تحقیق در مورد سیمان پرتلند

بخشی از مقاله

سيمان چيست؟
از زمان باستان کاربرد مواد سیمانی سابقه ای طولانی دارد. مصریان قدیم از سنگ گچ ناخالص پخته استفاده می کردند. یونانی ها و رومی ها سنگ اهک پخته را بکار میبردند و بعدا افزودن اب ماسه خزه سنگ ریزه یا اجر و سفال های شکسته را به اهک اموختند و این اولین ساخت سیمان در تاریخ بود. ملات اهک در زیر اب سخت نمی شود لذا رومی ها اهک و خاکستری های اتشفشانی یا سفال های رسی پخته شده نرم را با هم اسیاب می کردند و برای ساختمان های زیر اب استفاده می نمودند.

سيمان ها مواد چسبنده اى هستند که قابليت چسبانيدن ذرات به يکديگر و بوجود آوردن جسم يک پارچه از ذرات متشکله را دارند. اين تعريف از سيمان داراى آن چنان جامعيتى است که مى تواند شامل انواع چسبها از جمله چسبهاى مايع که در چسبانيدن قطعات سنگ يا سنگ و فلزات به يکديگر بکار مى روند نيز بشود.

نمونه اى از اين چسبها در صنعت سيمان در کار گذاشتن آجر نسوز در کوره سيمان مورد مصرف دارد و خاصيت اصلى آن اين است که آجر نسوز ( که يک جسم سراميکى است ) را به بدنه کوره ( آهن ) مى چسباند، همچنين انواع سيمان هاى ديگر که در دندانپزشکى مورد مصرف دارند، از جمله چسب ها مى باشد. آنچه که از کلمه سيمان در اين متن مورد نظر است، آن نوع از سيمان ها است که داراى ريشه آهکى مى باشند. به عبارت ديگر سيمان هايى که ماده اصلى تشکيل دهنده آنها آهک و ماده اوليه اصلى آنها سنگ آهک است. بر اين اساس سيمان ترکيبى است از اکسيد کلسيم ( آهک ) با ساير اکسيدها نظير اکسيد آلومينيم، اکسيد سيليسيم، اکسيد آهن، اکسيد منيزيم و اکسيدهاى قليايى که ميل ترکيب با آب داشته و در مجاورت هوا و در زير آب بمرور سخت مى گردد و داراى مقاومت مى شود.

با توجه به مشخصه فوق سيمان مى تواند داراى ترکيبات متفاوتى باشد و اصولا جزو ملاتهاى آبى محسوب مى گردد. ملاتهاى آبى از دوران گذشته شناخته شده بودند، از جمله اين ملاتها آهک است که مصرى ها و يونانى ها با مخلوط کردن آن با خاکستر آتش فشانى، خاک آجر و آب به نوعى آهک آبى دست مى يافتند که خاصيت سخت شدن و فشار پذيرى داشت. با بکار بردن اين ساروج رومى ها توانسته اند ساختمانهاى عظيمى بسازند که هنوز بقاياى آنها پس از گذشت چند هزار سال پا بر جا و قابل مشاهده است.

ريشه کلمه سيمان
در رم قديم مخلوطى از خرده سنگ و آهک پخته درست مى کردند که از ترکيب اين مخلوط با آب، بتن حاصل مى گرديد و از اين بتن براى کارهاى ساختمانى استفاده مى شد. اين نوع ساختمانها را ( Opus Cdementitium ) مى ناميدند. به مرور کلمه Cementum به مخلوطهاى مورد استفاده در اين نوع ساختمان سازى اطلاق گرديد. منظور از Cementum نوع خاصى خرده سنگ بود که وقتى پودر آنها با آهک مخلوط مى گشت داراى خاصيت هيدروليکى بيشتر و به مرور در مجاورت هوا و در زير آب سخت مى گشت و داراى مقاومت قابل توجهى مى شد.
اين خرده سنگ ها يا از باقيمانده هاى آتشفشان ( خاکستر آتشفشانى ) بودند و يا از خرده آجرهاى کوره آجرپزى.

- تاريخچه کشف سيمان
با توجه به اشاره اى که به ريشه کلمه سيمان شد و با توجه به اينکه سابقه ساخت آهک به زمانه قديم ( بيش از دو هزار سال پيش ) بر مى گردد، مى توان ريشه و سابقه توليد سيمان ( منظور سيمان طبيعى) را چيزى در حد تاريخ توليد آهک دانست. در سيمان طبيعى از گرد حاصل از خاکستر آتشفشان و سنگهاى آتشفشانى ( Volcanic Tuff or Pozzolana ) و مخلوط کردن اين گرد با آهک شکفته استفاده مى شود.
تا پايان نيمه اول قرن هجدهم، عواملى که ايجاد خاصيت هيدروليکى و چسبندگى در برخى مواد مى کرد در پرده اسرار بود تا اينکه يک مهندس انگليسى به نام جان اسميتون به خواص مهم ترکيبات موجود در خاک رس و خاصيت سخت شدن اين ترکيبات پى برد. اين اکتشاف در سال 1765 و در موقعى که نامبرده بدنبال پيدا کردن مصالحى بود که داراى چسبندگى و مقاومت کافى در مقابل آب باشند، حاصل ماده اين مصالح براى تجديد بناى فانوس دريايى جان اسميتون ( Eddystone ) در نزديکى پليموت بود.
اسميتون در ساختن ملاتهاى آزمايشى خود، چند جور آهک مصرف کرد و از هر يک نمونه هايى ساخت، پس از آنکه نمونه ها خود را گرفت، آنها را زير آب گذاشت و با هم سنجيد و به اين نتيجه رسيد که بهترين آهک از پختن نوعى سنگ آهک به نام Glamorgan بدست مى آيد. از تجزيه اين سنگ آهک روشن شد که حاوى مقدارى خاک رس است. اين نکته سر نخ اکتشاف خواص هيدروليکى ترکيبات خاک رس بود. در حقيقت علت کشف فوق اين بود که اسميتون در ضمن تجزيه انواع آهک ها متوجه شد آن نوع آهکى که داراى باقيمانده محلول بيشترى در اسيد نيتريک باشد، داراى خاصيت هيدروليکى بيشترى مي باشد. اين باقيمانده ها ( Insoluble Residue ) به علت وجود کوارتز و خاک رس در سنگ آهک مورد استفاده جهت پخت آهک مى باشند.
در سال 1776 يک نفر انگليسى ديگر به نام James Parker سيمان هيدروليکى ديگرى ساخت و نام آنرا سيمان رومى ( Roman Cement ) گذاشت. اين سيمان ( آهک آبى ) از پختن قلوه سنگ هاى آهکى رسى ( گلاهک Septaria ) بدست آمد. اين سيمان در همان سال در انگلستان به ثبت رسيد.
اولين اقدم بشر که در زمينه تهيه مخلوط مصنوعى از سنگ آهک و خاک رس براى تهيه سيمان ( آهک آبى ) صورت گرفت در فرانسه و توسط ويکات ( Vicat ) در ابتدى قرن نوزدهم بود. ويکات، سنگ آهک و خاک رس را با هم مخلوط کرد و سپس به همراه آب اين مخلوط را آسياب نمود و دوغاب حاصله را پخت. گرچه نتيجه حاصله موفقيت آميز بود، ولى عملا در فرانسه اين روش ادامه داده نشده تا اينکه در انگلستان يک بناى آجرچين به نام ( Joseph Aspdin ) موفق شد از پختن مخلوطى از سنگ آهک و خاک رس ( به نسبت متفاوت و به صورت دوغاب ) در درجه حرارت بالا به نوعى آهک آبى فوق العاده جالب دست يابد. وى نام اين محصول به دست آمده را سيمان پرتلند ( Port Land Cement ) گذاشت و در 21 اکتبر 1824 ويليام اسپيدن سيمان اختراعى خود را به ثبت رسانيد.
علت اين نام گذارى هوشيارانه اين بود که بتن ( سنگ مصنوعى ) حاصل از اين آهک آبى و خرده سنگ شباهت هاى زيادى ( خصوصا از نظر رنگ ) با نوعى سنگ آهک داشت که در جنوب انگلستان و در جزيره پرتلند يافت مى شد. البته اين سيمان با آنچه هم اکنون به نام سيمان پرتلند معروف است تفاوت دارد و کاملا مشابه نيست.
کار اسپدين توسط پسرش ويليام ( William ) پيگيرى شد و نامبرده موفق گرديد در سال 1843 با دست يابى به تکنيک استفاده از درجات حرارت بالاتر و ايجاد حالت عرق کردن در حين پخت به محصولى دست يابد که درصد قابل توجهى از مواد مورد استفاده به صورت گداخته شده ( Sintered ) و مابقى به صورت پخته شده درآيد. منظور از گداخته شدن ( Sintering ) همان پختن در درجات حرارت بالاست، به طوريکه بخشى از مواد در حال پخت به صورت گداخته ( مذاب ) درآيند. سيمان ساخته شده توسط ويليام اسپدين واقعا بهتر و عالى تر از سيمان هاى قبلى بوده و داراى مقاومت بيشترى بود. از اين سيمان در ساختمان جديد پارلمان انگلستان ( 1840-1852 ) استفاده گرديد.

كلمه سيمان به هر نوع ماده چسبنده اي اطلاق مي شود كه قابليت به هم چسباندن و يكپارچه كردن قطعات معدني را دارا باشد. در شاخه مهندسي عمرانسيمان گردي است نرم جاذب اب چسباندن سنگ ريزه كه اساسا مركب از تركيبات پخته شده و گداخته شده اكسيد كلسيم ,اكسيد سيلسيم اكسيد الومينيوم و اكسيد اهن مي باشد. ملات اين گرد قادر است به مرور در مجاورت هوا یا در زیر اب سخت شود و در زیر اب در ضمن داشتن ثبات حجم مقاومت خود را حفظ نموده و در فاصله 28 روز زیر اب ماندن دارای حداقل مقاومت 250 کیلو گرم بر سانتی متر مربع گردد.
سوابق استفاده در ايران

در ايران از زمانه قديم در مناطق مرطوب، خصوصا مناطق شمالى خليج فارس از نوعى ساروج استفاده مى گرديد که داراى خواص هيدروليکى جالب و مقاومت فشارى بالايى بود. معروف ترين اين ساروج ها، ساروج خمير است که در بندر خمير تهيه مى گرديد. هنوز تاسيسات بندرى ساخته شده توسط اين نوع ملات در نقاطى مانند بندر لنگه و بندر بوشهر پا بر جا مى باشد.
اينکه از چه موقع مصرف سيمان در ايران باب شده است چندان مشخص نيست. ولى آنچه که مسلم است ورود سيمان به ايران توسط بيگانگان بوده است که از آن براى ساختن بناهايى نظير کليساها و سفارتخانه ها و تاسيسات بندرى استفاده شده است.

با شروع قرن چهاردهم هجرى شمسى، سرعت گسترش کارهاى زيربنايى آنچنان بود که کيفيت و کميت محصولات سنتى ساختمانى جواب گوى نيازها نبود. خصوصا با فکر احداث راه آهن دولتى، ضرورت کاربرد سيمان جهت ساختن پلها و تونلها و ايستگاه ها محسوس تر گرديد.
در ساختمان سد دز روى رود کارون که در زمان شاهپور دوم ساخته شد و بند مير که در زمان عضدالدوله ديلمى بنا گرديد، همچنين در ساختمان آب انبارهاى قديمى از ترکيبات مشابه سيمان استفاده‌هايى شده است.

توليد سيمان از سال 1313 آغاز شد و هر سال بيشتر مورد استقبال قرار گرفت بطوريکه در ده سال اخير مصرف سيمان ايران بيش از پنج برابر شده است.
اولين کارخانه در ايران

سيمان کالايى ارزان و سنگين مى باشد و مصرف آن وقتى ممکن، مقرون و به صرفه است، که محل توليد و مصرف تا حد امکان نزديک به يکديگر باشند. در ابتداى ساخت تاسيسات راه آهن مقادير قابل توجهى سيمان از خارج وارد گرديد و سپس تصميم بر اين شد که با توجه به وفور مواد اوليه سيمان در ايران از محل عوايد حاصل از قند و شکر اقدام به تاسيس يک کارخانه 100 تنى سيمان شود. در سال 1310 اين تصميم به مرحله اجرا در آمد و مطالعات اوليه زمين شناسى منجر به انتخاب محلى واقع در 7 کيلومترى جنوب تهران و در نزديکى کوه بى بى شهربانو گرديد.
کار احداث کارخانه در بهمن ماه 1312 در دامنه کوه سرسره به پايان رسيد و بلافاصله بهره بردارى از آن به نام کارخانه سيمان رى شروع گرديد.

اولين کارخانه سيمان در ايران سيمان رى
با گذشت زمان و فزونى کارهاى عمرانى توليد اين کارخانه جوابگوى نيازها نبود و لذا در سال 1314 کارخانه ديگرى با ظرفيت روزانه 200 تن خريدارى گرديد و در سال 1315 در جوار کارخانه قبلى عمليات ساختمانى آن شروع و در سال 1316 بهره بردارى از واحد دوم آغاز گرديد.
در ابتداى ورود و توليد سيمان در ايران، استقبال عامه از اين محصول معجزه گر زياد نبود و تمايل مردم بيشتر به استفاده از محصولات سنتى بود. به مرور با شناخت خواص استثنايى سيمان تقاضا براى مصرف آن بالا رفت لذا تصميم به خريدارى يک واحد 300 تنى ديگر گرفته شد. به علت مواجهه با جنگ جهانى دوم، خصوصا اينکه کارخانه خريدارى شده از آلمان بود و کشور آلمان درگير جنگ، از اين رو امکان ارتباط با آلمان وجود نداشت. بدليل جنگ، کارها در مرحله ساختمان متوقف ماند. چند سال بعد پس از خاتمه جنگ ، در سال 1330، مجددا با کمپانى سازنده ( پولى زيوس ) رابطه برقرار شد و در نتيجه با ادامه و تکميل کارهاى باقيمانده، نهايتا در نيمه دوم سال 1334 واحد سوم سيمان رى به بهره بردارى رسيد.

قبل از جنگ دوم جهانى فکر احداث کارخانجات سيمان در ديگر مناطق کشور ايران اوج گرفت ولى بدليل بروز جنگ و مشکلات ناشى از عوارض جنگ عملا در اين زمينه توفيقى حاصل نشد. در فاصله سالهاى 1330 تا 1340 واحدهاى مشروحه زير به بهره بردارى رسيده بودند:
سيمان رى - سيمان فارس - سيمان تهران - سيمان مشهد - سيمان درود - سيمان اصفهان - سيمان شمال - سيمان لوشان .
ظرفيت توليد سالانه اين واحدها جمعا حدود 900000 تن بود.
اینکه از چه موقع مصرف سیمان در ایران باب شده است چندان مشخص نیست. ولی انچه که مسلم است ورود سیمان به ایران توسط بیگانگان بوده است که از ان برای ساختن بناهایی نظیر کلیسا ها و سفارتخانه و تاسیسات بندری استفاده شده است.
با شروع قرن چهاردهم هجری شمسی سرعت گسترش کارهای زیر بنایی انچنان بود که کیفیت و کمیت محصولات سنتی ساختمانی جوابگوی نیازها نبود.
خصوصه با فکر احداث راه اهن دولتی ضرورت کاربرد سیمان جهت ساختمان پلها و تونلها و ایستگاهها محسوس تر گردید.
سیمان کالا یی ارزان و سنگین میباشد و مصرف ان وقتی ممکن و مقرون به صرفه است که محل تولید و مصرف تا حد امکان نزدیک به یکدیگر باشند. در ابتدای ساخت تاسیسات راه اهن مقادیر قابل توجهی سیمان از خارج وارد گردید و سپس تصمیم بر این شد که با توجه به وفور مواد اولیه سیمان در ایران از محل عواید حاصل از قند و شکر اقدام به تاسیس یک کارخانه 100 تنی سیمان شود. در سال 1310 این تصمیم به مرحله اجرا درامد و مطالعات اولیه زمین شناسی منجر به انتخاب محلی واقع در 7 جنوب تهران و در نزدیکی کوه بی بی شهربانو گردید. کار احداث کارخانه در بهمن ماه 1312 در دامنه کوه سرسره به پایان رسید و بلافاصله بهره برداری از ان بنام کارخانه سیمان ری شروع گردید.
با گذشت زمان و فزونی کار های عمرانی تولید این کارخانه جوابگوی نیازهها نبود و لذا در سال 1314 کار خانه دیگری با ظرفیت روزانه 200 تن خریداری گردید و در سال 1315 در جوار کار خانه قبلی عملیات ساختمانی ان شروع و در سال 1316 بهره برداری از واحد دوم اغاز گردید.
در ابتدای ورود و تولید سیمان در ایران استقبال عامه از این محصول معجزه گر یاد نبود و تمایل مردم بیشتر به استفاده از محصولات سنتی بود. به مرور با شناخت خواص استثنایی سیمان تقاضا برای مصرف ان بالا رفت لذا تصمیم به خریداری یک واحد 300 دیگر گرفته شد. بعلت مواجهه با جنگ جهانی دوم خصوصا ینکه کارخانه خریداری شده از المان بود و کشور المان درگیر جنگ از اینرو امکان ارتباط با المان وجود نداشت. بدلیل جنگ کارها در مرحله ساختمان متوقف ماند.
چند سال بعد از خاتمه جنگ در سال 1330 مجددا با کمپانی بازنده رابطه برقرار شد و در نتیجه با ادامه و تکمیل کارهای باقیمانده نهایتا در نیمه سال 1334 واحد سوم سیمان ری به بهره برداری رسید.
قبل از جنگ دوم جهانی فکر احداث کارخانجات سیمان در دیگر مناطق کشور ایران اوج گرفت ولی بدلیل بروز جنگ و مشکلات ناشی از عوارض جنگ عملا در این زمینه توفیقی حاصل نشد. در فاصله سالهای 1330 تا 1340 بود که بمرور پروزه های سیمان صورت عینیت یافت و در نتیجه در حوالی سال 1340 واحد های مشروحه زیر بهره برداری رسیده بودند:
سیمان ری سیمان فارس سیمان تهران سیمان مشهد سیمان درود سیمان اصفهان سیمان شمال سیمان لوشان. ظرفیت تولید سالانه این واحد ها جمعا حدود 900000 تن بود.
روشهاى ساخت سيمان
روشهاى مختلفى براى توليد سيمان وجود دارد. اصولا چهار روش براى توليد سيمان وجود دارد :
1- روش تر
2- روش نيمه تر
3- روش نيمه خشک
4- روش خشک
- روش تر و نيمه تر

در روش تر و نيمه تر خاک رس مصرفى در دستگاه دوغاب ساز ( Wash mill ) ، تبديل به دوغاب مى گردد. سپس دوغاب خاک رس به همراه سنگ آهک در آسياب مواد خام مخلوط و نرم گشته و تبديل به دوغاب با غلظت بيشترى مى شود. پس از تنظيمات لازم توسط آزمايشگاه، بعنوان خوراک کوره مورد مصرف قرار مى گيرد. در روش نيمه تر، مواد خروجى از آسياب مواد به صورت دوغاب است و قبل از ورود به کوره بوسيله فيلتر پرس آب آن گرفته مى شود و بصورت کيک يا آماج ( حبه ) به کوره تغذيه مى گردد.
- روش نيمه خشک

در روش نيمه خشک مواد اوليه بصورت خشک با يکديگر مخلوط گشته و به آسياب مواد خام تغذيه مى گردند. مواد خروجى از آسياب مواد به صورت پودر است. قبل از تغذيه اين پودر به کوره مقدارى آب روى آن پاشيده مى شود و آن را به صورت آماج يا حبه در آورده و به کوره تغذيه مى نمايند.

- روش خشک
در روش خشک مواد اوليه خشک وارد آسياب مى شود. پودر خروجى از آسياب مواد، پس از تنظيم، به عنوان خوراک کوره مصرف مى گردد.
روشهاى مختلفى براى توليد سيمان هاى مختلف وجود دارد که عمدتا بستگى به تکنولوژى مورد استفاده و جنس سيمان دارد، تکنولوژى مورد استفاده براى توليد سيمان به مرور دستخوش تحول و پيشرفت بوده است. هم اکنون صنعت سيمان با برخوردارى از آخرين تکنيک هاى اعجاب انگيز، با استفاده از روش خشک و به کمک سيستم هاى اتوماتيک، شاهد پيشرفت هاى شگرف در طول تاريخ 160 ساله توليد صنعتى خود مى باشد. روش توليد برخى سيمان ها نظير سيمان آلومينايى کاملا متفاوت با روش توليد سيمان پرتلند مى باشد.
مراحل ساخت سيمان

شرح کامل مراحل ساخت سيمان نياز به حوصله و زمان زيادى دارد، براى همين منظور تنها به نام بردن آنها اکتفا مى کنيم.
1- مواد اوليه سيمان پرتلند
مواد اوليه سيمان پرتلند اساسا شامل مواد آهکى و رسى مى باشند. بدين معنى که در تهيه سيمان پرتلند از مواد خامى استفاده مى شود که حاوى کربنات کلسيم و ترکيبات آلومينيوسيليکات ها باشند.
2-استخراج مواد اوليه
معادن مواد اوليه سيمان، خصوصا سنگ آهک، خاک رس، مارل، سنگ گچ و امثال آنها به صورت معدن رو باز مى باشد. در استخراج موادى نظير سنگ آهک، سنگ آهن و سنگ گچ نيز به چال زنى و انجام انفجار بوسيله ديناميت مى باشد.
3-خرد کردن مود اوليه

الف) سنگ شکن هاى متحرک
ب) سنگ شکن هاى ثابت
4- مخلوط کردن اوليه و ذخيره سازى
قبل از اينکه مواد خرد شده در سنگ شکن، راهى آسياب مواد جهت پودر شدن شوند، بداخل سالنى ريخته مى شوند تا بدينوسيله هم مقدمتا با يکديگر مخلوط شوند و هم اينکه، اين سالن نقش انبار و ذخيره سازى را دارا است.

5- خشک کردن مواد اوليه
در برخى کارخانجات سيمان، بدليل موقعيت خاص جغرافيايى و باران خيز بودن منطقه برخى از مواد اوليه (خصوصا خاک رس) ، داراى رطوبتى هستند که استفاده مستقيم از آنها امکان پذير نمى باشد.
6- پودر کردن مخلوط مواد خام
در روش خشک توليد سيمان، ضرورت دارد که مواد خام قبل از ورود به کوره به صورت پودر در آيند.
الف) آسياب مواد خام گلوله اى
ب) آسيابهاى غلطکى
7- تنظيم مواد خام
8- سيلوهاى مواد خام

عمل عمده اى که در يکنواخت کار کردن کوره و بالا بردن کيفيت کلينکر و در نهايت سيمان موثر است، يک نواختى ترکيب خوراک کوره، خوب مخلوط شدن و همگن بودن آن مى باشد.
9- پيش گرم کن
10- کوره دوار
قسمت اصلى عمل پختن در کوره صورت مى گيرد. کوره سيمان، يک استوانه فلزى است که طول و قطر آن، متناسب با ظرفيت کارخانه مى باشد.
11- خنک کن ( کولر )
کلينکر خروجى از کوره داراى درجه حرارتى حدود 1000 تا 1200 درجه مى باشد. بازيابى اين مقدار حرارت و همچنين مشکل بودن جابجا کردن کلينکر داغ، ضرورت سرد کردن آنرا ايجاب مى نمايد. خاصيت اساسى ديگر سرد کردن کلينکر، تکميل و تشکيل کريستالهاى کلينکر و بالا رفتن کيفيت آن مى باشد.
12- سيلو ( انبار ) کلينکر

کلينکر خروجى از خنک کن قبل از ورود به آسياب سيمان، در سيلو، يا انبار، يا سالن ذخيره مى گردد.
13- آسياب سيمان
14- سيلوهاى سيمان
15- بارگير خانه
16- نماى کلى خط توليد سيمان

|


انواع سيمان
ساختمان شيمياي سيمان پرتلند
سيمان پرتلند يكي از مصالح چسبنده آبي (هيدروليك)‌ است كه در آب و هوا سخت مي‌شود. اين سيمان محصول آسياب كردن مخلوطي از آهك و رس است كه بر اثر حرارت به خوبي پخته شده‌اند.
وجود رس نشان‌دهنده وفور سيليكات كلسيم در كلينكر است كه مخلوطي از مواد اوليه است كه حرارت ديده و گداخته شده‌اند و به صورت گلوله‌هايي به قطر 40-10 ميليمتر درآمده‌اند. كيفيت كلينكر بيان كننده مشخصات سيمان است كه مقاومت‌هاي بدست آمده، دوم و تحمل شرايط مختلف از آن جمله‌اند.

براي كنترل زمان خودگيري سيمان در هنگام آسياب كردن كلينكر، آن را با 5/3-5/1درصد وزني گچ مخلوط مي‌نمايند. برچسب نياز ممكن است سيمان به همراه خود تا 15% وزني افزودني‌هاي مورد لزوم داشته باشد. كيفيت كلينكر بستگي به خصوصيات شيميايي و معدني مواد اوليه و تركيب آنها دارد. كلينكر سيمان پرتلند بوسيله مخلوطي از سنگ آهك و خاك رس تهيه مي‌شود.
سنگ آهك عمدتاً از دو اكسيد CaO, Co2 تشكيل شده است، در حالي كه خاك رس شامل انواع اكسيدهاي مواد معدني است (SiO3, Al2O3, Fe2O3) و اكسيدهاي منيزيم و اكسيدهاي قليايي هم در كلينكر موجودند كه حضور آنها كيفيت سيمان را به شدت كاهش مي‌دهد.
توليد سيمان پرتلند:

سيمان پرتلند معمولاً از مخلوط سنگ آهك و خاك رس كه به كمك ميزان معين از مواد افزودني كه اكسيدهاي موردنظر را تامين مي‌كند، تهيه مي‌شود (78-75درصد كربنات كلسيم و 25-22درصد مواد رسي).
روند توليد سيمان پرتلند:
تهيه مواد اوليه و تكميل كمبودها ← گداختن مخلوط ← آسياب نمودن كلينكر بدست آمده به همراه مواد افزودني مورد نياز.
دو راه براي توليد سيمان پرتلند:
1. روش تر 2. روش خشك

الف) روش تر: مواد اوليه به كمك آب مخلوط مي‌شوند، خمير شده و پخته مي‌شوند كه به علت كيفيت بالاي محصول ترجيح داده مي‌شود.
ب) روش خشك: مصالح به صورت خشك مخلوط و گداخته مي‌شوند.
در آسياب كلينكر با نسبت متناسب گرد گچ مخلوط و آسياب مي‌شود و سيمان بدست آمده از سيلوها به سمت بخش بسته‌بندي هدايت مي‌شود.
سيمان معمولاً در كيسه‌هايذ 50 كيلويي كه داراي حجم تقريبي 30 دسي‌مترمكعب است، بسته‌بندي مي‌شود. براي كارهاي بزرگ ساختماني چون پل‌ها و سدهاي بتني، سيمان را مي‌توان به صورت فله با كاميون‌هاي داراي مخزن مخصوص حمل كرد و در سيلوهاي سيمان انبار نمود.

خودگيري و سخت شدن مخلوط‌هاي سيماني:
زماني كه سيمان با آب مخلوط شود، واكنش شيميايي آغاز مي‌شود. بر روي سطح هر دانه سيمان، محصولات حاصل از هيدراته شدن پديد مي‌آيد كه بر اثر اتصال اين هيدرات‌ها به يكديگر تمام دانه‌ها به هم ارتباط مي‌يابند.

خودگيري مخلوط سيماني به نسبت‌هاي اختلاط و شرايط هوا كه معمولاً حدود 3 ساعت پس از جا دادن و متراكم كردن مخلوط انجام مي‌شود.
بايد درنظر داشت كه در اين مرحله مخلوط سيماني مقاومت بسيار كمي دارد و به آساني آسيب‌پذير است. واكنش‌هاي شيميايي ادامه يافته و بتن سخت‌تر و مقاوم‌تر مي‌شود. بيشتر واكنش‌ها و همچنين كسب مقاومت در ماه اول سن بتن به عنوان يك مخلوط سيماني صورت مي‌پذيرد، ولي تا سال‌هاي زيادي به كندي ادامه مي‌يابد.
عوامل موثر در خودگيري سيمان
تركيبات شيميايي:

تغيير ميزان مواد متشكله سيمان موجب دگرگوني در سرعت خودگيري آن مي‌شود.
مقدار پخت:
سيمان پخته تاب ملاتش كم است و همچنين سيماني كه بيش از حد حرارت ديده باشد، كنتر هيدراته مي‌شود.
حرارت محيط:

با افزايش حرارت محيط خودگيري سيمان تسريع مي‌يابد. مخلوط‌هاي سيماني نبايد در مدت خودگيري در حرارت كمتر از 2 درجه سانتيگراد قرار گيرند، مگر اينكه پيشگيري‌هاي مربوطه انجام شده باشد. در اينگونه موارد مي‌توان از آن دسته سيمان‌هايي كه از خود حرارت بيشتري بروز مي‌دهند، استفاده كرد و سعي در حفظ حرارت كرد.
استفاده از مخلوط‌هاي سيماني در حجم‌هاي بزرگ باعث بروز حرارت زيادي خواهد شد كه زيا‌ن‌آور مي‌باشد.
در اينگونه موارد از سيمان‌هايي كه حرارت كمتري در هنگام خودگيري از خود پس مي‌دهند، استفاده مي‌شود.
مدت انبار:
هر چه بين زمان پختن سيمان و استفاده از آن طولاني‌تر باشد، خودگيري نيز كندتر است.
آب:

آب همراه با املاحي چون گچ، خودگيري سيمان را كند مي‌كند. به همين ترتيب مواد شيميايي موجود در آب هر يك به نحوي در مشخصات محصولات سيماني موثرند. آب مورد استفاده در مخلوط سيماني بايد بي‌بو، بي‌طعم و رنگ و به مقدار مناسب باشد.
عوامل موثر در سخت شدن و استحكام سيمان:
مقدار آب:
آب مصرفي محصولات سيماني به 3 بخش تقسيم مي‌شود:

1. به ميزان 25%وزن سيمان با آب تركيب مي‌شود.
2. به ميزان 15% وزن سيمان به شكل لعاب در ملات مي‌ماند.
3. باقي در فضاي بين ذرات باقي مي‌ماند و به مرور تبخير مي‌شود.
آب و هواي بجاي مانده در محصولات سيماني، آن را پوك و از تاب آن مي‌كاهد. از اين رو نبايد در ساختن ملات آب اضافي مصرف كرد. مقدار آب همراه با آن بستگي به عوامل مختلفي چون گرماي هوا، شكل دانه‌هاي پركننده و زمان مصرف دارد.

مقدار سيمان:
تغيير مقدار سيمان باعث تغييرات در مقاومت فشاري آن مي‌گردد.
زمان:
هرچه محصول سيماني بيشتر در محل محفوظي باقي بماند، مقاومت آن بيشتر مي‌شود. بتن حاصل از سيمان پرتلند معمولي در شرايط پس از 3 روز و پس از 28 روز، 86% مقاومت نهايي را پيدا مي‌كند.
تركيبات شيميايي:
هرچه مقدار تركيبات مواد اوليه سيمان دقيق‌تر باشد، مقاومت بيشتري حاصل خواهد شد. تركيبات گوگردي، قليايي و اكسيد منيزيم تاثير مخربي در مقاومت محصول سيماني دارند.
شرايط محيطي:
هرچه ميزان حرارت و فشار در هنگام سخت شدن بتن بيشتر باشد، مقاومت آن بيشتر خواهد شد، اما افزايش بيش از حد آن باعث سقوط مقاومت بتن مي‌شود. افزايش حرارت باعث تبخير آب در بتن و پوك شدن آن مي‌شود. به همين دليل آن را مرطوب نگهداري مي‌كنند.

وزن مخصوص:
هرچه هواي مخلوط سيماني بيشتر خارج شود و وزن مخصوص بيشتري داشته باشد، مقاومت بالاتري بدست خواهد آمد.

ميزان اختلاط:
مخلوط‌هاي سيماني را به نسبت‌هاي حجمي تهيه مي‌نمايند. گرچه اعمال نسبت‌هاي وزني از دقت بيشتري برخوردار است. بطور مثال ملات ماسه سيمان 1:6، مخلوطي است شامل يك قسمت سيمان و شش قسمت ماسه شسته به همراه آب و يا بتن 1:2:3، شامل يك حجم سيمان، دو حجم ماسه و سه حجم شن مي‌باشد.
مقدار آب با ميزان رطوبت دانه‌هاي سنگي و شكل آنها، حرارت هوا، نوع سيمان و مكان مصرف و نوع مصرف متناسب است.
انواع سيمان:

سيمان پرتلند معمولي (نوع 1):
بيشتري كاربرد را دارد و براي ساخت بتن جهت ساختمان‌ها، جاده‌ها و كليه كارهايي كه نياز به خواص ويژه‌اي نيست، مصرف مي‌گردد. كسب مقاومت اين نوع سيمان براي كليه كارهاي بتني به اندازه كافي سريع است.
در برابر اسيدها و سولفات‌ها صدمه مي‌بيند، لذا در شرايطي كه در مقابل اين عوامل قرار مي‌گيرد، قابل بهره‌برداري نيست.
سيمان پرتلند ممتاز (نوع 2):
همانند پرتلند معمولي است، با اين تفاوت كه مواد اوليه آنرا با دقت بيشتري تهيه و استفاده مي‌كنند و بيشتر آسياب مي‌كنند. خيلي سريع خود را مي‌گيرند و به سرعت سخت مي‌شوند و مقاومت بيشتري در برابر هجوم سولفات‌ها از خود نشان مي‌دهند.
سيمان پرتلند زودگير (نوع 3):

از لحاظ شيميايي مشابه سيمان پرتلند معمولي است و به علت ريز بودن ذرات آن باعث سريع و مقاومت در اوايل سن بتن مي‌شود. واژه زودگير نبايد با خودگيري سريع اشتباه گردد. در بتني كه با سيمان پرتلند زودگير ساخته مي‌شود، خودگيري اوليه مشابه پرتلند معمولي است، ولي پس از خودگيري اوليه، سرعت كسب مقاومت بتن بيشتر مي‌شود. اين سرعت كسب مقاومت باعث مي‌شود كه قالب‌برداري در زمان كوتاهتري انجام پذيرد. به همين دليل اين نوع سيمان بيشتر در كارخانه‌هاي قطعات پيش ساخته يا زماني كه در كارگاه كار بايد با سرعت انجام پذيرد، مصرف مي‌گردد.
اين نوع سيمان به دليل آنكه نسبت به سيمان پرتلند معمولي حرارت بيشتري توليد مي‌كند، مصرف آن در هواي سرد توصيه مي‌شود و اثر منفي دماي پايين در بتن را خنثي مي‌كند.
سيمان پرتلند كم‌حرارت (نوع 4):

روند كسب مقاومت آن به آهستگي صورت مي‌گيرد و همانطور كه از نام آن پيداست، مقدار حرارت توليد شدن توسط آن نسبت به سيمان پرتلند معمولي كمتر است. به اين دليل مصرف آن براي بتن‌ريزي با حجم زياد مانند سدها، يعني جايي كه كم شدن حرارت بتن امري حياتي است، الزامي مي‌باشد.
سيمان پرتلند سولفات (نوع 5):

در اين نوع سيمان، اصلاح مواد اوليه و كاهش آلومينات كلسيم باعث مي‌شود تا مقاومت بهتري در مقابل تهاجم شيميايي ناشي از سولفات‌ها در شرايط مرطوب در پساب‌هاي صنعتي آجرهاي رسي و همچنين شرايط قليايي از خود نشان دهد.

رنگ آن كمي تيره‌تر است و بطور كلي سيمان ضدسولفات براي بتن‌هايي كه در معرض سولفات قرار دارند، مانند‌ آب دريا، خاك يا آب زيرزميني داراي سولفات مصرف مي‌شود.
چنانچه از سيمان پرتلند ضدسولفات استفاده مي‌شود، مقدار آن نبايد كمتر از 280 كيلوگرم در مترمكعب باشد (براي بتن با حداكثر اندازه سنگدانه، 20 ميلي‌متر) و نسبت به سيمان نبايد بيش از 55% در نظر گرفته شود. بسته به افزايش مقاومت نسبت سيمان آن افزايش مي‌يابد (بدون تغيير در ميزان آب).
اين سيمان نسبت به سيمان پرتلند معمولي كندتر به سختي نهايي مي‌رسد و مقدار كمتري حرارت توليد مي‌كند كه براي بتن‌ريزي حجيم و مقاطع ضخيم به علت توليد حرارت كمتر، مصرف اين نوع سيمان مناسب است.

سيمان پرتلند روباره آهنگدازي (سرباره):
از آسياب شدن مخلوطي از كلينكر سيمان پرتلند معمولي و روباره كوره آهن‌گدازي ساخته مي‌شود. براي كليه مواردي كه سيمان پرتلند معمولي استفاده مي‌شود، قابل مصرف است، اما كسب مقاومت اوليه آن كندتر صورت مي‌گيرد، بخصوص اگر هوا سرد باشد. بنابراين در مواقعي كه قالب‌برداري در زمان كوتاهتري انجام مي‌پذيرد، ممكن است مصرف اين سيمان مناسب نباشد.
سيمان پرتلند سرباره يك سيمان كم حرارت است و مانند سيمان ضدسولفات براي كاهش حرارت در قطعات ضخيم به عنوان يك مزيت مي‌توان آن را مصرف نمود.
مقاومت آن در برابر تهاجم مواد شيميايي بيش از سيمان پرتلند معمولي است.
سيمان پرتلند سفيد:

از مواد خاصي ساخته مي‌شود كه داراي آهن و منگنز بسيار كمي است.
مصرف آن محدود به جايي است كه نياز به نما با رنگ سفيد يا روشن باشد و معمولاً همراه با سنگدانه‌هاي مخصوصي استفاده مي‌شود.
قيمت آن دو برابر پرتلند معمولي است. بنابراين در تمام مراحل كار، انتقال و مخلوط كردن بايد رعايت احتياط به عمل آيد تا از آلودگي آن جلوگيري گردد.
خواص گيرش و كسب مقاومت اين نوع سيمان مشابه سيمان پرتلند معمولي است.
سيمان پرتلند بنايي:

براي ساخت ملات و آجر و اجراي كارهاي بنايي نازك‌كاري است. از اين سيمان نبايد براي ساخت بتن استفاده كرد. اين نوع سيمان از سيمان پرتلند معمولي و مقدار پودر سنگ بسيار ريز و پر كننده و مواد حباب‌ساز ساخته مي‌شود و بدون اينكه نيازي به آهك باشد، مي‌توان از آن ملاتي با كارايي مناسب ساخت.
سيمان پرتلند ضدرطوبت:

مشابه سيمان پرتلند معمولي است كه مقدار ماده مضاف دافع آب به آن اضافه شده است. خواص آن همانند پرتلند معمولي است و به همان صورت مصرف مي‌شود.
مزاياي عمده اين نوع سيمان، موقعي است كه در پشت لايه نازك‌كاري استفاده گردد تا عمل مكش آب كنترل شود و كاهش يابد و لايه نازك‌كاري آب خود را پس ندهد.