توضیحات:
سيمان
تاريخچه سيمان:
سال 1975 ميلادي، درساحل جنوب غربي انگلستان بنايي به نام «جان اسميتون» براي اولين بار خواص شيميايي آهك  پي برد.
سال 1824، ميلادي در شهر ليدز انگلستان، يك معمار انگليسي به نام «ژوزف آسپرين) سيمان پرتلند را به ثبت رساند.
قبل از كشف سيمان، از مالتي به نام «ساروج»  استفاده مي شده و طرز كار اين نوع ملات، شبيه سيمان امروزي بوده است.
سيمان، درسراسر جهان، بدليل آن كه پس از ريختن در بتن، به رنگ خاكستري سنگهاي صخره هاي جزيره پرتلند در مي آيد، به نام پرتلند، معروف گرديده است.
تعريف: ماده اي كه در اثر تماس با آب، دانه هاي شن و ماسه موجود در بتن را در هم مي چسباند و آنها را به صورت يكپارچه درمي آورد، سيمان مي‎نامند. بيشترين
مواد تشكيل دهنده سيمان، آهك بوده و پس از آن سيليس (SiO2) درصد بيشتري نسبت به ساير موارد را دارا مي‎باشد.
توليد سيمان
مصالح خام  مورد نياز در توليد سيمان را تهيه نموده و بصورت پور در آورده، سپس آنها را به نسبت هاي معيني با يكديگر مخلوط مي كنند.
مصالح خام پودرشده، به دو روش، مخلوط مي گردند:
الف) روش خشك: در اين روش،  مصالح خام پودر شده، بصورت خشك مخلوط مي‎شوند.
ب) روش تر: دراين روش، مصالح خام پودر شده، بصورت خيس مخلوط مي گردند.
پس از اينكه  مصالح بصورت «خشك» و يا «تر» مخلوط گرديد، وارد كوره مي‎شود، (حرارت داخل كوره 1400 تا 1650 درجه سانتي گراد است) در اين درجه حرارت فعل و انفعالات خاصي صورت مي‎گيرد و در نتيجه آن كلوخ هاي سيمان توليد مي‎شود. پس ازسرد شن، كلوخ هاي سيمان، آسياب مي گردند و سپس مقدار كمي گچ به آن اضافه مي كنند تا مدت زمان لازم براي گرفتن بتن، تنظيم گردد، مخلوط حاصله را حرارت داده و سپس آسياب مي كنند. در نهايت پودر حاصل را «سيمان» مي‎نامند.
انواع سيمان پرتلند فرعي
الف) سيمان پرتلند هواتپان= حباب زا
ب) سيمان پرتلند سفيد= سيمان سفيد
ج) سيمان پرتلند رنگي= سيمانهاي رنگي
                    1) سيمان چاههاي نفت
د) سيمان هاي پرتلند مخصوص    2) سيمان پلاستيك= سيمان خميري
                    3) سيمان ضد آب= سيمان آب بند=سيمان آب دور كننده
الف) سيمان پرتلند هواتپان= حباب زا
سيمان پرتلند حباب زا نوع IA= آسياب+ درصد كمي از مواد اضافي مناسب  + كلينكر سيمان پرتلند تيپ I
سيمان پرتلند حباب زا نوع IIA= آسياب+ درصد كمي از مواد اضافي مناسب+ كلينكرسيمان پرتلند تيپ II
سيمان پرتلند حباب زا نوع IIA= آسياب + درصد كمي از مواد اضافي مناسب+ كلينكر سيمان پرتلند تيپ III
) سيمان پرتلند مخصوص
1-    سيمان چاههاي نفت
2-    سيمان پلاستيك
3-    سيمان ضد آب
1)    سيمان چاههاي نفت:
خاصيت ويژه اين نوع سيمان، خودگيري مطلوب، در درجه حرارت زياد مي‎باشد.
توجه: در فضاي داخل چاه نفت. حرارت زيادي وجود دارد.
2) سيمان پلاستيك= سيمان خميري
سيمان پلاستيك = آسياب + مواد روان كننده مناسب (حداكثرتا 12% حجم كل) + سيمان پرتلند I و يا II
كاربرد: جهت تهويه ملات  واندود خارج و داخل ساختمان استفاده مي‎شود.
3) سيمان ضد آب= آب بند= آب دور كننده
سيمان ضد آب= آسياب + مواد مناسب  آب بند و يا آب دور كننده + كلينكر سيمان
نكات مربوط به سيمان
1-    چنانه در سيمان، «آهك» بصورت «آزاد»  وجود داشته باشد، سيمان سالم نيست.
2-    «آهك» بصورت «آزاد» درسيمان، در هنگام تماس با آب منبسط مي‎شود.
3-    «آهك» بصورت «آزاد» در سيمان، باعث تجزيه سيمان مي‎شود.
4-    سيمان به كاررفته در بتن، 28 روز پس ازمصرف، 90 درصد مقاومت خود را بدست مي‎آورد و 10 درصد باقي مانده، پس از گذشت 20 تا 25 سال بدست مي‎آيد.
5-    تا 28 روز پس از مصرف، به سيمان آب بيشتري برسد، مقاومت آن نيز بيشتر خواهد شد (آب به سيمان مصرف شده به گرفتن سيمان بطريق شيميايي (تبلور) كمك ميكند)
6-    مدت زمان تغيير وضعيت سيمان، از حالت خمير تا حالت جامد را زمان گيرش (زمان سفت شدن) سيمان مي‎نامند.
7-    زمان گيرش سيمان، توسط دستگاه «ويكات» با سوزنهاي نفوذي در دفعات متعدد، اندازه گيري مي‎شود.
8-    مقاومت سيمان در مقابل نيروهاي «فشاري»‌ ، «كششي» و «زمان خودگيري» و همچنين «سلامت سيمان» ، مورد آزمايش قرار مي‎گيرد.
9-    نمونه هاي مختلف سيمان، در شرايط يكسان، از نظر دانه بندي نيز مورد آزمايش قرار مي‎گيرد.
انواع سيمان پرتلند
موسسه استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران، سيمان پرتلندره به 5 نوع زيرتقسيم بندي نموده است:
1-    سيمان نوع يك (I) (سيمان پرتلند معمولي)
سيمان معمولي بوده و بيشترين كاربرد را دارد. در ساخت بتن ساختمان ها، جاده ها و كليه كارهايي كه به خواص خاصي نياز ندارند مورد استفاده قرار مي‎گيرد. تقريبا 90 درصد كل سيمان مصرفي در جهان از سيمان پرتلند نوع يك است.
2- سيمان نوع دو (II) (سيمان اصلاح شده)
اين نوع سيمان نسبت به سيمان نوع يك مرغوب تر است. براي مواردي كه خطر حمله سولفات ها ضعيف باشد مصرف مي گردد. اين سيمان نسبت به  تيپ يك، كندگيرتر است و در موقع گيرش، حرارت كمتري توليد مي‎كند. از اين نظر براي بتن ريزي در هواي گرم مناسب بوده و درسازه هايي كه بايستي حرارت زايي سيمان كم باشد مانند پايه پل هاي بزرگ، لوله ها و ديوارهاي حايل بزرگ استفاده مي‎شود.
استفاده نمودن از اين سيمان موجب مي‎شود كه ازبالا رفتن دما جلوگيري نموده كه اين مورد خصوصا در هواي گرم از اهميت خاصي برخوردار است.
در محل هايي كه خطر حمله سولفات ها و كلرايدها به صورت همزمان مطرح باشد، (مانند سواحل جنوبي ايران) از اين نوع سيمان استفاده مي‎شود.
3- سيمان نوع سه (III) (سيمان با مقاومت اوليه زياد يا سيمان زودسخت شونده)
از لحاظ شيميايي مانند سيمان پرتلند معمولي است. ريز بودن آن موجب كسب مقاومت سريع در اوايل سن بتن مي‎شود. بتني كه از اين نوع سيمان ساخته مي شود، سرعت سفت و سخت شدن اوليه آن شبيه سيمان پرتلند معمولي است. اما پس از سفت شدن اوليه ، سرعت كسب مقاومت بتن بيشتر مي‎شود.
اين نوع سيمان در محل هايي مورد استفاده قرار مي‎گيرد كه قالب ها بايد حتي الامكان زود باز شوند و يا سازه بايد سريعا مورد بهره برداري قرار گيرد.
اين نوع سيمان نسبت به سيمان نوع يك، حرارت بيشتري توليد  مي كند، ازاين نظر استفاده از آن در هواي سرد توصيه مي‎شود. زمان گيرش اين نوع سيمان و سيمان پرتلند معمولاً تقريبا با هم برابر است.
4- سيمان پرتلند نوع چهار (IV) (سيمان كم حرارت)
روند كسب مقاومت اين نوع سيمان به آهستگي صورت مي‎گيرد. اين سيمان نسبت به  سيمان پرتلند معمولي مقدار حرارت كمتري توليد مي‎كند. به اين دليل براي بتن ريزي حجيم مانند سدهاي وزني و جايي كه كم شدن حرارت بتن، امري حياتي است، مصرف مي‎شود.
5- سيمان پرتلند نوع پنج (V) (سيمان ضد سولفات)
موقعي كه مقاومت در مقابل اثر شديد سولفات ها مورد نظر باشد، از اين نوع سيمان استفاده ميشود. معمولاً اين سيمان نسبت به ديگر سيمان هاي پرتلند تيره تر است.
چنانچه براي ساختن بتن ازاين نوع سميان استفاده شود، درهر مترمكعب بتن بايد حداقل 280 كيلوگرم سيمان مصرف شود و حداكثر نسبت آب به سيمان بايد برابر 55% باشد. اين سيمان نسبت به سيمان معمولي ديرتر ميگيرد.
سيمان رنگي
مقدار رنگ مصرفي درسيمان هاي رنگي حدود 5 تا 10 درصد وزن سيمان است. براي رنگ هاي قرمز، زرد، قهوه اي و سياه ازاكسيد اهن، براي رنگ هاي سياه  وقهوه اي از اكسيد منگنز، براي رنگ سبز از اكسيد كرم، براي رنگ آبي از كبالت، براي رنگ سرمه اي از اولترامارين، براي رنگ سياه از دوده، براي رنگ قهوه اي كهرباي خام، باري رنگ زرد از گل اخراو براي سفيد از اكسيد تيتانيوم استفاده مي‎شود.
خواص سيمان پرتلند
اغلب مشخصات فني مربوط به سيمان پرتلند، براي تركيبات شيميايي و خواص فيزيكي سيمان، يكسري محدوديت هايي را در نظر ميگيرند. آزمايش هاي خواص فيزيكي سيمان ها بايد صرفا براي ارزيابي خواص سيمان استفاده شوند و براي پي بردن بر خواص فيزيكي بتن، كاربرد آنچناني را دارا نمي باشند.
ريزي (نرمي)
ميزان آب گيري و گرماي آزاد شده تحت تاثير ريزي سيمان مي‎باشد. هر چه سيمان ريزتر باشد، ميزان آب گيري (هيدراسيون) افزايش مي يابد، بنابراين برروند رشد مقاومت سرعت مي بخشد. هر چه سيمان ريزتر باشد آثار آن برمقاومت اساسا در خلال هفته اول  بروز مي‎كند. با استفاده از آزمون نفوذ هواي بلين مي‎توان ريزي سيمان را مشخص كرد.
اثرات ريزدانه تر بودن روي مقاومت اساسا در خلال هفت روز اول بروز مي‎كند. حدود 85 تا 95 درصد ذرات سيمان از 45 ميكرون كوچك تر مي باشند.
سلامت
به ثبات حجم خمير سيمان سخت شده پس ازگيرش، سلامت مي گويند. عدم سلامت يا انبساط مخرب تاخيري، به دليل وجود مقادير پيش از اندازه آهك آزاد خوب پخته نشده يا منيزيم مي‎باشد. اكثر مشخصات سميان پرتلند، مقدار منيزيم و انبساط در دستگاه اتوكلاو را محدود مي كند.
رواني
به تحرك نسبي مخلوط تازه ساخته شده يا قابليت جريان يافته آن، رواني مي گويند. رواني بتن را با آزمايش اسلامپ اندازه گيري مي كنند.
زمان گيرش
براي تعيين زمان گيرش زمان ازدستگاه ويكات يا سوزن گيلمور استفاده مي‎شود. گيرش اوليه خمير سيمان نبايد خيلي زود و گيرش نهايي آن نبايد خيلي دير رخ دهد. زمان گيرش سيمان توسط گچ موجود در آن تنظيم مي‎شود. از جمله عواملي كه بر زمان گيرش سيمان تاثير گذار مي‎باشد مي‎توان به ريزي سيمان، نسبت آب به سيمان و مواد افزودني اشاره نمود.
زمان هاي گيرش بتن، به دليل تغييرات دما و كاهش اب بتن در اثرتبخير يا نفوذ به لايه هاي زيرين، با زمان هاي گيرش خمير سيمان داراي رابطه مستقيم نمي باشد.
گيرش كاذب
كاهش چشمگير حالت خميري مخلوط به مدت كوتاه پس از اختلاط بدون آزاد شدن مقدار گرماي زياد را گيرش كاذب مي گويند. چنانچه بتن در مدت زمان بيشتر از زمان متعارف مخلوط گردد و يا اگر بدون اضافه نمودن اب، قبل از انتقال و تخليه، دوباره مخلوط گردد، تمايل به گيرش كاذب در سيمان پرتلند از لحاظ تخليه و منتقل نمودن آن مشكلي به وجود نمي آورد.
مقاومت فشاري
مقاومت فشاري سيمان با آزمون مكعب هاي استاندارد 50 ميلي متري ملات سيمان، بر طبق 109  ASTM C به دست مي‎آيد. تركيبات شيميايي سيمان و ريزي آن، مقاومت فشاري آن را تحت تاثير قرار مي‎دهد.
گرماي آب گيري (هيدراسيون)
به گرماي توليد شده در موقع واكنش سيمان و آب، گرماي آب گيري مي گويند. مقدار گرماي توليد شه تركيبات شيميايي سيمان بستگي دارد. از جمله عواملي كه بر مقدار گرماي توليد شده تاثير پذير مي‎باشد مي‎توان به نسبت آب به سيمان، ريزي و دماي عمل آوري افزايش يابد، گرماي آب گيري نيز افزايش مي يابد.
مقادير تقريبي گرماي توليد شده در خلال هفت روز اول، بر مبناي 100 درصد براي سيمان پرتلند تيپ يك به  صورت زير مي‎باشد: