سیمان پرتلند و انواع پرکاربرد آن

با توجه به واکنش های سخت شوندگی، سیمان به دو نوع هیدرولیک و غیر هیدرولیک تقسیم بندی می‌شود. همانطوری که مشخص است سیمان های هیدرولیک در اثر واکنش با آب (هیدراتاسیون) سخت می‌شوند. استفاده از سیمان به عنوان ماده چسباننده سابقه چند هزار ساله دارد. ترکیب اصلی سیمان آهک، خاک رس و گچ است. طرح سیمان به این شکل، اولین بار توسط ژوزف اسپین معمار بریتانیایی مطرح شده است. اسپین در سال ۱۸۲۴ طرح اولیه خود را اصلاح نموده و محصول خاک رس و آهک هیدرولیک را تحت عنوان سیمان پرتلند ثبت کرد. به علت تشابه رنگ سیمان سخت شده با رنگ سنگ های آهکی جزیره پرتلند در انگلستان، نام پرتلند برای آن انتخاب شده است.

سیمان پرتلند نوع ۱

این نوع سیمان که سیمان پرتلند معمولی نیز گفته می‌شود، برای مصارف عمومی که ویژگی خاصی برای بتن در نظر گرفته نشده است، استفاده می‌شود. از این نوع سیمان در ساختن پیاده روها، روسازی جادهها، پلهای بتن مسلح، راه‌آهن، مخازن، لوله‌های آب و ملات برای بنایی استفاده می‌شود. به طور کلی بهتر است از این سیمان در مواردی که به خواص ویژه دیگر سیمان‌ها نیازی نیست استفاده شود. این نوع سیمان در سه رده مقاومتی ۳۲۵-۱، ۴۲۵-۱ و ۵۲۵ -۱ تولید می‌شود. رده‌های با مقاومت بالا (۴۳۵-۱) و (۵۲۵-۱) گرمای هیداراتاسیون بیشتری دارند. مصرف این رده از سیمان ها در مناطق گرمسیر و در بتن‌ریزی های حجیم، باید با احتیاط انجام شود.

سیمان پرتلند نوع ۲

این نوع سیمان از نظر حرارت هیدراتاسیون و مقاومت در برابر حمله سولفاتهای در حد متوسط قرار دارد. مقاومت فشاری (اولیه و نهایی) سیمان نوع ۲ کمتر از سیمان نوع ۱ است. سیمان تیپ ۲ معمولاً کندتر از سیمان تیپ ۱ سخت می‌شود. این سیمان در زمان گیرش حرارت کمتری تولید می‌کند.

 از این سیمان می‌توان در بتن‌ریزی های حجیم استفاده نمود تا هنگام گرفتن بتن حرارت کمتری ایجاد شود و حجم بتن‌ریزی محدود نشود. این سیمان در محیط‌های آبی و خاکی که غلظت یون سولفات در حد متوسط است و برای بتن‌ریزی در هوای نسبتاً گرم، نیز استفاده می‌شود. مصرف این سیمان برای محیط‌های حاوی یون کلر و سولفات به طور همزمان و در محیط‌های حاوی غلظت زیاد سولفات توصیه نمی‌شود. به علت سرعت پایین هیدراتاسیون این سیمان برای بتن‌ریزی در هوای سردنباید استفاده شود.

سیمان پرتلند نوع ۳

این سیمان تقریباً اجزاء اولیه سیمان نوع ۱ را دارد، با این تفاوت که بسیار ریزتر آسیاب شده و به همین جهت گیرش سریعتری دارد. سیمان نوع ۳ در مدت کوتاهی یعنی معمولاً در عرض ۱ هفته یا کمتر مقاومت زیادی به دست می‌آورد و مقاومت ۷ روزه آن در حدود مقاومت ۲۸ روزه سیمان نوع ۱ است. این نوع سیمان نسبت به سیمان نوع ۱ در هنگام گیرش حرارت بیشتری تولید می‌کند. زمانی که قالب برداری و بارگذاری زود تر از موعد نیاز باشد این سیمان استفاده گسترده‌ای دارد. در شرایط آب و هوایی سرد نیز برای کاهش مدت زمان عمل آوری می‌توان از این سیمان استفاده کرد.

 برای بدست آوردن بتنی با مقاومت بالا به جای استفاده از سیمان نوع ۱ با عیار بالا استفاده از سیمان نوع ۳ با عیار متوسط و استاندارد راهکار مناسب و با صرفه تری است. اصلی ترین نکته در مورد سیمان نوع ۳ سرعت واکنش هیداراتاسیون در بتن تولید شده از آن است. این سرعت بالا در نهایت منجر به گیرش سریعتر و افزایش دمای بتن در ساعات اولیه می‌شود. سیمان نوع ۳ زودگیر و دارای دمای اولیه بالایی است و از این رو برای بتن ریزی در هوای سرد مناسبتر است. باید توجه داشت که در هوای سرد (حدود ۴ درجه سانتیگراد) و در دمای زیر صفر درجه سانتیگراد، استفاده از این سیمان به تنهایی کافی نیست. در یخبندان علاوه بر مصرف این سیمان استفاده از ضدیخ نیز ضروری به نظر می‌رسد.

سیمان پرتلند نوع ۴

سیمان نوع ۴ کندگیر بوده و به هنگام بتن ریزی حرارت کمتری تولید می‌کند. در جایی است که شدت و مقدار حرارت تولید شده اهمیت دارد، این نوع سیمان استفاده فراوانی دارد. رشد مقاومت بتنی که با این سیمان ساخته می‌شود، آهسته تر است. کاربرد اصلی این نوع سیمان در ساخت بتن های حجیم است. در ساختمان‌های حجیم بتنی، مانند سدهای بتنی، به علت حجم زیاد بتن، افزایش درجه حرارت ناشی از گیرش بتن می‌تواند بسیار خطرناک باشد. برای پایین نگه داشتن درجه حرارت واکنش، سیمان نوع ۴ استفاده می‌شود. این نوع سیمان، برای تسهیل در مراقبت از بتن تازه، در هوای گرم و دمای بالای ۴۰ درجه سانتیگراد، به صورت گسترده‌ای مصرف می‌شود.

در برخی از سازه‌ها مانند دیوارها برای کاهش فشار وارده بر قالب قبل از گیرش بتن، بتن ریزی با سرعت کمتر و به صورت لایه لایه انجام می‌شود. برای جلوگیری از ایجاد اتصال سرد در این قبیل بتن ریزی ها، استفاده از خاصیت دیرگیر بودن سیمان نوع ۴ فرصت کافی برای اجرای عملیات را فراهم می‌کند.

در بتن‌ریزی‌های حجیم برای کاهش تنش‌های حرارتی می‌توان از این سیمان استفاده کرد. از اشکالات بتن‌ریزی‌های حجیم از قبیل سدها و یا پایه های پل، این است که تبادل حرارتی عمق بتن با محیط بیرونی، کندتر صورت می‌گیرد. بنابراین هنگامی که بتن سفت شد، هنوز دمای قسمتهای مرکزی آن با محیط اطراف، یکنواخت نشده است. استفاده از سیمان نوع ۴ سبب می‌شود که اولاً دمای قسمتهای میانی بتن حجیم کمتر از بتن مشابه ساخته شده با سیمان نوع ۱ باشد و ثانیاً فرآیند سفت شدن بتن طولانی تر بوده و در این مدت قسمت اعظمی از تبادل حرارتی با محیط اطراف صورت می پذیرد. اگر خطر کاهش دمای بتن به کمتر از ۵ درجه سانتیگراد وجود دارد، بهتر است از سیمان نوع ۴ استفاده نشود.

سیمان پرتلند نوع ۵

این سیمان برای مصرف در بتن‌هایی که در معرض حمله سولفاتها قرار دارد، مناسب است و به همین جهت به آن سیمان ضدسولفات نیز گفته می‌شود. اگر آب زیرزمینی یا خاکی که در تماس با ساختمان بتنی قرار دارد، مقدار زیادی املاح سولفات داشته باشد، از این سیمان استفاده می‌شود. طبق آیین‌نامه بتن ایران (آبا) برای کلیه سازه‌های بتنی که  در محیط‌های آب و خاک سولفاتی شدید قرار گرفته‌اند، باید از سیمان نوع ۵ استفاده شود. اگر در محیطی یون کلر همراه یون سولفات باشد، کاربرد این سیمان باید با احتیاط و با آزمایش‌های لازم صورت گیرد. سیمان نوع ۵ دیرتر از سیمان معمولی می‌گیرد و حد مقاومت ۷،۳ و ۲۸ روزه برای این سیمان کمتر از سایر سیمان‌های پرتلند است، از اینرو برای سازه‌هایی که در آنها نیاز به مقاومت‌های بالاتری باشد، محدودیت استفاده دارد.

سیمان پرتلند پوزولانی

پوزولان از جنس سیلیکات و تقریباً شبیه سیمان است. در سیمان پوزولانی حداکثر ۱۵ درصد سیمان را ماده پوزولانی تشکیل می‌دهد. این نوع سیمان برای مصارف عمومی در ساخت ملات یا بتن به کار می‌رود. سیمان پورتلند پوزولانی، متناسب با نوع و ویژگی پوزولان مورد استفاده، خواص ویژه‌ای دارد.

پایین بودن حرارت هیدراسیون، کاهش نفوذپذیری بتن و ایجاد دوام قابل توجه در محیط‌های حاوی املاح خورنده، از جمله خواصی است که سبب کاربرد گسترده این نوع سیمان شده است. در مناطق گرمسیری و بتن‌ریزی های حجیم، در محیط‌های حاوی یون‌های سولفات و کلر، از سیمان پوزولانی استفاده فراوانی می‌شود. در سیمان پوزولانی ویژه، ماده پوزولانی تا ۴۰ درصد وزن سیمان مزبور را نیز تشکیل می‌دهد. زمانی که سنگدانه‌های بتن نامرغوب بوده و با قلیایی‌ها واکنش انجام می‌دهند، استفاده از این سیمان توصیه می‌شود.

مزایا و ویژگی‌های سیمان پرتلند پوزولانی

1. حرارت هیدراسیون سیمان پرتلند پوزولانی کمتر از سیمان معمولی بوده و در بتن‌ریزی‌های حجیم و هوای گرم از افزایش دمای بتن تازه و بروز ترک‌های حرارتی جلوگیری می‌کند.
2. پدیده آب انداختگیِ بتن حاوی پوزولان، کمتر از بتن معمولی بوده و از بروز ترک‌های سطحی و عمقی جلوگیری می‌کند.
3. سیمان پرتلند پوزولانی مصرف عمومی داشته و مشابه سیمان معمولی در ساخت ملات یا بتن به کار می‌رود.
4. واکنش پوزولانی منجر به کاهش آهک آزاد داخل بتن شده که ضمن کاهش خلل و خرج، از نفوذپذیری این بتن کاسته و از بروز شوره، سفیدک بتن و کربناته شدن آن جلوگیری می‌کند. این کاهش نفوذپذیری موجب دوام بتن در برابر املاح و مواد خورنده بتن و آرماتور می‌شود.
5. این سیمان به دلیل داشتن سهم کمتری از کلینکر نسبت به سیمان پرتلند مشابه، دارای سخت شوندگی و گیرش اولیه طولانی تری است و لذا بهتر است برداشتن قالب یا بارگذاری این نوع بتن‌ها با گذشت زمان بیشتری صورت گیرد.
6. به علت جذب آب و کاهش روانی و افت اسلامپ، مناسب است از به کارگیری آب بیشتر برای روانی بتن اجتناب گردد و از مواد روانساز بهره گیری شود.

نمونه‌برداری از سیمان پرتلند

سنجش کیفیت سیمان از مواردی است که باید به صورت مستمر انجام شود. با توجه به نحوه عرضه و انبار کردن سیمان، نمونه برداری ها باید طبق اصول استاندارد صورت پذیرد. مقدار و نحوه نمونه برداری از سیمان در موقعیت های مختلف به شرح زیر است.

نمونه‌برداری ازمحل تسمه نقاله یا لوله انتقال سیمان به سیلو:

از هر ۴۰ تن سیمان (یا بخشی از آن) که به وسیله نقاله یا لوله در حال انتقال به سیلو است، مقدار ۵ کیلوگرم نمونه‌ برداشت می‌شود. این نمونه را می‌توان به صورت پیوسته یا ناپیوسته برداشت کرد.

نمونه‌برداری از محل تخلیه سیمان از سیلو:

در این نمونه‌برداری، از جریان سیمان در لوله تخلیه و به فاصله‌های زمانی معین به ازای هر یکصد تن سیمان داخل سیلو، مقدار ۵ کیلوگرم سیمان به عنوان نمونه برداشت می‌شود.

نمونه‌برداری از انبار سیمان فله:

در این نمونه‌برداری، چنانچه عمق انباشته سیمان موجود در انبار از ۲ متر کمتر باشد، نمونه را می‌توان با ابزار ویژه نمونه‌برداری تهیه کرد.

نمونه‌برداری از انبارکیسه‌های سیمان:

در این نمونه‌برداری، به ازای هر ۵ تن یا بخشی از آن، یک کیسه سیمان انتخاب می‌شود و مقدار لازم برای نمونه، توسط ابزار ویژه نمونه‌برداری تهیه می‌شود.

نمونه‌برداری از محموله کامیون و سایر موارد:

در این مورد نمونه‌ از سه نقطه مختلف محموله برداشت می‌شود و چنانچه در چندین کامیون باشد، به شرط آنکه محموله ها از سیلوی مشخص و در یک روز بارگیری شده باشند، نمونه‌های برداشت شده از کامیون‌ها را می‌توان مخلوط نمود.

[quote]

هر یک نمونه تهیه شده به یکی از روش‌های بالا، باید به سه بخش تقسیم شود. یک بخش برای آزمون و بررسی به آزمایشگاه موسسه استاندارد و یک بخش به آزمایشگاه کارخانه تحویل شود. بخش سوم نیز به عنوان نمونه شاهد در بسته بندی محکم و مقاوم نسبت به رطوبت، لاک و مهر شده و در یک مکان مورد اعتماد نگهداری شود. بسته بندی سیمان پرتلند باید در کیسه های مناسب، مقاوم و قابل انعطاف بارگیری شود. به طوریکه رطوبت و مواد خارجی به داخل آن نفوذ نکند و به هنگام حمل و نقل پاره نشود.

[/quote]بسته بندی و نشانه گذاری سیمان پرتلند

در صورت استفاده از کیسه های کاغذی باید مشخصات پاکتها مطابق با استاندارد ملی ایران به شماره ۴۵۴۳ باشد. نشانه‌گذاری روی هر کیسه محتوی سیمان پرتلند باید موارد مندرج زیر به وضوح و با رنگ سیاه نوشته شده باشند. نشانه «پ-۱» برای سیمان پرتلند نوع یک باید با خط درشت و بالای محل نشانه‌گذاری روی هر کیسه نوشته شود. ضمناً مقاومت سیمان نیز مثلا (۱-۳۲۵)،(۱-۴۲۵)،(۱-۵۲۵)، قید شود.

نشانه «پ-۲ » برای سیمان پرتلند نوع دو، نشانه «پ-۳» برای سیمان پرتلند نوع سه، نشانه «پ-۴» برای سیمان پرتلند نوع چهارم و نشانه «پ-۵» برای سیمان پرتلند نوع پنج باید با خط درشت و بالای محل نشانه‌گذاری روی هر کیسه نوشته شود.

جمله «سیمان پرتلند» با ذکر نوع آن، نام کارخانه سازنده و نشان بازرگانی آن، وزن خالص سیمان پرتلند داخل کیسه به کیلوگرم، تاریخ تولید سیمان پرتلند باید روی هر کیسه بطور واضح نوشته شود.

در مواردی که سیمان به صورت فله تحویل می‌شود، باید اطلاعات فوق به اضافه تاریخ تحویل، شماره سفارش و همچنین مشخصات دریافت کننده کالا در بارنامه منعکس شود و همراه محموله ارسال گردد.

شرایط پذیرش کیفیت سیمان پرتلند

چنانچه ویژگی‌های نمونه‌های آزمون شده هر محموله سیمان با هر یک از ضوابط این استاندارد مطابقت نداشته باشد آن محموله مردود است. چنانچه هر محموله سیمان پرتلند قبل از حمل به صورت فله بیش از شش ماه در سیلوی کارخانه مانده باشد و یا پس از انجام آزمونها به صورت بسته‌بندی (کیسه) بیش از سه ماه در اختیار فروشنده مانده باشد، باید قبل از مصرف، دوباره مورد آزمون و انطباق با استاندارد قرار گیرد.

وزن اسمی هر کیسه سیمان پرتلند ۵۰ کیلوکرم است. چنانچه وزن هر کیسه کمتر از ۴۹ کیلوگرم باشد، می‌تواند از سوی خریدار پذیرفته نشود و چنانچه وزن میانگین هر کیسه از ۵۰ کیسه که به طور تصادفی از یک محموله انتخاب و توزین می‌شود، کمتر از ۵۰ کیلوگرم باشد، کل محموله مردود و غیرقابل پذیرش است.

انبار نمودن سیمان پرتلند

نگهداری سیمان پرتلند در کیسه و یا به صورت فله در سیلو، باید مطابق با استاندارد ملی شماره ۲۷۶۱ ایران باشد. به طوریکه تشخیص محموله‌ها از یکدیگر، بازرسی و نمونه‌برداری از هر یک به آسانی امکان پذیر باشد. محل نگهداری سیمان باید کاملاً خشک باشد و رطوبت به داخل آن نفوذ ننماید.

 تاییدیه کیفیت سیمان پرتلند

بنا به درخواست خریدار، چنانچه در قرارداد خرید سیمان پرتلند نیز قید گردیده شده باشد، فروشنده باید تاییدیه‌ای مبنی بر مطابقت کامل هر محموله با ویژگی‌های این استاندارد همراه با یک برگ از نتایج آزمون‌های فیزیکی و شیمیایی هنگام تحویل به خریدار ارائه نماید.