اگرچه شواهد مربوط به استفاده از سیمان یا سمنت در بتن ساختمان پانتئون شهر رم در ایتالیا در سال 27 قبل از میلاد به چشم می خورد ، با این حال در سده ی 18 میلادی یک معمار و بنای انگلیسی به نام ژوزف اسپدین با ترکیب آهک و خاک رس و حرارت دادن به این ترکیب موفق به کشف اولین و ابتدایی ترین نمونه سیمان پرتلند شد.
ژوزف اسپدین در تاریخ در تاریخ 21 اکتبر سال 1824 ، این ترکیب را به نام خود به ثبت رساند . نام این ماده برگرفته از واژه سمنتوم رومی می باشد، که واژه انگلیسی سمنت Cement نیز برگرفته از آن است.
عملکرد عمده این ماده ایجاد چسبندگی در دیگر مصالح ساختمانی می باشد ، اما با توجه به نوع سیمان و نوع عملکرد آن ، سیمان را می توان به چند نوع تقسیم بندی کرد :
- سیمان پرتلند نوع 1؛
- سیمان پرتلند نوع 2 یا پرتلند آمیخته؛
- سیمان پرتلند نوع 3 یا سیمان زودگیر؛
- سیمان پرتلند نوع 4؛
- سیمان پرتلند نوع 5 یا سیمان ضد سولفات؛
- سیمان پوزولانی؛
سیمان پرتلند تیپ 1 : پرتلند نوع 1 یا سیمان پرتلند برای مصارف عمومی مانند ساخت پیاده رو ها ، روسازی جاده ها ، راه آهن ، لوله های آب و غیره استفاده می شود . از این سیمان نباید در محیط های حاوی یون های مهاجم بتن استفاده شود.
تیپ 2 : زمانی که حرارت هیدراتاسیون و مقاومت در برابر حمله سولفات ها نیاز باشد ، از سمنت نوع 2 برای استفاده می شود . میزان گیرش نوع 2 ، از نوع 1 کمتر بوده و حرارت کمتری از خود تولید می کند. در ساخت ساختمان های حجیم معمولا از سیمان نوع 2 استفاده می شود.
تیپ 3 : سیمان نوع 3 یا زود گیر، گیرش سریع تری نسبت به تیپ 1 و 2 داشته و در مدت کوتاهی مقاومت بالایی به دست می آورد . از پرتلند نوع 3 در محیط های سرد استفاده می شود.
تیپ 4 : این سیمان کندگیر بوده و در ساخت ساختمان های حجیم بتنی کاربرد دارد.
تیپ 5 : این نوع در محیط هایی که در معرض حمله سولفات ها قرار دارند کاربرد دارد . اگر آب و خاک دارای مقادیر زیاد سولفات باشد ، می بایست از سیمان نوع 5 استفاده شود.
پوزولانی : این نوع براي مصارف عمومی در ساخت ملات یا بتون به کار می رود و دوام قابل توجهی در محیط های حاوی املاح خورنده دارد . جذب قلیایی های سیمان ، قابلیت حفظ خواص بتن در زمان طولانی از دیگر ویژگی های سیمان پوزولانی می باشد .
سمنت Cement از ترکیب مصالح آهکی ، رس ، سیلیس و اکسید های معدنی در دمای 1400 تا 1500 درجه سانتی گراد به دست می آید . ترکیبات شیمیایی موجود در سیمان پرتلند شامل :
تری کلسیم سیلیکات به نسبت 20 تا 75 درصد
دی کلسیم سیلیکات به نسبت 15 تا 46 درصد
تری کلسیم آلومینات به نسبت 4 تا 13 درصد
و 8 تا 12 درصد تتراکلسیم آلومینوفریت می باشد .
با تغییر در مقادیر مواد فوق و اضافه کردن سنگ گچ سیمان می توان تیپ های مختلف سیمان با مقاومت های گوناگون تشکیل داد ، همچنین با اضافه نمودن گونه ای خاکستر آتشفشانی ریزدانه با ترکیبات سیلیسی به نام پوزولان به ترکیبات اصلی می توان به سیمان پوزولانی دست یافت.
برای تولید این ماده دو روش ( خشک و مرطوب ) وجود دارد . در روش خشک می بایست مواد اولیه را با یکدیگر مخلوط ، خرد و تبدیل به پودر کرده و ذخیره می کنند . در فرایند تولید سمنت می بایست به منظور حذف مواد آلی موجود در آن ، رس شسته شود .
مواد پودر شده و آب ناشی از شستن رس که ماده چسبناکی است و به دوغاب معروف است به کانال آسیاب جهت اختلاط فرستاده شده و سپس در مخازن برای آماده سازی نگه داری می شود . اما در فرایند مرطوب تولید سیمان، مواد آهکی و سیلیسی به صورت جداگانه خرد شده ، شسته می شود و پس از انتقال به انبار برای اختلاط در کوره دوار قرار می گیرند .
عملکرد در بتن
Cement یکی از مهم ترین ترکیبات بتن محسوب می شود . بتن از سه جزء اساسی زیر تشکیل می شود:
آب
سنگدانه ( شن و ماسه )
سیمان پرتلند .
عملکرد اصلی این ماده در بتن ایجاد چسبندگی در شن و ماسه به وسیله ترکیب با آب می باشد . همچنین مقادیر مختلف بتن می تواند مقاومت های مختلفی به بتن ببخشد .
مزایا و معایب
همانطور که پیش تر گفته شد سیمان، ماده‌ای چسبنده است که قابلیت چسبانیدن ذرات به یک دیگر را دارد . به کمک قابلیت چسبندگی این ماده می توان جسم و ماده یکپارچه به دست آورد . اصلی ترین مزیت سمنت در ساخت بتن قابلیت چسبندگی آن برای چسباندن مواد تشکیل دهنده بتن می باشد .
این ماده انواع گوناگونی دارد که می بایست متناسب با نوع کاربری ، محیط ، شرایط جغرافیایی ، میزان مقاومت مورد نیاز و غیره نسبت به انتخاب آن اقدام کرد . مقادیر مختلف ترکیبات سیمان، قابلیت کاهش یا افزایش میزان مقاومت آن را دارد .
آزمایش ها و کنترل کیفیت
برای تعیین و مشخص کردن خواص سیمان می توان دو آزمایش ( فیزیکی و شیمیایی )
انجام داد . از مهم ترین آزمایش های سیمان می توان به موارد زیر اشاره کرد:
آزمایش تعیین وزن مخصوص
آزمایش نرمی
حرارت هیدراتاسیون
حرارت آبگیری
آب لازم برای خمیر متعارف سیمان، گیرش کاذب تعیین زمان شروع و پایان گیرش اشاره کرد . انجام هر کدام از آزمایش ها ی مربوط به این ماده نیازمند ابزار مناسب و شرایط خاصی می باشد که خود یک مبحث قابل بحث می باشد .
روش های آزمایش
آزمایش کامل شیمیایی جهت تعیین تیپ: ASTM C 114
تعیین غلظت نرمال: ASTM C 187
تعیین زمان گیرش: ASTM C 191
تعیین گیرش کاذب: ASTM C 451
سلامت سیمان به روش اتوکلا و دلوشاتلیه : ASTM C 151 / ISIRI 391
تعیین نرمی(بلین) : ASTM C 204 / ISIRI 390
تعیین چگالی: ASTM C 188 / ISIRI 7148
آزمایش مکانیکی تعیین مقاومت فشاری: ASTM C 109 / ISIRI 393
تعیین مقاومت خمشی: ISIRI 393
تعیین مقاومت کششی:
تعیین انبساط سولفات در 14 روز (مقاومت سولفاته) :
تعیین روانی (سیلان):
