سیمان

سیمان

 

---

 

اگر از مخلوطی از سنگ آهک، خاک رس با گچ در کوره دوار با حرارت زیاد پخته شود و بعد با مقدار کمی گچ از طریق آسیاب کردن به پودر تبدیل شود، محصول بدست آمده سیمان خواهد بود. زمانی که سیمان با آب مخلوط شود واکنش شیمیایی آغاز میگردد و برروی سطح هر دانه سیمان، محصولات حاصل از هیدراته شدن پدید می آید. که بر اثر اتصال این محصولات به یکدیگرتمام دانه ها با هم ارتباط می‌یابند. براثر این ارتباط بتون سفت و سخت شده در نهایت، مقاومت حاصل می شود.

این واکنشهای شیمیایی (هیدراتاسیون ) نامیده می شود که با تولید حرارت همراه است. البته در قطعات نازک، مانند دیوارهاو یا دال ها (تا 200 میلیمتر ضخامت ) حرارت حاصل از هیدراتاسیون به سرعت از بین می رود. پس از قالب برداری دیوارهایی با ضخامت 200 میلیمتر و بیشتر، حتی پس از 24 ساعت اززمان بتون ریزی چنانچه سطح آن لمس گردد، دمای بتون احساس می شود.

کارخانه سیمان سازی

روش تولید سیمان به این صورت است که باتدا مواد خام آسیاب کرده و بعد آنها را با نسبتهای معین بطور کامل مخلوط می کنند و در مرحله بعد در یک کوره بزرگ دوار (دوران کننده) در درجه حرارت حدود 1300 تا 1400 درجه سانتیگراد حرارت می دهند. در این درجه حرارت به مرز ذوب شدن رسیده و بخشی از آنها ذوب می شوند و سبب ایجاد گلوله هایی به نام کلینکر می شود. کلینکر را سرد کرده و مقدار کمی سنگ گچ (1 تا2 درصد) به آن می افزایند و سپس آن را آسیاب می کنند تا بصورت پودر نرم درآید. محصول به دست آمده سیمان پرتلند تجارتی است که به میزان بسیار وسیع در سراسر جهان تولید و مصرف می شود. مخلوط و آسیاب کردن مواد خام را می توان یا در آب و یا در حالت خشک انجام داد که به همین جهت روشهای تر و خشک به وجود آمده است. روشهای واقعی تولید به ماهیت مواد خام مصرف شدهنیز بستگی خواهد داشت.

روش تر: مواقعی که از سنگ آهک سست استفاده می شود، ابتدا آن را خرد کرده سپس به وسیله آسیاب شوینده در آب پخش می کنند (این آسیاب بصورت گداول مدوری است که در آن بازوهای شعاعی حامل میله های به هم زن در گردش هستند، در اثر برخورد میله ها با قطعات،‌ مواد جامد آنها را خرد می کنند) خاک رس نیز ابتدا خرد شده، سپس در یک آسیاب مشابه، با آب مخلوط می شود. دو مخلوط به نحوی پمپ می شوند که با نسبتهای قبلاً تعیین شده با یکدیگر مخلوط شده و از میان یک سری صفحات مشبک عبور کنند. دوغاب سیمان حاصل به داخل مخازن مخصوصی می ریزد (وقتی از سنگ آهک استفاده می شود ابتدا کوه را منفجر کرده و قطعات سنگی حاصل را در سنگ شکنها تا اندازه مورد نظر خرد کرده، مواد خرد شده را با خاک رسی که در آب حل شده داخل آسیابهای گلوله ای می ریزند. در این حالت سنگ آهک کاملاً نرم شده و دوغاب سیمان حاصل به داخل مخازن نگهداری پمپ می شود). از این مرحله به بعد، بدون توجه به ماهیت اصلی مواد خام،‌روشها یکسان خواهند بود.

تعریف: دوغاب مایعی است که از خامه رقیق تر و شل تر می باشد و مقدار آب آن از بین 35 تا 50 درصد است و تنها بخش کوچکی از مواد آن،‌ حدود 2% بزرگتر از 90 میکرون (مانده روی الک نمره 17 ASTN ) است. معمولاً تعداد زیادی مخزن برای نگهداری دوغاب وجود دارد وبه وسیله همزنهای مکانیکی، دمیدن هوای فشرده، از ته نشین شدن مواد جامد معلق در دوغاب جلوگیری به عمل می آید. همان طور که قبلاً ذکر شد، مقدار آهک موجود تابعی از نوع مواد آهکی و رسی اولیه است. تنظیم نهایی جهت انجام ترکیبات شیمیایی لازم را از مخلوط کردن دوغابهای مخازن مختلف به دست می آورند. دوغاب حاوی مقدار آهک لازم به داخل کوره دوار ریخته می شود. این کوره استوانه فولادی بزرگی است که داخل آن با آستری از مواد نسوز پوشیده شده و قطر آن تا 5/7 متر و طول آن تا 230 متر می رسد. استوانه حول محور خود که با افق زاویه ای کوچک می سازد، به آهستگی می چرخد. دوغاب حاوی مقدار آهک لازم به داخل کوره دوار ریخته می شود. این کوره استوانه فولادی بزرگی است که داخل آن با آستری از مواد نسوز پوشیده شده و قطر آن تا 5/7 متر و طول آن تا 230 متر می رسد. استوانه حول محور خود که با افق زاویه ای کوچک می سازد، به آهستگی می چرخد. دوغاب از انتهای فوقانی کوره وارد می شود و گرد زغال به وسیله هوای فشرده از انتهای تحتانی (جایی که درجه حرارت به 1400 الی 1500 درجحه سانتیگراد می رسد) به داخل کوره پاشیده می شود. (زغال نباید خاکستر زیادی ایجاد کند. مقدار مصرف آن نیز برای یک تن سیمان بین 190 تا 350 کیلوگرم است) می توان مواد نفتی (150 لیتر در هر تن سیمان) یا گاز طبیعی را جایگزین گرد زغال کرد.

دوغاب در حرکت خود به طرف پایین کوره بتدریج در معرض حرارتهای بالاتری قرار می گیرد. در وهله اول آب آن به خارج رانده شده و اکسید کربن  آزاد می شود. در این حالت در مواد خشک شده یک سری واکنشهای شیمیایی صورت می گیرد. در گرمترین قسمت کوره حدود 20 تا 30 درصد از مواد ذوب شده و آهک، سیلیس و آلومینا دوباره با یکدیگر ترکیب شده و به هم می چسبند و به صورت گلوله هایی به قطر 3 تا 25 میلیمتر که به آنها کلینکر می گویند، در می آیند. دستگاه کلینکر را به داخل دستگاههای خنک کننده می ریزد و کلینکر سرد شده سیاه رنگ و قدری براق و سخت است که با سنگ گچ آسیاب می شود تا از گیرش سریع سیمان جلوگیری به عمل آید. عمل آسیاب کردن در آسیابهای گلوله ای که از چندین قسمت تشکیل شده و اندازه گلوله های آن بتدریج کوچکتر می شود، صورت می گیرد. سیمان آسیاب شده الک می شود و ذرات ریز به وسیله جریان هوا به سیلوی نگهداری هدایت شده و ذرات درشت تر مجدداً آسیاب می شوند (ریزی ذرات سیمان به اندازه ای است که در هر کیلوگرم آن در حدود 12 10*2/1 ذره وجود دارد). در انتها سیمان آسیاب شده برای بسته بندی در کیسه های کاغذی یا در بشکه و به صورت فله آماده حمل خواهد بود (شکل 4-1).

روش خشک و نیمه خشک: ابتدا مواد خامرا خرد می کنند و با نسبتهای مناسب به داخل یک آسیاب سایشی که در آن مواد خشک شده به صورت پودر بسیار نرم در می آید، می ریزند. سپس پودر خشک را که خوراک خان نامیده می شود، به داخل سیلوی مخلوط کننده پمپ می گردد. در این مرحله است که تنظیم نهایی نسبتهای مواد لازم برای تولید سیمان به عمل می آید. در عمل برای بدست آوردن مخلوط یکنواخت، معمولاً خوراک خام به وسیله هوای فشرده کاملاً به هم زده می شود. در بعضی از کارخانجات از  روش مخلوط کردن مداوم استفاده می گردد. در روش نیمه خشک خوراک مخلوط شده الک می شود و به داخل سینی های گردنده ای به نام گلوله ساز (هلیس) می ریزد و همزمان در حدود 12% وزن خوراک ،‌به آن آب اضافه می شود. بدین طریق گلوله های سختی با قطر 15 میلیمتر ساخته می شود. گلوله ها به وسیله گازهای مداومی که از کوره خارج می شوند، در دستگاههای پیش گرم کن مشبک حرارت دیده سخت می شوند، سپس گلوله وارد کوره شده مراحل بعدی به همان صورت روش تولید تر خواهد بود. با توجه به درصد کم رطوبت،‌در این روش طول کوره به مراتب کوتاهتر است و مقدار کل زغال مصرف شده برای تولید هر تن سیمان به 100 کیلوگرم خواهد رسید. در روش خشک مواد خام تغذیه کننده کوره که حدود 2% رطوبت دارد، از داخل یک پیش گرم کن (معمولاً از نوع معلق) عبور داده می شوند. مواد خام قبل از رفتن به داخل کوره به دمای  1800 (درجه سانتیگراد) رسانده می شود. از آنجا که مواد خام تغذیه رطوبتنی ندارد و همچنین به دلیل گرمای اولیه مواد خام، طول کوره می تواند خیلی کوتاهتر از روش خام باشد. قسمت عمده مواد خام را می توان از میان یک کلسینه کننده سیمان (با به کار بردن یک منبع حرارتی جداگانه) که بین پیش گرم کن و کوره قرار گرفته است، عبور داده این عمل باعث تجزیه CaCo3 (کربناتاکلسیم) قبل از ورود مواد خام به کوره می شود و به میزان زیاد بازدهی کوره را افزایش می دهد. (به طور مثال کوره ای به قطر 2/6 متر و طول 105 متر 6200 تن کلینکر در روز تولید می کند؛ در حالی که در روش تر در کوره ای به قطر 5/7 متر و طول 230 متر تنها 3600 تن کلینکر در روز تولید می شود.) در صفحه بعد شکلهای شماتیک کارخانه سیمان به هر دو روش تولیدتر و خشک نشان داده شده است. (شکل های 4-1 و 5-1)

انواع سیمان

سیمان پرتلند: تمام سیمانهای پرتلند از دو ماده خام که یکی از نظر کلسیم و دیگری از نظر سیلیس غنی است، ساخته می شوند. معمولاً این دو ماده به ترتیب آهک و یا گچ و خاک رس یا سنگ رسی است. خاک رس و سنگ رسی معمولاً دارای ترکیبات آلومینیوم و آهن به مقدار زیاد است. رنگ خاکستری سیمان پرتلند معمولی در اثر وجود ترکیبات آهن است. در جدول 1-1 ترکیبات اصلی سیمان پرتلند و فرمول شیمیایی آنها نشان داده شده است.

در جدول 2-1 درصد ترکیبات مختلف موجود ، درجه نرمی و میزان مقاومت نسبی سیمانهای مختلف پرتلند نشان داده شده است.

جدول 1-1- ترکیبات اصلی موجود در سیمانهای پرتلند

نام	فرمول تجربی	فرمول اکسیدی	فرمول کوتاه	میزان آزاد کردن حرارت و سرعت افزایش مقاومت
تری کلسیم سیلیکات				سریع
دی کلسیم سیلیکات				کند
تری کلسیم آلومینات				سریع
تتراکلسیم آلومینوفرات				خیلی کند

انواع سیمان پرتلند:

الف – سمیان پرتلند نوع (I) پرتلند معمولی: این نوع سیمان بیشترین کاربرد را داشته، در ساخت بتون جهت ساخمانها ، جاده ها و کلیه کارهایی که نیاز به خواص خاصی ندارند مصرف می شود. کسب مقاومت این نوع سیمان برای کلیه کارهای بتونی به اندازه کافی سریع است.

ب – سیمان نوع (II) متوسط:‌این نوع سیمان نسبت به نوع (I) مرغوب تر است و در مواردی که در مقابل تأثیر ضعیف سولفاتها احتیاط لازم باشد به کار می رود. این سیمان کندگیرتر از سیمان تیپ (I) است،‌در زمان گیرش حرارت کمتری تولید می کند. کاربرد این سیمان در ساختمانهای حجیم و مناطق ساحلی است و بدلیل تولید حرارت کمتر در زمان گیرش افزایش حجم آن کمتر است و مقاومت آن در مقابل تهاجم مواد شیمیایی بخصوص در آب دریا بیشتر از سیمان معمولی است.

ج – سیمان نوع (III) زودرس: از لحاظ شیمیایی مشابه سیمان پرتلند معمولی است. ریز بودن ذرات آن باعث کسب مقاومت سریع در اوایل سن بتون می شود. واژه سریع سخت شوندهنباید با گیرش سریع اشتباه شود. بتونی که با سیمان پرتلند نوع (III) ساخته می شود، سفت و سخت شدن اولیه آن به همان سرعت سیمان پرتلند معمولی است،‌اما پس از سفت شدن اولیه، سرعت کسب مقاومت بتون بیشتر می شود. مصرف آن در کارخانه های قطعات پیش ساخته و یا در مواقعی است که در کارگاه، کار با سرعت بیشتری انجام می شود. به دلیل تولید حرارت بیشتر این نوع سیمان نسبت به نوع (I) مصرف آن در هوای سرد توصیه می شود و اثر منفی دمای پایین محیط در بتون را خنثی می کند.

د – سیمان پرتلند نوع (IV) کم حرارت: روند کسب مقاومت این نوع سیمان به آهستگی است و همان طور که از نام آن مشخص است،‌مقدار حرارت تولید شده در آن نسبت به سیمان پرتلند معمولی کمتر است. به این دلیل مصرف آن برای بتون ریزی حجیم مانند سدها و جایی که کم شدن حرارت بتون امری حیاتی است، توصیه می شود.

هـ – سیمان پرتلند نوع (v) ضد سولفات: هر چند مواد متشکله این نوع سیمان مانند سیمان پرتلند معمولی است ما روش تولید آن باعث می شود که از لحاظ ترکیبهای شیمیایی کمی با یکدیگر تفاوت پیدا کنند؛ به نحوی که مقاومت بهتری در مقابل حمله سولفاتها از خود نشان می دهد. این نوع سیمان مانند سیمان پرتلند معمولی نمی تواند در مقابل تهاجم اسیدها مقاومت کند و مقاومت آن در برابر کلرورها کمتر از سیمان معمولی است. معمولاً رنگ این سیمان تیره تر از انواع دیگر سیمان است. دوام بتون و مقاومت آن در مقابل تهاجم عوامل شیمیایی به طور عمده بستگی به یکپارچگی ،‌نفوذپذیری و تراکم مناسب بتون دارد. مصرف این سیمان در بتون نباید از 280 کیلوگرمدر مترمکعب کمتر باشد و نسبت آب به سیمان نباید از 55% تجاوز کند. این نوع سیمان مقدار کمتری از سیمان معمولی حرارت تولید می کند. از مصرف کلرور کلسیم یا مواد مضافی که دارای کلرور کلسیم هستند همراه با این نوع سیمان باید اجتناب کرد، زیرا مقاومت سیمان در مقابل سولفات کاهش می یابد. این سیمان کمی از سیمان پرتلند معمولی گرانتر است. درصد ترکیبات هر یک از پنج نوع اصلی پرتلند در جدول 2-1 آورده شده است.

انواع فرعی سیمانهای پرتلند و یا سیمانهای ترکیبی با سیمان پرتلند:

الف – سیمان پرتلند حباب زا: بتونهایی که از این نوع سیمان ساخته می شوند، مقاومت بهتری نسبت به یخ زدن و ذوب شدنهای متوالی دارند. یک روش برای ساختن بتونهایی که هوای محبوس شده دارند استفاده از سیمانهای با مواد حباب زا است. در این نوع بتونها ذرات ریز هوا به طور یکنواخت در خمیر سیمان محبوس می شوند. هوای محبوس شده علاوه بر این که مقاومت بتون را در مقابل یخ زدن افزایش می دهد، باعث بهتر شدن بعضی از خواص بتون تازه،‌از قبیل قابلیت کار کردن و مقاومت در مقابل جدایی دانه های بتون (Segregation) می شوند. کلینکر سیمانهای نوع (I) و (II) و (III) وقتی با مقدار کمی از مواد اضافی (Admixture) مناسب آسیاب شود، سیمانهای پرتلند حباب زا نوع IA ،‌IIA و IIIA را ایجاد می کنند. مواد اضافی حباب زای مناسب عبارتند از :‌اسیدهای چرب و صابونهای آنها، رزینهای چوب (Wood Resien) و لیگنو سولفونیت ها (Lignosulfonates) .

ب – سیمان پرتلند نوع سفید (سیمان سفید) : ‌معمولاً در دیوارهای نما استفاده می شود. مشخصات سیمان سفید مانند سیمان پرتلند معمولی است و از این رو کاربرد آن نیز می تواند مشابه سیمان نوع یک باشد. سیمان سفید از مواد خامی چون خاک رس چینی (کائولن) و گچ نوع بسیار اعلا و مواد متشکله سیمان نوع (I) ساخته می شود. این مواد خام باید عاری از ناخالصیهای رنگی از قبیل اکسید آهن باشند. همچنین روش تولید باید طوری باشد که در حین ساخت،‌تغییر رنگ ناشی از گداخته شدن و آسیاب کردن به حداقل برسد. این سیمان معمولاً همراه با سنگ دانه های مخصوص در نماسازیها استفاده می شود. عمل آوردن بتون سفید نیاز به دقت کافی دارد. زیرا براحتی در اوایل سن بتون کثیف شده و تمیز کردن آن تقریباً غیرممکن می شود. استفاده از پوشش موقت پلاستیک برای عمل آوری بتون و دوری آن از گرد و غبار روش مناسبی است.

ج – سیمانهای رنگی: سیمانهای رنگی را که برای ساخت بتونهای رنگی به کار می رود،‌می توان با مخلوط کردن 5 تا 10% از مواد رنگی مناسب با سیمان سفید به دست آورد. در زیر لیست معمولترین اکسیدهای معدنی که از آنها برای ساخت سیمانهای رنگی استفاده می شود آمده است:

اکسید کبالت	برای رنگ آبی
اکسید قرمز آهن	برای رنگ قرمز
اکسید قهوه ای آهن	برای رنگ قهوه ای
اکسید سیاه آهن و کربن سیاه	برای رنگ سیاه
اکسید زرد مصنوعی آهن	برای رنگ کهربایی
اکسید کرم	برای رنگ سبز
اکسید تیتانیوم	برای رنگ سفید و سفیدتر کردن رنگ سیمان سفید

د – سیمان پرتلند آهن گدازی: ‌این نوع سیمان از آسیاب شدن مخلوطی از کلینکر سیمان پرتلند معمولی و سباره آهن گدازی ساخته می شود. این نوع سیمان در کلیه مواردی که سیمان پرتلند معمولی استفاده می شود، قابل مصرف است؛ اما کسب مقاومت اولیه آن کمی کندتر صورت می گیرد، بخصوص اگر هوا سرد باشد. در مواقعی که قالب برداری در زمان کوتاهتری انجام می پذیرد، ممکن است مصرف این نوع سیمان مناسب نباشد. مقاومت سیمان سرباره ای در مقابل تهاجم مواد شیمیایی بخصوص آب دریا بیشتر از سیمان پرتلند معمولی است. وزن سرباره نباید از 65% وزن مخلوط تجاوز کند.

هـ – سیمان پرتلند پوزولانی (Portland – pozzolancement) :‌ این نوع سیمانها برای ساختن سازه های حجیم هیدرولیکی بتونی از قبیل سدها،‌اسکله ها و پایه های پل مورد استفاده قرار می گیرند. این سیمانها از آسیاب کردن کلینکر سیمان پرتلند با مواد مناسب پوزولانی یا از مخلوط کردن گرد بسیار نرم پوزولان با سیمان پرتلند به دست می آیند. مقدار پوزولان معمولاً بین 15 تا 40 درصد وزن سیمان پرتلند – پوزولان است.

مواد پوزولانی به دو نوع تقسیم می شوند:

1- مواد پوزولانی معدنی :‌ مثل خاکسترهای آتشفشانی (Volcanic ashes) ،زئولیت (Zeolites) ، سنگ رس اوپالین (Opaline – Shales) و غیره.

2- مواد پوزولانی مصنوعی: مثل سنگ رس و خاک کلسینه شده، خاکستر آتشفشان (fly ashes) و غیره.

اگر مواد پوزولانی در محیط مرطوب و در مجاورت هیدرات کلسیم Ca(OH)2) قرار گیرند، به آهستگی ترکیب شده و به سیلیکات کلسیم هیدراته تبدیل می شوند که دارای خاصیت سیمانی است. از آنجا که سیمان پرتلند هیدراته شده در حدود 25% هیدرات کلسیم دارد،‌وجود پوزولان در مجاورت سیمان پرتلند باعث می شود هیدرات کلسیم که خاصیت سیمانی ضعیفی دارد، در سنین بعدی به یک ماده شیمیایی قوی تبدیل شود. مقاومت اولیه آن کمتر از سیمان پرتلند معمولی بوده اما مقاومت نهایی آن مساوی و یاحتی بیشتر از سیمان پرتلند معمولی است. بتونهایی که از سیمان پرتلند – پوزولان ساخته می شوند دارای مقاومت بهتری در مقابل آبهای سولفاته و یا اسیدی ضعیف هستند.

و – سیمان پرتلند بنایی (Masonry cement) : ملاتهایی که ازسیمان پرتلند معمولی ساخته می شوند، ممکن است چسبندگی و قابلیت نگهداری آب کافی به اندازه ای که برای آجرکاری یا بلوک کاری و پلاسترکشی لازم است نداشته باشد. همچنین ممکن است این ملاتها بیش از حد صلب شوند (که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرف نیست). برای جلوگیری از اشکالات فوق گاه مقداری آهک به ملات اضافه می کنند؛ اما افزودن ماده اضافی به ملات در کارگاه ممکن است به علت جذب آب توسط آهک به افزایش حجم ملات منجر شود. سیمان بنایی شامل دو نوع ماده اصلی است:‌اول یک ماده اضافی (مانند ماده حباب زا ) که چسبندگی را افزایش می دهد. دوم ماده دیگری که به نگاه داشتن آب کمک کرده (مانند پودر نرمی از مواد خنثی) و افزایش مقاومت را محدود می کند. معمولا این سیمانها از آسیاب کردن کلینکر سیمان پرتلند با سنگ گچ متبلور (جیپس ) یک ماده حباب زا، یک ماده روان کننده (مانند آهک آبدیده) و مقدار زیادی از یک ماده خنثی مثل پودر سنگ آهک، گچ، تالک، رس و یا تراس به دست می آید.

مواد خنثی ممکن است بین 40 تا 50 درصد باشند.

سیمان بنایی برای بتونهایی سازه ای مناسب نیست.

ز – سیمان منبسط شوند (Expansive cement) : از این نوع سیمان برای پیش تنیده کردن بتون به طریق شیمیایی استفاده می شود. همان طور که از اسم این نوع سیمان برمی‌آید،‌بتونهای ساخته شده با این سیمانها بر خلاف بتونهای معمولی (که به مرور زمان کاهش حجم پیدا می کنند)، به مرور زمان منبسط شده افزایش حجم پیدا می کنند.

ح – سیمان منبسط شونده نوع k : از آسیاب کردن کلینکر سیمان پرتلند با مقدار زیادی گچ متبلور و ماده منبسط شونده به دست می آید. ماده منبسط شونده کلینکری شبیه کلینکر پرتلند است که علاوه بر  دارای  سولفات کلسیم و آهک است. ماده منبسط شونده را می توان در عملیات حرارتی جداگانه، با مخلوطی از مواد خام که دارای مقدار مناسبی سنگ آهک بوکسیت و سنگ گچ است به دست آورد یا آن را به طور مستقیم در کلینکر سیمان پرتلند با اصلاح ترکیب شیمیایی مخلوط مواد خام ایجاد کرد.

ط – سیمان منبسط شونده نوع M : که از مخلوط کردن سیمان پرتلند و سیمان با آلومینای زیاد (سیمان کلسیم آلومینات) و سولفات کلسیم به دست می آید. همچنین از آسیاب کردن کلینکر سیمان پرتلند معمولی بهمراه کلینکر کلسیم آلومینات و سولفات کلسیم حاصل می شود. سیمانهای منبسط شوئنده نوع M و k برای پیش تنیده کردن قطعات سازه ای استفاده می شود. سیمان منبسط شونده نوع S نوعی سیمان پرتلند است که دارای مقدار زیادی  و سولفات کلسیم است.

سیمانهای مخصوص پرتلند:

الف – سیمان پرتلند چاه نفت: از این سیمانها برای بستن جداره متخلخل چاههای نفت و چسباندن جدارهای فولادی به دیواره آنها استفاده می شود. دوغاب سیمان پرتلندی که برای چنین منظوری مورد استفاده قرار می گیرد، باید تحت فشار زیاد و درجه حرارت بسیار بالایی که در چاههای نفت وجود دارد قابل پمپ کردن باشد. سیمانهای دانه درشت و دیرگیر که دارای نسبت  پایین و نسبت A/F پایین باشند، برای استفاده در چاههای نفت مناسب هستند.

ب – سیمان پرتلند ضد آب:‌ این نوع سیمانها به طریق خاصی ساخته می شوند تا بتوان در محیط های مرطوب آنها را برای مدتی طولانی ذخیره کرد. با آسیاب کردن مواد مناسب (نظیر اسید اولئیک ، اسید استریک یا نمکهای کلسیم و آمونیوم آنها و یا اسید لاریک) با کلینکر سیمان در هنگام ساخت سیمان ، یک لایه محافظ دور کننده آب به دور ذرات سیمان کشیده می شود، در موقع مخلوط کردن بتون لایه محافظ به وسیله شن و ماسه ساییده شده، سیمان بطور عادی هیدراته می شود. به همین دلیل بتون باید به طور کامل به هم زده و مخلوط شود.

بتونی که بتازگی مخلوط شده دارای قابلیت کار کردن خوبی بوده و حدود یک درصد هوای محبوس شده عمدی دارد. بتون سفت شده خاصیت دورکنندگی آب (مربوط به سیمان) را حفظ می کند، اما از جهات دیگر شبیه سیمان پرتلند معمولی است.

ج – سیمانهای خمیری: این سیمانها شبیه سیمانهای بنایی است و معمولاً برای ساختن ملات،‌پلاستر و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. سرعت افزایش مقاومت این سیمانها از سیمان بنایی بیشتر است. سیمان خمیری از افزودن مواد روان کننده مناسب تا حداکثر 12% حجم کل به کلینکر سیمان پرتلند نوع I و II در حین عملیات آسیاب کردن سیمان به دست می آید.

خواص سیمانهای پرتلند:

1- نرمی سیمان (fineness) : ‌مقدار مساحت سطح خارجی دانه های سیمان در واحد جرم آن (سطح مخصوص سیمان)، عامل تعیین کننده خواصی چون سرعت آزاد شدن حرارت و میزان افزایش مقاومت سیمان است. هر چه سیمان بصورت نرمتری آسیاب شود، دارای سطح مخصوص بیشتری خواهد شد و در نتیجه سرعت آزاد شدن حرارت و میزان ازدیاد مقاومت آن نیز افزایش می یابد.

در جدول 2-1 مقدار نرمی انواع سیمانها بر حسب cm2/g داده شده است.

2- سلامت سیمان: لازم است که در خمیر سیمان پس از حصول گیرش، تغییرات حجمی زیادی رخ ندهد و بویژه انبساط قابل ملاحظه ای ایجاد نشود، در غیر این صورت گیرایش ممکن است باعث از هم پاشیدن خمیر سفت شده سیمان شود. اگر مواد خام تغذیه شده در داخل کوره حاوی مقداری آهک پیش از آنچه که می تواند با اکسیدهای اسیدی ترکیب شود باشد، مقدار اضافی به حالت آزاد باقی خواهد ماند. این آهک سوخته شده به آهستگی هیدراته می شود. از آنجایی که آهک آبدیده حجم بیشتری از اکسید کلسیم اولیه اشغال می کند، انبساط رخ می دهد. سیمانهایی که این نوع انبساط در آنها ایجاد می شود، سیمانهای ناسالم گویند. همچنین اگر سولفات کلسیم آب دار یا سنگ گچ بیش از مقداری که می تواند در جریان گیرش با C3A ترکیب شود، در سیمان وجود داشته باشد، اثر ناسالم بودن سیمان به صورت انبساط تدریجی ظاهر خواهد شد. بدین جهت آیین نامه ها مقدار سنگ گچی را که می توان به کلینکر افزود را بسیار محدود کرده اند.

3- زمان گیرش: گیرش واژه ای است که برای بیان سفت شدن خمیرسیمان به کار برده می شود.

به طور کلی گیرش به تغییر وضعی تاز حالت خمیری به جامد اطلاق می شود. زمان گیرش سیمان را با استفاده از دستگاه ویکات و با سوزنهای نفوذی مختلف اندازه می گیرند. برای تعیین گیرش اولیه از یک سوزن با مقطع دایره شکل به قطر 05/0  13/1 میلیمتر استفاده می کنند. (شکل 6-1 دستگاه ویکات) این سوزن تحت اثر وزن توصیه شده جهت نفوذ به داخل خمیری با روانی استاندارد (آب متعارف) که در داخل قالب مخصوصی قرار دارد به کار برده می شود. وقتی خمیر به حد کافی سفت شد بطوری که سوزن تنها تا 1 5 میلیمتر از کف قالب نفوذ کند، در این حالت گفته می شود که گیرش اولیه رخ داده است. گیرش اولیه را بر حسب زمان سپری شده از هنگام مخلوط کردن آب با سیمان محاسبه می کنند.

BS (آئین نامه انگلستان) یک زمان 45 دقیقه ای را برای سیمانهای پرتلند معمولی و زود سخت شونده و سیمان پرتلند با سرباره آهن گدازی را توصیه می کند. همچنین برای سیمان پرتلند با حرارت کم حداقل زمان گیرش نهایی به وسیله سوزن مشابه اندازه گیری می شود که بر روی آن کلاهکی تعبیه شده که لبه تیز دایره ای شکل به قطر 5/0 میلیمتر دارد و این لبه 5/0 میلیمتر بالاتر از کف سوزن قرار می گیرد.

گیرش نهایی وقتی اتفاق می افتد که این سوزن که به آرامی تا سطح خمیری پائین آورده شده است، به داخل خمیر فرو رفته، لبه تیز کلاهک مماس با سطوح خمیر شود. زمان گیرش نهایی را از زمان افزودن آب به سیمان می سنجند و استاندارد BS آن را 10 ساعت برای سیمانهای معمولی زود سفت شونده با حرارت کم و سرباره آهن گدازی توصیه کرده اند.

4- گیرش کاذب: گیرش کاذب نامی است که به سفت شدن غیرمعمول و زودرس سیمان ظرف چند دقیقه پس از مخلوط شدن با آب اطلاق می شود. تفاوت این پدیده با گیرش آنی آن است که در گیرش کاذب مقدار قابل توجهی حرارت ایجاد نمی شود. مخلوط کردن دوباره سیمان بدون افزودن آب، موجب می شود که خاصیت خمیری سیمان باز گردد و به صورت متعارف بدون  افت در مقاومت گیرش خود را انجام دهد. دلایل گیرش کاذب را می توان به از دست دادن آب سنگ گچ وقتی که با کلینکر داغ آسیاب می شود ارتباط دارد.

تذکر : گیرش سریع گچ وقتی که سیمان با آب مخلوط میشود حادث می گردد.

دلیل دیگر گیرش کاذب را می توان در ارتباط با قلیائیهای موجود در سیمان دانست که در مدت نگهداری در انبار کربناته می شوند با این که ممکن است گیرش کاذب ناشی از فعال شدن C3S به وسیله هوازدگی در رطوبتهای نسبتاً بالا باشد. آزمایشهای به عمل آمده در کارخانجات سیمان عموماً این اطیمان را به دست می دهد که سیمان عاری از گیرش کاذب باشد.

5- مقاومت فشاری: مقاومت مکانیکی سیمان سخت شده خاصیتی از سیمان است که احتمالاً بیش از هر خاصیتی در سازه مورد استفاده قرار می گیرد. خمیر سیمان در حالت فشاری بسیار مقاومتر از حالت کششی است. معمولاً سازه ها به نحوی طراحی می شوند تا از مقاومت خوب سیمان در حالت فشاری بهره برداری شود. دو روش استاندارد برای آزمایش مقاومت فشاری سیمان وجود دارد: یکی با استفاده از ملات و دیگری با استفاده از بتون.

در آزمایش ملات مخلوط 1 به 3 سیمان و ماسه (از نوع ماسه استاندارد) به کار برده می شود و وزن آب مخلوط معادل 10 درصد وزن مواد خشک است. این مقدار برابر نسبت وزنی آب به سیمان4/0 است. عمل مخلوط کردن طبق استاندارد صورت می گیرد و نمونه های مکعبی به ضلع 7/70 میلیمتر به کمک میز ویبره (با فرکانس 200 دور در 3 دقیقه) ساخته می شود. مکعبها را پس از 24 ساعت از قالب خارج نموده و تا هنگام آزمایش به صورت مرطوب عمل می آورند.

در آزمایش بتون نسبت آب به سیمان را مطابق طرح بتون به کار می برند. مقادیر سنگ دانه درشت و ریز طبق استاندارد مشخص شده و مخلوط ها برای نمونه های مکعبی به ابعاد 100 میلیمتر ساخته می شوند. در استاندارد درجه حرارت، شرایط رطوبتی اتاق مخلوط کردن، محفظه عمل آوری، اتاق آزمایش فشاری و درجه حرارت آب مخزن عمل آوری مشخص می شوند (حداقل تعداد نمونه گیری 3 نمونه مکعبی است.)

6- حرارت هیدراسیون سیمان: هیدراسیون ترکیبات سیمان مانند بسیاری از واکنشهای شیمیایی حرارت زا است. هر گرم سیمان تا حدود 500 ژول (120 کالری) حرارت آزاد می کند. از آنجا که هدایت حرارتی بتون نسبتاً کم است، لذا بعنوان عایق حرارتی عمل می کند و در داخل یک توده عظیم بتونی هیدراسیون می تواند به یک افزایش شدید درجه حرارت منجر شود. همزمان با آن سطح خارجی بتون مقداری از حرارت خود را از دست می دهد، در نتیجه ممکن است در جریان سرد شدن بعدی در قسمت داخلی تون ترکهای جدی بوجود آید، اگر چه این رفتار به وسیله خزش بتون اصلاح می‌شود. از طرف دیگر،‌حرارت تولید شده به وسیله هیدراسیون سیمان می تواند از یخ زدن آب در لوله های موئینه بتون تازه ریخته شده در هوای سرد جلوگیری کند. در چنین مواردی تولید حرارت زیاد دارای مزیت خواهد بود.

7- افت حرارتی:‌ برای دامنة معمول سیمانهای پرتلند، مشاهدات تحقیقی نشان داده است که حدود نیمی از کل حرارت بین 1 تا 3 روز و حدود سه چهارم در 7 روز و 83 تا 91 درصد کل حرارت در شش ماه آزاد می شود. در واقع حرارت هیدراسیون بستگی به ترکیب شیمیایی سیمان دارد. افزایش در نرمی ذرات سیمان واکنشهای هیدراسیون و در نتیجه حرارت ایجاد شده را سرعت می بخشد، اما کل حرارت ایجاد شده تحت تأثیر حرارت سیمان قرار نمی گیرد. برای بسیاری از کاربردهای بتون، ایجاد حرارت کنترل شده دارای مزیت است و برای تأمین کنترل حرارت ایجاد شده می توان میزان سیمان مخلوط را تغییر داد.

8- وزن مخصوص: وزن مخصوص حقیقی سیمان حدود kg/m3 320 و وزن مخصوص ظاهری آن در حدود 1670-1600 کیلوگرم بر متر مکعب است. هر چه سیمان ریزتر باشد، وزن مخصوص آن بیشتر است. لازم به یادآوری است که وزن مخصوص حقیقی سیمان در عمل قابل دسترسی نیست، زیرا بین ذرات ریز سیمان همیشه مقداری هوا وجود دارد. هر چه دانه های سیمان درشت تر باشد، وزن مخصوص ظاهری آن بیشتر است؛ به طوری که در مورد سیمانهای معمولی حجم یک کیسه سیمان معادل 30 لیتر و وزن آن برابر 50 کیلوگرم است.

حمل و انبار کردن سیمان

حمل سیمان: سیمان در کارخانه به دو صورت تهیه می شود:

1-   بصورت کیسه با حجم 30 دسیمتر مکعب برابر 30 لیتر (به وزن kg50)؛

2- به صورت فله که در بونکر (تانکرهای مخصوص حمل سیمان) یا در کامیونهای سرپوشیده حمل شده با پمپ به سیلوهای نگهداری سیمان منتقل می شود.

باید توجه داشت که در حمل سمیان طبق استاندارد، حداکثر 4 کیسه بر روی هم روی تریلی حمل قرار گیرد. در مسافتهای طولانی حتماً باید روی کیسه های سیمان با روکش ضد آب (برزنت غیر قابل نفوذ یا پلاستیک ضخیم) به خوبی پوشیده شود.

انبار کردن سیمان: سیمان باید بصورت خشک نگهداری شود. هوای مرطوب مانند رطوبت مستقیم برای سیمان زیان آور است. حداکثر زمان انبار کردن سیمان بستگی به مکان انبار و شرایط هوا دارد. چنانچه سمیان در ظروف غیر قابل نفوذ هوا جای داده شود، می توان تا مدت نامحدودی آن را نگهداری کرد. اگر سیمان در سیلو به صورت فله و در شرایط مناسب نگهداری شود، تا حدود سه ماه قابل مصرف خواهد بود. سیمانی که درکیسه های معمولی کاغذ سه لا تحت شرایط مطلوب نگاهداری شود، مقاومتش را پس از 4 تا 6 هفته در حدود 20% از دست می دهد. چنانچه سیمان با کیسه تحویل شود، قبل از انبار کردن باید بازرسی شود. کیسه های پاره و رطوبت گرفته نباید مورد قبول واقع شوند. سیمان باید به طور مرتب مورد بازدید قرار گیرد تا دچار هوازدگی نشده باشد، کلوخه شدن سیمان نشانگر هوازدگی آن است . هر گاه سیمان هوا خورده، قابل مصرف تشخیص داده شد، به علت کاهش مقاومت، مقدار آن در مخلوط باید 10 تا 20 درصد از حد طراحی شده افزایش یابد. نگهداری کیسه های سیمان در فضای باز بدین صورت است که سطح آن باید بالاتر از زمین طبیعی باشد (قرار دادن کیسه سیمان روی پالت چوبی) و روی آن با برزنت بخوبی پوشانیده شود. در جایی که کیسه های سیمان مصرف می شود آنها را باید در زیر سایه بان قرار داد (سایه بان دور از نفوذ آب و کف آن کاملاً خشک باشد). کیسه های سیمان باید نزدیک به هم چیده شود تا جریان هوا رطوبت کمتری به آنها برساند. در صورت امکان باید روی کیسه های سیمان با ورقه های پلاستیک پوشانیده شود و انبار کاملاً بسته باشد. هنگام مصرف همیشه از ردیف کیسه های سیمانی استفاده شود که زمان بیشتری در انبار بوده است. از آنجا که سیلوهای سیار اغلب قابل دسترسی هستند، استفاده از سیمان فله ای به دلایل بهتر از سیمان کیسه ای است:

1- ارزانتر است.

2- جهت انتقال سیمان به نیروی انسانی نیاز نیست.

3- ضایعات به علت پارگی کیسه وجود ندارد.

4- به علت عایق بودن سیلوها، در زمان انبار کردن امکان خرابی سیمان وجود ندراد.

5- سیلوها تضمین می کنند که سیمان مصرفی دارای همان مشخصاتی است که تحویل گرفته شده است.

6- دستگاه بتون ساز با حداکثر ظرفیت قابل بهره برداری است.

موارد اساسی در نگهداری سیلوهای سیمان عبارتند از:

الف: تمامی قسمتهای متحرک سیلو باید عاری از اندود سیمان باشد و در پایان هر روز تمیز شود.

ب : باید اطمینان حاصل شود که اهرمها و دستگیره ها خم نشده باشند.

ج : قیف باید هر روز تمیز شده خارج و داخل آن از مواد زاید و سیمان چسبیده شده پاک شود.

د: با استفاده از وزنه های مختلف، دقت مکانیزم اندازه گیری مورد آزمایش قرار گیرد.

هـ – فیلتر سیلو بدقت پاکیزه نگاه داشته شود (هر یک تن سیمان نیاز به هوایی در حدود 20 متر مکعب دارد تا با فشار وارد سیلو شود. این مقدار هوا باید قادر به خارج شدن از سیلو باشد. وظیفه خارج کردن هوا با فیلتر هوایی است که در داخل سیلو کار گذاشته شده است. لذا فیلترها هر 12 ماه یکبار باید تعویض شوند.