آشنایی با سیمان به عنوان عنصر اساسی بتن

نگاهی به تاریخچه و کاربرد سیمان:

این ماده به شکل پودر موجود است. پس از مخلوط کردن این ماده با آب، می توان از آن برای چسباندن عناصر مختلف به همدیگر استفاده نمود. سیمان دو ماده را بسیار محکم به هم وصل کرده و مانند یک چسب قوی عمل می کند. بدون استفاده از این ماده انجام بسیاری از ساخت و ساز ها غیر ممکن است. در دوران های مختلف انسان‌ها برای ایجاد بناها از مواد مختلفی استفاده می کردند. اولین بار این ماده توسط انگلیسی ها مورد استفاده قرار گرفت و آن را با نام سیمان پرتلند در کشورهای مختلف عرضه کردند.

اولین بار در ایران خارجی ها و ارمنی ها از این ماده برای ساخت کلیساها استفاده کردند. مواد اولیه آن به وفور در کشور ما وجود داشت. از سوی دیگر نیاز بالایی به سیمان وجود داشت؛ بنابراین طولی نکشید که اولین کارخانه آن در اطراف تهران راه اندازی شد. این ماده معمولاً با موادی مانند شن و ماسه یا خرده سنگ ترکیب می‌گردد. ماده پرکاربرد بتن، ترکیبی از این ماده با شن و ماسه است. همچنین ملات مورد نیاز برای سنگ تراشی را می توان با ترکیب آن با سنگ ریزه به دست آورد.

مواد تشکیل دهنده:

سیمان هیدرولیکی یا در اصطلاح عامیانه همان سیمان، ماده چسباننده مصالح سنگی روی بتن است. در ساخت آن از خاک رس و آهک استفاده می گردد و شامل مواد زیر است:

یکی از مقاوم ترین و کارامد ترین انواع آن با خاصیت چسبندگی سریع برای ایجاد ترکیبات بتنی، سیمان پرتلند است. به این دلیل نوع پرتلند، یکی از انواع رایج این ماده می باشد. این ماده ساختار هیدرولیکی دارد و از پودر کردن کلینکری که ترکیب اکسیدهای سیلیس، آلومینیوم و آهن است ساخته می شود. در کشور ما از ترکیب خاک رس دارای سیلیس، اکسید آهن، اکسید منیزیوم و آلومین با گل آهک برای ساخت آن استفاده می شود. برای ساخت آن از دو روش تر و خشک استفاده می گردد. این ماده می تواند رطوبت را به خود جذب کند؛ بنابراین باید از محلی خشک و فاقد رطوبت برای نگهداری آن استفاده شود. همچنین سولفات ها می توانند سبب خرابی آن شوند.

نقش نسبت آب به سیمان در کیفیت بتن:

وجود حفره ها در بتن می تواند سبب کاهش کیفیت آن شود. برای جلوگیری از به وجود آمدن حفره در بتن باید به میزان کافی آب به سیمان اضافه گردد. در غیر اینصورت مقاومت بتن کاهش یافته و تقریباً 1 درصد حفره هوا در بتن ایجاد می گردد.

با توجه به نمودار مشاهده می‌گردد که نسبت آب به سیمان دارای دامنه محدود و کوچکی است. بین مقاومت فشاری و نسبت سیمان به آب رابطه عکس وجود دارد. در نتیجه زمانی که نسبت سیمان به آب در نقطه حداقل است؛ مقاومت فشاری در نقطه حداکثر قرار می گیرد. اگر دانه های سنگی موجود در آن درشت باشند و میزان آب کمتر از حد کافی باشد؛ مقاومت بتن و در نتیجه کیفیت آن کاهش خواهد یافت. همچنین در این حالت چسبندگی بین سیمان و سنگ ریزه ها کاهش یافته و منجر به ترک خوردن بتن می گردد.

اولین بار در سال 1918 فردی به نام Duff A. Abrams مفهوم نسبت آب به سیمان را با نماد W/C مطرح کرد. یکی از قدیمی ترین فناوری های مربوط به بتن این مفهوم اساسی است. پس از انجام واکنش شیمیایی هیدراسیون بین سیمان و آب، بتن سفت می شود. برای آن که واکنش هیدراسیون کامل شود به ازای هر واحد سیمان حدود 0.35 واحد آب نیاز می باشد. البته ممکن است با رعایت این نسبت نیز ترکیب کامل نشود. در این صورت می توان 0.45 تا 0.60 نسبت آب را افزایش داد. برای افزایش مقاومت بتن در نسبت های کمتر، می توان از نرم کننده برای افزایش جریان پذیری استفاده کرد.

البته باید به این نکته توجه داشت که اگر میزان آب زیاد باشد می تواند سبب جداسازی ماسه و اجزای سنگ ریزه‌ها در مایه آن شود. در ضمن اگر در واکنش هیدراسیون میزان آب کاهش نیابد؛ کیفیت بتن کاهش یافته و منافذ و ترک هایی در آن ایجاد می شود. استفاده از آب بیش از حد در ترکیب، جمع شدگی را افزایش می دهد و سبب ایجاد ترک های داخلی و شکستگی خصوصاً در قسمت های گوشه می گردد. در این حالت مقاومت داخلی کاهش می یابد.