انواع سیمان تولیدی در ایران
انواع تیپ های سیمان و محل های مورد استفاده آن
سیمان یکی از مصالح ساختمانی می باشد و به طور کلی سیمان های ساختمانی به دو نوع پرتلند و غیر پرتلند تقسیم می شوند. در قدیم قیر، گچ و آهک قسمت عمده ای از سیمانهای غیر پرتلند را تشکیل می داد، لیکن امروزه انواع مواد پلیمری به عنوان سیمانهای غیر پرتلند مورد توجه قرار گرفته اند. مواد پلیمری دارای خواص بسیار گوناگون و زیادی هستند. البته پاره ای مشکلات خاص خود همانند عدم مقاومت در برابر آتش، تغییر خواص در دراز مدت و همچنین از همه مهم تر قیمت بسیار بالا را هم دارند.
۱- انواع سیمان پرتلند بر مبنای استاندارد ایران
در استاندارد ایران ـ که بر مبنای استاندارد ASTM تدوین شده است، سیمان پرتلند به پنج تیپ (نوع) تقسیم شده است که عبارتند از:
تیپ ۱ـ سیمان پرتلند معمولی.
تیپ ۲ـ سیمان پرتلند اصلاح شده.
تیپ۳ـ سیمان پرتلند زود سخت شونده.
تیپ ۴ـ سیمان پرتلند با حرارت کم.
تیپ ۵ـ سیمان پرتلند ضد سولفات.
تجهیزات لازم برای تولید هر پنج نوع سیمان ذکر شده و خط تولید آنها مشابه یکدیگر است و عمده اختلاف آن ها در میزان مواد اولیه و درجه حرارت کوره می باشد.
۱-۱ سیمان پرتلند تیپ ۱
همانگونه که از نامش مشخص است، معمولاً در کارها از این نوع سیمان استفاده می کنند؛ مگر زمانیکه ویژگی خاصی مد نظر داشته باشید. در استاندارد کشور سیمان تیپ ۱ به ۳ گونه تقسیم بندی خواهد شد که عبارتند از : ۳۲۵-۱ ، ۴۲۵-۱، ۵۲۵-۱٫ این تقسیم بندی بر مبنای مقاومت ۲۸ روزه نمونه های سیمانی خواهد بود (حداقل مقاومت ۲۸ روزه سیمان پرتلند معمولی ۳۲۵ـ۱، ۳۲۵ kg/cm3 یا, ۳۲٫۵Mpa می باشد).
۲-۱ سیمان پرتلند تیپ ۲
با اصطلاحاتی که در خط تولید این نوع سیمان صورت می پذیرد، درصد C3A در آن به حداکثر ۸% محدود خواهد شد. این امر با کم کردن از میزان خاک رس در مواد اولیه امکان پذیر می باشد. چرا که C3A حاوی اکسید آلومینیوم ( Al2O3) می باشد و این اکسید در خاک رس پیدا میشود. لذا جهت کاهش باید از میزان خاک رس کم نمود.
کم شدن C3A باعث کاهش حرارت هیدراتاسیون و همچنین مقاومت سیمان (و بتن) در برابر حمله سولفاتها می شود. زیرا همانطور که در بخش ۲ـ۵ گفته میشود، C3A در مجاورت آب با سولفات ها ترکیب شده، ماده ای به نام اترنژیت به وجود می آورد که در اثر جذب آب متورم شده و باعث ایجاد ترک خواهد شد ( این پدیده حمله سولفات ها نامیده میشود).
۳-۱ سیمان پرتلند تیپ ۳
زمان گیرایی این نوع سیمان، مشابه سیمان پرتلند معمولی است. اما مقاومت اولیه این شیمان به سرعت بالا میرود؛ به گونه ای که در ۳ روز، به مقاومت ۷ روزه تیپ ۱ خواهد رسید. یادآوری می کنیم که سیمان زود سخت شونده با سیمان زودگیر متفاوت می باشد. مفهوم زودگیر یعنی زمان گیرایی سریع، که با مفهوم کسب مقاومت سریع تفاوت دارد. در این گونه از سیمان، کسب مقاومت سریع با آزاد شدن گرمای هیدراتاسیون زیادی همراه بوده و لذا نباید از این نوع سیمان در بتن ریزیهای حجیم استفاده نمود. زیرا بتن در اثر گرمای زیاد هیدراتاسیون منبسط شده و در همان حال گیرش حاصل خواهد کرد. اما پس از سرد شدن، پدیده انقباض بتن را تحت کشش قرار داده و باعث ایجاد ترکهایی در آن خواهد شد. برای دستیابی به این نوع سیمان در مرحله تولید عمدتاً ۲ کار انجام می پذیرد:
۱ـ میزان C3S در سیمان را افزایش می دهند. همانطور که در بخش ۲ـ۵ متذکر شدیم، C3S وظیفه تامین مقاومت اولیه را بر عهده میگیرد.
۲ـ در آسیاب نهایی آن را نرمتر از سیمان پرتلند معمولی می کنند (حدود۳۲۰۰cm2/gr).
در صورت عدم دسترسی به این نوع سیمان می توانیم از سیمان پرتلند معمولی ۵۲۵-۱ استفاده نماییم.
امروزه مواد دیگری نیز به سیمان اضافه می کنند و سیمان های خیلی زود سخت شونده و سوپر سخت شونده بدست می آورند. در مصرف این نوع سیمان ها باید دقت داشته باشیم که دقیقاً مطابق روش ارائه شده در راهنمای آن عمل کنیم.
۴-۱ سیمان پرتلند تیپ ۴
در این نوع سیمان از طریق کم کردن میزان C3A C3S، حرارت هیدراتاسیون را تا حد زیادی کاهش داده اند و از آن در بتن ریزیهای حجیم استفاده می نمایند. البته میزان تولید این نوع سیمان در دنیا کم می باشد و سعی شده از سیمان های جایگزین (همچون تیپ ۵) استفاده نمایند.
در اینجا بهتر است بگوییم جهت کاستن حرارت هیدراتاسیون در بتن ریزی روشهای دیگری نیز وجود دارد که عبارتند از :
پیش سردکن: در این روش بجای آب از پودر یخ استفاده خواهد شد. همچنین سعی می شود که سنگدانه ها حتی المقدور خنک باشند. بدین جهت شن و ماسه را از درون تونلهای خنک کننده عبور خواهند داد. به موازات آنها از میزان مصرف سیمان در بتن نیز تا حد امکان کاهش میدهند.
پس سردکن : در این روش، لوله های مسی یا گلوانیزه مناسبی را در لابلای محدوده بتن ریزی قرار داده اند و هنگام بتن ریزی و در طول زمان عمل آوری، از میان آنها آب یا هوای سرد عبور خواهند داد. این لوله ها در بتن دفن شده و در آن باقی می ماند.
۵-۱ سیمان پرتلند تیپ ۵
در این نوع سیمان که با هدف کاربرد در جاهایی که در معرض حملات سولفاتی می باشد ساخته می شود، درصد C3A به حداکثر ۵% محدود می شود. از آنجا که حرارت هیدارتاسیون این گونه از سیمان بسیار کمتر از حرارت هیدراتاسیون سیمان پرتلند معمولی است، می توانیم از آن در بتن ریزیهای حجیم استفاده نماییم.
تذکر این نکته ضروری می باشد که سرعت کسب مقاومت این نوع سیمان کمتر از تیپ ۱ می باشد؛ به طوری که در ۲۸ روز، حدود ۹۱% مقاومت ۲۸ روزه سیمان تیپ ۱ را بدست می آورد. بنابراین در برخی آیین نامه ها مقاومت ۴۲ روزه این نوع سیمان به جای مقاومت ۲۸ روزه آن لحاظ می شود.
۲- بحثی پیرامون حملات سولفات ها
تا مدتها پس از بکارگیری سیمان پرتلند معمولی در بتن، در بعضیی مناطق، بتن کم کم سفید شده، پودر شده و می ریخته. این موضوع توسط یک مهندس سوئدی به نام شلتون کشف شده است. شلتون نشان میدهد که در مناطقی که مواد سولفاتی وجود دارد، سولفاتها پس از نفوذ به درون بتن با C3A ترکیب شده، ماده ای به نام اترنژیت یا اترینگات به وجود خواهند آورند. این ماده جدید در اثر جذب آب متورم میشود و باعث ایجاد ترک در بتن شده که به این روند، حملات سولفاتها می گویند. برمبنای این کشف، کاهش میزان C3A در سیمان و تولید سیمان هایی چون سیمان پرتلند تیپ ۵ به عنوان راه حل مقابله با حملات سولفات ها ارائه شده است. در روند حملات سولفات ها، نکته حائز اهمیت آن است که تخریب بتن در اثر پدیده شیمیایی ترکیب سولفات C3A نیست؛ بلکه به علت پدیده فیزیکی انبساط اترنژیت در اثر جذب آب می باشد! بعدها تشخیص داده شد که سولفاتها علاوه بر ترکیب با C3A ، به Ca(OH)2 نیز حمله کرده، در ترکیب با آن تولید سنگ گچ می کنند، که این محلول هم در مجاورت آب و با جذب رطوبت، منبسط می شود و باعث ایجاد ترکی در بتن خواهد شد. از طرفی مشخص شد که استفاده از سیمان ضد سولفات(تیپ ۵) در مناطقی نظیر حاشیه خلیج فارس که مواد سولفاتی به وفور یافت میشود بر خلاف انتظار جوابگو نبوده و بتن تخریب میشود، که نمونه این پدیده در تیرهای برق مشهود میباشد. با بررسی های دقیق تر مشخص گردید این تخریب در اثر حمله کلریدها می باشد نه سولفات ها؛ به این شکل که با کاهش اندازه، در کنار افزایش مقاومت در برابر سولفات ها، نفوذ پذیری نیز زیاد می شود و کلریدها راحت تر به داخل بتن راه پیدا میکنند. کلریدها به میلگرد حمله می کنند و در آنها خوردگی به وجود می آورند که در نهایت منجر به تخریب بتن می شود و از آنجا که در مناطق حاشیه خلیج فارس کلریدها نیز به میزان زیاد در محیط وجود دارند، این مشکل به وجود می آمد. جهت رفع این معضل، پیشنهاد می شود، در این مناطق از سیمان هایی استفاده کنید که درصد C3A در آنها از ۸% بیشتر نباشد؛ ولی کمتر از ۵% هم نشود. که هم در برابر سولفات ها مقاومت داشته باشد و هم قابلیت نفوذ زیادی نداشته باشد. به طور کلی چنین نیست که هرجا مساله وجود سولفات ها در محیط مطرح باشد، از سیمان تیپ ۵ استفاده کنید. همچنین در مقابله با حملات سولفات ها، علاوه بر انتخاب سیمان مناسب، باید به نکات دیگری نیز توجه شود که در پدیده بسیار موثرند:
۱ـ سولفات ها تنها در حالت محلول قادر به حمله به بتن می باشند. بنابراین یکی از راه های مقابله با حملات سولفات ها دور نگاه داشتن بتن از رطوبت می باشد. نمونه این عملیات قلوه چینی پیرامون پی ساختمان ها جهت جلوگیری از نفوذ آب به پی می باشد. همچنین در ساخت بتن نباید از آب دارای سولفات ها استفاده شود.
۲ـ تر و خشک شدن پیوسته ملات سولفات ها را تشدید خواهد کرد. این پدیده به ویژه در سازه های بتنی کنار دریا که تحت تاثیر جذر و مد هستند مشاهده میشود.
۳ـ از آنجا که هر چه میزان آب به سیمان (W/C) در بتن بیشتر باشد، نفوذپذیری و به دنبال آن حملات سولفات ها و کلریدها بیشتر است، حتی المقدور باید مقدار آب را تا حد امکان کم نمود و به جای آن از مواد روان کننده استفاده کرد.
اصولاً بتن در معرض دو گانه حمله است :
۱ـ حمله داخلی .
۲ـ حمله خارجی.
در حمله داخلی، مواد مخرب با مواد اولیه وارد بتن شده و گریزی از حضور آنان نیست. مثلاً سولفات از طریق سنگ گچی که در خود دارد وارد بتن می شود. امکان دارد آب مصرفی خود دارای مواد واکنش زا باشد و … تنها راه مقابله با این حملات، دقت زیاد در انتخاب مواد اولیه و خشک نگه داشتن بتن حاصله می باشد. این گونه حملات طی سالیان طولانی و بصورت آهسته نمایان می شوند. در حمله خارجی، مواد مخرب از خارج به درون بتن نفوذ میکند، آن را تحت تاثیر قرار می دهند. مانند: حمله کلریدها در خلیج فارس. این گونه حملات طی مدت زمان بسیار کوتاه تری (بین ۶ ماه تا یک سال) ظهور می کنند و راه های مقابله با آن قبلاً شرح داده شد.