بررسی انواع سیمان و مثال‌های کاربرد آن‌ها

مقدمه

با وجود پیشرفت‌های چشمگیری که در علم و صنعت رخ‌داده است، اما سیمان همچنان بهترین چسب برای اتصال مصالح ساختمان‌سازی به‌حساب می‌آید. سیمان انواع مختلفی دارد که از آن‌ها تحت عنوان انواع تیپ سیمان یاد می‌شود. هر تیپ سیمان ویژگی‌های خاص خود را دارد. این تیپ‌ها بر اساس شرایط آب‌وهوایی و یا نوع کاربرد هدف انتخاب می‌شوند. البته فراموش نکنید که وظیفه اصلی سیمان، همواره چسباندن مصالح ساختمانی مختلف به یکدیگر است. بااین‌حال، نمی‌توان از قدرت بی‌نظیر آن برای مقاوم‌سازی انواع بنا چشم‌پوشی نمود. انواع سیمان به دودسته اصلی سیمان پرتلند و سیمان غیر پرتلند تقسیم می‌شوند. سیمان پرتلند معمولی یا سیمان تیپ ۱ ساده‌ترین و رایج‌ترین نوع سیمان به‌حساب می‌آید. سیمان‌های پرتلند اصلاح شده نیز انواع تیپ سیمان 2 تا 5 را تشکیل می‌دهند. اصلی‌ترین تفاوت انواع تیپ سیمان با یکدیگر در زودگیر بودن یا تولید حرارت آن‌ها خواهد بود. در این مقاله قصد داریم انواع تیپ‌های سیمانی را به شکلی دقیق‌تر معرفی کنیم.

1. تیپ سیمان چیست؟

سیمان یک ترکیب پودر شده و نرم از رس، سیلیس و اکسیدهای معدنی است. ترکیب سیمان با آب یک چسب فوق‌العاده قوی برای اتصال انواع مصالح ساختمانی ایجاد می‌کند. از سوی دیگر، در تولید بلوک‌های سفت و منسجم نیز باید از سیمان استفاده شود؛ بنابراین به نظر می‌رسد بدون وجود سیمان، پیشرفت در ساخت‌وساز یک ساختمان رخ ندهد. سیمان در تیپ‌های مختلف تولید می‌شود. انواع تیپ سیمان ویژگی‌های خاص خود را دارند. به‌عنوان‌مثال، بدون توجه به اقلیم آب‌وهوایی یک منطقه نمی‌توان از هر نوع سیمانی استفاده نمود؛ بنابراین بهترین نوع سیمان، تیپ سیمانی است که با اقلیم آب‌وهوایی یک منطقه متناسب باشد. انواع سیمان از تیپ ۱ تا تیپ ۵ تقسیم‌بندی می‌شوند. بخش مهمی از تفاوت انواع تیپ سیمان با یکدیگر بر اساس زودگیر یا زود سخت بودن و میزان حرارتی است که به هنگام ترکیب آزاد می‌سازند. تقسیم‌بندی اصلی سیمان بر اساس نوع مواد اولیه آن به شکل پرتلند و غیر پرتلند خواهد بود. خط تولید سیمان پرتلند و تجهیزات موردنیاز برای تولید انواع سیمان کاملاً یکسان هستند. دلیل عمده‌ای که باعث تفاوت انواع تیپ سیمان می‌گردد، نوع مواد اولیه و درجه حرارت کوره در زمان تولید است. برای تولید سیمان پرتلند معمولی دمای کوره در حدود 1500 درجه خواهد بود. در ادامه به معرفی هرچه بهتر انواع سیمان می‌پردازیم.

1.1. سیمان‌ غیر پرتلند

سیمان غیر پرتلند را می‌توان نوعی سیمان پلیمری دانست. البته درگذشته برای ساخت سیمان غیر پرتلند از موادی مانند آهک، قیر، گچ و مانند آن‌ها استفاده می‌شده است. انواع سیمان غیر پرتلند در دو نوع آلومینیومی و منبسط‌شونده ساخته می‌شوند. ترکیب اصلی انواع سیمان غیر پرتلند شامل موادی مانند سیمان معمولی، گچ بوکسایت و مواد آهک‌دار است. درهرحال، سیمان غیر پرتلند که به‌صورت پلیمری تولید می‌شود، بسیار گران‌تر از سیمان پرتلند است. به همین دلیل با اینکه خواص و کاربردهای گسترده‌ای از خود نشان داده، اما محبوبیت و گستردگی استفاده از آن هنوز از سیمان پرتلند کمتر است.

2.1. سیمان پرتلند

سیمان پرتلند که همان سیمان رایج برای ساخت‌وساز است، سیمانی است که اولین‌بار در سال 1995 کشف شد. پرتلند نام جزیره‌ای بود که اولین سیمان در آن جا تهیه و به کار برده شد. سیمان پرتلند از ترکیب رس، سیلیس، آهک و مواد معدنی تولید می‌شود. انواع تیپ سیمان پرتلند در 5 گروه تقسیم‌بندی می‌گردند. در واقع سیمان پرتلند بر اساس ویژگی‌هایی مانند: کم حرارت بودن، زود سخت‌شدن، ضد سولفات بودن و اصلاح‌شدگی شناخته می‌شوند. رایج‌ترین نوع سیمان پرتلند یعنی سیمان تیپ یک، همان سیمان معمولی است که در ساخت‌وساز به کار می‌رود. سیمان‌های دیگر در مواقعی مانند بتن‌ریزی ساختمان یا مواقعی که زمان سخت‌شدن آن اهمیت دارد، به کار می‌روند. در بخشی از این مقاله به معرفی انواع تیپ سیمان و کاربرد آنها می‌پردازیم.

2. انواع تیپ سیمان کدام‌اند و چه ویژگی‌هایی دارند؟

انواع تیپ سیمان پرتلند در پنج گروه اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند. لازم است بدانید که خط تولید سیمان و فرایند تولید انواع تیپ سیمان با یکدیگر یکسان  هستند. اما در انتخاب میزان مواد اولیه و تنظیم درجه حرارت کوره در هنگام تولید انواع سیمان، اختلاف وجود دارد. انواع تیپ سیمان به شکل زیر معرفی می‌شوند:

1.2. سیمان پرتلند معمولی به‌عنوان سیمان تیپ ۱

1.1.2. سیمان تیپ 1 و کاربرد آن

سیمان تیپ 1 رایج ترین نوع سیمان در ساخت‌وساز است. این نوع تیپ سیمان همان نوعی است که همه ما آن را به خوبی می‌شناسیم. ترکیب سیمان تیپ یک همان ترکیب معمول شامل آهک، رس، سیلیس و مواد معدنی است. سیمان تیپ یک ساده ترین ساختار را داشته و در ترکیب با آب، چسبندگی بالایی ایجاد می‌کند. به همین دلیل، برای چسباندن انواع مصالح شامل آجر، بلوک، شن و ماسه به کار می‌رود. البته فراموش نکنید که سیمان تیپ یک، ماده اصلی در تولید بلوک‌های سیمانی محسوب می‌شود. هر گاه اصطلاح “سیمان سیاه” یا “سیمان بنایی” به گوشتان خورد، بدانید که بحث در مورد همین سیمان تیپ یک است.

2.2. سیمان پرتلند اصلاح شده به‌عنوان سیمان تیپ ۲

1.2.2. سیمان تیپ 2 و کاربرد آن

سیمان تیپ ۲ گونه‌ای اصلاح شده از انواع تیپ سیمان پرتلند به‌حساب می‌آید. در تولید سیمان تیپ دو مقدار کمتری خاک رس به کار می‌رود. به همین دلیل، این نوع سیمان نسبت به سیمان تیپ یک مقاومت بیشتری در برابر سولفات شدن دارد. در واقع، کاهش خاک رس باعث کمترشدن حجم اکسید آلومینیوم در سیمان تیپ دو می‌شود. در نتیجه، این نوع سیمان در مجاورت با مواد سولفات دار، واکنش کمتری خواهد داشت. این موضوع، از تولید ماده‌ای تحت عنوان اترنژیت جلوگیری خواهد کرد؛ بنابراین میزان جذب آب در بتن یا سیمان کاهش پیدا کرده و احتمال ترک‌خوردن به حداقل می‌رسد. یکی از ویژگی‌های بارز سیمان تیپ ۲ تولید حرارت کمتر در هنگام آب‌بندی است. این ویژگی بسیار مهم است و آن را برای بتن‌ریزی با حجم بالا مناسب می‌سازد. در مواردی که لازم است قطعات سیمانی مستحکم مانند تیر برق یا بلوک‌های سیمانی تولید شود نیز سیمان تیپ ۲ مناسب‌ترین گزینه خواهد بود.

سیمان تیپ ۲ در اقلیم‌های آب‌وهوایی گرم بیشترین کاربرد را دارد.

3.2. سیمان پرتلند زود سخت شونده به‌عنوان سیمان تیپ ۳

1.3.2. سیمان تیپ 3 و کاربرد آن

اگر به دنبال یک سیمان پرتلند زود سخت با مقاومت اولیه بالا هستید، سیمان تیپ ۳ را به شما پیشنهاد می‌کنیم. در واقع، این نوع سیمان از نظر سخت‌شدگی با سیمان تیپ یک شباهت دارد. بااین‌حال، سرعت افزایش مقاومت اولیه سیمان تیپ ۳ نسبت به سیمان تیپ ۱ بسیار بالاتر است. اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهند که مقاومت سه‌روزه سیمان تیپ ۳ با مقاومت ۷ روزه تیپ یک قابل‌مقایسه خواهد بود. یکی از ویژگی‌های مهم سیمان تیپ ۳ زیاد بودن واکنش‌های گرماده آن است. این مسئله آن را به یک سیمان پرتلند زودگیر تبدیل می‌کند. در نتیجه، برای بتن‌ریزی در مناطق سردسیر، بهترین نوع سیمان همین سیمان تیپ 3 خواهد بود. البته با این شرط که در ترکیب آن از ضد یخ نیز استفاده شود. نکته دیگر این که در تولید برخی مصالح یا قالب‌بندی‌هایی که به‌سرعت بالا نیاز دارد، سیمان پرتلند تیپ 3 بهترین گزینه است.

اما فراموش نکنید که برای بتن‌ریزی‌های با حجم بالا به‌هیچ‌عنوان نباید از تیپ سیمان نوع 3 استفاده کرد. زیرا واکنش‌های گرماده، آن را منبسط کرده و زود سخت می‌شود. در نتیجه بلافاصله پس از سرد و منقبض شدن، احتمال ترک‌خوردن آن افزایش پیدا می‌کند.

4.2. سیمان پرتلند باحرارت کم به‌عنوان سیمان تیپ ۴

1.4.2. سیمان تیپ 4 و کاربرد آن

سیمان‌های کندگیر یکی دیگر از انواع سیمان موردنیاز در صنعت ساخت‌وساز و عمران هستند. این نوع سیمان‌ها (که با عنوان سیمان تیپ چهار می‌شناسیم) با سرعت کمتری سخت می‌شوند. کند بودن فرایند سختی این تیپ سیمان‌ها، مقاومت آن‌ها را بالاتر می‌برد. ازاین‌رو، معمولاً برای پروژه‌های سدسازی و ساخت بناهای بسیار بزرگ از سیمان تیپ چهار استفاده می‌شود. سیمان پرتلند تیپ 4 واکنش‌های گرمایی ضعیفی دارد. به‌طوری‌که آن را تحت عنوان سیمان با هیدراتاسیون ترکیبی پایین  می‌شناسند. درهرحال، ویژگی کندگیری سیمان تیپ 4 آن را برای اقلیم آب‌وهوایی گرم و خشک مناسب کرده است. لازم به ذکر است تیپ سیمان پرتلند نوع 4 برای دماهای بالای 40 درجه عملکرد خوبی خواهد داشت. نکته‌ای که درباره سیمان پرتلند تیپ 4 وجود دارد این است که تولید آن در موارد نادر انجام می‌گیرد.

در واقع، در کل دنیا تولید سیمان تیپ 4 تنها در موارد بسیار خاص انجام می‌شود. معمولاً در پروژه‌هایی که نیاز به استفاده از تیپ سیمان نوع 4 حس می‌شود، سیمان تیپ 5 به کار می‌رود.

5.2. سیمان پرتلند ضد سولفات بانوان سیمان تیپ ۵

1.5.2. سیمان تیپ 5 و کاربرد آن

سیمان تیپ 5 خاص ترین نوع سیمان پرتلند است. این نوع سیمان نسبت به سیمان تیپ 1 حرارت بسیار کمتری خواهد داشت. به همین دلیل، معمولاً به جای سیمان تیپ 4 نیز به کار می‌رود. درهرحال، تیپ سیمان نوع 5 ویژگی‌های ساختاری خاص خود را دارد. این ویژگی ها آن را در برابر سولفاته شدن حفظ خواهد کرد. ازاین‌رو، در پروژه هایی که ممکن است ستون‌ها یا اجزای ساختمان تحت تاثیر سولفاته شدن قرار گیرند، سیمان تیپ 5 بهترین گزینه خواهد بود. برای ساختمان هایی که در زمین های سولفات دار ساخته می‌شوند، باید از سیمان نوع 5 استفاده شود. همچنین، مهم ترین کاربرد تیپ سیمان نوع 5 در سازه های دریایی است که مقاومت بالایی نیاز دارند. به هر حال، در هر محیطی که در آن مواد خورنده یا سولفاته وجود داشته باشد، باید از سیمان تیپ 5 برای ساخت‌وساز یا بتن‌ریزی استفاده کرد. ممکن است این سوال برایتان پیش آید که کدام نوع تیپ سیمان بهتر است؟ لازم می دانیم این نکته را یادآوری کنیم که انتخاب نوع تیپ سیمان به فاکتورهای متعددی بستگی دارد.

• برخی از مهم ترین عواملی که باید در هنگام سفارش یا خرید انواع تیپ سیمان به آن‌ها توجه شود، عبارت اند از:

اقلیم آب‌وهوایی

نوع پروژه (سدسازی، ساختمان‌سازی یا پل‌سازی و …)

نوع عملکرد موردنیاز (مقاوم‌سازی، چسباندن مصالح یا بتن‌ریزی و …)

بنابراین، به‌هیچ‌عنوان نمی‌توان یک تیپ سیمان را بر دیگری برتری داد. البته در موارد خاص ممکن است به سیمان با تیپ 4 نیاز داشته باشیم. در چنین شرایطی معمولاً استفاده از سیمان تیپ 5 ارجحیت خواهد داشت. اما این موضوع دلیل بر برتری یکی بر دیگری نیست. در پروژه‌هایی که نیاز به‌سرعت عمل دارند یا در فرایندهای قالب‌گیری و مانند آن، بهتر است از انواع تیپ سیمان زودگیر استفاده شود. همچنین، اگر قصد ساخت‌وساز در مناطق سردسیر را دارید، باید ترکیب سیمان زودگیر با ضد یخ را به کار ببرید. سیمان تیپ 3 بهترین موردی است که برای این‌گونه موارد به کار می‌رود.

3. جدول انواع سیمان

شماره	نوع سیمان	ویژگی
1	سیمان زود مقاوم	حاوی مقدار بیشتری تری کلسیم سیلیکات است دانه بندی آن ریز است.
2	سیمان با مقاومت بسیار بالا	از ریزترین ذرات به دست می‌آید.
3	سیمان باحرارت پایین	نسبت دی کلسیم سیلیکات یا (C۲S) تقریباً دوبرابر سیمان عادی است. در تست الک تنها ده درصد از آن باقی می ماند.
4	سیمان با گیرش سریع	مقدار ذرات دیرگیر کننده کاهش یافته است. ترکیبات آلوما کمتری در این محصول وجود دارد.
5	سیمان با میزان آلومینا بالا	در برابر خوردگی و اسید مقاوم است. با آهک واکنش سریع نشان می دهد.
6	سیمان با خاکستر سرباره ی کوره آهن	نسبت به سایر انواع سیمان وزن پایینی دارد. قیمت آن اقتصادی و به صرفه است.
7	سیمان پوزولانی	حرارت پایینی تولید می‌کند.
8	سیمان رنگی	در تولید آن از رنگ پودری استفاده می‌شود.
9	سیمان سفید	میزان آهک خالص در آن زیاد است. قیمت آن بالاست.
10	سیمان هیدروفوبیز	مقاومت این محصول در برابر سرما و یخ زدگی زیاد است.
11	سیمان ضد سولفات	در تولید این محصول از کلسیم زیادی استفاده شده است. قیمت محصول مقرون‌به‌صرفه است.
12	سیمان قلیایی کم	این محصول همانطور که از نامش پیداست مواد قلیایی کمی دارد.
13	سیمان ضد آب	میزان کلسیم و آلومینیوم در این سیمان زیاد است.
14	سیمان حباب‌زا	مقاومت این محصول در برابر یخ زدگی بالاست.
15	سیمان منبسط‌شونده	بعد از خشک شدن این محصول در آن هیچ گونه انبساطی به وجود نمی آید.

4. انواع سیمان ساختمانی

همان‌طور که در بالا نیز به این موضوع اشاره شد سیمان‌های متفاوت برای موارد مختلفی کاربرد دارند و کاربرد تمامی آنها یکسان نیست. برای مثال تمامی سیمان‌ها نمی‌توانند برای ساختمان‌سازی مورداستفاده قرار بگیرند.
سیمان منبسط‌شونده یکی از سیمان‌هایی است که در صنعت ساختمان‌سازی کاربرد زیادی دارد. از این نوع سیمان در اکثر موارد برای پایه ستون‌ها استفاده می‌شود تا مقاومت ستون بالاتر برود.
در محل‌هایی مانند رویه بتن‌ها از انواع مختلف سیمان حباب‌زا استفاده می‌شود. زمانی که بتن‌ها در ساختمان‌سازی مورداستفاده قرار می‌گیرند ممکن است در برابر گرما و سرما مقاومت چندان زیادی از خود نشان دهند و به همین دلیل سیمان حباب‌زا با مقاومت بالا در برابر گرما و سرما گزینه مناسب برای این شرایط است.
سیمان نسبت به سنگ و سرامیک قیمت مناسب‌تر و کمتری دارد، به همین دلیل در برخی از موارد از این محصول برای ساخت جلوه زیبا برای ساختمان استفاده می‌شود. در این‌گونه موارد از سیمان‌سفید و یا سیمان رنگی برای نمای ساختمان و یا قسمت‌هایی از درون ساختمان استفاده می‌شود.

5. سیمان‌‌های استاندارد ملی

سیمان‌هایی که طبق استاندارد شماره 1-17518 ملی ایران تولید می‌شوند در 5 گروه زیر قرار دارند:

• گروه 1: شامل سـیمان‌هـای پرتلنـد معمـولی، ضد سولفات فرا‌ویژه، ضدسولفات ویژه، ضد سولفات و ضد سولفات متوسط.
• گروه 2: شامل سیمان‌های پرتلند سرباره‌ای، دوده سلیسی، پـوزولانی، خاکستر بادی، شیل پخته و آهکی.
• گروه 3: شامل سیمان سرباره ای
• گروه 4: شامل سیمان پوزولانی
• گروه 5: شامل سیمان مرکب

6. سایر انواع سیمان

در این بخش به بررسی سایر انواع سیمان می‌پردازیم.

1.6. سیمان پر آلومین

در ابتدا هدف از تهیه این نوع متریال، مقاومت در برابر حمله سولفات‌ها بود؛ ولی بعداً مشخص شد که مقاومت این ماده نسبت به تیپ 1 بسیار سریع‌تر افزایش می‌یابد یعنی حدودا در یک روز، مقاومت آن به اندازه مقاومت 28 روزه سیمان پرتلند تیپ 1 است.

مقاومت فشاری این نوع نسبت به پرتلند بالا بوده و در کارهایی که بتن در معرض دماهای شدید، یخ‌زدگی و حمله اسیدی قرار دارد، کاربرد خواهد داشت.

این سیمان از ترکیب حدود 40% سنگ آهک با 40% بوکسیت، 20% مواد دارای آهن و سیلیس و حرارت دادن آن در کوره به دست می‌آید.

این نوع دارای رنگی تیره‌‌تر از نوع پرتلند معمولی بوده و تقریباً سیاه‌رنگ است.

کاربرد این سیمان در دماهای بسیار بالا یا پایین است و مهم‌ترین کاربرد آن، استفاده به‌عنوان سیمان نسوز است چرا که تا دمای حدود 1600 درجه را به خوبی تحمل کرده و حتی می‌توان از آن در چسباندن آجرهای نسوز درون کوره سیمان استفاده کرد.

2.6. سیمان ضد آب

سیمان ضد آب، آب‌گریز یا به انگلیسی Hydrophobic Cement دارای خاصیت مقاومت در برابر نفوذ رطوبت است. در واقع ساختار این نوع طوری است که مانع رسیدن رطوبت به ساختار اصلی و لایه‌های درونی بتن می‌شود.

به عبارتی می‌توان گفت آب‌گریز بودن این نوع، به دلیل وجود اسید‌های چرب در ساختار ترکیبات آن است. اسیدهای چرب مانع نفوذ آب و رطوبت به لایه‌های داخلی شده و به‌این‌ترتیب باعث افزایش عمر سیمان می‌شوند.

این نوع دو کاربرد اصلی دارد یکی مقاومت در برابر جذب آب و دیگری غیرقابل‌نفوذ کردن بتن در برابر آب تحت‌فشار.

3.6. سیمان هوازا

درصورتی‌که هنگام تولید کلینکر سیمان به آن افزودنی‌های هوازا مانند رزین‌، نمک‌های سدیم سولفات و موادی ازاین‌دست اضافه کنیم، سیمان هوازا به دست می‌آید.

زمانی که در تولید بتن نسبت آب به سیمان کم بوده و نیاز به کارایی بالاتری داریم از این سیمان استفاده می‌کنیم. از طرفی استفاده از این نوع متریال مقاومت در برابر یخ‌زدگی را افزایش می‌دهد.

به عبارتی هوازایی در بتن باعث می‌‌شود تا آب در هنگام منجمدشدن فضای کافی برای افزایش حجم داشته باشد.

4.6. سیمان حفاری

این نوع متریال فقط در چاه‌های نفت کاربرد دارد. به این صورت که در حفاری‌های نفتی که عمق آن به 6000 متر نیز می‌رسد، برای جلوگیری از ریزش دیواره‌ها با قرار دادن لوله‌هایی درون چاه، به قسمت پشت آن دوغاب سیمان ترزیق می‌کنند.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

جهت آشنایی کامل با  “انواع سیمان و مثال‌های کاربرد آن‌ها” به جزوه “اجرای ساختمان با مصالح بنایی” و جهت آشنایی بیشتر با قوانین و ضوابط مربوط به این مقاله به “مبحث پنجم: مصالح و فرآورده‌های ساختمانی | ویرایش سال ۱۳۹۶” در پکیج “مباحث مقررات ملی ساختمان” در بخش گنجینه فایل وب‌سایت مراجعه فرمایید.