امروزه عمده ‌ترین سیمانی كه مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیمان پرتلند می‌باشد.

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.

عناصر و خواص سیمان

در فرایندهای تولید و مصرف سیمان، به طور عمده در دو مرحله با تغییرات شیمیایی مواجه هستیم:

1ـ هنگامیكه مواد در دمای بیش از 1400 درجه كوره با یكدیگر فعل و انفعال شیمیایی انجام می‌دهند.

2ـ هنگام مخلوط شدن سیمان با آب و انجام واكنش هیدراتاسیون .

در سیمان عناصر گوناگونی همچون كلسیم، سیلیسیم، آلومینیوم ، آهن ، منیزیم، سدیم، پتاسیم و گوگرد وجود دارد. البته بیشتر این عناصر به صورت اكسید وجود دارند. یعنی Cao , SiO2 ،AL2O3، Fe2O3 ،MgO، Na2O، k2O، SO3 . (در شیمی سیمانCaO را با SiO2 ،C را باAL2O3 ،S را با A و Fe2O3 را با F نمایش می‌دهند.) به این تركیبات،اكسیدهای ساده سیمان گویند. برخی از این تركیبات در فرایندهای درونی كوره با یكدیگر تركیب شده، اكسیدهای مركب زیر را به وجود می‌آورند: دی كلسیم سیلیكات C2S ، تری كلسیم سیلیكاتC3S، تری كلسیم آلومینات C3A ، تتراكلسیم آلومینات فریت C4AF مقادیر اكسیدهای ساده و مركب در آزمایشگاه تعیین می‌شوند . لكن سری فرمولهای تجربی باجو نیز در محاسبه مقادیر اكسیدهای مركب كاربرد دارند.

کلینکر

در تولید سیمان پرتلند، دانه‌های حرارت دیده‌ای است، که معمولا ۳-۲۵ میلی متر(قطر) دارند و از حرارت دادن به سنگ آهک و آلومینیوم سیلیکات (خاک رس) در طی مرحله کوره سیمان بوجود می‌آیند.

کلینکر جزء یکی از مواد اولیه تولید سیمان به شمار رفته و یک محصول فرایندی است و برحسب نوع سیمان، در ترکیب سیمان استفاده می‌شود. بطور کلی سیمان را به دو طریقه تر و خشک تهیه می‌کنند. در روش تر مواد اولیه (کلینکر)در آب با هم مخلوط و آسیا می‌گردند و در متد خشک مواد اولیه (کلینکر) در حالت خشک مخلوط و آسیا می‌شوند.

برای تولید آن باید ابتدا سنگ آهک را بوسیله دینامیت منفجر نمود و پس از استخراج در سنگ شکن‌های مخصوص بتدریج آنرا خرد نمود. گرد سنگ را در آسیاهای ساچمه‌ای با دوغاب خاک رس مخلوط می‌نمایند. در این روش آسیا، خرد شدن سنگ به نرمی انجام می‌شود و به گرد تبدیل می‌شود و دوغاب حاصل به مخازن مخصوص هدایت می‌شود.

این مواد با یکدیگر جوش خورده و تشکیل گلوله هائی به اندازه ۴ تا ۳۰ میلیمتر می‌دهند که به آنها تفاله کوره یا Clinker می‌گویند.

انواع سیمان و کاربرد آنها

سیمان پرتلند نوع 1: ( سیمان پرتلند معمولی ( P.C - type I :

در مواردی به کار می رود که هیچ گونه خواص ویژه مانند سایر انواع سیمان مورد نظر نیست.

سیمان پرتلند نوع 2 ( P.C - type II ) :

برای استفاده عمومی و نیز استفاده ویژه در مواردی که گرمای هیدراتاسیون متوسط مورد نظر است.

سیمان پرتلند نوع 3 ( P.C - type III ):

برای استفاده در مواقعی که مقاومت های بالا در کوتاه مدت مورد نظر است.

سیمان پرتلند نوع 5 ( P.C - type V ) :

در مواقعی که مقاومت زیاد در مقابل سولفات ها مورد نظر باشد استفاده می شود.

سیمان سفید ( White Cement ) :

برای استفاده در سطح ساختمان ها و مواقعی که استفاده از سیمان های بدون رنگ با مقاومت های بالا مورد نیاز باشد. از این سیمان در تولید انواع سیمان های رنگی استفاده می شود.

سیمان سرباره ای ضد سولفات ( SR. slag Cement ) :

در مواقعی که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و یا حرارت هیدراتا سیون متوسط مورد نظر است، استفاده می گردد

سیمان پرتلند - پوزولانی ( P.P.Cement ) :

در ساختمان های بتنی معمولی و بیشتر در مواردی که مقاومت متوسط در مقابل سولفات ها و حرارت هیدراتاسیون متوسط مورد نظر باشد استفاده می شود.

سیمان پرتلند - آهکی ( P.K.Z.Cement ):

این نوع سیمان در تهیه ملات و بتن در کلیه مواردی که سیمان پرتلند نوع 1 به کار می رود قابل استفاده است. دوام بتن را در برابر یخ زدن، آب شدن و املاح یخ زا و عوامل شیمیایی بهبود می دهد.

سیمان بنائی ( Masonry Cement ) :

برای استفاده در مواقعی که ملات بنائی با مقاومت های کمتر از سیمان پرتلند نوع 1 مورد نیاز است.

سیمان نسوز 450 ( Rf Cement 450 ) :

حاوی بیش از 40% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای کلسیم آلومینات، برای مصرف به عنوان ماده نسوز در صنایع حرارتی استفاده می شود.

سیمان نسوز 500 ( Rf Cement 500 ) :

حاوی بیش از 70% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و فازهای CA2,CA برای مصرف به عنوان ماده نسوز با درصد خلوص بالا در صنایع حرارتی و آتمسفرهای CO.H2 به کار می رود.

سیمان نسوز 550 ( Rf Cement 550 ):

حاوی بیش از 80% Al2O3 با اتصال هیدروکسیلی و آلومینات کلسیم به عنوان ترکیب اصلی، دارای نسوزندگی و خواص ترمومکانیکی بالا و کاربردهای ویژه نسوز مانند آتمسفرهای احیاء هیدروژن.

سیمان های چاه نفت:

این سیمان ها برای درزگیری چاه های نفت به کار می روند. عمده این نوع سیمان ها دیرگیر بوده و در برابر دماها و فشارهای بالا مقاوم می باشند. این سیمان ممکن است در حفره چاه های آب و فاضلاب نیز به مصرف برسد.

سیمان های پرتلند ضد آب:

این سیمان به رنگ سفید، خاکستری تولید می شود. این نوع سیمان، انتقال مویینه آب را تحت فشار ناچیز یا بدون فشار، کاهش می دهد ولی جلوی انتقال بخار آب را نمی گیرد.

سیمان های با گیرش تنظیم شده:

سیمان با گیرش تنظیم شده به گونه ای کنترل و ساخته می شود که می تواند بتنی با زمان های گیرش از چند دقیقه تا یک ساعت تولید کند.

سیمان های رنگی:

این سیمان ها بیشتر جنبه تزئینی و آرایشی دارند و در نماسازی سیمانی و تولید بتن نمادار به مصرف می رسند.

تاریخچه سیمان

کشفیات باستان شناسی و پژوهش های انجام گرفته بر روی آثار و بقایای ساختمان های عصر باستان و آثار مورخین چنین نشان می دهد که رومیان نخستین کسانی بودند که با چگونگی و ارزش کاربرد سیمان به مفهوم گیرش و سخت شدن آگاهی پیدا کرده اند.

از 2600 سال پیش از میلاد مسیح تا اواسط قرن هجدهم علاوه بر گل رس و گچ ، ماده چسبنده دیگری به نام آهک پخته بطور مصنوعی تهیه می شد، که از پختن سنگ آهک حاصل می گردید و به آهک زنده (cao) موسوم بود واز طریق پاشیدن آب ، آن را به آهک شکفته تبدیل می نمودند که متعاقباً تبدیل به گرد آهک می گردید.

ملات آهکی که در سطور بالا بدان اشاره شد، منحصراً جهت ساختن دیوارهای آجری معابد و نظائر آن به کار می رفت ولی در ساختمان کانال های کاربردی نداشت ، زیرا از کیفیت سخت شونده در زیر آب بی بهره بود. در نتیجه نمی توانست پاسخگوی نیازهای ساختمانی آبی و دریایی از قبیل پل ، سد ، اسکله و نظایر آن باشد.

قرن ها سپری شد تا رومیان به کشف بزرگی نائل شدندو ماده ای را که پوزولان (Puzzolan) نامیده می شد به گرد آهک شکفته افزودند و با آب ، ملاتی ساختند که پس از گیرش توانست در هوا و در زیر آب به حالت سخت باقی بماند.

بعد از این کشف بزرگ ، به مزایای مخلوط آهک پخته و خاک رس پی برده شد ، که اولین گام برای ساختن سیمان به شمار می رود. درآن عصر ، محصولی را که از اختلاط پوزولان و آهک به دست آمد ، سیمان CAEMENTE نامیدند. که از واژه یونانی CAEDER مشتق شده (به معنی بریدن ، قطع گردیدن و شکسته شدن) و به سنگ های شکسته (خرده سنگ) اطلاق می گردید. اصطلاح CAEMENTE تا اواسط قرن هجدهم برای آن دسته از مواردی به کار برده می شد که به صورت مخلوط با جسم مورد نظر ، سبب ازدیاد سختی آن جسم می گردیدند.

سیمان به مفهوم امروزی برای نخستین بار بوسیله پارکر(PARKER) انگلیسی در سال 1796 بکار گرفت.

واژه سیمان در زبانهای آلمانی ، انگلیسی ، فرانسه به کلیه موادی که خاصیت چسبندگی داشته باشند به غیر از ترکیبات قیر و آسفالت که در ساختمانها و راهها مورد استفاده قرار می گیرد اطلاق می شود.

در آلمان سیمان پرتلند با علامت اختصاری DIN 1164 برای نخستین بار در سال 1878 استاندارد گردید