سیمان پرتلند چیست و چگونه ساخته می شود؟

سیمان پرتلند یکی از اجزای اصلی بتن است. بتن زمانی شکل می‌گیرد که خمیر تشکیل شده از مخلوط سیمان پرتلند با آب، با شن و سنگدانه به هم متصل تا سخت شود. سیمان از طریق ترکیب شیمیایی تقریباً کنترل شده‌ای از کلسیم، سیلیکون، آلومینیوم، آهن و سایر مواد تشکیل می‌شود.

مواد متداول مورد استفاده برای تولید سیمان شامل سنگ‌آهک، پوسته، سنگ‌آهک نرم (کربنات کلسیم) یا مارن (خاک‌رس‌آهکی) ترکیب شده با شیل (سنگ‌رسی)، خاک‌رس، تخته‌سنگ، سرباره کوره بلند، ماسه سیلیس و سنگ‌آهن می‌باشد. هنگامی که در دمای بالا به این مواد حرارت داده می‌شود، یک ماده سنگ مانند را تشکیل می‌دهند که به پودر ریز تبدیل می‌شود که آن را سیمان می‌نامند.

جوزف آسپدین آجر چین و بنا از لیدز انگلستان اولین بار در اوایل قرن نوزدهم با سوزاندن پودر سنگ‌آهک و خاک‌رس با اجاق‌گاز آشپزخانه خود، سیمان پرتلند را ساخت. با این روش خام، او پایه و اساس صنعتی را پایه‌گذاری کرد که سالانه کوه‌هایی از سنگ‌آهک، خاک‌رس، سنگ سیمان و دیگر مواد را به پودر تبدیل و سپس به خوبی از الک/غربال عبور داده می‌شود تا پودر به‌دست آمده قابلیت نگه‌داشتن آب را داشته باشد.

آزمایشگاه‌های کارخانه سیمان هر مرحله از ساخت این نوع سیمان را با آزمایش‌های شیمیایی و فیزیکی مکرر بررسی می‌کنند. آزمایشگاه‌ها همچنین محصول نهایی را تجزیه و تحلیل و آزمایش می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که با تمام مشخصات صنعتی مطابقت دارد.

روش برای تولید سیمان پرتلند

رایج‌ترین روش برای تولید سیمان پرتلند روش خشک است. اولین قدم استخراج مواد خام اصلی است، که عمدتاً سنگ‌آهک، خاک‌رس و سایر مواد می‌باشد. پس از استخراج سنگ، سنگ خرد می‌شود. خرد کردن سنگ، شامل چندین مرحله است. اولین خرد کردن، سنگ را به حداکثر اندازه حدود 6 اینچ کاهش می‌دهد. سپس سنگ به سنگ‌شکن‌های ثانویه یا آسیاب‌های چکشی وارد می‌شود تا اندازه آن به حدود 3 اینچ یا کوچک‌تر کاهش یابد.

سنگ خرد شده با مواد دیگری مانند سنگ‌آهن یا خاکستر‌ بادی (فلای اش) ترکیب، آسیاب، و مخلوط شده و به کوره سیمان انتقال داده می‌شود.

کوره سیمان تمام مواد را تا حدود 2700 درجه فارنهایت در کوره‌های دوار فولادی استوانه‌ای شکل که با آجر نسوز مخصوص پوشانده شده‌اند، گرم می‌کند. قطر کوره‌ها اغلب به 12 فوت می‌رسد – به اندازه‌ای بزرگ است که در آن یک خودرو جا می‌شود و در بسیاری از موارد بلندتر از ارتفاع یک ساختمان 40 طبقه است.

سیمان پرتلند یک پودر ریز آسیاب شده است که عمدتاً توسط کلسیم سیلیکات‌ها و تا حد کمی توسط آلومینات‌های کلسیم تشکیل می‌شود.  هنگامی که با آب مخلوط می‌شود، خمیری به وجود می‌آید که در دمای اتاق سفت و سخت می‌شود. این نوع سیمان، سیمان هیدرولیک نیز نامیده می‌شود، زیرا در صورت مخلوط شدن با آب قابلیت گیرش و سفت شدن را دارد، و همچنین واکنش شیمیایی بین این دو ماده خواص اتصال عالی ایجاد می‌کند. به آن سیمان خاکستری نیز می‌گویند.

این نوع سیمان سیمانی است که بیشتر در ساختمان‌سازی استفاده می شود. با این حال، در ابتدای پیدایش سیمان پرتلند به‌دلیل روش‌های پیچیده برای سخت شدن و اینکه تولید آن گران بود، همانند امروزه زیاد از آن استفاده نمی‌شده است. با این وجود، پیشرفت‌های تکنولوژیکی به سیمان پرتلند اجازه داده است که به سرعت و در مقیاس جهانی تولید شود.