به طور كلي مي‌توان گفت كه سيمان يك ماده چسبنده است كه به طور مستقل محكم و سفت مي‌شود و مواد ديگر را هم به هم مي‌چسباند، سيمان (Cement) از دوران رمان گرفته شده كه از اصطلاح Opus caementicim استفاده مي‌كردند كه از آن براي توصيف مادة بنائي بتون كه از سنگ‌هاي خورده شده و عصارة ليمو براي چسباندن مواد استفاده مي‌كردند. قبلاً از خاكستر مواد مذاب و عصارة سوخته شده ليمو براي بدست آوردن يك مادة چسبنده هيدروليكي استفاده مي‌كردند كه بعدها به سيمان معروف  شد. از سيمان‌ها در موارد ساخت و ساز استفاده مي‌شود كه به دو سري هيدروليك تقسيم مي‌شوند. مهمترين استفادة سيمان بدست آوردن فرآورده‌هاي آن از جمله بتن مي‌باشد. بايد توجه شود كه بتن را نبايد با سيمان اشتباه گرفت، زيرا كه سيمان به پودر خشك تلقي مي‌شود كه به آن آب و يا ديگر افزودني‌ها اضافه مي‌كنند كه منجر به ايجاد شدن بتن مي‌شود. مخصوصاً وقتي كه مواد متراكم به آن اضافه شود.

 

تاريخچه:

اولين استفاده‌ها: به طور دقيق معلوم نيست كه چه زماني كشف شد كه مي‌توان از تركيب پوزالان (خاكستر و مواد مذاب) و عصاره ليمو  يك مادة چسبنده‌ي هيدروليكي بدست آورد، اما از بتن كه از چنين تركيباتي بدست مي‌آيد، اولين بار توسط مهندسان رومي استفاده مي‌شد. آنها هم از پوزولان‌هاي طبيعي و مصنوعي در اين بتن‌ها استفاده مي‌كردند، نمونه بسياري از ساختمانها كه از اين تركيب ساخته شده است هنوز پا برجا هستند همانند سد بزرگ مونوليتك پانتئون در رم و حمام‌هاي بزرگ در كاراكالا، همچنين سيستم‌هاي عظيم كانال‌هاي آب در زمان رم، به طور فراوان از سيمان‌هاي هيدروليك استفاده شده است. استفاده ساختاري از بتن در اروپاي مركزي كمتر شده، اما هنوز از بتن‌هاي ضعيف براي پر كردن درون ستون‌ها و ديوارها استفاده مي‌شود.

 

سيمان امروزي-استفاده از سيمان مدرن بعد از انقلاب صنعتي شروع به توسعه يافت كه به دليل 3 عامل اصلي مي‌باشد:

 

1- استفاده از آن براي تمام كردن ساختمانهاي آجري در شرايط آب و هوايي مرطوب

 

2- استفاده با ساروج براي ساختارهاي بنائي در كارگاههاي كاري و استفاده از آب دريا براي آن.

 

3- گسترش بتن‌هاي محكم

 

به ويژه در بريتانيا، كيفيت خوب ساختمانهاي سنگي در دوره‌اي بسيار گران شد به همين دليل اين امر سبب شد كه از يك آجرهاي صنعتي جديد استفاده كنند كه در آن از عصارة ليمونيز استفاده مي‌كردند اما زمان سريع براي اتمام كار منجر شد كه سيمانهاي جديد گسترش يابند. معروفترين اين سيمان‌ها، سيمان پاركر روم بود كه توسط جيمي پاركر در سال 1780 گسترش يافت و بالاخره در سال 1796 به ثبت رسيد. البته مواد تشكيل دهندة آن همانند موادي كه رومي‌ها بكار بردند، نبود و در آن از يك مادة طبيعي ساخته شده بوسيلة سپتاريا سوخته شده استفاده مي‌كردند. بايد گفت كه اين ماده جديد تركيبي از رسوبات خاك و گل و كلسيم كربنات بود.

 

توجه: هر جا كه از كلمه «ليمو» استفاده شده، منظور آهك است.

 

اين محصول با ماسه و ساروج مخلوطي مي‌شد و بعد از 5 تا 15 دقيقه آماده مي‌شد. موفقيت سيمان رومي‌ها منجر به توليدات ديگري شد كه از تركيبات مصنوعي گچ و گل توليد مي‌شدند. جان اِسميتون، نقش بسزايي در گسترش سيمان داشت وقتي كه مي‌خواست ساختمان سوم Eddystone را در كانال انگليس شروع به ساخت كند. او نيازمند به ماده‌اي بود كه هم از مقاومت بالايي برخوردار باشد و هم در مقابل جزر و مد دريا مستحكم باشد، او تحقيقات بسياري را دربارة عصاره‌هاي ليمو كه خاصيت هيدروليكي داشت شروع كرد و بسياري از محصولات و فرآورده‌هاي آن را ديدن كرد و متوجه شد كه هيدروليكي ليمو رابطه مستقيمي با مواد خاك رس دارد. چنين شاخص‌هاي مشتركي نيز توسط لوئيس ويكات در اوايل دهه قرن نوزدهم تعريف شد. وي بدنبال روشي بود كه بتواند گچ و خاك رس را با هم مخلوط كند و سپس به آنان حرارت داده و يك سيمان مصنوعي بدست آورد. جيمز فروست در بريتانيا چيزي را توليد كرد كه وي آن سيمان را انگليسي ناميد و از روش مشابهي استفاده كرد اما تا سال 1822 آن را به ثبت نرسانيد. جوزف آسپين، در سال 1824 ماده مشابهي را به ثبت رسانيد كه وي آن را سيمان پرتلند ناميد زيرا كه رنگ آن شبيه به سنگ‌هاي منطقه پرتلند بودند. تمامي اين محصولات قابل قياس با عصاره ليمو و خاكستر مواد مذاب از لحاظ مقاومت و زود آماده شدن نبودند. آقاي بليت، كم‌كم سبب افزايش مقاومت سيمان شد زيرا كه وي آنها را در دماي حدود 1250 درجه سانتيگراد حرارت مي‌داد و منجر شد كه ديگر ماده‌اي بنام آليبت كه در سيمان امروزي سبب محكم بودن و مقاومت سيمان مي‌شود، ديگر نباشد. اولين سيماني كه چنين خصوصياتي داشت توسط وزرنه جوزف آسپين، ويليام آسپين در اوايل دهه 1840 ساخته شد و اين چيزي است كه ما امروزه آن را سيمان مدرن مي ناميم. بعد از ويليام، دانشمندان بسياري مدعي شدند كه قبلاً اين روش را بكار برده‌اند اما هر يك به نوعي سود مي‌بردند. ويكات، مسئول كشف اساس شيميايي اين محصول‌ها شد و جانسون، كاشف مخلوط خاكستر مذاب با تركيب كلين شد. اختراع ويليام شهودي براي محصولات سيمانهاي مصنوعي بودند، چرا كه آنها نيازمند ليموي بيشتري در تركيب و نيازمند دماي بالاتري بودند و از انجايي كه تكنولوژي در ان زمان محدود بود، لذا آنها را بن بست كشانده بود علاوه بر اين هزينه توليدات به طور قابل ملاحظه‌اي زياد بود. اما محصول، به طور منطقي  آرام و با مقاومت بالاتري توليد شد و از اين رو سبب بازشدن بازاري جديد براي فروش سيمان شد. استفاده از بتن در ساختارها از سال 1850 به بعد، به سرعت افزايش يافت و در همة موارد ديگر از سيمان استفاده مي‌كردند.

 

انواع سيمان  مدرن

 

سيمان پورتلند- اين سيمان ساخته شده به وسيله حرارت دادن سنگ آهك با مقادير كم از ديگر مواد مي‌باشد مانند خاك رس كه تا 1450 درجه سانتيگراد در كوره حرارت مي‌بيننند و ماده محصول يك ماده سخت است كه آن راclinker  يا آجر لعابي مي‌نامند و بعد از اضافه كردن آن به سنگ گچ و تبديل آن  به پودر، سيمان  به دست مي‌آيد كه آن را سيمان پورتلند مي‌نامند و يكي از پرمصرف‌ترين سيمان‌ها مي‌باشد. اين نوع سيمان، تركيب اصلي بتن  است و بهترين استفاده  آن براي توليد بتن مي باشد. بتن تركيبي است كه متشكل شده از شن و ماسه، سيمان آب مي‌باشد بتن را مي‌توان به هر شكل دلخواهي درآورد و زماني كه سفت شود حالت ساختاري به خود مي گيرد. اين نوع سيمان مي تواند خاكستري يا سفيد باشد.

 

 

 تركيب سيمان پرتلند: اين محصول نيز به عنوان مخلوطي از مواد زمين است كه از محصولات سيمان باشد ولي از فرمول يكساني هستند و همچنين با ديگر تركيبات  زمين مخلوط مي شود.

 

كوره قالبگيري سيمان پرتلند- كه از 70% مواد زميني و آجر لعابي و كمي سنگ گچ تشكيل شده است كليه تركيبات از مقاومت بالايي برخوردار هستند اما وقتي كه ذرات خرده افزايش يابد، مقاومت كاهش مي يابد در حالي كه مقاومت سولفات افزايش يافته و ميزان گرما كاهش‌مي‌يابد كه در اين مورد براي مصارف اقتصادي استفاده مي‌شود افزايش سولفات و كم كردن ميزان حرارت .

 

 سميان پورتلند فلايش (flyash)

 حاوي30% خاكستر مذاب  است كه سبب قدرت و نگهداري زياد مي شود، از ان جايي كه خاكستر مواد مذاب نيازمند مقدار آب كمي در ساختار بتن است سبب مي شود كه مقاومت اوليه باقي بماند .flyash هم با كيفيت  است و هم ارزان قيمت.

 

 سميان پورتلند پوزالان كه شامل خاكستر مذاب مي‌اشد و علاوه بر اين شامل موادي طبيعي و يا مصنوعي از پوزالان مي‌باشد در كشورهايي كه خاكستر آتشفشان در آنها يافت مي شود، اين سيمان  بيشترين مورد استفاده را دارد .

 

 سيمان‌سيليس‌ پرتلند

 

 

 

-اضافه كردن سليس به سيمان‌ مي‌تواند سبب افزايش مقاومت‌آن شود و معمولاً سيمان‌هايي با 5 تا 20% سيليس توليد مي شوند، از سيليس بيشتر در تركيبات  بتن استفاده مي شود.

 

سيمان بنائي- براي آجر چين كردن ساروج و گچ استفاده مي‌شود و معمولاً در بتن استفاده نمي‌شود، اكثر آنها داراي فرمولهاي پيچيده ساختاري هستند و تركيبات  آنها ممكن است شامل آهك، آهك خيس، كندساز و افزودني‌هاي نمكي و ضد آب مي‌باشد. فرمول آنها به گونه اي است كه قابل كاركرد با ساروج مي باشد كه سبب مي‌شود  كار بنايي به تندي و با مقاوم بالا ساخته شود.     

 

سيمان‌هاي متمايل به توسعه- كه علاوه بر سيمانهاي پرتلند شامل مقدار زيادي آجرلعابي است كه طوري طراحي شده‌اند كه اثرات آب‌رفتگي را جبران كنند و معمولاً داراي سيمان‌هاي هيدروليكي مي باشد و براي سطح زمين هايي به كار مي‌رود كه  هيچگونه اتصال فلزي مستحكم در آن نباشد.

 

سيمانهاي سفيد مخلوط شده- كه از آجر لعابي سفيد رنگ و ديگر مواد افزودني سفيد ديگر مانند متاكولين به دست مي آيند. سيمان‌هاي رنگي كه براي مقاصد تزئين به كار برده مي شونددر بعضي موارد اجازه داده شده كه از تركيبات رنگي در سيمان استفاده شود اما در بعضي موارد اين اجازه داده نشده، همچنين سيمان هاي رنگي را به نام سيمان‌هاي هيدروليكي تركيب شده نيز به فروش مي‌رسانند.

 

سيمان‌هاي هيدروليكي غير پرتلند:

 

 سيمان هاي پوزالان– آهكي، تركيبي است از پوزالان وآهك كه قبلاً توسط رومي‌ها استفاده مي‌شد و هم اكنون نيز اين بناها را مي‌توان ديد،آنها مقاومت را به آرامي توسعه دادند اما استحكام آنها بسيار زياد مي‌باشد محصولات آبي سبب ايجاد مقاومت مي شوند به طور ذاتي با سيمانهاي پرتلند يكسان مي باشد .

 

سيمان هاي آهك سوخته- اين نوع سيمان  به طور ذاتي هيدروليك نمي باشد اما با اضافه كردن آلكيل فعال مي‌شود كه بيشترين آهك در كاربرد اقتصادي مي باشد خواص آنها مشابه با سيمانهاي  آهك- پوزالان مي باشد.

 

سيمانهاي سولفاتي- اين نوع سيمان حاوي 80% مواد آلي زميني  و 15% گچ و مقدار كمي از آجر لعابي و يا آهك مي باشد استحكام آنها به وسيله شكل گرفتن اِترينگيت مي باشد. اين نوع سيمان  به دليل وجود سولفات مقاومت و استحكام  زيادي دارد.  

 

سيمانهاي كلسيم آلومنيم- اين نوع سيمانها هيدروليكي مي باشد و به طورعمده از آهك و بوكسيد تشكيل شده‌اند.ديگرتركيبات‌آن شامل مونوكلسيم آلومنيم   مي‌باشد.استحكام‌آن به‌دليل هيدرات كلسيم آلومنيم مي‌باشد. اين گونه سيمانها بيشتر براي بتن هاي سخت و مقاوم استفاده مي شود.

 

سيمان هاي طبيعي- كه همان نوع سيمان  نواحي پرتلند مي‌اشد كه حرارت دادن خاك رس آهكي در يك حرارت متوسط توليد مي‌شود. مقدار خاك رس موجود در اين نوع سيمان به همان مقدار بليت، زياد است. اين نوع سيمان همانند ديگر سيمان‌هاي ديگر داراي خواص گوناگوني مي باشد.

 

سيمانهاي‌جئوپليمري- كه تركيبي است از سليكات‌هاي فلزي محلول درآب و پودرهاي مواد معدني سيليكات آلومنيم مانند متاگلين مي باشد.    

 

اثرات اجتماعي و محيطي- محصولات سيمان سبب اثرات محيطي در كليه مراحل پردازش مي‌شود. كه مي‌توان به مواردي همچون آلودگي‌ هوا به شكل گاز، گرد و غبار و آلودگي صوتي و يا حالت لرزه‌اي بدليل انجام كار توسط ماشين آلات سنگين اشاره كرد. تجهيزاتي كه سبب كاهش اين آلودگي‌ها شود امروزه به طور گسترده‌اي استفاده مي‌شود و همچنين حفاظت از محيط شامل انتقال تجهيزات به خارج از منطقه مسكوني مي‌باشد.

 

آب و هوا- محصولات سيماني سبب افزايش گازهاي گلخانه‌اي مي‌شود بدين گونه كه زمانيكه كربنات كلسيم گرما داده مي‌شود موجب توليد دي اكسيد كرن مي‌شود و همچنين به طور غير مستقيم سبب از بين رفتن سوخت‌هاي انرژي به ويژه فسيلي مي‌شود. صنايع سيمان 5% از آلودگي‌هاي ساخته شده توسط انسان را توليد مي‌كنند (Co₂) كه 50% آن به دليل فرآيندهاي شيميايي و 40% آن به دليل سوخت مي‌باشد. مقدار Co₂ ساتع شده بوسيله صنايع سيمان در حدود 900 كيلوگرم براي هر 1000 كيلوگرم سيمان توليد شده مي‌باشد. اخيراً نمونه‌اي از سيمان Novacem و سيمان-     توليد مي‌گردد كه مي‌تواند Co₂ موجود در هوا را جذب كند.

 

سوخت‌ها و مواد خام- يك كارخانه سيمان در حدود 3 تا 6، GJ در هر تن بخاطر سيمان توليد شده مصرف مي‌كند- بسياري از كارخانه‌هاي سيمان امروزه از ذغال سنگ و پتروليم بعنوان سوخت هاي اصلي استفاده مي‌كنند. همچنين مي‌توان از ضايعات آن براي بازيافت دوباره استفاده كرد. ضايعات اين گونه مواد شامل مواد معدني همچون كلسيم، سيليكات، آلومينا و آهن مي‌باشد كه از آنها بعنوان مواد خام در كارخانه سيمان به جاي مواد خامي ديگر همچون خاك رس، سنگ رست و اهك استفاده كرد. از آنجايي كه بعضي از مواد خام هم حاوي مواد معدني مفيد و هم گرمازا هستند، بنابراين جداكردن بين سوخت‌ها و مواد خام هميشه به وضوح نيست. مثلاً فاضلاب‌ها شامل مواد گازي زيادي هستند ولي با سوزاندن آنها، مواد معدني مفيدي به ما مي‌دهند.

اثرات محل

ي- توليد سيمان شامل بسياري منافع و ضرر در سطوح محلي دارد. از طرفي قسمت مثبت، سيمان ممكن است سبب اشتغال زائي و فرصت‌هاي تجارت براي مردم بومي بويژه در كشورهاي روبه توسعه كه در آنها فرصت‌هاي تجارتي و اقتصادي كم باشد، شود و اثرات منفي آن شامل صدا و گرد و غبار و ديگر آلودگي‌هاي زيست محيطي شود.

 

تجارت سيمان:

در سال 2002، سرانه‌ توليد جهاني از سيمان، 1800 ميليون تن بوده است، سه كشور برتر توليد كننده سيمان چين با 704، هند با 100 و آمريكا با 91 ميليون تن مي‌باشد كه شامل نصف توليد كنندگان سيمان مي‌باشند. در 18 سال گذشته، چين اولين مقام توليد كنندة سيمان را در ميان كشورها داشته، حداكثر ميزان صادرات سيمان چين در سال 1994، 11 ميليون تن بوده است كه از آن زمان تا هم اكنون به طور تدريجي در حال كاهش مي‌باشد. در سال 2002، چين فقط 18/5 ميليون تن سيمان ادر كرده است كه به ازاي هر تن 34 دلار تخمين زده مي‌شود. بازار چين خودش قيمت را انتخاب مي‌كند و از سيمان تايلند كه 20 دلار است و با كيفيت يكساني صادر مي‌كند، بيشتر است.

 

تقاضا براي سيمان در چين انتظار مي‌رود كه ساليانه 4/5% افزايش و در سال 2008 متجاوز از 1 بيليون تن شود. سيمان مصرف شده در چين 44% تقاضاي جهاني را شامل مي‌باشد. از اينرو چين اولين كشور در توليد و مصرف سيمان در جهان مي‌باشد. در سال 2006 تخمين زده شد كه محصولات سيماني 235/1 بيليون تن است كه 44% توليدات جهاني را شامل مي‌شود.

 

 استفاده از مطالب تنها با قرار دادن لینک منبع وبسایت علمی ‍Civil & Art مجاز است.