انواع سیمان پرتلند | سیمان ضد سولفات | سیمان تیپ پنج | سیمان تیپ دو

طبقه بندی و سیمان های پرتلند بطور کلی سیمانهای پرتلند را متوان به طبقات زیر تقسیم نمود سیمانهای پرتلند که مهمترین انها عبارتند از (a) سیمان پرتلند معمولی (b) سیمان پرتلند زود سخت شونده (c) سیمان پرتلند خیلی زود سخت شونده (d) سیمان پرتلند اهن گذاری (e) سیمان پرتلند با حرارت هیدراسیون کم (f) سیمان پرتلند ضد سولفات (g) سیمان پرتلند سفید (h) سیمان پرتلند رنگی (i) سیمان پوزلان

طبقه بندی و سیمان های پرتلند

بطور کلی سیمانهای پرتلند را متوان به طبقات زیر تقسیم نمود

   سیمانهای پرتلند که مهمترین انها عبارتند از (a)   سیمان پرتلند معمولی  (b)    سیمان پرتلند زود سخت شونده (c)   سیمان پرتلند خیلی زود سخت شونده  (d)   سیمان پرتلند اهن گذاری (e)   سیمان پرتلند با حرارت هیدراسیون کم (f)  سیمان پرتلند ضد سولفات  (g)  سیمان پرتلند سفید (h)   سیمان پرتلند رنگی (i)   سیمان پوزلان

(a)   سیمان پرتلند معمولی

  این سیمان از معروفترین نوع سیمان بوده و تقریبا 90 درصد از تمام سیمانهای مصرف شده دنیا از این نوع سیمان میباشد . این سیمان برای ساختمانهای بتنی معمولی در مواقعیکه بتن در معرض سولفاتهای موجود در بعضی خاکها و یا ابهای زیر زمینی قرار نمیگیرد بسیار مناسب میباشد . خواص فیزیکی و شیمیایی لازم روی این نوع سیمان طبق ایین نامه BS12   مفصلا قبلا بحث شده است .

(b)  سیمان پرتلند زود سخت شونده

این سیمان خیلی شبیه به سیمان پرتلند میباشد و خواص ان  نیز در ایین نامه BS12    توصیه و در صفحه 14 داده شده است . با یک نسبت اب به سیمان معین مقاومت این سیمان بعد از سه روز تقریبا برابر مقاومت هفت روزه سیمان پرتلند عادی میباشد . دو عامل باعث سرعت در ازدیاد مقاومت این نوع سیمان هستند که عبارتند از :اولا زیاد نمودن مقدار C3S   و ثانیا زیاد نمودن درجه نرمی ذرات سیمان (حداقل سطح مخصوص سیمان زود سخت شوندهcm2/gr  3250 و برای سیمان معمولی cm2/gr  2250  میباشد ). سیمان زود سخت شونده باید خواصی را که از لحاظ شیمیایی و مرغبیت برای سیمان پرتلند معمولی BS12   توصیه نموده دارا باشد. مورد استعمال سیمان زود سخت شونده در مواقعی است که ازدیاد سریع مقاومت ضروری باشد مثلا وقتی که لازم باشد قالب ها را با سرعت از بتن جدا نموده و در قسمت دیگر ساختمان بکار بریم و یا اینکه مقاومت یک قسمت ساختمان لازم باشد تا بتوان قسمت دیگر را بر روی ان بنا نمود . قیمت سیمان زود سخت شونده از معمولی خیلی گرانتر نیست و از این جهت مصرف ان تدریجا زیاد گشته است . در عمل باید محاسبه نمود که این ازدیاد قیمت را میتوان با سریع نمودن کار خنثی نمود یا خیر ؟

  از انجایی که تولید مقاومت سربع در انتها شدت دادن بعمل هیدراسیون است بنابراین حرارت هیدراسیون این نوع سیمان بیشتر از سیمان معمولی بوده و نباید انرا در کارهاییکه توده بتن یکجا ریخته میشود (mass concrete) بکار برد . از طرف دیگر در مواقعی که بتن ریزی در هوای سرد انجام میگیرد این ازدیاد حرارت هیدراسیون ممکن است عامل موثری برای جلوگیری از یخ زدگی اولیه بتن باشد .

(c)   سیمان پرتلند خیلی زود سخت شونده                    

این نوع سیمان از اسیاب نمودن کلرو کلسیم با سیمان پرتلند زود سخت شونده بدست میاید مقدار کلرو کلسیم نباید از 2 درصد وزن سیمان زیادتر گردد. از انجایی که کلرو کلسیم اب بخود جذب مینماید بنابر این لازم است که این نوع سیمان را در محیط کاملا خشک نگهداری نمود و بطور کلی کارخانه های سازنده توصیه میکنند که این سیمان را حداکثر تا یک ماه پس از خروج از کارخانه مصرف نمود . علاوه بر ازدیاد قدرت کلرو کلسیم زمان خودگیری این سیمان را نیز تسریع مینماید و بطور کلی باید در ظرف 20 دقیقه بعد از اضافه نمودن اب سیمان ساخته میشود در فالب ریخته و متراکم گردد.

این نوع سیمان در مواردیکه بتن ریزی در هوای سرد صورت میگیرد و با وقتیکه قدرت سریع بتن مورد لزوم باشد ولی استفاده از سیمان برقی بدلایلی میسر نگردد مصرف میشود . مقاومت این نوع سیمان بعد از یک یا دو روز تقریبا 25 درصد بیشتر از سیمان زود سخت شونده میباشد. اگر چنانچه سیمان خیلی زود سخت شونده در دست نباشد و بخواهیم بتنی بسازیم ک دارای خواص این نوع سیمان باشد میتوان قبل از مخلوط کردن بتن در بتنونیر به ان کلرو کلسیم اضافه نمود در اینصورت کلروکلسیم یک ماده مضاف است که بعدا مفصلا درباره این نئع مواد بحث خواهد شد . این نئع سیمان تا حدی به ارماتورهای موجود در بتن ارمه صدمه میزند ولی مقدار این خسارت کم و قابل اغماض است.

(d) سیمان پرتلند اهن گدازی

این نوع سیمان با اسیاب نمودن مخلوط کلینکر سیمان و گرد تفاله کوره اهن گدازی که وزن این ماده نباید بیش از 65 درصد وزن مخلوط باشد بدست میاید . بزای کنترل زمان خودگیری سیمان حاصله به مخلوط فوق سولفات متبلور کلسیم نیز اضافه مینمایند. تفاله کوره اهن گدازی مخلوطی است از اهک اکسید سیلیس و الومینیم بعبارت دیگر از همان اکسیدهاییکه سیمان را میسازند ساخته شده ولی نسبت این اکسیدها در سیمان و در تفاله کوره با هم متفاوت هستند . ترکیبات تفاله هایاهن گدازی متغییر بوده و بستگی دارد به روشی که برای ساختن اهن بکار میبرند . گرد تفاله اهن گدازی برای انکه بتواند واکنش های لازمه را انجام دهد نباید بصورت کریستال باشد و برای جلوگیری از کریستال شدن تفاله هنگامی که از کوره باهکی در میاید انرا بوسیله اب فورا سرد مینمایند و بصورت ماسه پوکی که کریستال ندارد در میاید .

استفاده از تفاله کوره اهن گدازی به دو صورت امکان تولید سیمان را دارد . اول انکه مخلوط انرا با اهک میتوان بعنوان ماده اولیه در ساختن سیمان بکار برد . دوم انکه کلینکری که از این طریق بدست میاید اغلب با تفاله کوره اهن گدازی دوباره اسیا شده و تولید سیمان پرتلند اهن گدازی مینماید مخلوطی از گرد تفاله که بصورت ماسه پوکه غیر بلوری میباشد با کلینکر سیمان پرتلند معمولی و یا کلینکر که مطابق دستور فورا بدست میاید با هم اسیا نموده و مقداری سولفات متبلور کلسیم برای تنظیم زمان خودگیری بان می افزایند.

  واکنش های هیدراسیون سیمان اهن گدازی دقیقا هنوز روشن نشده اند ولی بنظر میرسد که هیدراسیون سیمان پرتلند موجود بطریقه عادی صورت میگیرد و هیدراسیون کلسیم ایجاد شده در اثر هیدراسیون باعث شروع هیدراسیون تفاله کوره اهن گدازی میشود.

اگر چه هیدراسیون کلسیم ایجاد شده در اثر هیدراسیون باعث شروع هیدراسیون تفاله کوره آهن گذاری میشود. اگر چه هیدراسیون بعدی تفاله مستقیم بوده و بستگی بوجود هیدرواکسید کلسیم ندارد. خواص این سیمان در آئین نامه انگلیسی   B S146و یا آیین نامه ASTM C205 داده شده اند. طبق B S 146 نرمی دانه ها، زمان خودگیری، مرغوبیت و مقامت این سیمان با سیمان پرتلند معمولی یکی می باشد. در 28 روز اول بعد از مخلوط کردن بتن سرعت ازدیاد قدرت این نوع بتن معمولی قدری مدتر است ولی بعد از این مدت تفاوت کمی بین مقامت آنها در 360 روز نشانداده شده است.

نوع سیمان	نسبت مقاومت در عمر معین به مقاومت 360 روزه
————	7روزه	28روزه	90روزه	360 روزه
سیمان پرتلند معمولی	49	74	88	100
سیمان پرتلند اهن گدازی	37	64	81	100

از آنجایی که ازدیاد مقاومت با تولید حرارت هیدراسیون متقارن است نتیجه می شود که حرارت هیدراسیون سیمان آهن گذاری  سیمان معمولی کمتر بوده و از این جهت شبیه سیمان پرتلند حرارت هیدراسیون کم میباشد. بنابراین این نوع سیمان برای مواردیکه یک توده بتن در هوای گرم ریخته می شود بسیار مناسب بوده و بالعکس در مواردیکه در هوای سرد قطعات کوچک بتن ریزی میشود باید دقت در بعمل آوردن بتن نمود تا یخ زدگی حاصل نشود. این نوع سیمان قدری سیمان از سیمان معمولی در برابر حمله سولفاتها مقاومت دارد و بنابراین اغلب در کارهای دریایی بکار برده می شود.

 (e) سیمان پرتلند با حرارت هیدراسیون کم

ازدیاید درجه حرارت در قسمت داخلی یا توده بتنی در اثر حرارت هیدراسیون سیمان ممکن است باعث پیدایش ترکهای زیان آوری گردد بنابراین لازم است که در این نوع سازه ها سرعت تولید حرارت هیدراسیون را کم نموده تا اینکه حرارت تولیده شده بتواند کم کم به محیط اطراف انتقال یابد. خواص این نوع سیمان در آیین نامه  B S 1370داده شده و توصیه شده که حرارت هیدراسیون این سیمان پس از 7 و 28 روز به ترتیب از 60 و 70 کالری بر گرم باشد.

برای جلوگیری از تولید ترک در انبوه بتن که در اثر ازدیاد حرارت و انقباض بعدی بتن در اثر از دست رفتن این حرارت بتن بالا نرود و اینکه تولید حرارت را کم نموده و یا بتأخیر بیاندازیم. تأخیر در تولید حرارت سبب میشود که حرارتی که تولید می شود وقت داشته باشد تا بخارج انتقال یابد. سطح مخصوص این نوع سیمان طبق B S 1370 باید برابر سطح مخصوص سیمان زود سخت شونده یعنی cm2/gr3200 باشد این امر باعث می شود که سرعت ازدیاد مقاومت آن قدری بیشتر شود و اگرچه این عمل با ازدیاد درجه حرارت هیدراسیون همراه خواهد بود ولی این مقدار ازدیاد در عمل تحمل نمود. قبلاً دیدیم که برای آهسته نمودن سرعت ایجاد حرارت هیدراسیون باید مقدار   C2 S را زیاد نمود و از نسبت  C3 A تا حد ممکن کاست و مقدار C3 A را نیز کاملاً محدود نمود. برای انجام اینکار مقدار کلسیم را در مواد اولیه ایکه وارد کوره می شود محدود می نمایند و بالعکس مقدار سیلیکات (مواد رسی) را زیاد می کنند. اگرچه  C3 Aتولید حرارت را زیادی پس از هیدراسیون مینماید ولی بعلت آنکه مقدارC3 A در سیمان کم است حرارت آن زیاد قابل ملاحظه نیست. در آمریکا بازرسی سدهاییکه با این سیمان ساخته شده اند نشان داده است که مقدار ترک خوردگی خیلی کمتر از مواقعی است که سیمان معمولی مصرف شده در سدهاییکه بتن ریزی در هوای سرد انجام می گیرد می توان این نوع سیمان را با سیمان پرتلند معمولی مخلوط نمود.

حتی در مواقعیکه این نوع سیمان را بکار می بریم مخلوط بتن نباید مقدار زیادی سیمان داشته باشد وگرنه نتیجه مطلوب بدست نخواهد آمد. برای مثال یک بتن 1:3:6(نسبت سیمان؛ ماسه؛ شن) که با سیمان پرتلند با حرارت هیدراسیون کم ساخته شده تولید حرارت بیشتر و در نتیجه ترک بیشتر از بتنی می نماید که با سیمان معمولی با نسبت 1:3:6ساخته شده باشد.

(F)سیمان پرتلند ضد سولفات

این نوع سیمان شبیه سیمان پرتلند معمولی بوده و فقط مقدار C3 A آن که ناپایدارترین اکسیدهای مرکب بوده کاملاً محدود شده است. آیین نامه انگلیسی برای این نوع سیمان وجود ندارد ولیASTM C150 مقدار C3 A را به 4 درصد و MGO  را به 1.6 درصد وزن سیمان محدود نموده است. عمل سولفاتها بر سیمان تولید سولفو آلومینات میباشد و این واکنش با گسترش حجمی بوده و باعث گسیختگی بتن می گردد و در نتیجه می گویند بتن تحت حمله سولفاتها قرار گرفته است. نمک هاییکه بیشتر باعث حمله می شوند عبارتند از سولفاتهای منیزیم و سدیم. اگرچه مجاورت سولفاتها با بتن در مواقعی صورت می گیرد که بتن مرتب تر و خشک شود مانند سازه های دریایی که جذر و مد دریا بر آنها اثر دارد بر شدت حمله افزوده می شود.

از مقدار کم C3 A و مقدار نسبتاً کم C4 A F در این سیمان نتیجه می شود که سیلیکات این سیمان زیاد شده و باید تولید مقاومت زیادی در روزهای اولیه پس از ساختن بتن نماید ولی از آنجاییکه مقدار زیاد این سیلیکاتها C2S  است مقاومت اولیه این نوع سیمان کم است. مقدار حرارت هیدارسیون این سیمان خیلی زیادتر از سیمان پرتلند با حرارت هیدراسیون کم نمی باشد. مقدار حرارت هیدراسیون این سیمان از سیمان معمولی خیلی کمتر میباشد. کارخانه های سازنده این سیمان ادعا می کنند که بتنی که با این سیمان ساخته می شود و خوب متراکم گردد می تواند در برابر حمله خاک هاییکه تا  2 درصد   داشته باشند و یا آبهای زیرزمینی که به نسبت 500 در 100000S C3 داشته باشند مقاومت کنند. نتایج آزمایشات آقای Leaیک محقق انگلیسی نشان داده که مقاومت در برابر حمله سولفات های این سیمان با سیمان پوزلان پرتلند تقریباً یکی می باشد. آزمایش مقاومت بتن در برابر سولفات ها مشکل است زیرا که در آزمایش واقعی باید بتن را در محلولی از سولفات که غلظت آن مقداری است که در عمل بتن با آنها مواجه می شود قرار داد و مقاومت آنرا اندازه گرفت این آزمایش متضمن وقت زیادی بوده و بنابراین عملی نیست. نتیجه آزمایشاتی که برای تسریع در زمان آزمایش مقدار غلظت محلول را اضافه می کنند متغیر بوده و با مقاومت بتن در عمل غالباً متفاوت است. بنابراین مهمترین راه فعلی برای تضمین مقاومت بتن در برابر حمله سولفاتها کنترل دقیق در ترکیب شیمیایی سیمان آن می باشد. بعلت لزوم این کنترل دقیق در ترکیبات شیمیایی آن و بالنتیجه انتخاب دقیق مواد اولیه این نوع سیمان را نمی توان بآسانی و با قیمت کم تولید نمود و بنابراین مصرف این سیمان در عمل به شرایطی خاص محدود می گردد.

 (g) سیمان پرتلند سفید

رنگ اکثر سیمانهای پرتلند خاکستری رنگ بوده و این رنگ در اثر وجود اکسید آهن تولید می شود. B S 12مستقیماً مقدار اکسید آهن در سیمان را محدود نکرده ولی ASTM مقدار آنرا در سیمانهای معمولی حداکثر 6 درصد تعیین کرده است. طرز تهیه سیمان پرتلند سفید مانند تهیه سیمان معمولی می باشد فقط با این تفاوت که در سیمان سفید دقت می شود که مقدار اکسید آهن آن از یک درصد تجاوز نکند. برای این کار در انتخاب مواد اولیه باید دقت نمود. سنگ گچ و یا سنگ آهک که مقدار آهن آنها کم باشد و خاک رس سفید مواد اولیه این سیمان را تشکیل می دهند. برای جلوگیری از آلودگی سیمان سفید سوخت کوره سیمان نباید از زغال باشد و اکثراً از مواد نفتی استفاده می کنند. همانطور که قبلاً ذکر شد وجود اکسید آهن بعنوان کاتالیزور در کوره سیمان پزی ضرورت دارد بنابراین در اینمورد بجای اکسید آهن از فلور در آلومینیوم و سدیم (Na3AIF6) باسم کرویلات (Cryolite) استفاده می کنند. این امر خود باعث گرانی قیمت می شود. سیمانهای سفید بطور کلی باید باندازه ای که B S 12 ذکر نموده مقاومت داشته باشند ولی رویهمرفته مقاومت آنها از سیمان های معمولی کمتر است. قیمت این نوع سیمان از سیمان معمولی

***صفحه 37 !(نقص جزوه)

ازدیاد مقاومت این سیمانها بستگی به فعال بودن پوزلان مصرف شده و مقدار آن در سیمان پرتلند دارد. رویهمرفته سیمانهای پرتلند پوزلانی از سیمان معمولی آهسته تر قدرت می گیرند و بنابراین زمان بعمل آوردن آنها نسبتاً طولانی است ولی مقاومت نهایی آنها تقریباً با سیمان های معمولی یکسان و بلکه قدری بیشتر می باشد. در شکل زیر این امر نشان داده شده است. در ایران آقای مهندس حامی در سالهای 20- 1318 برای نخستین بار موفق به کشف سه نوع از این مواد شدند. این مواد در اطراف کوه دماوند پیدا شد که عبارتند از: 1- تراس جاجرود 2- پوکه سنگ خاکسترسی راه پلور به آبگرم لاریجان 3- خاک سرخ لومار. مخلوط اکثر این سنگها با حرارت دادن با آهک تولید سیمان می کنند. (مواد پوزلانی منحنی مربوط به بتن با سیمان پرتلند پوزلان از نوع خاکستر کوره آهن گدازی بوده است.)

آیین نامه ASTM C340 مقدار مواد پوزلانی در سیمان پرتلند را بین 15 تا 40 درصد وزن سیمان محدود نموده است.

مواد پوزلانی غالباً از سیمانی که جایگزین آن می شوند ارزانتر هستند ولی اهمیت بیشتر این سیمانها در اینست. هیدراسیون در آنها بکندی صورت می گیرد. بنابراین حرارت هیدراسیون آنها کم بوده و در مواردیکه توده بتنیmass) (concrete لازم باشد خیلی مورد استفاده قرار می گیرند. مقاومت این نوع سیمان در برابر حمله سولفاتها و عوامل مخرب دیگر از سیمان پرتلند معمولی بیشتر بوده و از این جهت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.