سیمان پورتلند

بسته‌های سیمان پرتلند روی هم چیده شده

سیمان پرتلند طبق تعریف ‎ ASTM C ۱۵۰‎، نوعی سیمان هیدرولیک است که از پودر کردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی سیمان پرتلند می‌باشند، بدست می‌آید.

تاریخچه

گرچه استفاده از سیمان (هیدرولیک و غیرهیدرولیک) به چندین هزار سال قبل بازمی‌گردد، اما اولین بار در سال ۱۸۲۴ میلادی ژوزف اسپین معمار بریتانیایی طرح اصلاحی خود را برای آهک هیدرولیک تحت عنوان سیمان پرتلند به ثبت رساند. وی نام پرتلند را به علت تشابه سیمان حاصل با رنگ کانسارهای آهکی جزیره پرتلند در انگلستان انتخاب کرد .

انواع

استاندارد ASTM C ۱۵۰ و ‎AASHTO M ۸۵ ‎ مشخصات ۸ نوع مختلف سیمان پرتلند را برای کاربردهای مختلف آورده‌اند.

انواع سیمان پرتلند و کاربرد آنها

نوع سیمان پرتلند	کاربرد
I	پرتلند معمولی
II	پرتلند اصلاح‌شده (دارای مقاومت متوسط در برابر سولفات‌ها)
III	پرتلند زودگیر (دارای استحکام اولیه بالا)
IV	پرتلند با گرمازایی کم (دارای گرمای هیدراتاسیون پایین)
V	پرتلند مقاوم در برابر سولفات (دارای مقاومت خوب در برابر سولفات‌ها)
IA	نوع ۱ به همراه عامل هوادهنده
IIA	نوع ۲ به همراه عامل هوادهنده
IIIA	نوع ۳ به همراه عامل هوادهنده

ترکیب شیمیایی

تصویر شماتیک سطح‌مقطع یک دانه سیمان

فازهای اصلی تشکیل دهندهٔ سیمان پرتلند

• تری‌کلسیم سیلیکات (آلیت)‎ (C_۳S)‏ ۲۰-۷۵ درصد
• دی‌کلسیم سیلیکات (بلیت) (C_۲S)۱۵-۴۶ درصد
• تری‌کلسیم آلومینات (C_۳A)۴-۱۳ درصد
• تتراکلسیم آلومینوفریت (C_۴AF)۸-۱۲ درصد است.

نسبت این فازها بسته به نوع و کاربرد سیمان متغیر است.

اکسیدهای تشکیل دهنده سیمان پرتلند

• اکسید کلسیم شصت تا شصت و هفت درصد ترکیبات سیمان را تشکیل می‌دهد.
• اکسید سیلیسیم
• اکسید آلومینیوم
• اکسید آهن
• اکسید منیزیم
• اکسید گوگرد که معمولاً به جای سنگ گچ، سولفات مورد نیاز تترا کلسیم آلومینو فریت را برای تشکیل سولفو فریت کلسیم به منظور تسهیل هیدراتاسیون سیمان، تامین می‌کند. (برای پایین آوردن میزان پسماند نامحلول که توسط اسید کلریدریک مشخص می‌شود از این ترکیب به جای سنگ گچ استفاده می‌شود.)
• قلیایی‌های سیمان: شامل اکسید پتاسیم و اکسید سدیم می‌باشد که با پاره‌ای از مواد سنگی در بتن ترکیب شده و سبب خرابی بتن و تغییر در میزان افزایش مقاومت آن می‌شوند. در نتیجه مقدار کم این ترکیبات نیز بایستی کنترل و به آن اهمیت داده شود.

افزودنی‌ها (که بعد از تولید کلینکر سیمان به آن اضافه می‌شود)

• سولفات کلسیم:این ترکیب حداکثر به میزان ۳ درصد وزنی در سیمان پرتلند استفاده می‌شود، این ماده با تتراکلسیم آلومینوفریت ترکیب شده و مقدار کمی سولفوفریت کلسیم ایجاد می‌کند که این ماده هیدراتاسیون سیلیکات‌ها را تسریع می‌کند. ضمنا تماس این سولفات با ترکیب تری آلومینات کلسیم موجب ایجاد سولفو آلومینات کلسیم (اترینگایت) می‌شود که موجب افزایش حجم ملات می‌گردد. این افزایش حجم در هنگامی که ملات در حالت خمیری است بی ضرر است، اما در صورتی که پس از گیرش ملات ایجاد شود باعث ایجاد سلسله ترک‌های متوالی و تخریب بتن می‌گردد. در نتیجه میزان سنگ گچی که به سیمان اضافه می‌شود بسیار مهم بوده و بستگی به میزان تری آلومینات کلسیم و قلیایی‌های سیمان دارد. بالا رفتن ریزی سیمان باعث افزایش میزان سنگ گچ مورد نیاز می‌شود و افزایش سنگ گچ بنوبه خود سبب انبساط بیش از حد و خرابی سیمان سخت شده می‌گردد. میزان بهینه سنگ گچ بر اساس حرارت ایجاد شده از فعل و انفعالات سیمان تعیین می‌شود، و پیشرفت مناسب فعل و انفعالات ما را مطمئن می‌سازد که وقتی همه سنگ گچ ترکیب می‌شود مقدار کمی تری آلومینات کلسیم باقی می‌ماند. آزمایش مشخصی جهت نشان دادن عدم سلامت سیمان به علت وجود سولفات کلسیم اضافی وجود ندارد ولی مقدار آن با روش تجزیه شیمیایی به آسانی قابل محاسبه‌است. استاندارد BS۱۲ مقدار مناسب سنگ گچ را به صورت میزان SO۳ موجود توصیه می‌کند.
• انواع افزودنی‌های شیمیایی که به سه گروه اصلی زیر تقسیم می‌شوند:

۱- تندگیر کننده‌ها که ترکیباتی هستند مانند: کلرور کلسیم، کربنات سدیم، کلرور آلومینیوم، کربنات پتاسیم، فلوئورور سدیم، آلومینات سدیم و نمک‌های آهن می‌باشند.

۲-کندگیر کننده‌ها: نظیر مشتقات هیدروکربنی نمک‌های محلول روی، شکر و براتهای محلول

۳-تقلیل دهندگان آب: نظیر اسید هیدروکسی کربوکسیلیک و اسید لیگنوسولفونیک

ایمنی

سیمان پرتلند خورنده‌است. تماس آن با چشم، پوست و دستگاه تنفسی باعث ایجاد ناراحتی می‌شود. در مورد چشم این امر ممکن است موجب سوزش شیمیایی و حتی در موارد شدیدتر منجر به کوری شود. تماس مکرر و دراز مدت آن با پوست موجب آماس می‌شود .

جستارهای وابسته

• سیمان پرتلند سفید