مقدمه

سیمان پرتلند یکی از مصالح ساختمانی اصلی و پرکاربرد است که به عنوان ماده‌ی چسباننده در بتن و ملات‌های ساختمانی استفاده می‌شود. این نوع سیمان  با ترکیب دقیق و کنترل‌شده‌ای از مواد معدنی مختلف تولید می‌گردد و به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردی که دارد، در ساخت و سازهای مختلف از جمله ساختمان‌های مسکونی،تجاری، صنعتی و پروژه‌های زیرساختی به کار می‌رود.

تنوع انواع سیمان پرتلند به دلیل نیازهای مختلف مهندسی و شرایط محیطی متفاوت ایجاد شده است. هر نوع سیمان پرتلند دارای ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی خاص خود است که آن را برای استفاده در شرایط و کاربردهای خاص مناسب می‌سازد.

از این رو، آشنایی با انواع مختلف سیمان پرتلند و کاربردهای هر کدام می‌تواند به مهندسان و معماران  کمک کند تا بهترین گزینه را برای پروژه‌های خود انتخاب کنند و از پایداری و دوام سازه‌های خود اطمینان حاصل کنند 

انواع سیمان پرتلند

سیمان پرتلند تیپ I (سیمان معمولی)  [ OPC] ( با نماد  پ – 1 )

سیمان پرتلند تیپ I که به آن سیمان تیپI  نیز گفته می شود، همان سیمان معمولی است که در شرایط آب و هوایی عادی مورد استفاده قرار می گیرد. از دیگر کاربردهای آن در پروژه هایی است که از نظر سولفات مشکل وجود نداشته

باشد.

به عبارت دیگر، بهتر است از این سیمان در مواردی که نیاز به خواص ویژه دیگر سیمان ها است به خصوص در محیط های خورنده حاوی یون های مهاجم بتن استفاده نشود. از این نوع سیمان می توان در ساخت پیاده رو، پل، پروژه های ساختمانی، روسازی جاده ها، ساخت مخازن و لوله های آب و … استفاده کرد.

سیمان پرتلند تیپ 1 با نماد (پ-۱) نشان داده شده و دارای سه نوع (325-1)، (425-1) و (525-1) می باشد

سیمان پرتلند نوع I  (کلاس 325-1 )

یا سیمان معمولی در مصارف عمومی و مواردی که هیچ گونه خواص ویژه ای مانند سایر انواع سیمان مورد نظر نیست

سیمان پرتلند نوع I  (کلاس 425-1 )

در مواردی که مقاومت فشاری بالاتر و فونداسیون های قوی تری مد نظر باشد استفاده می شود

سیمان پرتلند نوع I  ( کلاس  1-525  ) 

دارای بالاترین گرید مقاومتی میان انواع مختلف سیمان پرتلند تیپ I می باشد.

سیمان پرتلند تیپ II (سیمان اصلاح شده)  [ MPC] ( با نماد  پ – 2 )

براي كاربردهاي عمومي، به خصوص در مواردي كه مقاومت شيميايي متوسط در برابر سولفاتها مورد نياز است. بدلیل گرمای آبگیری ( هیدراتاسیون ) کمتر نسبت به سیمان پرتلند نوع یک , برای بتن ریزی در هوای نسبتا” گرم و همچنین برای بتن ریزی در سازه های بتنی نسبتا” حجیم مانند پایه های بزرگ پل ها , لوله ها و دیوارهای حایل سنگین مناسب است .

برای بتن ریزی در سازه های که در معرض حمله نه چندان شدید سولفات ها قرار دارند , مانند سازه های مجاور آبهای زیر زمینی که غلظت سولفات ها در آنها چندان شدید نیست , مورد استفاده قرار می گیرد . برای بتن ریزی در محیط های آلوده به املاح همزمان کلر و سولفات( نظیر سواحل خلیج فارس و دریای عمان) بکارمی رود.

در مواقعی که مقدار سولفات موجود در خاک مجاور بتن( برای مثال در خاک مجاور پی ها ) کمتر از 0.1 درصد باشد ,  می توان از سیمان تیپ I استفاده نمود ولی در مناطقی که دارای سولفات زیاد هستند باید از سیمان تیپ II یا  V استفاده کرد.

در مواقعی که سولفات بین 0.1 تا 0.2 درصد است باید از سیمان تیپ II و مواقعی که سولفات بین 0.2 تا 2 درصد است باید از سیمان تیپ V استفاده کرد

سیمان پرتلند تیپ III  (سیمان زود سخت شونده)   [RHPC] ( با نماد   پ-3 )

سخت شدن عبارت است از قابلیت تحمل بار , سخت شدن همان کسب مقاومت است. سیمان زود سخت شونده سیمانی است که زودتر به مقاومت می رسد و در مدت 3 روز مقاومتی برابر مقاومت 7 روزه همان سیمان تیپ I پیدا می کند باید توجه داشت این نوع سیمان از لحاظ زمان گیرش اولیه و نهایی تفاوتی با سیمان پرتلند معمولی ندارد .

برای ساختن سیمان تیپ III , دو کار صورت می گیرد:

1 – مقدار C₃S را زیاد می کنند یعنی مقدار سنگ آهک بیشتری بکار می برند . C₃S مقاومت اولیه را تامین می کند.

2 – در آسیاب نهایی , این تیپ را نرمتر از سیمان معمولی آسیاب می کنند . نرمی ذرات سیمان تیپ III نباید کمتر از   320( m²/g)  باشد در حالی که نرمی سیمان تیپ I برابر 280 ( m²/g) است.

بطور کلی روند سبک مقاومت سیمان تیپ III نسبت به سایر انواع سیمان پرتلند بسیار سریعتر است .

این خاصیت بعلت درصد بالای C₃S حدود 70 درصد ( وریزی بالای آن ) سطح مخصوص 320( m²/g)می باشد .

موارد مصرف سیمان تیپ III

1 – سیمان تیپ III با کسب سریع مقاومت , گرمای هیدراتاسیون بیشتری را نیز آزاد می کند .در نتیجه از این سیمان می توان در زمستان و در مواقعی که خطر یخ زدگی بتن زیاد است ( در هوای سرد) جهت کاهش دوره مراقبت و عمل آوری کنترل شده و جلوگیری از یخ زدگی بتن استفاده کرد .

2 – از سیمان تیپ III نباید در بتن ریزی های حجیم و یا در بتن ریزی در هوای گرم استفاده کرد .

3 – برای بتن ریزی های عمومی , در قطعاتی مانند ستون ها که مقاومت فشاری بتن مد نظر است ,
 می توان با استفاده از سیمان تیپ III بعد از یک روز قالب های بتن را باز کرد .زیرا در قطعات فشاری مثل  ستون ها مقاومت فشاری قطعه مد نظر است و مقاومت فشاری بتن زیاد است .بنابراین با استفاده از سیمان  تیپ III به جای تیپ I در ستون ها می توان هزینه قالب بندی را کاهش داد.

4 – بتن ریزی در شرایطی که قالب ها تا حد امکان باید زود باز شوند و یا سازه بایستی به سرعت مورد بهره برداری قرار گیرد.

5 – بتن ریزی در سازه هایی که به کمک قالب لغزان اجرا می شوند نظیر سیلوها و دودکش نیروگاهها

6 –  بتن ریزی قطعات پیش تنیده

7 – تعمیرات فوری بتن های آسیب دیده

8 – در قطعاتی مانند تیرها که بصورت خمشی عمل می کنند .در صورتی استفاده از سیمان تیپ III به جای سیمان تیپ I باید قالب ها باید برای مدت طولانی 7 روز باقی بمانند . علت این امر , پایین بودن مقاومت کششی بتن است . در نتیجه با بکار بردن سیمان تیپ III نمی توان هزینه قالب بندی تیرها را کاهش داد.

سیمان پرتلند تیپ IV ( با حرارت کم )    [ LHPC ]  (با نماد  پ – 4 )

این سیمان بعلت درصد کمتر ترکیبات C₃S و C₃A نسبت به سایر انواع سیمان پرتلند حرارت کمتری در حین هیدراتاسیون  تولید می کند و روند کسب مقاومت دیرتر حاصل می شود و مدت قالب بندی خیلی طولانی می شود. البته مقاومت نهایی بتن تحت تاثیر این امر واقع نمی شود 

موارد استفاده از سیمان تیپ IV

1 – بتن ریزی در هوای گرم

2 – بتن ریزی سازه های بتنی حجیم نظیر سدهای وزنی بزرگ )جهت جلوگیری از ایجاد تنش های حرارتی ( در سیمان پرتلند نوع IV , برای جبران کاهش مقاومت نهایی بتن ساخته شده با آن باید در صد  C₂S  C₄AF ,   در ترکیبات آن افزایش داده شود .

سیمان تیپ IV در سطح دنیا خیلی کم تولید می شود , دلیل این مهم مصرف اندک این نوع سیمان است. بنابراین تولید و مصرف این سیمان صرفه اقتصادی چندانی ندارد

سیمان پرتلند  تیپ  V (ضد سولفات)  [SRPC]   ( با نماد  پ – 5)

این نوع سیمان بدلیل اینکه نسبت به سایر انواع سیمان پرتلند ،  درصد کمتری C₃A در ترکیبات خود دارد و در برابر حمله  سولفات ها به بتن پایدار می باشد .  در صورت وجود مقادیر اضافی C₃A در ترکیبات شیمیایی سیمان , در محیط های آلوده به املاح سولفات در اثر ترکیب C₃A با نمک های سولفاتی ) که معمولا” سولفات های منیزیم و سدیم می باشند  (ترکیبی بنام سولفو آلومینات کلسیم ) اترنژیت یا اترنیگات یا میکروب سیمان ( بوجود می آید که در مقایسه با  مواداولیه تشکیل دهنده آن به میزان چندین برابر منبسط شده و در نتیجه موجب انبساط بیش از حد بتن و تخریب آن می شود .

بنابراین برای دستیابی به سیمان مقاوم در برابر چنین شرایطی باید مقدار C₃A در ترکیبات آن محدود گردد .

مبحث نهم مقررات ملی حداکثر مقدار C₃A را در سیمان پرتلند نوع V به 5 درصد وزن سیمان محدود نموده است . برای ساخت سیمان ضد سولفات باید مقدار C₃A را در سیمان کاهش داد.برای این منظور خاک رس را در فرآیند تولید سیمان کم می کنند و بجای آن از آهن و سیلیس استفاده می کنند در نتیجه هزینه تولید سیمان بالا می رود . درصد بالای C₄AF نیز اثر منفی بر مقاومت در برابر سولفات ها دارد .به همین علت مبحث نهم مقررات ملی حداکثر مقدار مجاز 2C₃A +C₄AF را برای سیمان پرتلند نوع(V ) به 25 درصد وزن سیمان محدود کرده است .

استفاده از سیمان نوع ( V ) در محیط های آلوده به املاح همزمان کلر و سولفات مجاز نمی باشد. زیرا کم بودن C₃A دراین نوع سیمان باعث آزادی عمل یون های کلرید شده که باعث خوردگی آرماتورها و فولادهای پیش تنیدگی مدفون دربتن می شود .