با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، کیفیت و انواع سیمان‌های مورد استفاده در ساخت سازه‌ها نیز گسترش یافت. امروزه، سیمان‌های متنوعی در سازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. انواع اصلی سیمان از نظر مکانیزم گیرش و سفت شدن به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:

• «سیمان هیدورلیکی» (Hydraulic Cement)
• «سیمان غیر هیدرولیکی» (Non-Hydraulic Cement)

بر اساس ترکیبات و خواص آن‌ها نیز می‌توان انواع سیمان‌های پرکابرد در سازه‌ها را به موارد زیر تقسیم کرد:

• «سیمان پرتلند معمولی» (Ordinary Portland Cement) یا OPC
• «سیمان پرتلند پوزولانی» (Portland Pozzolana Cement) یا PPC
• «سیمان سخت شونده» (Rapid Hardening Cement)
• «سیمان زودگیر» (Quick Setting Cement)
• «سیمان کم حرارت» (Low Heat Cement)
• «سیمان ضد سولفات» (Sulphate Resisting Cement)
• «سیمان سرباره ای» (Blast Furnace Cement)
• «سیمان آلومینا» (High Alumina Cement)
• «سیمان رنگی» (Colored Cement)
• «سیمان هوادار» (Air Entraining Cement)
• «سیمان انبساطی» (Expansive Cement)
• «سیمان ضد آب» (Hydrophobic Cement)

سیمان هیدرولیکی چیست؟

سیمان‌های هیدرولیکی طی واکنش شیمیایی «هیدراتاسیون» (Hydration) یا آبپوشی سفت می‌شوند. سنگ آهک، رس و سنگ گچ، مواد اصلی سیمان‌های غیر هیدرولیکی را تشکیل می‌دهند. با اعمال حرارت بالا به ترکیب این مواد، سیمان‌‌های هیدرولیکی به دست می‌آیند. با وجود تاثیر مستقیم آب در گیرش سیمان‌های هیدرولیکی، این مواد در برابر آب مقاوم هستند.

سیمان غیر هیدرولیکی چیست؟

سیمان‌های غیر هیدرولیکی برای سفت شدن به آب نیاز ندارند. گیرش این نوع از سیمان‌ها در شرایط خشک صورت می‌گیرد. سیمان‌های غیر هیدرولیکی از موادی نظیر آهک، گچ و اکسید کلراید ساخته می‌شوند. آهک هیدراته (آهک مرده)، یکی از انواع سیمان‌های غیر هیدرولیکی است.

تفاوت سیمان هیدرولیکی و سیمان غیر هیدرولیکی در چیست؟

همان طور که اشاره کردیم، سیمان بر اساس نحوه سفت شدن به دو نوع هیدرولیکی و غیر هیدرولیکی تقسیم می‌شود. سیمان هیدرولیکی، پس از اضافه کردن آب و طی واکنش شیمیایی هیدراتاسیون یا آبپوشی سفت می‌شود. در طرف مقابل، سفت شدن سیمان غیر هیدرولیکی طی واکنشی به نام «کربوناتسیون» (Carbonatation) یا کربناته شدن صورت می‌گیرد. برای درک بهتر تفاوت بین سیمان هیدرولیکی و سیمان غیرهیدرولیکی باید با ترکیب شیمیایی این دو آشنا شد.

مراحل شیمیایی سفت شدن سیمان غیر هیدرولیکی چه هستند؟

سیمان غیر هیدرولیکی طی مراحل زیر (چرخه آهک) سفت می‌شود:

1. «کلسیناسیون» (Calcination) یا تکلیس: با اعمال حرارت بالای 825 درجه به سنگ آهک به مدت 10 ساعت، آهک زنده به دست می‌آید (CaCO₃→CaO+CO₂).
2. «شکفتن» (Slaking): از ترکیب آب با اکسید کلسیم، آهک هیدراته تشکیل می‌شود (CaO+H₂O→Ca(OH)₂).
3. «گیرش» (Setting): آب به طور کامل تبخیر می‌شود.
4. سیمان در معرض هوای قرار می‌گیرد و پس از چندین واکنش شیمیایی زمانبر، سفت می‌شود (Ca(OH)₂+CO₂→CaCO₃+H₂O).

سیمان هیدرولیکی از چه موادی تشکیل می‌شود؟

در طرف مقابل، سیمان هیدرولیکی از سیلیکات‌ها و اکسیدها تشکیل می‌شود. چهار جز اصلی تشکیل دهنده سیمان‌های هیدورلیکی عبارت هستند از:

1. «بلیت» (Belite) با ترکیب شیمیایی 2CaO.SiO2
2. «آلیت» (Alite) با ترکیب شیمیایی 3CaO.SiO2
3. «سلیت» (Celite) یا تری‌کلسیم آلومینات با ترکیب شیمیایی 3CaO.Al₂O3
4. «براون میلریت» (Brownmillerite) با ترکیب شیمیایی 4CaO.AlO₃.Fe₂O3

خواص مکانیکی سیمان‌های هیدرولیکی توسط سیلیکات‌های آن (بلیت و آلیت) کنترل می‌شود. به علاوه، رفتار این نوع سیمان‌ها در فاز مایع (هنگام قرارگیری ترکیب در کوره) نیز به دو ماده دیگر (سلیت و براون میلریت) بستگی دارد. به منظور دستیابی به خواص ویژه‌ای نظیر زمان گیرش بسیار پایین، جلوگیری از جمع‌شدگی، قابلیت استفاده در زیر آب و غیره می‌توان از افزودنی‌های شیمیایی یا معدنی در ترکیب سیمان‌ها استفاده کرد.

سیمان پرتلند معمولی چیست و چه کاربردی دارد؟

سیمان پرتلند معمولی، کاربرد زیادی در ساخت و ساز دارد. کلینکر سیمان‌های پرتلند، یک ماده هیدرولیک است که حداقل دو سوم از وزن آن را سیلیکات کلسیم تشکیل می‌دهد. باقی وزن این کلینکر از آلومینیوم، آهن و مواد دیگر تشکیل می‌شود. نسبت CaO به SiO₂ در سیمان‌های پرتلند معمولی نباید بیشتر از 2 باشد. به علاوه، مقدار اکسید منیزیم مورد استفاده نیز نباید از 5 درصد وزن کل عبور کند. ترکیب سیمان پرتلند معمولی عبارت است از:

• خاک رسی یا سیلیکات آلومینا (حاوی رس و شیل)
• خاک کربناته یا کربنات کلسیم (حاوی سنگ آهک، گچ و مارن)

از کاربردهای اصلی سیمان‌های پرتلند معمولی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده در ساخت و سازهای عادی
• کاربرد زیاد در بنایی

سیمان پرتلند پوزولانی چیست و چه کاربردی دارد؟

پوزولان، ماده‌ای حاوی سیلیکا (سیلیسیم دی اکسید) در حالت واکنش پذیر است. این ماده هم به صورت طبیعی یافت شده و هم به صورت مصنوعی ساخته می‌شود. پوزولان با کلسیم هیدرواکسید تولید شده در سیمان در حال گیرش واکنش می‌دهد. محصول این واکنش، چند ماده سیمانی اضافی است. ترکیب سیمانپرتلند پوزولانی عبارت هستند از:

• کلینکر سیمان پرتلند معمولی
• سنگ گچ
• مواد پوزولانی (خاکستر بادی، خاکستر آتشفشانی و خاک رس تکلیس شده یا سیلیکا فوم)

از کاربردهای اصلی سیمان پرتلند پوزولانی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت سازه‌های هیدرولیکی، دریایی، زیرآبی، سد و غیره
• ساخت عضوهای بتنی پیش تنیده و پس تنیده
• آثار هنری و تزئینی (به دلیل قابلیت پرداخت بهتر)
• ساخت لوله‌های فاضلاب پیش ساخته

سیمان زود سخت شونده چیست و چه کاربردی دارد؟

با بیشتر کردن مقدار سیلیکات تری کلسیم با دانه‌بندی بسیار ریز در سیمان‌های پرتلند معمولی، نرخ بهبود مقاومت فشاری افزایش می‌یابد. این نوع از سیمان‌های پرتلند معمولی با عنوان سیمان زود سخت شونده شناخته می‌شوند. زمان گیرش اولیه سیمان‌های زود سخت شونده برابر با 30 دقیقه و زمان گیرش نهایی آن‌ها برابر با 600 دقیقه است. از کاربردهای اصلی سیمان‌های زود سخت شونده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت سریع سازه به دلیل نبودن زمان کافی برای گیرش (مانند پیاده‌رو)
• ساخت سازه‌هایی با مقاومت بالاتر از مقاومت بتن معمولی

سیمان زودگیر چیست و چه کاربردی دارد؟

سیمان زودگیر، زمان گیرش بسیار پایینی دارد. زمان گیرش اولیه در این نوع از سیمان‌ها، 5 دقیقه و زمان گیرش نهایی آن‌ها، حدود 30 دقیقه است. ترکیب سیمان‌های زودگیر عبارت است از:

• کلینکر
• سولفات آلومینیوم (1 تا 3 درصد وزن کلینکر) برای افزایش نرخ هیدارتاسیون سیلیکات

کاربرد اصلی سیمان‌های زودگیر در موارد زیر است:

• ساخت سازه‌های زیرآبی
• ساخت سازه در آب و هوای بارانی و سرد
• ساخت سازه در هوای گرم با سرعت تبخیر بالای آب
• استفاده به عنوان راک بولت (پیچ سنگ) در تونلسازی و معدنکاری

سیمان کم حرارت چیست و چه کاربردی دارد؟

سیمان‌های کم حرارت در حین واکنش هیدراتاسیون، دمای کمی تولید می‌کنند. این ویژگی با تغییر خاصیت شیمیایی برخی از ترکیبات سیمان‌های پرتلند معمولی به دست می‌آید. ترکیب شیمیایی سیمان‌های کم حرارت عبارت است از:

• تری‌کلسیم آلومینات با درصد کم (حدود 5 درصد)
• دی‌کلسیم سیلیکات با درصد بالا (حدود 46 درصد)

از کاربردهای سیمان‌های کم حرارت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت پی‌های بزرگ سد، دال‌های بتنی بزرگ و پایه ستون توربین‌های بادی
• ساخت کارخانه‌های شیمیایی

سیمان ضد سولفات چیست و چه کاربردی دارد؟

سیمان ضد سولفات، به منظور مقاومت در برابر عامل‌های مخرب سولفاتی ساخته شده است. به دلیل درصد پایین تری‌کلسیم آلومینات به کار رفته در این سیمان‌ها، میزان سولفو آلومینات کلسیم کاهش می‌یابد. کاربردهای اصلی سیمان‌های ضد سولفات عبارت هستند از:

• ساخت سازه‌هایی که با خاک یا آب دارای نمک‌های سولفیدی در ارتباط هستند (وجود بیشتر از 0.2 درصد یا 0.3 درصد گرم بر لیتر).
• سازه‌هایی که به طور مداوم خیس و خشک می‌شوند (پایه پل، سازه‌های موجود در نواحی جزر و مد و غیره).
• ساخت فاضلاب، شومینه، کارخانه‌های تولید مواد شیمیایی، منبع آب، آبگیر، برج خنک کننده و سازه‌های دیگری که احتمال تولید مواد شیمیایی در آن‌ها وجود دارد.

سیمان سرباره ای چیست و چه کاربردی دارد؟

از ترکیب کلینکر سیمان‌های پرتلند با سرباره کوره آهن گدازی، سیمان سرباره ای ساخته می‌شود. حداکثر 65 درصد از ترکیب این نوع از سیمان‌ها را سرباره تشکیل می‌دهد. به کارگیری سیمان‌های سرباره ای در موارد زیر مناسب است:

• ساخت سازه‌هایی با مقاومت بالا در برابر سولفات
• ساخت سازه‌های نزدیک به آب

سیمان آلومینا چیست و چه کاربردی دارد؟

سیمان آلومینا از ترکیب بوکسیت کلسینه (یکی از کانی‌های آلومینیوم) و آهک معمولی به همراه کلینکر در حین ساخت سیمان پرتلند معمولی به دست می‌آید. در این نوع سیمان، میزان آلومینیوم نباید کمتر از 32 درصد و نسبت وزنی آلومینیوم به آهک باید بین 0.85 تا 1.3 باشد. از کاربردهای اصلی سیمان‌های آلومینا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت سازه‌هایی که در معرض دمای بالا قرار دارند.
• ساخت سازه‌هایی کع در معرض یخ‌زدگی و واکنش‌های اسیدی قرار دارند.

سیمان سفید چیست و چه کاربردی دارد؟

سیمان سفید، مشابه سیمان‌های پرتلند معمولی اما به رنگ سفید است. در سیمان‌های سفید، اکسیدهای آهن و منگنز کمتری  مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل قیمت بالاتر این نوع از سیمان‌ها نسبت به سیمان‌های پرتلند معمولی، استفاده آن‌ها در ساخت و سازهای معمولی به صرفه نخواهد بود. سیمان‌های سفید در موارد زیر کاربرد دارند:

• ساخت آثار تزئینی
• ساخت حفاظ‌های جاده‌ای، کاشی‌کاری، ساخت استخر و غیره

سیمان رنگی چیست و چه کاربردی دارد؟

به منظور ساخت سیمان‌های رنگی، 5 تا 10 درصد از ترکیب سیمان‌های پرتلند معمولی با رنگ‌دانه‌های مناسب مخلوط می‌شود. نوع رنگ‌دانه‌های به کار رفته در سیمان‌های رنگی به نیاز اثر یا سازه در حال ساخت بستگی دارد. کاربرد اصلی این نوع سیمان‌ها در ساخت آثار تزئینی متنوع است.

سیمان هوادار چیست و چه کاربردی دارد؟

تحقیقات نشان داده‌اند که اضافه کردن هوا یا تشکیل حباب در هنگام به کارگیری سیمان‌ها باعث افزایش مقاومت در برابر یخ‌زدگی، آتش، پوسته پوسته شدن و آسیب‌های مشابه دیگر می‌شود. سیمان هوادار، نوع مخصوصی از سیمان‌ها است که حباب‌های ریز هوا را درون خود محبوس می‌کند. هوادار کردن سیمان، با ترکیب مواد هوادار با کلینکر (افزودن مواد رزینی به سیمان‌های پرتلند معمولی) صورت می‌گیرد.

یخ زدن آب درون بتن در دماهای پایین، باعث انبساط می‌شود. وجود حباب‌های هوا، از ترک خوردن بتن در حین انبساط آب جلوگیری می‌کند. البته، این ویژگی تاثیری بر روی افزایش مقاومت بتن ندارد. از کاربردهای اصلی سیمان‌های هوادار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت سازه‌های مختلف در آب و هوای هوای بسیار سرد
• افزایش مقاومت در برابر اثرات مخرب سولفات
• استفاده در ترکیبات دارای مواد شیمیایی یخ زدا

سیمان انبساطی چیست و چه کاربردی دارد؟

حجم سیمان‌های انبساطی در حین فرآیند هیدراتاسیون افزایش می‌یابد. این ویژگی به منظور جلوگیری از جمع شدگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربردهای اصلی سیمان‌های انبساطی عبارت هستند از:

• ساخت سازه‌هایی با عضوهای بتنی پیش تنیده
• درزگیری و پر کردن راک بولت‌های دوغابی
• ساخت سازه‌های مختلف هیدرولیکی (سد، کانال‌های انتقال آب و غیره)

سیمان‌های انبساطی دارای سه نوع هستند:

• سیمان انبساطی نوع K
• سیمان انبساطی نوع M
• سیمان انبساطی نوع S

سیمان انبساطی نوع K از چه موادی تشکیل می‌شود؟

مواد تشکیل دهنده سیمان‌های انبساطی نوع K عبارت هستند از:

• سیمان پرتلند
• سولفات تترا کلسیم تری آلومینات بدون آب (C₄A₃S)
• سولفات کلسیم (CaSO₄)
• آهک (CaO)

سیمان انبساطی نوع M از چه موادی تشکیل می‌شود؟

ترکیبات اصلی سیمان‌های انبساطی نوع M عبارت هستند از:

• کلینکرهای سیمان پرتلند
• سولفات کلسیم

سیمان انبساطی نوع S از چه موادی تشکیل می‌شود؟

سیمان‌های انبساطی نوع S از مواد زیر تشکیل می‌شود:

• کلینکرهای سیمان پرتلند
• سولفات کلسیم (به مقدار زیاد)
• تری کلسیم آلومینات (به مقدار زیاد)

سیمان ضد آب چیست و چه کاربردی دارد؟

به منظور جلوگیری از شروع فرآیند هیدراتاسیون در هنگام عملیات‌های انتقال یا نگهداری، موادی با غشا دافع آب مانند اسید اولئیک یا اسید استئاریک به کلینکر اضافه می‌شوند. این مواد شیمیایی، لایه‌ای را بر روی ذرات تشکیل می‌دهند که از ترکیب آب و شروع هیدراتاسیون جلوگیری می‌کند. هنگام مخلوط کردن سیمان و سنگدانه‌ (شن و ماسه) در میکسر، لایه محافظ شکسته شده و فرآیند هیدراتاسیون شروع می‌شود. این فرآیند، مقداری حباب هوا را درون ترکیب اضافه می‌کند. به این ترتیب، کارایی نیز افزایش می‌یابد. از کاربردهای اصلی سیمان‌های ضد آب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت سازه‌های آب نظیر سد، سرریز و ساز‌های زیرآبی
• ساخت سازه‌های زیرزمینی نظیر تونل‌ها