تأثیر نوع سیمان به کار برده شده در بتن برای تولید قطعات بتنی

نوع سیمان به‌کاررفته در تولید قطعات بتنی بر ویژگی‌های بتن تأثیرگذار است. بر مبنای استاندارد ایران سیمان‌های پرتلند به 5 دسته سیمان پرتلند معمولی، اصلاح شده، زود سخت شونده، با حرارت کم و ضد سولفات تقسیم شده‌اند که هر یک برای مصارف خاصی مناسب هستند. در این مقاله سیمان مناسب برای هر کاربرد بررسی شده‌‌است.

تأثیر نوع سیمان به کار برده شده در بتن برای تولید قطعات بتنی

سیمان از مصالح پرکاربرد در ساختمان‌سازی است که انواع مختلفی دارد و به دو دسته کلی پرتلند و غیر پرتلند تقسیم شده است. در گذشته به موادی مانند گچ، آهک و قیر سیمان غیر پرتلند گفته می‌شد اما امروزه مواد پلیمری را به عنوان سیمان غیر پرتلند می‌شناسند. بر مبنای استاندارد ایران سیمان‌های پرتلند به 5 دسته سیمان پرتلند معمولی، اصلاح شده، زود سخت شونده، با حرارت کم و ضد سولفات تقسیم شده‌اند. تجهیزات مورد استفاده برای تولید 5 نوع سیمان مشابه است و تفاوت آنها در دمای کوره و مقدار مواد اولیه آنهاست.

کاربرد سیمان در بتن این است که در ترکیب با آب، دانه‌های بتن را به یکدیگر بچسباند. پارامتری که عملکرد بتن را مشخص می‌کند نوع و خصوصیات سیمانی است که در تهیه بتن از آن استفاده شده است. به صورت کلی هر چه سیمان استفاده شده در بتن مقاومت بیشتری داشته باشد موجب می‌شود مصرف سیمان در تولید بتن کاهش یابد. کاهش مصرف سیمان باعث کاهش مصرف انرژی و مواد اولیه شده که حفاظت بهتر از محیط‌زیست و پیشگیری از آلودگی و هدررفتن منابع طبیعی از نتایج آن است. البته از سیمان‌های پر مقاومت در تمامی شرایط نمی‌توان استفاده کرد؛ به عنوان مثال در ملات‌های بنایی بهتر است از این نوع سیمان‌ها استفاده نشود زیرا موجب هدررفتن پتانسیل‌های آنها می‌شود. در این مقاله انواع سیمان پرتلند و کاربرد هر یک به اختصار توضیح داده شده‌اند.

نوع سیمان پرتلند معمولی

سیمان پرتلند معمولی معمولاً در کارهای بتنی ساده و بتن‌آرمه که از نظر حمله سولفات‌ها ایمن هستند، به کار می‌رود. این نوع سیمان در روسازی جاده‌ها، ساخت پل‌های بتن مسلح، مخازن، راه‌آهن و ساخت پیاده‌روها استفاده می‌شود. به صورت کلی این نوع سیمان در مواردی استفاده می‌شود که ویژگی خاصی از بتن انتظار نمی‌رود. در مواردی که لازم باشد سیمان در مناطق خورنده حاوی یون‌های مهاجم بتن استفاده شود باید از انواع دیگر سیمان پرتلند استفاده کرد. سیمان پرتلند معمولی در مقاومت‌های متفاوت عرضه می‌شود که استفاده از سیمان‌های با مقاومت بالا باید با احتیاط صورت گیرد.

یک نوع از سیمان پرتلند معمولی به سیمان سفید معروف است و برای مصارف زیبایی و معماری به کار برده می‌شود. سیمان‌های رنگی دیگری هم که به منظور اهداف زیبایی‌شناسانه استفاده می‌شوند از جنس سیمان پرتلند معمولی هستند که تفاوتشان فقط در رنگ است.

نوع سیمان پرتلند اصلاح‌شده

سیمان پرتلند اصلاح‌شده مقاوم‌تر از سیمان معمولی است و در مواردی که نیاز به مقاومت متوسط در برابر حمله سولفات‌ها باشد، مناسب است. در خط تولید این نوع سیمان اصلاحاتی صورت گرفته و خاک رس در مواد اولیه آن کمتر است. با کاهش مقدار خاک رس، درصد C₃A به حداکثر 8 درصد محدود شده است. به این دلیل برای کاهش  C₃A از کاهش خاک رس استفاده می‌کنند که C₃A حاوی آلومینیوم اکسید (Al₂O₃) است و خاک رس این اکسید را در خود دارد. در نتیجه با کاهش خاک رس از این ماده کاسته می‌شود. کاهش C₃A موجب می‌شود حرارت هیدراتاسیون کاهش یابد و سیمان در برابر حمله سولفات‌ها مقاوم شود. حمله سولفات‌ها پدیده‌ای است که در آن  C₃A قرار گرفته در مجاورت آب با سولفات‌ها ترکیب می‌شود و در اثر این ترکیب ماده‌ای به نام اترنژیت تشکیل می‌شود که این ماده با جذب آب متورم شده ترک ایجاد می‌کند.

سیمان پرتلند زود سخت شونده

این نوع سیمان از نظر زمان گیرش شبیه به سیمان معمولی است اما مقاومت اولیه آن خیلی سریع افزایش می‌یابد؛ به گونه‌ای که مقاومتی که سیمان معمولی در 7 روز به آن می‌رسد را این نوع سیمان 3 روزه به دست می‌آورد. ذکر این نکته حائز اهمیت است که سیمان زود سخت شونده با سیمان زودگیر متفاوت است. زودگیر به معنی داشتن زمان گیرش سریع است که با کسب مقاومت سریع تفاوت دارد. در سیمان زود سخت شونده کسب سریع مقاومت موجب رها شدن گرمای هیدراتاسیون زیادی می‌شود، به همین دلیل نباید این نوع سیمان برای بتن‌ریزی‌های حجیم استفاده شود؛ چراکه گرمای زیاد هیدراتاسیون موجب انبساط بتن می‌شود و در همان حال گیرش ایجاد می‌شود. اما بعد از سرد شدن پدیده انقباض موجب کشش بتن و ایجاد ترک در آن می‌شود. معمولاً برای دستیابی به این نوع سیمان، میزان C₃S سیمان را که وظیفه تأمین مقاومت اولیه را بر عهده دارد، افزایش می‌دهند که موجب ایجاد مقاومت اولیه سریع می‌شود. در آسیاب نهایی نیز این نوع سیمان را نرم‌تر از سیمان معمولی می‌کنند. ایراد این نوع سیمان این است که خصوصیات آن باعث می‌شود مقاومتش در برابر حمله سولفات‌ها کاهش یابد.

سیمان پرتلند با حرارت کم

در این نوع سیمان میزان C₃A وC₃S را کاهش می‌دهند که موجب می‌شود حرارت هیدراتاسیون تا حد زیادی کم شود. در سیمان پرتلند با حرارت کم نسبت C₂S نیز تقریباً دو برابر سیمان پرتلند معمولی است. با توجه به اینکه در پروژه‌هایی که بتن‌ریزی عظیم نیاز دارند تولید حرارت بسیار بالاست، این نوع سیمان برای استفاده در بتن‌ریزی‌های حجیم مناسب است. در صورتی که در پروژه‌های بزرگ از سیمان معمولی استفاده شود به علت حرارت بالای ایجاد شده هنگام گیرش، ترک‌هایی در سطح بتن ایجاد می‌شود. سیمان پرتلند با حرارت کم نسبت به سیمان معمولی در برابر حمله سولفات‌ها مقاومت بیشتری دارد اما گیرش اولیه آن بیشتر طول می‌کشد. این نوع سیمان در شرایط آب‌وهوایی گرم با درجه حرارت بین 40 تا 50 برای محافظت از بتن انتخاب خوبی است.

سیمان ضد سولفات

این نوع سیمان برای استفاده در بتن‌هایی که در معرض حمله شدید سولفات‌ها قرار دارند بسیار مناسب است. مثلاً در شرایطی که خاک یا آب زیرزمینی که در تماس با بتن قرار دارد حاوی مقادیر زیاد سولفات باشد یا سازه در معرض آب دریا بنا شده باشد. طبق آیین‌نامه بتن ایران نیز در تمامی سازه‌های بتنی که در تماس با املاح سولفات قرار دارند، می‌بایست از این نوع سیمان استفاده شود. البته در صورتی که محیط حاوی یون کلر به همراه یون سولفات باشد، استفاده از این نوع سیمان باید با احتیاط بیشتری صورت گیرد. این سیمان نسبت به سیمان پرتلند معمولی C₃A و C₄AF کمتری دارد. سیمان ضد سولفات زمان گیرش بیشتری نسبت به سیمان معمولی دارد و مقاومت آن نیز به طور نسبی کمتر از سایر سیمان‌های پرتلند است و در شرایطی که نیاز به استفاده از سیمان‌های با مقاومت بالا باشد محدودیت کاربرد دارد.