سيمان و خواصّ آن

۱ـ مقدمه
جهت احداث هر ساختمان مانند واحدهاي مسكوني ، ساختمانهاي اداري ، مراكز آموزشي، سدهاي خاكي و مخزني، راه‌هاي گوناگون، تأسيسات دريايي و … عوامل گوناگون مورد مطالعه قرار مي‌گيرند كه نتيجه هر مطالعه، انتخاب پرامتر ويژه‌اي در آن زمينه است. از جمله زمينه‌هايي كه در هر عمليات ساختماني بايد بررسي شود، مصالح مصرفي آن پروژه است. با عنايت به اهميت اين مطلب، هدف از فراگيري درس مصالح ساختماني ً آشنايي با روش توليد، خواص و كاربردهاي انواع گوناگون مصالح كسب توانايي جهت انتخاب مناسب آنها با توجه به مقتضيات هر پروژه ً مي‌باشد.

۱ـ۱ـ مبناي انتخاب مصالح
پس از مطالعه مشخصات هر پروژه ساختماني و تعيين نوع و ويژگيهاي مصالح مورد نياز، بايد در بين مصالح موجود و توجه به خصوصيات هر يك از آنها، مواد مطلوب را انتخاب نمود. خواص مصالح گوناگون به دو روش زير بررسي و مطالعه مي‌شود و در اختيار مصرف كنندگان قرار مي‌گيرد كه عبارتند از : ۱ـ بر اساس استاندارد ۲ـ بر اساس گواهي نامه فني در روش استاندارد ، خواص مصالح مورد نظر با آزمايشهاي گوناگون سنجيده مي‌شود و نتايج با ويژگيهاي داده شده در استاندارد مقايسه مي‌گردد. براي مثال استاندارد معين مي‌كند كه زمان گيرش اوليه سيمان نوع ۱ بايد ۶۰ دقيقه باشد . حال با روش مشخص شده در استاندارد ، زمان گيرش نمونه سيمان آزمايش و با عدد

فوق مقايسه مي‌ گردد. همانطور كه ملاحظه مي‌ كنيد، خواص مورد نظر اينگونه مصالح به صورت اعداد مطلق ارائه شده است. در صورتيكه نتايج آزمايش بر روي نمونه تهيه شده با استاندارد مربوطه مطابقت نداشته باشد، استفاده از آن مصالح مجاز نخواهد بود. در ايران ، مبحث پنج از مجموعه مقررات ملي ساختماني ايران تحت عنوان ًمصالح و فرآورده‌هاي ساختماني ً به تشريح اين استانداردها مي‌پردازد. گواهي نامه فني در مورد مصالحي صادر مي‌شود كه وضعيت مطلوب خواص آنها را نمي‌تواند به صورت اعداد مطلق بيان كرد. به اين مثال توجه كنيد: توليد كنندگان قفل و دستگيره در، نمونه‌اي از توليدات خود را جهت صدور گواهي‌ نامه فني در اختيار آزمايشگاه‌هاي

تحقيقاتي قرار مي‌‌دهند. اين نمونه‌ها با نمونه‌هاي ساير توليدكنندگان به صورت تسريع شده آزمايش مي‌شوند و نتايج بدست آمده، عملكرد اين محصولات را به صورت مقايسه‌اي نشان مي‌دهد و آزمايشگاه اين نتايج را به صورت رسمي در قالب گواهي‌نامه فني ارائه مي‌نمايد. اين گواهي نامه‌ها به همراه كالا به مشتري عرضه مي‌شود و مصرف‌كننده با توجه به نياز خود و عنايت به محتواي گواهي‌نامه مصالح مورد نياز را انتخاب مي‌نمايد. به عبارت ديگر، در مورد گواهي‌نامه‌هاي فني، انتخاب بر مبناي مقايسه انواع كالا و نياز مشتري صورت مي‌پذيرد.

۱ـ۲ـ انواع مصالح ساختماني
در كلي ترين تقسيم بندي، مصالح ساختماني به سه دسته تقسيم مي‌شوند كه عبارتند از:
۱ـ سراميكها
۲ـ فلزات
۳ـ مواد آلي
۱ـ۲ـ۱ـ سراميكها
مشخصات اين مصالح عبارت است از :
۱ـ به وفور يافت مي‌شوند.
۲ـ از پوسته خارجي زمين بدست مي‌آيند.
۳ـ نسبتاً ارزان قيمت هستند.
۴ـ پس از استخراج يا مستقيماً مصرف مي‌شوند يا با فرايندهايي ساده قابل مصرف خواهند بود.
۵ـ معمولاً وزن مخصوص زيادي دارند (سنگين هستند).
۶ـ شكننده و تغيير شكل ناپذيرند.

۷ـ داراي مقاومت فشاري زياد و مقاومت كششي اندك هستند. شكنندگي و تغيير شكل ناپذيري اين نوع مصالح بدين معناست كه در صورت اعمال نيرويي بيشتر از مقاومت آنها ، بدون آنكه تغيير شكل قابل ملاحظه‌اي بدهند، گسيخته مي‌شوند. به عنوان مثال يك ماده سراميكي مانند گچ يا بتن در اثر نيروي خمشي تنها چند درجه خم مي‌شود و سپس مي‌شكند. يكي ديگر از خصوصيات مهم مصالح سراميكي مقاومت فشاري نسبتاً زياد و مقاومت كششي كم آنهاست. مقاومت كششي اين مصالح تقريباً ۱۰/۱ مقاومت فشاري آنها مي‌ باشد. لذا از اين مصالح عمدتاً در ساخت اعضايي كه تحت فشار قرار مي‌ گيرند مي‌توان استفاده كرد. مثلاً در يك تير ساده بارگذاري شده ، قسمتهاي فوقاني تير تحت فشار و بخشهاي تحتاني آن تحت كششند. در صورتيكه اين تير به صورت بتن آرمه طراحي و ساخته شود، بتن در قسمت فوقاني تير جوابگوي بارهاي فشاري وارده مي‌باشد؛ ولي در قسمت تحتاني تير نمي‌تواند نيروي كششي وارده را تحمل نمايد. لذا در اين قسمت از مقاومت كششي فولاد بهره مي‌گيرند.

؟
۱ـ۲ـ۲ـ مصالح فلزي
مشخصات اين مصالح عبارت است از:
۱ـ معمولاً به صورت اكسيد و گاهي سولفيد در زمين وجود دارند.
۲ـ طي فرايندهاي پيچيده‌ تر و معمولاً تحت عمل ذوب قابل مصرف مي‌شوند.
۳ـ از مصالح سراميكي گرانترند.

۴ـ از مقاومت كششي و فشاري تقريباً يكساني برخوردارند.
۵ـ انعطاف پذيرند.
۶ـ وزن مخصوص آنها دامنه گسترده‌تري را در بر گرفته، به نوع فلز بستگي دارد. مواد اوليه اين فلزات پس از استخراج از زمين به كارخانه ذوب فلزات منتقل شده، طي فرايندهاي نسبتاً پيچيده، فلز مورد نظر از آنها استخراج مي‌شود.
انعطاف پذيري فلزات به معني آن است كه اين مصالح در اثر اعمال نيرو پيش از گسيخته شدن ، تغيير شكل زيادي از خود نشان مي‌دهند. به عبارت ديگر شكل پذيرند.
۱ـ۲ـ۳ـ مواد آلي

در حاليكه اولين ماده آلي كه بشر آن را در ساختمان سازي به كار گرفته چوب بود، امروزه مصرف اين مصالح مخصوصاً در ايران به طور چشمگيري كاهش پيدا كرده است. از نيمه دوم قرن بيستم، پليمرها و پلاستيكها وارد صنعت ساختمان شدند و با سرعت شگرفي پيشرفت كردند. پلاستيكها ـ كه از واحدهايي به نام مونومر ساخته مي‌شوند ـ داراي مواد اوليه بسيار ارزان هستند و در كارخانه‌هاي پتروشيمي توليد مي‌شوند. امتياز عمده پلاستيكها ، پوشش طيف گسترده‌اي از خواص است. مثلاً دامنه وزن مخصوص پلاستيكها، از حدود ۰۱, ۰ وزن مخصوص آب تا حدود ۵, ۲ برابر وزن مخصوص آب را مي‌پوشاند. مقاومت آنها از حدود بسيار اندك شروع مي‌شود و تا مقادير فوق‌العاده زياد ادامه دارد و … .

۲ـ سيمان
به طور كلي به هر ماده‌اي كه خاصيت چسبانندگي داشته باشد و بتواند مواد را به يكديگر بچسباند، سيمان گفته مي‌شود.چسباننده‌ها در صنعت ساختمان بيشتر جهت چسباندن سنگدانه‌ها، قطعات بزرگتر سنگي، آجرها و … به يكديگر به كار مي‌روند. طبيعتاً اولين ماده سيماني كه به استخدام بشر درآمد ، گل بود كه هنوز هم بقاياي ساختمانهاي گلي در مناطق كويري قابل مشاهده است. در طول ساليان مختلف ، مواد گوناگوني به عنوان سيمان به كار رفت و امروزه چسباننده‌هاي بسيار متنوعي شامل انواع ملاتهاي سيماني، ملاتهاي گچي ، چسبهاي پليمري و… در دست است. امروزه عمده ‌ترين سيماني كه مورد استفاده قرار مي‌گيرد، سيمان پرتلند مي‌باشد كه به طور مشروح در ادامه مورد بحث قرار مي‌گيرد.

۲ـ۱ـ تاريخچه سيمان پرتلند
يكي از مهمترين مشكلات سيمان گلي، عدم مقاومت در برابر آب بود. اين مهم بشر را بر آن داشت تا تحقيقات گوناگوني جهت دسترسي به سيمان ضد آب انجام دهد و نتيجه اين تحقيقات ، كشف سيماني به نام ساروج بود. ساروج تركيبي است از آهك، خاكستر، ماسه، خاك رس و لويي كه در مقايسه با گل در برابر رطوبت مقاوم است. در ايران باستان از ساروج براي ساختن آب انبارها، آبگيرها و ساير سازه‌هايي كه مي‌بايست خاصيت آب‌بندي مي‌داشتند استفاده مي‌شد. امروزه با ابداع سيمان پرتلند، مصرف ساروج تقريباً متوقف شده است. در قرن ۱۸ به سال ۱۷۵۶ ميلادي هنگامي كه جان اسميتون مأمور بازسازي برج چراغ دريايي اديستون گرديد، مطالعاتي را جهت

دستيابي به يك سيمان مناسب انجام داد و به اين نتيجه رسيد كه بهترين سيمان وقتي بدست مي‌آيد كه در مخلوط آن از سنگ آهك و خاك رس استفاده شود. در سال ۱۸۲۴، ژوزف آسپدين به اين نتيجه رسيد كه جهت بدست آوردن سيماني مناسب، مخلوط سنگ آهك و خاك رس بايد حرارت داده شود و بالاخره در سال ۱۸۴۵، آيزاك جانسون سيمان پرتلند را به صورتي كه امروزه شناخته مي‌شود ، به نام خود ثبت كرد. امروره شيوه كلي توليد سيمان پرتلند بدين صورت است كه پس از استخراج مواد اوليه (سنگ آهك و خاك رس) و آماده كردن آنها، مخلوط را تا دماي بيش از حرارت مي‌دهند. حاصل اين فرايند كلينكر است كه آن را پس از سرد شدن با ۳ الي ۴ درصد وزني سنگ گچ آسياب مي‌كنند تا پودر سيمان پرتلند بدست آيد. لازم به ذكر است نام پرتلند به جهت تشابه رنگ و كيفيت سيمان سخت شده با سنگ آهكي كه در اطراف شهر پرتلند در ناحيه دُرست انگلستان وجود دارد، مورد استفاده قرار گرفته است.
۲ـ۲ـ توليد سيمان پرتلند

به طور كلي توليد سيمان پرتلند مراحل مختلفي دارد كه در ادامه به آن اشاره خواهند شد. لكن پيش از ذكر آنها بيان اين مطلب ضروري است كه صنعت سيمان داراي دو عيب عمده زير است:
۱ـ مصرف انرژي بسيار بالا
۲ـ ايجاد آلودگي محيط زيست
و محققين و صنعتگران همواره در تلاش جهت تغيير خط توليد به گونه‌اي هستند كه اين معايب تا حد امكان مرتفع گردد.
۲ـ۲ـ۱ـ انتخاب محل براي احداث كارخانه

انتخاب محل مناسب جهت احداث كارخانه توليد سيمان با عوامل چندي در ارتباط است كه عبارتند از :
۱ـ كارخانه به معادن مواد اوليه (سنگ آهك و خاك رس) نزديك باشد.
۲ـ ظرفيت معادن مواد اوليه پاسخگوي نياز دراز مدت كارخانه باشند.
۳ـ كيفيت مواد اوليه در حد قابل قبولي باشد.

۴ـ كارخانه به قطبهاي مصرف نزديك باشد.
همانطور كه مشاهده مي‌شود، عوامل يك و چهار مربوط به هزينه حمل و نقل در صنعت سيمان است. از آنجا كه مواد اوليه به كارخانه و سيمان توليدي به قطبهاي مصرف بسيار بالاست، محل كارخانه بايد در جايي باشد كه اين هر دو مسافت حتي‌المقدور كمينه باشند. عوامل دو و سه نيز در ارتباط با انتخاب معادن مناسب جهت قرضه كارخانه است. يك معدن مناسب بايد اولاً از نظر كيفيت داراي مواد قابل قبولي باشد. ثانياً از نظر كميت بتواند حداقل بين ۱۰۰ تا ۱۵۰ سال مواد اوليه كارخانه را تأمين نمايد. در غير اين صورت ممكن است ساخت كارخانه از نظر اقتصادي به صرفه نباشد. از آنجا كه در ايران بيشتر سنگها آهكي به صورت رسوبي در قالب كوه هستند و در دشتهاي مجاور اين كوه‌ها معادن خاك رس موجود است. معمولاً حد فاصل اين كوه‌ها و دشتها محل مناسبي جهت احداث كارخانه است.

۲ـ۲ـ۲ـ استخراج و انتقال مواد اوليه
جهت استخراج سنگ آهك معمولاً از عمليات آتش باري استفاده مي‌شود. بدين صورت كه با استفاده از مواد منفجره قسمتهاي مورد نظر از كوه را منفجر مي‌كنند و سنگ آهك را به صورت قطعات سنگي درشت بدست مي‌آورند. همچنين در استخراج خاك رس نيز، به دليل سختي نسبتاً پايين معادن آن ، معمولاً از لودر(بيل مكانيكي )، بيلهاي مكانيكي پرقدرت و بيلهاي كششي استفاده مي‌شود. پس از استخراج مواد اوليه آنها را با استفاده از واگن، تسمه نقاله يا كاميونهاي ويژه حمل مواد اوليه به كارخانه منتقل مي‌‌كنند.

۲ـ۲ـ۳ـ سنگ شكن
سنگ آهكي كه از معدن بدست مي‌آيد، در بدو ورود به كارخانه ، به قسمت سنگ شكن منتقل مي‌شود. سنگ شكنها كه وظيفه خرد كردن قطعات بزرگ سنگ و ايجاد قطعات كوچكتر را بر عهده دارند، داراي انواع گوناگون همچون سنگ شكنهاي فكي ، چكشي و دوراني مي‌باشند. در زير سنگ شكنها ، سرند اوليه وجود دارد كه خرده سنگهاي شكسته در سنگ شكن ، روي آن مي‌ريزند. قطعات مناسب خرده سنگها كه از سرند اوليه عبور كنند، به قسمت دپوي مصالح منتقل مي شوند و قطعات درشتي كه روي سرند باقي مي‌مانند، مجدداً به سنگ شكن باز مي‌ گردند .

۲ـ۲ـ۴ـ دپوي مصالح
مواد اوليه تا زمان مصرف در قسمتي از كارخانه انبار مي‌شوند . از آنجا كه مواد اوليه نسبتاً ناهمگن و غير يكنواخت است و سيمان توليدي بايد كاملاً يكنواخت باشد، شيوه انباشتن و برداشت مصالح به گونه‌اي است كه تا حدودي اين هدف را تامين كند. بدين منظور از روش ًباند همگن سازً استفاده مي‌شود. در اين روش ماشين مخصوصي كه داراي يك بازوي متحرك در بالاست، در طول قسمت دپو بر روي ريل حركت مي‌كند و مواد آماده شده را توسط تسمه نقاله به بالا منتقل كرده ، با استفاده از بازوي متحرك، در كنار مسير حركت خود تخليه مي‌كند. نتيجه اين عمل در طول حركت رفت و برگشتي ماشين، ايجاد يك خاكريز از مصالح مورد نظر در امتداد مسير حركت است. هر ماشين مي‌ تواند دو خاكريز در طرفين خود ايجاد كند و هر كارخانه بسته به حجم توليد، به تعدادي از اين ماشينها مجهز است.

در هر صورت مواد اوليه در لايه‌هاي افقي بر روي هم ذخيره مي‌شوند. در صورت برداشت با مقاطع عمودي، قسمت برداشتي تقريباً شامل كليه لايه‌ها خواهد بود.
؟
۲ـ۲ـ۵ـ آسياب گلوله‌اي
در فرايند آماده سازي مواد اوليه جهت تهيه سيمان، بايد اين مواد كاملاً به شكل پودر درآيند. بدين منظور از آسياب گلوله‌اي (ساچمه‌اي) استفاده مي‌شود. آسياب گلوله‌اي استوانه‌اي است كه محور آن با افق زاويه كوچكي مي‌سازد وداراي ابعاد گوناگون همچون ۱۰×۴ متر است. داخل اين آسياب ، گلوله‌هايي است كه در قسمتهاي اوليه آن بزرگترند و هرچه به انتهاي آسياب نزديك شود، كوچكتر مي‌گردند. شيوه كار چنين است كه در حاليكه استوانه مي‌چرخد، اين مواد با گلوله‌ها بالا مي‌روند و از بالاترين نقطه سقوط مي‌كنند. توالي اين صعود و سقوط ، منجر به آسياب شدن مواد مي‌شود. مواد اوليه از قسمت ورودي آسياب داخل مي‌شوند و در اثر حركت چرخشي و شيب

استوانه به سمت خروجي پيش مي‌روند و به صورت پودر از انتهاي آن خارج مي‌شوند. سنگ آهك و خاك رس هر يك در آسيابهاي جداگانه‌اي آسياب مي‌شوند و پودر آنها در سيلوهاي مخصوص نگهداري مي‌شود. تفاوت آسياب خاك رس با سنگ آهك آنست كه به دليل مرطوب بودن نسبي خاك رس، آسياب كردن آن با حرارت همراه است تا پودر خاك رس به صورت كاملاً خشك بدست آيد.

۲ـ۲ـ۶ـ تهيه خوراك كوره
پس از آماده شدن پودر سنگ آهك وخاك رس ، نوبت به تهيه خوراك كوره مي‌رسد. اين عمل روشهاي گوناگوني دارد و بر همين اساس ، روشهاي مختلف توليد سيمان را دسته‌بندي مي‌كنند. بدين منظور چهار شيوه وجود دارد كه در ادامه به آنها اشاره مي‌گردد.

۲ـ۲ـ۶ـ۱ـ روش تر
داخل حوضچه‌هايي را از آب پر مي‌كنند و سنگ آهك ، خاك رس و ديگر تركيبات لازم را به نسبت معين به آن مي‌افزايند . يك بازوي مكانيكي هم‌زن وظيفه اختلاط مواد و جلوگيري از ته نشين شدن آنها را بر عهده دارد. البته ممكن است از دميدن هواي فشرده از زير حوضچه به داخل آن هم استفاده شود. از دوغاب بدست آمده نمونه برداي كرده ، در آزمايشگاه تجزيه مي‌كنند تا نسبت مواد در آن را تشخيص دهند. بدين ترتيب كمبود مواد و تركيبات در دوغاب را تعيين و با استفاده از سيلوهاي كمكي ، مواد لازم را به ميزان كافي اضافه مي‌ كنند تا دوغاب (لجن) با تركيبات مناسب بدست آيد.
دوغاب آماده شده را به كوره پخت سيمان مي‌برند.

۲ـ۲ـ۶ـ۲ـ روش نيمه تر
در اين شيوه، دوغاب بدست آمده از روش تر را پيش از آنكه به كوره بفرستند، داخل فيلترهايي به شكل آكاردئون مي‌‌فشارند تا آب آن گرفته شود. حاصل ، خمير سختي خواهد بود كه پس از بريدن آن به شكل استوانه‌هاي كوچك ، اين قطعات بدست آمده را به كوره مي‌فرستند.
؟

۲ـ۲ـ۶ـ۳ـ روش نيمه خشك
در اين روش، مواد اوليه را بر روي سيني‌هاي دواري به نام ًدستگاه گلوله سازً ريخته ، چهار الي پنج درصد آب اضافه مي‌كنند . حركت دوراني سيني و رطوبت موجود باعث پيوستن پودر مواد اوليه به يكديگر و ايجاد گلوله‌هايي به نام اماج مي‌شود. اين گلوله‌ها خوراك كوره خواهند بود.

۲ـ۲ـ۶ـ۴ـ روش خشك
در اين روش، پودر سنگ آهك و خاك رس به صورت خشك با يكديگر مخلوط مي‌شوند و نمونه‌هايي از‌ آن تهيه مي‌شود. اين نمونه‌‌ها در معرض تابش اشعه X قرار مي‌گيرند و بازتاب اشعه تحليل مي‌شود. از آنجا كه هر ماده بازتاب مخصوصي از اشعه X دارد، با تحليل طيفهاي بازتابي از نمونه مي‌توان درصد مواد گوناگون در نمونه را تعيين و نسبت به تنظيم آنها اقدام كرد. مخلوط حاصل به همان صورت خشك خوراك كوره خواهد بود.

؟
۲ـ۲ـ ۷ـ كوره
هنگاميكه خوراك كوره به هر يك از چهار روش فوق آماده شد، بايد در دماي حدود۱۴۰۰ درجه سانتيگراد حرارت ببيند تا فعل و انفعالات لازم به وجود آيد. بدين منظور از دو نوع كوره استفاده مي‌شود.
۲ـ۲ـ۷ـ۱ـ كوره قائم
كوره قائم، استوانه‌‌اي است ايستاده به قطر معمولاً ۲ تا ۳ متر و ارتفاع ۷ الي ۱۰ متر كه داخل آن با لايه‌اي از آجر نسوز پوشيده شده است. خوراك كوره از بالا همراه با درصدي پودر ذغال كك وارد كوره مي‌شود كه ذغال در مجاورت آتش و دميدن هوا از پايين كوره مشتعل گشته، حرارت لازم را تأمين مي‌كند. آنچه به صورت تفاله از پايين كوره خارج مي‌شود، كلينكر نام دارد و جهت توليد سيمان از آن استفاده مي‌شود. در حاليكه اين كوره سيستم بسيار ساده‌اي داشته، زود به بهره برداري مي‌رسد، غير يكنواختي كلينكر توليد شده ، هزينه پرسنلي زياد ، توليد كم و مصرف ذغال كك گران قيمت از مهمترين معايب آن به حساب مي‌آيد. علت عدم يكنواختي كلينكر آنست كه برخي از خواركهاي كوره بيشتر حرارت مي‌بينند و بعضي كمتر.

۲ـ۲ـ۷ـ۲ـ كوره گردنده افقي
كوره گردنده افقي استوانه‌اي است فلزي به قطر حدود ۳ تا ۴ متر و طول كافي كه گاهي تا ۱۶۰ متر نيز مي‌رسد. محور اين كوره با افق زاويه كوچكي مي‌سازد تا مواد وارد شده از بالا، در اثر حركت دوراني و شيب كوره به سمت پايين آن منتقل شوند. حرارت لازم كوره توسط مشعلي كه در قسمت انتهايي قرار گرفته و جريان‌هاي گرم و حرارت را از انتهاي كوره به سمت ابتداي آن برقرار مي‌كند تأمين مي‌شود. از آنجا كه دما در داخل كوره بسيار زياد است، جهت ‌گيري از انتقال آن به بدنه كوره ، قسمت داخلي آنرا با يك لايه آجر نسوز و همچنين عايق حرارتي (معمولاً پشم شيشه يا پشم سنگ) مي‌پوشانند. در صورت خاموش كردن كوره ، تغييرات دمايي بسيار زياد حاصله (در حدود ۱۴۰۰ درجه)، ايجاد شوك حرارتي مي‌كند و باعث تخريب بخشهاي دروني كوره مي‌شوند. لذا حتي‌المقدور بجز در موارد ضروري يا تعمير نبايد كوره را متوقف نمود.

مواد اوليه از بالا وارد كوره مي‌شوند. در قسمت ابتدايي كوره، مواد در دمايي حدود ۸۰۰ درجه كاملاً خشك مي‌شوند. در قسمت بعدي و در دمايي حدود ۱۰۰۰ درجه، سنگ آهك كلسينه مي‌شود. يعني آن خارج مي‌شود. در قسمت انتهايي كوره حدود ۲۵% مواد تحت دمايي بيش از ۱۴۰۰ درجه ذوب مي‌شوند كه اين پديده همراه با حركت دوارني كوره باعث چسبيدن ساير مواد به يكديگر و توليد كلينكر مي‌گردد. اين كلينكر به عنوان محصول نهايي كوره از قسمت انتهايي آن خارج مي‌شود.
؟
۲ـ۲ـ۸ ـ جلوگيري از اتلاف انرژي
همانطور كه اشاره شد، در كوره‌هاي گردنده افقي دو جريان مخالف هم برقرار است: ۱ـ جريان مواد از بالا به پايين.
۲ـ جريان هواي گرم از پايين به بالا
خروج كلينكر از پايين كوره و هواي گرم از بالاي كوره ،‌باعث اتلاف بخش عظيمي از حرارت كوره و انرژي مي‌شود. لزوم مقابله با اين پديده ، به ابداع شيوه‌هاي گوناگوني منجر شد كه در ادامه خواهد آمد.

۲ـ۲ـ۸ ـ۱ـ پيش گرم‌كن
پيش گرم كن متشكل از ظروفي به شكل مخروطهاي ناقص معكوس است كه در بالاي ورودي كوره نصب مي‌شوند و مواد پيش از ورود به كوره، داخل آن مي‌گردند. هواي گرم خروجي از بالاي كوره داخل اين ظرفهاي مخروطي شده، باعث گرم شدن مواد اوليه در آن مي‌شود. اين مسأله هم باعث خشك شدن نسبي مواد و هم گرم شدن آنها مي‌گردد و لذا به همين مقدار مي‌توان از طول كوره كاست ! پيش گرم كن مجهز به يك فن دمنده و تيغه‌هايي در مسير است كه جريان هوا پس از تنظيم سرعت توسط فن، در برخورد با تيغه‌ها آشفته شده ، مواد اوليه را در خود شناور نگاه مي‌دارد و گرم مي‌‌كند.

۲ـ۲ـ۸ ـ۲ـ پيش كلسينه كن
پيش كلسينه كن همانند پيش گرم كن بر مبناي استفاده هرچه بيشتر از انرژي تلف شده در بالاي كوره ابداع شده است. پيش كلسينه كن بين پيش گرم كن و كوره نصب مي‌شود و درصدي از مواد در اثر حرارت آن كلسينه مي‌شوند. لذا به همين ميزان مي‌توان از طول كوره كاست و در انرژي و هزينه آن صرفه جويي نمود!

۲ـ۲ـ۸ ـ۳ـ كولر زنجيري
قبلاً اشاره شد كه بخش قابل توجهي از حرارت و انرژي كوره در قسمت انتهايي به دليل خروج كلينكر داغ صورت مي‌پذيرد. از طرفي كلينكر بدست آمده از كوره ـ كه دمايي بيش از ۱۴۰۰ درجه دارد ـ به همان صورت داغ قابل مصرف نيست و بايد پيش از ادامه فرايند سيمان سرد شود. اين دو نكته سبب بكار گيري سيستمي به نام كولر شد تا هر دو منظور را تأمين كند.

كولرها انواع مختلفي دارند و سيستم عمومي آنها بدين شرح است كه كلينكر داغ از كوره وارد كولر مي‌شود و تحت اثر جريان هواي خنك قرار مي‌گيرد. از طرفي هوايي كه در مجاورت كلينكرهاي داغ گرم شده است، به داخل كوره هدايت مي‌شود و ميزان انرژي لازم جهت گرم كردن را كاهش مي‌دهد. يكي از انواع كولرها، كولر زنجيري است كه در آن ، كلينكرها پس از خروج از كوره بر روي يك شبكه زنجيري ريخته مي‌شوند و از پايين تحت دمش هوا قرار مي‌گيرند. جريان هوا در حركت به بالا از ميان كلينكرها ، آنها را خنك كرده، خود گرم مي‌شود به داخل كوره مي‌رود.

۲ـ۲ـ۸ ـ۴ـ كولر اقماري
كولرهاي اقماري عملكردي مشابه كولرهاي زنجيري دارند و به صورت استوانه‌هايي با طول معين در قسمت انتهايي كوره نصب مي‌شوند. اين استوانه‌ها از داخل به درون كوره راه دارند. هنگاميكه كوره مي‌چرخد و كلينكر آماده شده به انتهاي آن مي‌رسد، هر بار كه يكي از استوانه‌ها در پايين كوره قرار مي‌گيرد، مقداري كلينكر داخل آن مي‌ريزد. جريان هوايي كه از درون هر استوانه برقرار است، پس از خنك كردن كلينكرها به مشعل كوره منتقل مي‌شود و از اين طريق باعث صرفه‌جويي در مصرف سوخت كوره مي‌شود.

؟
۲ـ۲ـ۹ـ فيلترهاي الكترواستاتيك
هواي خروجي از بالاي كوره ، پس از عبور از پيش گرم كن، در نهايت وارد جو مي‌شود. اين هوا داراي مقدار قابل ملاحظه‌اي ذرات ريز معلق است كه در صورت عدم بازيافت ، باعث آلودگي محيط زيست مي‌شود. جهت جدا كردن اين ذرات از هوا ، از فيلترهاي گوناگون استفاده مي‌شود. يكي از انواع اين فيلترها ، فيلتر الكترواستاتيك است. در اين سيستم، صفحاتي فلزي با بار مثبت الكترواستاتيكي در مسير خروجي هوا قرار مي‌گيرند و ذرات هوا پيش از ورود به فيلتر به وسيله جريان برق فشار قوي، به بار منفي باردار مي‌شوند. ذرات با بار منفي به سمت صفحات با بار مثبت جذب مي‌شوند و هواي خروجي عاري از آنها مي‌گردد. هنگاميكه ضخامت ذرات روي صفحات به حد معيني برسد، با دستگاه‌هاي لرزاننده صفحات را تميز مي‌كنند. ذرات بدست آمده در صورت دارا بودن قابليت مصرف ، به قسمت خوراك كوره بازگردانده مي‌شوند. لازم به ذكر است اين صفحات در اثر رطوبت و اسيدي بودن گازهاي كوره زنگ مي‌زنند و بايد هر از چندگاهي تعويض شوند.

۲ـ۲ـ۱۰ـ آسياب نهايي كلينكر
كلينكر خارج شده از كولر دمايي در حدود ۳۰۰ درجه دارد كه هنوز مناسب ادامه روند توليد سيمان نيست ، لذا آن را در انبارهاي سرپوشيده‌اي به مدت ۵ تا ۶ روز قرار مي‌دهند تا دماي آن در مجاورت هوا به كمتر از ۱۰۰ درجه ، يعني حدود۶۰ درجه برسد. حال اين كلينكر را همراه با حدود۳% وزني سنگ گچ به وسيله آسيابهاي گلوله‌اي آسياب مي‌كنند و پودر حاصل را با استفاده از سرند الك مي‌نمايند. ذرات درشت‌تر از اندازه الك به آسياب بازگردانده مي‌شوند. آنچه در نهايت بدست مي‌آيد، پودر سيمان پرتلند است كه داراي ۱۰×۱ يا ۱۰×۱۱ ذره سيمان است. بعداً خواهيم ديد كه سنگ گچ در زمان گيرش سيمان مؤثر است.
۲ـ۳ـ انتقال سيمان به محل مصرف

سيمان پس از توليد در سيلوهاي مخصوص ذخيره مي‌شود تا از آنجا به كارگاه منتقل گردد. انتقال سيمان به دو شكل انجام مي‌شود كه عبارتنداز:
۱ـ پاكتي
۲ـ فله‌اي
در روش پاكتي، سيمان در پاكتهاي استانداردي بسته بندي و راهي بازار مصرف مي‌شود. مطابق استاندارد ، كيسه‌ها بايد در وزنهاي ۲۵ يا۵۰ كيلوگرم و حداقل داراي سه لايه كاغذي باشند كه جهت جلوگيري از نفوذ رطوبت ، بين دو تا از لايه‌ها بايد غيراندود يا يكي از جنس پلاستيك باشد. بر روي پاكتهاي سيمان بايد علامت تجاري كارخانه ، نام توليد كننده، نوع سيمان، وزن كيسه و تاريخ توليد با رنگ مخصوص به تيپ هر سيمان نوشته شده باشد.
در روش فله‌اي، ماشين مخصوص حمل سيمان در زير سيلو بارگيري كرده، بار خود را به سيلوي كرگاه منتقل مي‌كند. هنگام تخليه ماشين حمل سيمان، پس از اتصال لوله رابط به سيلو، با افزايش فشار و برقراري جريان هوا در لوله ، ذارت سيمان همانند سيال به داخل سيلو منتقل مي‌شوند.
۲ـ۴ـ فساد سيمان

دو عامل باعث فساد سيمان مي‌شود كه عبارتند از:
۱ـ جذب رطوبت از محيط
۲ـ جذب از هوا
فساد سيمان در اثر رطوبت را هيدراته شدن و در اثر جذب را كربناته شدن گويند. به منظور جلوگيري از فاسد شدن سيمان در كارگاه، نكات چندي در مورد انبار كردن و استفاده از سيمان بايد مدنظر قرار گيرد كه به آنها اشاره مي‌نماييم.
۱ـ در صورت انتقال سيمان از كارخانه به كارگاه به صورت كيسه‌اي ، حتماً سطح بارگير تريلي با برزنت يا پلاستيك پوشيده شود.
۲ـ هنگام تخليه و انتقال كيسه‌ها از پاره‌ شدن آنها جلوگيري شود.

۳ـ كيسه‌هاي رسيده به كارگاه در انبارهاي سرپوشيده نگهداري شوند يا روي آنها روكش پلاستيكي قرار گيرد.
۴ـ به هيچ وجه كيسه‌ها روي زمين چيده نشوند. براي قرار دادن كيسه‌ها از سطوح چوبي كه سطح آنها حداقل cm20 از زمين فاصله دارد استفاده شود.
۵ـ حداكثر تعداد ۱۲ كيسه سيمان روي يكديگر قرار داده شوند.
۶ـ هيچگاه بيش از مقدار مورد نياز و پيش از زمان لازم ملات درست نشود.

در مورد اول و سوم، جذب رطوبت در اثر بارش احتمالي مد نظر بوده است. مورد دوم مربوط به جذب رطوبت و هواست. چهارمين مورد به جذب آب از زمين در اثر عوامل مختلف همچون جاري شدن آب در كارگاه اشاره دارد. در صورت وجود فاصله مناسب بني سطح چوب و زمين، جريان هوا زير كيسه‌ها برقرار شده ، از مرطوب شدن آنها جلوگيري مي‌‌كند (شكل ۲ـ۶) . عدم رعايت نكته پنجم باعث مي‌شود سيمان در كيسه‌هاي زيرين تحت فشار قرار گيرد و در اثر جذب اندكي رطوبت كلوخه شود (شكل ۲ـ۶). نكته ششم نيز در اين رابطه است كه اگر احتمالاً يكي از محموله‌هاي رسيده به كارگاه فاسد يا داراي هر ايراد ديگري باشد، بتوان آن محموله را به راحتي شناسايي و جدا كرد . آخرين مسأله به فاسد شدن سيمان و عدم كارايي ملات در اثر سپري شدن زمان گيرش آن اشاره دارد.
؟

۲ـ۵ـ عناصر و خواص سيمان
در فرايندهاي توليد و مصرف سيمان، به طور عمده در دو مرحله با تغييرات شيميايي مواجه هستيم:
۱ـ هنگاميكه مواد در دماي بيش از ۱۴۰۰ درجه كوره با يكديگر فعل و انفعال شيميايي انجام مي‌دهند.
۲ـ هنگام مخلوط شدن سيمان با آب و انجام واكنش هيدراتاسيون .

در سيمان عناصر گوناگوني همچون كلسيم، سيليسيم، آلومينيوم ، آهن ، منيزيم، سديم، پتاسيم و گوگرد وجود دارد. البته بيشتر اين عناصر به صورت اكسيد وجود دارند. يعني CaO، . (در شيمي سيمانCaO را با C، را باS، را با A و را با F نمايش مي‌دهند.) به اين تركيبات،اكسيدهاي ساده سيمان گويند. برخي از اين تركيبات در فرايندهاي دروني كوره با يكديگر تركيب شده، اكسيدهاي مركب زير را به وجود مي‌آورند: دي كلسيم سيليكات ، تري كلسيم سيليكات ، تري كلسيم آلومينات ، تتراكلسيم آلومينات فريت مقادير اكسيدهاي ساده و مركب در آزمايشگاه تعيين مي‌شوند . لكن سري فرمولهاي تجربي باجو نيز در محاسبه مقادير اكسيدهاي مركب كاربرد دارند. اين فرمولها عبارتنداز:

هر كدام از اكسيدهاي مركب ، مسؤول بخشي از خواص سيمانند. قسمت عمده سيمان از سيليكاتهاي كلسيم (حدود ۵۰ درصد و بين ۲۰ تا۲۵ درصد ) تشكيل مي‌شود و كليه خواص مفيد همچون چسبندگي ، ثبات ، مقاومت و … مربوط به آنهاست. تفاوت با در آنست كه با آب سريع واكنش داده ، مقاومت اوليه را همراه با حرارت هيدراتاسيون زياد توليد مي‌كند. اما كندتر واكنش نشان داده ، با توليد حرارت هيداراتاسيون كمتر، تأمين مقاومت نهايي سيمان را بر عهده دارد. به عبارتي مقاومت هفت روز اول توسط و مقاومت تا ۲۸ روز و به بعد توسط تأمين مي‌شود. در كوره خود به خود توليد مي‌شود و تنها مي‌توان ميزان آن را كم كرد. اكسيدي است ناپايدار كه در مجاور عوامل سولفاتي فوراً به ماده ديگري به نام اترنژيت تبديل مي‌شود. اترنژيت در اثر جذب آب، افزايش حجم پيدا مي‌كند كه باعث ترك خوردن بتن مي‌شود. اين پديده را

اصطلاحاً حمله سولفاتها گويند. با آب به سرعت واكنش داده، گيرش حاصل مي‌ كند. جهت جلوگيري از بروز اين پديده ـ كه به آن گيرش آني مي‌گيرند ـ هنگام آسياب نهايي كلينكر به آن بين ۳ تا ۴ درصد سنگ گچ مي‌افزايند. سنگ گچ با واكنش ايجاد مي‌كند و سولفو آلومينات كلسيم نامحلول به وجود مي‌آورد و از اين طريق از ظهور گيرش آني جلوگيري مي‌نمايد. بعداً خواهيم ديد جهت تهيه سيمان ضد سولفات (تيپ۵) درصد را كاهش مي‌دهند. نقش چنداني در خواص سيمان ندارد و صرفاً به عنوان كاتاليزور حرارتي ايفاي نقش مي‌كند؛ به گونه‌اي كه اگر نباشد، دماي پخت لازم در كوره مقداري بسيار بيشتر ا ز۱۴۰۰ درجه خواهد بود.
۲ـ۶ـ۵ـ ضريب اشباع آهكي

ضريب اشباع آهكي (L.S.F)گوياي نسبت سنگ‌ آهك به خاك رس است و از فرمول ذيل محاسبه مي‌شود.

در آزمايشگاه پس از تجزيه سنگ آهك و خاك رس ، مقادير تركيبات مورد نظر در فرمول L.S.F را محاسبه كرده ،ضريب اشباع آهكي را بدست مي‌آورند. مطابق آيين نامه مقدار اين ضريب بايد بين ۶۶،۰ و ۰۲،۱ باشد:

اگر ضريب اشباع آهكي كمتر از ۶۶،۰ باشد، بدان معناست كه مقدار سنگ آهك در سيمان كم است و سيمان مقاومت كافي ندارد. اگر اين ضريب از ۰۲،۱ تجاوز كند، بدان معني است كه ميزان سنگ آهك بيش از مقدار لازم جهت تركيب با خاك رس است . مازاد سنگ آهك، در اثر حرارت زياد كوره و فعل و انفعالات پيچيده آن به «آهك سوخته شده آزاد» تبديل مي‌شود. تفاوت آهك سوخته شده آزاد با آهك در آنست كه تغيير حجم آهك در مجاورت آب در چند لحظه انجام شده ، پايان مي‌پذيرد؛ حال آنكه اين پديده در مورد آهك سوخته شده آزاد، بسيار آهسته و طي چند سال صورت مي‌گيرد و اگر اين سيمان در ساخت بتن بكار رود، باعث ترك خوردن آن مي‌شود .

۲ـ۶ـ۱۱ـ زمان گيرش
تغيير وضعيت ژل سيمان از حالت خميري به حالت جامد را گيرش گويند. زمان گيرش سيمان از آن جهت حائز اهميت است كه كليه عمليات انتقال ، پمپ ، در قالب ريختن و احتمالاً پرداخت سطحي بتن فقط در اين بازه زماني ممكن است. به طور كلي دو نوع زمان گيرش در مورد سيمان لحاظ مي‌شود كه عبارتند از :
۱ـ زمان گيرش اوليه

۲ـ زمان گيرش نهايي
آيين‌نامه حداقل گيرش اوليه را يك ساعت و حداكثر زمان گيرش نهايي را ۱۰ ساعت (براي سيمانهاي معمولي) مي‌داند.
زمان گيرش با دستگاهي به نام ويكات (به نام شيمي‌دان فرانسوي) مطابق شكل ۲ـ۱۲ سنجيده مي‌شود. اين دستگاه شامل يك بازوي متحرك متصل به ميله‌اي عمودي است كه تشكيلات سوزن همراه با عقربه نفوذ بر روي اين بازو نصب است و در كنار آن صفحه مدرج عمودي قرار دارد. در كنار ميله عمودي و زير بازوي متحرك يك مخلوط ناقص بر روي صفحه پايه قرار دارد. تشكيلات سوزن شامل ميله‌اي عمودي است كه در يك طرف آن سوزني با سطح مقطع دايره به قطر mm10 و در سر ديگر سوزني به مساحت ۱ قرار دارد. از طرف با قطر mm10 براي تعيين ميزان آب متعارف استفاده مي‌شود(بخش ۲ـ۶ـ۱۰) .
؟
جهت تعيين زمان گيرش اوليه ، خميري از سيمان مورد نظر با درصد آب متعارف مي‌سازند و از لحاظ اختلاط آب و سيمان ، زمان سنج را به كار مي‌اندازند. سپس ظرف مخروطي را از خمير حاصل پر كرده ، سطح آن را صاف مي‌كنند و نوك سوزن به سطح قاعده ۱ را بر سطح آن به صورت مماس قرار مي‌‌دهند. آنگاه پيچ ميله را شل مي‌كنند تا سوزن تحت وزن خود و ميله(gr300) به داخل خمير سيمان فرو رود. ميزان نفوذ سوزن در خمير سيمان از روي صفحه مدرج قرائت مي‌شود(ممكن است سوزن به طور كامل در خمير فرو رود). اين آزمايش در فواصل زماني معين تكرار و هر بار ميزان نفوذ سوزن در خمير سيمان يادداشت مي‌شود. مطابق تعريف، زمان گيرش اوليه زماني است كه سوزن با سطح مقطع ۱ به اندازه mm2 در خمير سيمان نفوذ كند. با رسم نمودار ميزان نفوذ ـ زمان مي‌تواند زمان گيرش اوليه را بدست آورد(شكل ۲ـ۱۳).

؟
جهت بدست آوردن زمان گيرش نهاي ،به شيوه‌اي مشابه فوق و با استفاده از سوزن مخصوص به خود عمل مي‌شود. سوزن گيرش نهايي همانند سوزن گيرش اوليه با اين تفاوت است كه يك كلاهك به گونه‌اي بر روي آن نصب شده كه قاعده آن mm5,0 تا سر سوزن فاصله دارد (شكل ۲ـ۱۴).
؟
مطابق تعريف ، زمان گيرش نهايي زماني است كه نوك سوزن مخصوص به اندازه mm5,0 در خمير نفوذ كند يا قاعده كلاهك بر روي سطح خمير بنشيند.
؟
در اينجا متذكر مي‌شويم كه در زمان بتن ريزي ممكن است با دو نوع گيرش مواجه شويم كه عبارتنداز : ۱ـ گيرش آني ۲ـ گيرش كاذب
گيرش آني در اثر كمبود سنگ گچ در سيمان و واكنش سريع با آب است كه برگشت پذير نمي‌باشد. اما گيرش كاذب به علت داغ بودن كلينكر هنگام آسياب و تبديل سنگ گچ به گچ در اثر تبخير شدن دو ملكول آب سنگ گچ است كه اين گچ در مجاورت آب سفت مي‌شود. لكن چون ميزان گچ در مقايسه با حجم بتن اندك است، توانايي سفت كردن كل بتن را ندارد و شبكه‌هاي سفت شده در اثر هم زدن بتن با بيل يا هر وسيله ديگر گسسته شده، گيرش از بين مي‌رود. در حقيقت گيرش كاذب برگشت پذير است.
۲-۶ـ۱۲ـ نرمي ذرات
نرمي ذرات پارامتري است از ريزي و درشتي ذرات سيمان. هر چه ذرات سيمان ريزتر باشد، سطح مخصوص آنها بيشتر و در نتيجه واكنش آنها با آب و كسب مقاومتشان سريعتر و حرارت هيدراتاسيون آنها بيشتر است. بنا به تعريف سطح مخصوص سيمان (با واحد ) عبارتست از مجموع سطوح ذارت موجود در يك گرم سيمان. در قديم جهت بررسي اندازه ذرات سيمان از الك استفاده مي‌شد. عمده‌ ترين ايرادهاي اين روش عبارتنداز:
۱ـ پودر نرم سيمان چشمه‌هاي الك را مي‌بندد و موجب كم شدن دقت آزمايش مي‌‌گردد.
۲ـ چشمه‌هاي الك نمي‌توانند اندازه دقيق دانه‌ها را تعيين كنند.
ـ۷ـ انواع سيمان
به طور كلي سيمانهاي ساختماني به دو نوع پرتلند و غير پرتلند تقسيم مي‌شوند. در قديم ، قير، گچ و آهك قسمت عمده سيمانهاي غير پرتلند را تشكيل مي‌داد. لكن امروزه انواع مواد پليمري به عنوان سيمانهاي غير پرتلند مورد توجه قرار گرفته‌اند . مواد پليمري داراي خواص بسيار گوناگون و مفيدي هستند. البته پاره‌اي مشكلات خاص خود مانند عدم مقاومت در برابر آتش ، تغيير خواص در دراز مدت واز همه مهمتر قيمت بسيار بالا را هم دارند.
۲ـ۸ ـ انواع سيمان پرتلند بر مبناي استاندارد ايران
در استاندارد ايران ـ كه بر مبناي استاندارد ASTM تدوين شده ـ سيمان پرتلند به پنج تيپ (نوع) تقسيم مي‌شود كه عبارتند از :
تيپ ۱ـ سيمان پرتلند معمولي
تيپ ۲ـ سيمان پرتلند اصلاح شده .
تيپ۳ـ سيمان پرتلند زود سخت شونده .
تيپ ۴ـ سيمان پرتلند با حرارت كم .
تيپ ۵ـ سيمان پرتلند ضد سولفات .

تجهيزات لازم براي توليد هر پنج نوع سيمان فوق و خط توليد آنها مشابه است و عمده اختلاف در مقدار مواد اوليه و درجه حرارت كوره مي‌باشد.
۲ـ۸ ـ۱ـ سيمان پرتلند تيپ ۱
همانطور كه از نام سيمان پيداست، به طور معمول در كارها از اين نوع سيمان استفاده مي‌شود؛ مگر اينكه ويژگي خاصي مدنظر قرار گيرد. در استاندارد ايران سيمان تيپ ۱ به سه دسته تقسيم مي‌شود كه عبارتند از : ۳۲۵ـ۱ ، ۴۲۵ـ۱، ۵۲۵ـ۱٫ اين تقسيم بندي بر مبناي مقاومت ۲۸ روزه نمونه‌هاي سيماني است:
حداقل مقاومت ۲۸ روزه سيمان پرتلند معمولي ۳۲۵ـ۱، ۳۲۵ يا Mpa5,32 است.
ً ً ۲۸ ً ً ً ً ۴۲۵ـ۱، ً ۴۲۵ يا ً ۵ ،۴۲ ً .
ً ً ۲۸ ً ً ً ً ۵۲۵ـ۱، ً ۵۲۵ يا ً ۵،۵۲ ً .
۲ـ۸ ـ۲ـ سيمان پرتلند تيپ ۲

با اصطلاحاتي كه در خط توليد اين نوع سيمان صورت پذيرفته ، درصد در آن به حداكثر ۸% محدود شده است. اين امر با كاستن از ميزان خاك رس در مواد اوليه امكانپذير است. چرا كه حاوي اكسيد آلومينيوم ( ) است كه اين اكسيد در خاك رس وجود دارد. لذا جهت كاهش بايد از ميزان خاك رس كاست.
كم شدن باعث كاهش حرارت هيدراتاسيون و همچنين مقاوم شدن سيمان (و بتن) در برابر حمله سولفاتهاست . زيرا همانطور كه در بخش ۲ـ۵ گفتيم، در مجاورت آب با سولفاتها تركيب شده ، ماده‌اي به نام اترنژيت به وجود مي‌آورد كه در اثر جذب آب متورم مي‌شود و ايجاد ترك مي‌كند (به اين پديده حمله سولفاتها گويند).
۲ـ۸ـ۳ـ سيمان پرتلند تيپ ۳

زمان گيرش اين نوع سيمان، مشابه سيمان پرتلند معمولي است. اما مقاومت اوليه آن به سرعت زياد مي‌شود؛ به گونه‌اي كه در سه روز ، به مقاومت هفت روزه تيپ ۱ مي‌رسد. يادآوري مي‌‌كنيم كه سيمان زود سخت شونده با سيمان زودگير تفاوت دارد.مفهوم زودگير يعني زمان گيرش سريع كه با مفهوم كسب مقاومت سريع متفاوت است. در اين نوع سيمان، كسب مقاومت سريع با آزاد شدن گرماي هيدراتاسيون زيادي همراه است و لذا نبايد از اين نوع سيمان در بتن ريزيهاي حجيم استفاده كرد. زيرا بتن در اثر گرماي زياد هيدراتاسيون منبسط مي‌شود و در همان حال گيرش حاصل مي‌كند. اما پس از سرد شدن، پديده انقباض بتن را تحت كشش قرار مي‌دهد و باعث ايجاد تركهايي در آن مي‌شود. براي دستيابي به اين نوع سيمان در مرحله توليد عمدتاً دو كار انجام مي‌شود:.

۱ـ ميزان در سيمان را افزايش مي‌دهند. همانطور كه در بخش ۲ـ۵ متذكر شديم، وظيفه تأمين مقاومت اوليه را بر عهده دارد.
۲ـ در آسياب نهايي آن را نرمتر از سيمان پرتلند معمولي مي‌كنند (حدود ۳۲۰۰).
در صورت عدم دسترسي به اين نوع سيمان مي‌توان از سيمان پرتلند معمولي ۵۲۵ـ۱ بهره جست.
امروزه مواد ديگري نيز به سيمان اضافه مي‌كنند و سيمانهاي خيلي زود سخت شونده و سوپر سخت شونده بدست مي‌آورند. در مصرف اين نوع سيمانها بايد دقت داشت كه دقيقاً مطابق روش ارائه شده در راهنماي آن عمل شود.
۲ـ ۸ـ۴ـ سيمان پرتلند تيپ ۴

در اين نوع سيمان از طريق كم كردن ميزان ،حرارت هيدراتاسيون را تا حد زيادي كاسته‌اند و از آن در بتن ريزيهاي حجيم استفاده مي‌كنند. البته ميزان توليد اين نوع سيمان در دنيا كم است و سعي مي‌شود از سيمانهاي جايگزين (همچون تيپ ۵) استفاده شود.
در اينجا مناسب است بگوييم جهت كاستن حرارت هيدراتاسيون در بتن ريزي روشهاي ديگري نيز وجود دارد كه عبارتند از :
پيش سردكن: در اين روش بجاي آب از پودر يخ استفاده مي‌شود . همچنين سعي بر آنست كه سنگدانه‌ها حتي المقدور خنك باشند. بدين جهت شن و ماسه را از درون تونلهاي خنك كننده عبور مي‌دهند. به موازات آنها از ميزان مصرف سيمان در بتن نيز تا حد امكان مي‌كاهند. پس سردكن : در اين روش ، لوله‌هاي مسي يا گلوانيزه مناسبي را در لابلاي محدوده بتن ريزي قرار مي‌دهند و هنگام بتن ريزي و در طول زمان عمل‌آوري، از ميان آنها آب يا هواي سرد عبور مي‌دهند. اين لوله‌ها در بتن مدفون شده ، در آن باقي مي‌ماند.

۲ـ۸ ـ۵ـ سيمان پرتلند تيپ ۵
در اين نوع سيمان ـ كه با هدف استفاده در جاهايي كه در معرض حملات سولفاتي است ساخته مي‌شود ـ درصد به حداكثر ۵% محدود شده است. از آنجا كه حرارت هيدارتاسيون اين نوع سيمان بسيار كمتر از حرارت هيدراتاسيون سيمان پرتلند معمولي است، مي‌توان از آن در بتن ريزيهاي حجيم استفاده كرد.
تذكر اين نكته ضروري است كه سرعت كسب مقاومت اين نوع سيمان كمتر از تيپ ۱ است؛ به طوري كه در ۲۸ روز، حدود ۹۱% مقاومت ۲۸ روزه سيمان تيپ ۱ را بدست مي‌آورد. لذا در برخي آيين‌نامه‌ها مقاومت ۴۲ روزه اين نوع سيمان به جاي مقاومت ۲۸ روزه آن لحاظ مي‌شود.
۲ـ۹ـ بحثي پيرامون حمله سولفاتها

تا مدتها پس از بكارگيري سيمان پرتلند معمولي در بتن، در برخي مناطق بتن كم كم سفيد شده ، پودر مي‌شد و مي‌ريخت. اين معنا توسط يك مهندس سوئدي به نام شلتون كشف شد. شلتون نشان داد در مناطقي كه مواد سولفاتي وجود دارد، سولفاتها پس از نفوذ به درون بتن با تركيب شده ، ماده‌اي به نام اترنژيت يا اترينگات به وجود مي‌آورند . اين ماده جديد در اثر جذب آب متورم و باعث ايجاد ترك در بتن مي‌شود كه به اين روند، حمله سولفاتها گويند. برمبناي اين كشف، كاهش ميزان در سيمان و توليد سيمانهايي چون سيمان پرتلند تيپ ۵ به عنوان راه حل مقابله با حمله سولفاتها ارائه شد. در روند حمله سولفاتها، نكته مهم آنست كه تخريب بتن در اثر پديده

شيميايي تركيب سولفات نيست؛ بلكه به علت پديده فيزيكي انبساط اترنژيت در اثر جذب آب است! بعدها مشخص شد كه سولفاتها علاوه بر تركيب با ، به نيز حمله كرده ، در تركيب با آن توليد سنگ گچ مي‌كنند كه اين محصول هم در مجاورت آب و با جذب رطوبت، منبسط مي‌شود و در بتن ايجاد ترك مي‌كند. از طرفي ديده مي‌شد كه استفاده از سيمان ضد سولفات(تيپ ۵) در مناطقي نظير حاشيه خليج فارس ـ كه مواد سولفاتي به وفور وجود دارد ـ بر خلاف انتظار جوابگو نبوده، بتن تخريب مي‌شود كه نمونه اين پديده درتيرهاي برق مشهود بود. با بررسيهاي دقيقتر مشخص شد اين تخريب در اثر حمله كلريدهاست نه سولفاتها؛ بدين شرح كه با كاهش ميزان ، در كنار افزايش مقاومت در برابر سولفاتها، نفوذپذيري نيز زياد مي‌شود و كلريدها راحت‌تر به داخل بتن راه مي‌يابند. كلريدها به ميلگرد حمله مي‌كنند و در آنها خوردگي به وجود

مي‌آورند كه در نهايت منجر به تخريب بتن مي‌شود و از آنجا كه در مناطق حاشيه خليج فارس كلريدها نيز به ميزان زياد در محيط وجود دارند، اين مشكل ظهور مي‌كرد. جهت رفع اين معضل، پيشنهاد شد در اين مناطق از سيمانهايي استفاده شود كه درصد در آنها از ۸% كمتر باشد؛ ولي كمتر از ۵% نشود. يعني%۸ %۵ كه هم در برابر سولفاتها مقاومت كند و هم قابليت نفوذ زيادي نداشته باشد. به طور كلي چنين نيست كه هر جا مسأله وجود سولفاتها در محيط مطرح باشد، از سيمان تيپ ۵ استفاده شود . نوع سيمان مناسب در ارتباط با مقدار سولفات محيط مطابق جدول ۲ـ۱ مي‌باشد. همچنين در مقابله با حمله سولفاتها ، علاوه بر انتخاب سيمان مناسب، بايد به نكات ديگري نيز توجه داشت كه در پديده بسيار مؤثرند:

۱ـسولفاتها تنها در حالت محلول قادر به حمله به بتن هستند. لذا يكي از راه‌هاي مقابله با حمله سولفاتها دور نگاهداشتن بتن از رطوبت است. نمونه اين عمليات قلوه چيني پيرامون پي ساختمانها جهت جلوگيري از نفوذ آب به پي است. همچنين در ساخت بتن نبايد از آب داراي سولفاتها استفاده كرد.
۲ـ تر و خشك شدن متناوب ، حمله سولفاتها را تشديد مي‌كند. اين پديده به ويژه در سازه‌هاي بتني كنار دريا كه تحت تأثير جذر و مد هستند مشاهده مي‌شود. ۳ـ از آنجا كه هر چه ميزان آب به سيمان (W/C) در بتن بيشتر باشد، نفوذپذيري و پيرو آن حمله سولفاتها و كلريدها بيشتر است، حتي‌المقدور بايد مقدار آب را تا حد امكان كاست و به جاي آن از مواد روان كننده استفاده كرد.

ميزان سولفات محيط بر
حسب درصد كمتر از ۱،۰% بين ا,۰ تا ۲,۰% بين ۲,۰ تا۲% بيش از ۲%
نوع سيمان تيپ۱ تيپ۲ تيپ۵ تيپ ۵+مواد پوزولاني
جدول ۲ـ۱ : نوع سيمان مناسب در ارتباط با ميزان سولفات محيط
اصولاً بتن در معرض دو گانه حمله است:
۱ـ حمله داخلي .
۲ـ حمله خارجي.

در حمله داخلي، مواد مخرب با مواد اوليه وارد بتن مي‌شوند و گريزي از حضور آنان نيست. مثلاً سولفات از طريق سنگ گچ موجود وارد بتن مي‌شود. ممكن است آب مصرفي خود داراي مواد واكنش‌زا باشد و … . تنها راه مقابله با اين حملات، دقت در انتخاب مواد اوليه و خشك نگه داشتن بتن حاصله است. اينگونه حملات طي ساليان طولاني و آهسته آهسته ظاهر مي‌شوند. در حمله خارجي، مواد مخرب از خارج به درون بتن نفوذ كرده، آن را تحت تأثير قرار مي‌دهند. مانند حمله كلريدها در خليج فارس. اين گونه حملات طي مدت زمان بسيار كوتاه تري (بين ۶ ماه تا يك سال) ظهور مي‌كنند و راه‌هاي مقابله با آن قبلاً شرح داده شد.
۲ـ۱۰ـ ديگر انواع سيمانهاي پرتلند

۲ـ۱۰ـ۱ـ سيمانهاي پرتلند پزولاني
پزولانها مواد سيليسي يا سيليس آلوميناتي هستند كه خود قابليت چسبندگي ندارند؛ اما به صورت پودر در كنار رطوبت با آهك تركيب مي‌شوند و تركيبات سيليكات كلسيم به وجود مي‌آورند كه خاصيت چسبندگي دارند. در تهيه سيمانهاي پرتلند پزولاني، درصد مشخصي از مواد پزولاني را به سيمان پرتلند مي‌افزايند و با سيمان حاصل، خواص جديدي را تأمين مي‌كنند. يكي از مهمترين خواص اين سيمانها مقاومتشان در برابر حمله سولفاتها مي‌باشد. پودر سيمان پرتلند در مجاورت آب ، ژل سيمان را به وجود مي‌آورد. ماده‌اي است كه در ژل سيمان يافت مي‌شود و معايبي را به همراه دارد كه عبارتند از:

۱ـ آب هنگام خروج از لوله‌هاي مويين بتن، مقداري را در خود حل و به خارج منتقل مي‌كند. در مجاورت هوا با تركيب مي‌شود و را به وجود مي‌آورد كه پس از تبخير آب آن به صورت سفيدكهايي بر سطح بتن ظاهر مي‌شود.
۲ـ جاي هايي كه به صورت فوق از بتن خارج مي‌شوند، خالي مي‌ماند كه اين خود، عاملي در جهت افزايش نفوذپذيري بتن است.
۳ـ بستر مناسبي براي حمله سولفاتها به وجودمي‌آورد. زيرا سولفاتها به حمله كرده، گچ به وجود مي‌آورند . اين گچ در اثر جذب رطوبت متورم مي‌شود و همان مسأله حمله سولفاتها به وقوع مي‌پيوندد. پزولانها با موجود در سيمان تركيب مي‌شوند و سيليكات كلسيم به وجود مي‌آورند كه ماده‌اي است با خاصيت چسبندگي . در حقيقت پزولانها يك ماده مضر در سيمان را به ماده‌اي مفيد تبديل مي‌كنند. تا مدتها گمان بر آن بود كه مقابله با حمله سولفاتها فقط از طريق كاستن ميزان و استفاده از سيمان تيپ ۵ ميسر است. اما امروزه مي‌دانند كه ميزان زياد نيز بستر مناسبي جهت حمله سولفاتها فراهم مي‌كند و راه مقابله با آن استفاده از سيمان پرتلند پزولاني است. بر مبناي همين اصل ، همانگونه كه در جدول ۲ـ۱ نيز مشاهده كرديد، اگر درصد سولفات محيط بيش از ۲% باشد، در كنار استفاده از سيمان تيپ ۵ بايد از مواد پزولاني

استفاده كرد. سيمانهاي پزولاني بر اساس ميزان پزولان موجود در آنها به صورت ًسيمان پزولاني X%ًبيان مي‌شوند. آيين نامه حداكثر ميزان مجاز پزولان در سيمان پرتلند پزولاني را ۱۵% مي‌داند . البته در برخي سيمانها ميزان پزولان تا مقاديري بسيار بيش از اين هم مي‌باشد؛ اما چنين سيمانهايي پرتلند محسوب نمي‌شوند. بلكه ًسيمانهاي پزولانيً با خواص مربوط به خود هستند. حرارت هيدراتاسيون پرتلند پزولاني بسيار پايينتر از سيمانهاي پرتلند معمولي است و لذا در بتن ريزيهاي حجيم همچون سد سازيها كاربرد دارند. اما در زمستان كه خطر يخ زدگي وجود دارد نبايد از آنها استفاده كرد. همچنين مقاومت آنها تا پيش از يك سال كمتر از مقاومت سيمانهاي عادي مي‌باشد (نمودار شكل ۲ـ۲۱) و لذا از سيمانهاي پرتلند پزولاني در قسمتهايي كه نياز به كسب مقاومت سريع است نمي‌توان استفاده كرد. مواد پزولاني به دو گونه در طبيعت يافت مي‌شوند:
؟
پزولانهاي طبيعي ، شامل خاكسترهاي آتشفشاني است كه از دهانه كوه‌هاي آتشفشان خارج مي‌شود و در اطراف اين كوه‌ها به صورت پوكه جمع مي‌شود. شايد قديميترين خاكستر آتشفشاني كه در صنعت سيمان به كار گرفته شد، خاكسترهاي موجود در دهكده پزولان در دامنه كوه آتشفشان وزوو در ايتاليا باشد ـ و نام پزولان نيز از همين جا كسب شده است ـ . استاندارد شماره ۳۴۳۳ ايران خواص پزولانهاي طبيعي را به دقت بيان كرده است كه در هر مورد، پزولان مورد نظر بايد تجزيه و با استاندارد تطبيق داده شود. از مهمترين مشكلات پزولانهاي طبيعي . غير يكنواختي آنهاست كه در توليد سيمان يكنواخت ايجاد مشكل مي‌كند. امروزه پزولانهاي طبيعي كاربرد چنداني ندارند. پزولانهاي مصنوعي گونه ديگري از پزولانها هستند كه برخلاف پزولانهاي طبيعي، كاربردهاي متعددي دارند. دو نوع عمده آنها عبارتنداز:

۱ـ خاكستر بادي .
۲ـ دوده سيليسي .