مبحث ۵ — مصالح و فرآورده‌های ساختمانی
درسنامه — سیمان هیدرولیکی
خلاصه‌یِ بندهایِ ۵-۲، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
تعریف (۵-۲-۱)
•سیمانِ هیدرولیکی، ماده‌یِ چسباننده‌ای است که در هوا و در مجاورتِ آب، و حتی در جایی که هوا نیست، گیرش حاصل می‌کند و سخت می‌شود.
•این ماده در ساختنِ بتن و ملات‌هایِ سیمانی به کار می‌رود؛ سیمان در واکنش با آب سخت می‌شود و جسمی یکپارچه تشکیل می‌دهد.
انواعِ سیمانِ پرتلند (۵-۲-۲-۱)
•سیمانِ پرتلند از آسیاب‌کردنِ کلینکر و سنگ‌گچ (یا سولفاتِ کلسیمِ متبلورِ خام) مطابقِ استانداردِ ملیِ ایران شماره‌یِ ۳۸۹ تولید می‌شود و در پنج نوع (۱ تا ۵) طبقه‌بندی می‌گردد.
•نوعِ یک (I) — سیمانِ پرتلندِ معمولی، نمادِ «پ-۱» — بر اساسِ مشخصاتِ مکانیکیِ ملاتِ استاندارد به سه زیرنوعِ ۳۲۵-۱، ۴۲۵-۱ و ۵۲۵-۱ تقسیم می‌شود که به‌ترتیب حداقلِ مقاومتِ ملاتِ استانداردِ ۲۸‑روزه‌شان برابرِ ۳۲۵، ۴۲۵ و ۵۲۵ کیلوگرم بر سانتی‌مترمربع (معادلِ ۳۲٫۵، ۴۲٫۵ و ۵۲٫۵ مگاپاسکال) است.
•نوعِ دو (II) — سیمانِ پرتلندِ اصلاح‌شده، نمادِ «پ-۲». نوعِ سه (III) — سیمانِ زودسخت‌شونده، نمادِ «پ-۳». نوعِ چهار (IV) — سیمانِ با حرارت‌زاییِ کم، نمادِ «پ-۴». نوعِ پنج (V) — سیمانِ مقاوم در برابرِ سولفات، نمادِ «پ-۵».
سیمان‌هایِ آمیخته (۵-۲-۲-۲)
•سیمان‌هایِ آمیخته، جزءِ اصلی‌شان کلینکرِ سیمانِ پرتلند است به‌همراهِ موادِ مناسب (پوزولانِ طبیعی/مصنوعی یا موادِ افزودنیِ ویژه) به‌جایِ بخشی از سیمانِ پرتلند؛ انواعِ معمول در ایران: پوزولانی، سرباره‌ای، بنایی، آهکی (PKZ)، و پرتلندِ مرکبِ الف-۳۲٫۵.
•سیمانِ پرتلندِ پوزولانی (استانداردِ ۳۳۳۲) دو گروه دارد: «پ.پ» با پوزولانِ ۵ تا ۱۵ درصدِ وزنیِ سیمان، و «پ.پ.و» (ویژه) با پوزولانِ بیش از ۱۵ تا ۴۰ درصد — این نوعِ اخیر معمولاً برایِ بتن‌هایِ در معرضِ تهاجمِ شیمیایی و بتن‌هایِ حجیم به کار می‌رود، حرارتِ هیدراتاسیونِ کم دارد و مقاومتِ فشاریِ اولیه‌اش (تا سه روز) کم است.
•سیمانِ پرتلندِ سرباره‌ای (استانداردِ ۳۵۱۷) سه گروه دارد: «پ.س» با سرباره‌یِ حداکثر ۲۵٪، «پ.س-۵» (ضدسولفات) با سرباره‌یِ ۲۵ تا ۷۰٪، و «س» (سرباره‌ای) با سرباره‌یِ بیش از ۷۰٪ وزنِ سیمان.
•سیمانِ پرتلندِ آهکی (استانداردِ ۴۲۲۰) از آسیابِ ۶ تا ۲۰٪ سنگ‌آهکِ ویژه با سنگ‌گچ و حداقل ۸۰٪ کلینکر تولید می‌شود؛ موادِ افزودنی در آن حداکثر ۱٪ است و نباید خوردگیِ میلگرد را افزایش دهد یا افتِ کیفیت ایجاد کند.
•سیمانِ بنایی (استانداردِ ۱-۳۵۱۶) چسباننده‌ای است که فقط در ملاتِ آجرکاری به کار می‌رود — استفاده از آن در بتن و بتنِ آرمه مجاز نیست، و برایِ تمایز از سایرِ سیمان‌ها رنگی تولید می‌شود. چهار زیرگروه دارد: (س-ب-ح-۵) با حداقل ۲۵٪ کلینکر و ماده‌یِ حباب‌زا؛ (س-ب-ح-۱۲٫۵) با حداقل ۴۰٪ کلینکر و ماده‌یِ حباب‌زا؛ (س-ب-۱۲٫۵) و (س-ب-۲۲٫۵) هر دو با حداقل ۴۰٪ کلینکر.
•سیمانِ پرتلندِ مرکبِ الف-۳۲٫۵ از آسیابِ کلینکر با حداقل دو نوع از موادِ افزودنیِ معدنی (سنگ‌آهکِ ویژه، پوزولانِ طبیعیِ مرغوب، سرباره، خاکسترِ بادی، پوزولانِ کلسینه‌شده، رس/شیلِ پخته، دودهِ سیلیسی) همراهِ سنگ‌گچ حاصل می‌شود و در اکثرِ مواردِ کاربردِ سیمانِ پرتلندِ نوعِ یک (۳۲۵-۱) قابل‌جایگزینی دارد.
سیمانِ سفید، رنگی و طبقه‌بندیِ استانداردِ ۱۷۵۱۸
•سیمانِ پرتلندِ سفید (استانداردِ ۲۹۳۱)، عمدتاً در نماسازی، بندکشی و کارهایِ تزئینی کاربرد دارد؛ بر اساسِ رده‌یِ مقاومتی به CEM W-32.5، CEM W-42.5 و CEM W-52.5، و بر اساسِ درجه‌یِ سفیدی به رده‌یِ ۸۶ (معمولی) و ۹۲ (ویژه) تقسیم می‌شود. استفاده از سیمانِ بناییِ سفید در اجزایِ باربر و اهدافِ سازه‌ای مجاز نیست.
•سیمانِ پرتلندِ رنگی از افزودنِ رنگدانه‌هایِ معدنی (بدونِ واکنشِ شیمیایی) به سیمانِ پرتلندِ معمولی یا سفید حاصل می‌شود؛ رنگدانه‌ها باید در برابرِ عواملِ جوی و تابشِ نور پایدار باشند و نباید در کارگاهِ تولیدِ بتن به بتن افزوده شوند.
•طبقِ استانداردِ ملیِ ایران شماره‌یِ ۱-۱۷۵۱۸، سیمان‌ها در ۵ گروه قرار می‌گیرند: گروهِ ۱ (پرتلندِ معمولی و ضدسولفاتِ انواع)، گروهِ ۲ (پرتلندِ سرباره‌ای، دودهِ سیلیسی، پوزولانی، خاکسترِ بادی، شیلِ پخته، آهکی)، گروهِ ۳ (سرباره‌ای)، گروهِ ۴ (پوزولانی)، گروهِ ۵ (مرکب).
استانداردها و آزمایش‌ها (۵-۲-۳)
•هر نوعِ سیمان استانداردِ ویژه‌یِ خود را دارد: پرتلند (۳۸۹)، پوزولانی (۳۴۳۲)، سرباره‌ای (۳۵۱۷)، بنایی (۱-۳۵۱۶)، آهکی (۴۲۲۰)، سفید (۲۹۳۱)، مرکبِ الف-۳۲٫۵ (۱-۱۱۵۷۱). موارد کنترلی معمول: ترکیبِ شیمیایی، حداقلِ سطحِ ویژه‌یِ بِلین، حداکثرِ انبساطِ اتوکلاو، حداقلِ مقاومتِ فشاریِ ملاتِ استاندارد، و محدودیت‌هایِ زمانِ گیرشِ اولیه و نهایی.
•روش‌هایِ آزمایشِ شیمیایی بر اساسِ استانداردهایِ ۱۶۹۲، ۱۶۹۵ (یا روش‌هایِ ۱-۱۷۵۱۸) است — شاملِ اندازه‌گیریِ اکسیدهایِ سیلیسیم، آلومینیم، آهن، کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم، تری‌اکسیدِ گوگرد، افتِ سرخ‌شدن در ۱۰۰۰ درجه‌یِ سلسیوس، باقی‌مانده‌یِ نامحلول و آهکِ آزاد.
•روش‌هایِ آزمایشِ فیزیکی بر اساسِ استانداردهایِ ۳۹۰ تا ۳۹۴ و ۷۱۴۸ است — شاملِ زمانِ گیرشِ اولیه و نهایی، غلظتِ نرمال، سلامت، مقاومتِ فشاری و خمشیِ ۳، ۷ و ۲۸ روزه، نرمی، چگالی و حرارتِ هیدراتاسیون.
ایمنی/بهداشت و سازگاری (۵-۲-۴ و ۵-۲-۵)
•سیمانِ هیدرولیکی حاویِ مقادیرِ نسبتاً کمِ آهکِ زنده (CaO) و اکسیدهایِ قلیاییِ دیگر (Na2O، K2O، حتی MgO) است که در برخوردِ با پوست یا چشم می‌تواند آسیب‌رسان باشد؛ تنفسِ گردوغبارِ آن نیز مشکل‌زا است — باید از پراکنده‌شدنِ سیمان در هوا جلوگیری شود.
•کارگرانِ در تماس با سیمان باید از دستکش، ماسک، عینک و لباسِ آستین‌بلند استفاده کنند؛ در تماسِ پوستی، محل باید سریعاً با آبِ زیاد شسته شود (و در صورتِ تماسِ طولانی، با محلولِ رقیقِ سرکه)؛ در تماسِ چشمی طولانی، مراجعه به چشم‌پزشک لازم است.
•سیمان با بسیاری از مواد، از جمله گچ، سازگاری ندارد — اختلاط با آن‌ها زمانِ گیرش را تغییر می‌دهد و خواصِ مکانیکی/دوام را کاهش می‌دهد؛ باید از این اختلاط خودداری یا تمهیداتِ لازم اندیشیده شود.
•استفاده‌یِ همزمانِ چند افزودنیِ شیمیایی در مصالحِ پایه‌یِ سیمانی می‌تواند اثراتِ متفاوتی نسبت به استفاده‌یِ مجزایِ آن‌ها ایجاد کند؛ آزمایش‌هایِ لازم باید پیش از تولید و مصرف انجام شود.
بسته‌بندی/حمل/نگهداریِ سیمانِ کیسه‌ای (۵-۲-۶-۱)
•وزنِ اسمیِ هر کیسه‌یِ سیمانِ پرتلند ۵۰ کیلوگرم است؛ پاکت‌هایِ کاغذی طبقِ استانداردِ ۴۵۴۳، و استفاده از کیسه‌هایِ نفوذپذیر در برابرِ رطوبت مجاز نیست.
•کیسه‌هایِ سیمان باید بر رویِ کفِ خشکِ حداقل ۱۰۰ میلی‌متر بالاتر از سطحِ اطراف قرار گیرند، حداقل ۳۰۰ میلی‌متر از دیوارها و ۶۰۰ میلی‌متر از سقف فاصله داشته باشند.
•در مناطقِ خشک، حداکثرِ تعدادِ کیسه‌هایِ روی‌هم‌انباشته ۱۲ پاکت است (ارتفاعِ کل حداکثر ۱٫۸ متر)؛ در مناطقِ شرجی با رطوبتِ نسبیِ بیش از ۹۰٪، این اعداد به ۸ پاکت و ۱٫۲ متر کاهش می‌یابد.
•در مناطقِ خشک، کیسه‌ها باید با فاصله‌یِ ۵۰ تا ۸۰ میلی‌متر از هم قرار گیرند تا هوا بینِ آن‌ها جریان یابد؛ در مناطقِ شرجی، کیسه‌ها باید به هم چسبانده شوند.
•سیمان‌هایِ کیسه‌ای در مناطقِ با رطوبتِ نسبیِ بیش از ۹۰٪ باید حداکثر تا ۴۵ روز پس از تولید، و در سایرِ مناطق تا حداکثر ۹۰ روز پس از تولید مصرف شوند؛ در غیرِ این صورت باید پیش از مصرف آزمایش شوند.
•سیمانی که کلوخه‌ایِ فشرده شده را می‌توان با غلتانیدنِ پاکت روی کف به پودر تبدیل کرد؛ اگر یک‌بار غلتانیدن کافی نبود، پیش از مصرف باید تحتِ آزمایش‌هایِ استانداردِ مربوط قرار گیرد.
بسته‌بندی/حمل/نگهداریِ سیمانِ فله‌ای (۵-۲-۶-۲)
•سیمانِ فله باید در سیلوهایِ استاندارد (طبقِ استانداردِ ۲۷۶۱) نگهداری شود؛ سیلوها و شالوده‌هایشان باید از دیدگاهِ سازه‌ای محاسبه و طراحی شده باشند و به ترازنما و دریچه‌یِ میل‌زدن (برایِ رفعِ طاق‌زدگی) مجهز باشند.
•چون انتقالِ سیمان از مخزنِ کامیون به سیلو با هوایِ فشرده صورت می‌گیرد و سیمان متورم می‌شود، نباید بیش از ۸۰٪ ظرفیتِ اسمیِ سیلو پر شود.
•سیمانِ نگهداری‌شده در سیلو باید حداکثر ۹۰ روز پس از تولید مصرف شود؛ در غیرِ این صورت باید پیش از مصرف تحتِ آزمایش‌هایِ استانداردِ سیمان قرار گیرد و با استانداردِ شماره‌یِ ۳۸۹ مطابقت داشته باشد.
جدولِ مرورِ سریع
تعریفِ سیمانِ هیدرولیکیچسباننده‌ای که در هوا و در مجاورتِ آب (یا بدونِ هوا) گیرش می‌کند و سخت می‌شود
استانداردِ ملیِ ایران برایِ سیمانِ پرتلندشماره‌یِ ۳۸۹ — پنج نوع (۱ تا ۵)
حداقلِ مقاومتِ ملاتِ ۲۸ روزه‌یِ پ-۱ (زیرنوع‌ها)۳۲۵، ۴۲۵ و ۵۲۵ کیلوگرم بر سانتی‌مترمربع (۳۲٫۵، ۴۲٫۵، ۵۲٫۵ مگاپاسکال)
پرتلندِ پوزولانیِ ویژه (پ.پ.و)پوزولانِ بیش از ۱۵ تا ۴۰٪ وزنی؛ برایِ بتنِ حجیم و در معرضِ تهاجمِ شیمیایی
سیمانِ بناییفقط برایِ ملاتِ آجرکاری؛ استفاده در بتن و بتنِ آرمه ممنوع
درجه‌هایِ سفیدیِ سیمانِ سفیدرده‌یِ ۸۶ (معمولی) و ۹۲ (ویژه) — استانداردِ ۱۸۳۳۴
گروه‌هایِ استانداردِ ۱-۱۷۵۱۸۵ گروه؛ گروهِ ۱ پرتلندِ معمولی/ضدسولفات، گروهِ ۲ سرباره‌ای/دودهِ‌سیلیسی/پوزولانی/خاکسترِبادی/شیلِ‌پخته/آهکی، گروهِ ۳ سرباره‌ای، گروهِ ۴ پوزولانی، گروهِ ۵ مرکب
وزنِ اسمیِ کیسه‌یِ سیمانِ پرتلند۵۰ کیلوگرم
حداکثرِ روزهایِ مصرفِ سیمانِ کیسه‌ای۴۵ روز (رطوبتِ نسبیِ >۹۰٪) یا ۹۰ روز (سایرِ مناطق) پس از تولید
حداکثرِ پرشدنِ سیلوهایِ سیمانِ فله۸۰٪ ظرفیتِ اسمی
حداکثرِ کیسه‌هایِ روی‌هم در مناطقِ خشک/شرجی۱۲ پاکت (۱٫۸ متر) در مناطقِ خشک؛ ۸ پاکت (۱٫۲ متر) در مناطقِ شرجی
برو به آزمونِ همین فصل