های شیمیایی که به سه گروه اصلی زیر تقسیم می‌شوند:
تندگیرها (اکسلریتورها)
تندگیرکننده‌ها که ترکیباتی هستند مانند: کلرور کلسیم، کربنات سدیم، کلرور آلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم و نمک‌های آهن می‌باشند.
کندگیرکننده‌ها (ریتاردر)
نظیر مشتقات هیدروکربنی نمک‌های محلول روی، شکر و براتهای محلول۳-تقلیل دهندگان آب: نظیر اسید هیدروکسی کربوکسیلیک و اسید لیگنوسولفونیک.
آب
مصرف آب در هنگام تهیه بتن بر اساس سیمان پرتلند بتن دومین ماده مصرف شده در جهان است، همانطور که در بالا ذکر شد. بتن بر اساس سیمان پرتلند-با مخلوط کردن مصالح (هر دو نوع درشت و ریز) سیمان پرتلند معمولی (OPC)، مواد افزودنی (مواد معدنی و شیمیایی)، و آب ساخته شده‌است. اجزای آب بتن در ساخت بتن دو نقش دارد که عبارت‌اند از:
اول، ارایه ویژگی‌های جریان مورد نیاز به مخلوط بتن، به‌طوری‌که می‌توان آن را شکل داده و شکل گرفته‌است.
دوم، این است که بتن را درمان کنیم، به عنوان مثال، شیمیایی با OPC واکنش نشان می‌دهد تا هیدرات کلسیم سیلیکات، هیدرات آلومینیوم کلسیم و هیدروکسید کلسیم را تشکیل دهد.
بیش از ۳۰ میلیارد بتن در سال ۲۰۱۱ تولید می‌شود که بیش از سه میلیارد تن سیمان پرتلند معمولی مصرف ۰.۳۵ تن آب در هر تن سیمان می‌کند. نسبت آب به سیمان برای فرمول بتن معمولی از ۰.۳۵ تا ۰.۴ ۱.۵ میلیارد تن آب متغیر است. به‌طور کلی، مصرف آب سالانه در تولید بتن براساس سیمان پرتلند بین ۲.۱۵ تا ۲.۶ میلیارد تن تخمین زده می‌شود.
