انواع سیمان و کاربردهای آن در صنعت ساخت و ساز

به گزارش اخبار ساختمان، طبیعتاً اولین ماده سیمانی كه بشر از آن استفاده کرد، گل بود كه هنوز هم بقایای ساختمانهای گلی در مناطق كویری کشور قابل مشاهده است. در طول سالیان مختلف، مواد گوناگونی به عنوان سیمان به كار رفت و امروزه چسباننده‌های بسیار متنوعی شامل انواع ملاتهای سیمانی، ملاتهای گچی، چسبهای پلیمری و… در دست است.

سیمان نوع 1

این نوع سیمان که سیمان پرتلند معمولی نیز گفته میشود، برای مصارف عمومی که ویژگی خاصی از بتن خواسته نشده است، مصرف می شود. از این نوع سیمان در ساختن پیاده روها، روسازی جاده ها، پل های بتن مسلح، راه آهن، مخازن، لوله های آب و ملات برای بنایی استفاده می شود.

به طور کلی بهتر است از این سیمان در مواردی که نیاز به خواص ویژه دیگر سیمان ها علی الخصوص در محیط های خورنده حاوی یونهای مهاجم بتن استفاده نشود. اخیراً این نوع سیمان در سه کلاس 325-1 ،425-1 و 525 -1 تولید و عرضه میشود. برای کلاسهای با مقاومت بالا (435-1 و 525-1(و در مناطق گرمسیر که خطر افزایش دمای بتن به 32 درجه سانتیگراد و در بتن ریزی حجیم به بیش از 15 درجه سانتیگراد وجود دارد، مصرف این کلاس ازسیمان ها بایستی با احتیاط صورت گیرد.

سیمان نوع 2

از این نوع سیمان در مواردی که حرارت هیدراتاسیون متوسط و مقاومت در برابر حمله سولفات های در حد متوسط لازم باشد، به کار می رود. به دلیل محدودیت فاز آلومینات و کمتر بودن فاز C3S در این سیمان که سبب ایجاد خواص ویژه مزبور می شود، مقاومت فشاری اولیه و نهایی آن کمتر از سیمان نوع 1 است.

سیمان تیپ 2 معمولاً کندتر از سیمان تیپ 1 می گیرد و در گیرش حرارت کمتری تولید می کند. از این سیمان می توان در ساختمانهای حجیم استفاده نمود تا هنگام گرفتن بتن حرارت کمتری ایجاد شود و حجم بتن ریزی محدود نشود. این سیمان در محیطهای آب و خاك که غلظت یون سولفات در حد متوسط است و برای بتن ریزی در هوای نسبتاً گرم که خطر افزایش دمای بتن معمولی به بیش از 32 درجه سانتیگراد و بتن حجیم به بیش از 15 درجه سانتیگراد وجود دارد، به کار می رود. برای استفاده در محیط های حاوی یون کلر و سولفات به طور همزمان و در محیط های حاوی غلظت زیاد سولفات و همچنین برای بتن ریزی در هوای سرد این نوع سیمان توصیه نمی شود.

بیشتر بخوانید: چه عواملی بر کیفیت بتن آماده موثر است؟

سیمان نوع 3

این نوع سیمان این سیمان تقریباً اجزاء اولیه تیپ 1 را دارد، با این تفاوت که به شدت 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 می آورد و مقاومت 7 روزة آن حدود مقاومت 28 روزة سیمان نوع 1 است. این نوع سیمان نسبت به سیمان نوع 1 در هنگام گیرش حرارت بیشتری تولید می کند. مطابق آیین نامه بتن ایران (آبا) غلظت یون سولفات در محیط آبی کمتر از ppm 1200 و در محیط خاکی کمتر از 5/0 درصد است.

از این سیمان وقتی استفاده می کنند که بخواهند زودتر از معمول قالب را برداشته و بتن را مورد استفاده و بارگذاری قرار دهند. در محیطهای سرد نیز می توان از این سیمان استفاده کرد تا مدت زمان لازم برای محافظت بتن ریخته شده کوتاه تر شود. اگرچه با به کار بردن مخلوط پرسیمان تر با سیمان نوع 1 هم میتوان بتنی تهیه کرد که در مدت کوتاه مقاومت بیشتری کسب کند، ولی سیمان نوع 3 همین کار را به نحو بهتر و باصرفه تر انجام می دهد.

سیمان نوع 3 را سیمان زودگیر هم می گویند. در هوای سرد (حدود 4 درجه سانتیگراد)، در دمای زیر صفر درجه سانتیگراد کاربرد این سیمان به تنهایی کفایت نمی کند و لذا در یخبندان علاوه بر مصرف این سیمان مسائل دیگری نیز باید رعایت شود (مثلاً مصرف ضد یخ)؛ سیمان تیپ 3 در ساعات اولیه مصرف، حرارت قابل توجهی آزاد می کند و باعث گرم شدن بتن می شود.

سیمان نوع 4

سیمان تیپ 4 کندگیر بوده و در هنگام حرارت کمتری تولید می کند. مقدار C3S و C3A موجود در این نوع سیمان در مقایسه با انواع دیگر سیمان، کمتر بوده و در مقابل C2S زیادتری دارد. مورد استفاده این نوع سیمان جایی است که شدت و مقدار حرارت تولید شده اهمیت دارد. بتنی که با این سیمان ساخته می شود، رشد مقاومت آهسته تری دارد؛ یعنی دیرتر می گیرد. کاربرد اصلی این نوع سیمان در ساختمانهای حجیم بتنی است.

در ساختمانهای حجیم همچون سدهای وزنی بتنی به علت حجم زیاد بتن، افزایش درجه حرارت ناشی از گیرش بتن میتواند بسیار خطرناك باشد. برای پایین نگه داشتن درجه حرارت سیمان، سیمان نوع 4 که به آن سیمان دیرگیر نیز میگویند استفاده می شود.

این نوع سیمان در هوای گرم و دمای بالای 40 الی 50 درجه سانتیگراد برای تسهیل مراقبت از بتن به کار می رود. مصرف این نوع سیمان در هوای گرم باعث جلوگیری از اتصال سرد می شود؛ چراکه در بتن ریزی دیوارها (دیوار مخزن آب و یا استخر) که طول دیوار زیاد است، چون بتن ریزی لایه لایه انجام می گیرد، ممکن است فاصله زمانی حدود نیم ساعت یا بیشتر طول بکشد تا لایه بتن جدید روی بتن قبلی ریخته شود.

بدین ترتیب در هنگام ریختن بتن لایه جدید، بتن لایه قبلی سفت شده و اتصال خوبی بین دو لایه برقرار نمی شود. این اتصال ضعیف بین لایه های بتن قدیم و جدید را اتصال سرد می گویند که ضعف بتن ریزی به شمار میرود. به خصوص اگر سازه آبی باشد این اتصال نتطه ضعفی برای نشت آب خواهد بود. مصرف سیمان تیپ چهار در چنین مواردی باعث می شود که فرصت کافی برای بتن ریزی فراهم باشد و لایه های قبلی هنوز وارد واکنش نشده باشند تا بتوانند با لایه های جدید اتصال مناسبی را برقرار نمایند.

در بتن ریزی های حجیم به منظور کاهش تنش های حرارتی می توان از این سیمان استفاده کرد. بتن حجیم بتنی را گویند که طول و عرض و ارتفاع آن زیاد باشد؛ مانند بتن ریزی سدها و یا پایه های پل.

از اشکالات بتن ریزی حجیم، ایجاد تنش های حرارتی است. بدین صورت که به دلیل حجیم بودن بتن، تبادل حرارتی عمق بتن با محیط بیرونی، کندتر صورت می گیرد. بنابراین هنگامی که بتن سفت شد، هنوز دمای قسمت های مرکزی آن با محیط اطراف، یکنواخت نشده است. از این لحظه به بعد تغییر دمای بتن در راستای تبادل حرارتی با محیط خارج، همراه با ایجاد تنشهای حرارتی خواهد بود.

استفاده از سیمان تیپ 4 سبب می شود که اولاً دمای قسمتهای میانی بتن حجیم کمتر از بتن مشابه ساخته شده با سیمان تیپ 1 باشد (چون سیمان تیپ 4 هم کم حرارتتر است و هم دمای خود را در طول زمان بیشتری آزاد میکند) و ثانیاً فرآیند سفت شدن بتن طولانیتر بوده و در این مدت قسمت.

مطابق آیین نامه بتن ایران (آبا) محیط سرد به محیطی گفته میشود که متوسط دمای روزانه طی 3 روز کمتر از 5 درجه سانتیگراد و یا در یک نیم روز کمتر از 10 درجه سانتیگراد باشد: اعظمی از تبادل حرارتی با محیط اطراف صورت می پذیرد. البته اگر خطر کاهش دمای بتن به کمتر از 5 درجه سانتیگراد وجود دارد، بهتر است از سیمان نوع 4 برای بتن ریزی استفاده نشود.

سیمان نوع 5

این سیمان برای مصرف در بتن هایی که در معرض حمله سولفاتها قرار دارد، مناسب است و به همین جهت به سیمان ضدسولفات شهرت دارد. این نوع سیمان وقتی به کار میرود که بتن در تماس شدید با سولفات قرار داشته باشد. از این سیمان اساساً وقتی استفاده میشود که خاك یا آب زیرزمینی که در تماس با ساختمان بتنی قرار دارد، مقدار زیادی املاح سولفات داشته باشد.

طبق آیین نامه بتن ایران (آبا) کلیه سازههای بتنی قرار گرفته در محیطهای آب و خاك 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 می گیرد و حد مقاومت 3 ،7 و 28 روزه برای این سیمان کمتر از سایر سیمانهای پرتلند است و لذا برای سازه هایی که نیاز به مقاومت های زیادتر باشد، دارای محدودیت کاربرد است.

سیمان پوزولانی

جنس پوزولان سیلیکات و تقریباً شبیه سیمان است، منتهی واکنش سیمان را ندارد. در سیمان پوزولانی حداکثر 15 درصد سیمان (نوع 1 ،2 و 5 ) را تشکیل می دهد. این نوع سیمان برای مصارف عمومی در ساخت ملات یا بتن به کار می رود و با نشانه "پ" عرضه می شود. این سیمان علاوه بر دارا بودن مشخصات کاربردی کلینکر سیمان های مورد استفاده، متناسب با نوع و ویژگی پوزولان مورد استفاده، خواص ویژه ای نیز دارا است.

پایین بودن حرارت هیدراسیون اولیه و نهایی، کاهش نفوذپذیری بتن و ایجاد دوام قابل توجه در محیطهای حاوی املاح خورنده، جذب قلیایی های سیمان و قابلین حفظ خواص بتن تازه در زمان طولانی تر، از جمله خواصی است که زمینه های کاربرد گسترده در مناطق گرمسیری و بتن ریزی حجیم، استفاده از سنگدانه های نامرغوب واکنشزا با قلیایی ها، استفاده در محیط های حاوی یونهای سولفات و کلر، قابلیت حمل تا فاصله بیشتر و در مجموع دوام و پایداری بیشتر را سبب می شود.

در سیمان پوزولانی ویژه ماده پوزولانی بین 15 تا 40 درصد وزنی سیمان مزبور را تشکیل می دهد.

بیشتر بخوانید: لزوم استفاده از سیمان پوزولانی در تهیه بتن

مزایا و ویژگی های سیمان پرتلند پوزولانی به شرح زیر است: حرارت هیدراسیون سیمان پرتلند پوزولانی کمتر از سیمان معمولی بوده و در بتن ریزی های حجیم و هوای گرم از افزایش دمای بتن تازه و بروز تركه ای حرارتی جلوگیری می کند. پدیده آب انداختگی بتن حاوی پوزولان، کمتر از بتن معمولی بوده و از بروز تركهای سطحی و عمقی جلوگیری می کند.

سیمان پرتلند پوزولانی مصرف عمومی داشته و مشابه سیمان معمولی در ساخت ملات یا بتن به کار می رود. مطابق آیین نامه بتن ایران (آبا) غلظت یون سولفات در محیط آبی بیشتر از ppm 2500 و در محیط خاکی بیش از 1 درصد است. واکنش پوزولانی منجر به کاهش آهک آزاد داخل بتن شده که ضمن کاهش خلل و خرج، از نفوذپذیری این بتن کاسته و از بروز شوره زدن در بتن، سفیدك بتن و کربناته شدن آن جلوگیری می کند. این کاهش نفوذپذیری موجب دوام بتن در برابر املاح و مواد خورنده بتن و آرماتور می شود.

این سیمان به دلیل داشتن سهم کمتری از کلینکر نسبت به سیمان پرتلند مشابه، دارای سخت شوندگی و گیرش اولیه طولانی تری است و لذا بهتر است برداشتن قالب یا بارگذاری این نوع بتن ها با گذشت زمان بیشتری صورت گیرد. همچنین به علت جذب آب و کاهش روانی و افت اسلامپ، مناسب است از بهکارگیری آب بیشتر برای روانی بتن اجتناب گردد و از مواد روانساز بهره گیری شود.