کشف سیمان صنعت ساختمان را متحول کرده و ابعاد جدیدی به ساخت و ساز اضافه کرده است. ساخت بسیاری از چیزهای جدید را ممکن ساخته است که تا چند سال پیش غیرممکن تلقی می‌شدند. با این‌حال، سیمان یک ماده ساده نیست. باید خواص و اصطلاحات پیچیده آن درک شود زیرا بدون آنها نمی‌توان از مزایای کامل این ماده بهره‌مند شد. مثلاً آیا فرق گیرش و سفت‌شدن را می‌دانید؟ اجازه دهید در اینجا همین موضوع مورد بحث قرار داده شود تا به درک کامل این موضوع به زبان ساده کمک شود. سیمان یک مصالح ساختمانی ضروری است. و در استحکام سازه بتنی نقش اساسی دارد. عوامل زیادی بر مقاومت بتن تأثیر می‌گذارد، امّا مهم‌ترین آنها سیمان است. بتن مخلوطی از سیمان، ماسه، سنگدانه، آب و مواد افزودنی و غیره است. هنگامی که سیمان با آب مخلوط می‌شود، یک واکنش شیمیایی به نام هیدراتاسیون رخ می‌دهد. هیدراتاسیون عامل گیرش و همچنین سخت‌شدن ملات سیمان/بتن است. گیرش با سخت‌شدن کاملاً متفاوت است. در این مقاله تفاوت‌های گیرش و سخت‌شدن سیمان/ ملات/ بتن بررسی شده است. در زیر تفاوت گیرش و سخت‌شدن سیمان / ملات / بتن و جزئیات مکانیسم، آزمایش و عوامل مؤثر بر آن بیان شده است.
مقاله مرتبط: هیدراتاسیون سیمان
اصطلاح “گیرش” برای تعریف سفت‌شدن خمیر سیمان و همچنین بتن یا ملات استفاده می‌شود. گیرش سیمان به تبدیل از حالت مایع به پلاستیک و پلاستیک به حالت جامد اشاره دارد. در فرآیند گیرش، سطح سیمان یا ملات یا بتن به اندازه کافی سفت می‌شود تا مقدار معینی فشار را تحمل کند امّا همچنان مقداری رطوبت در مخلوط وجود دارد. از این‌رو، در طول گیرش، سیمان/ملات/بتن استحکام قابل‌توجهی پیدا نمی‌کنند. به‌عبارت دیگر، گیرش سیمان/ملات/بتن مرحله‌ای است که در آن بتن سخت می‌شود تا شکل خود را مطابق با تکیه‌گاه داخل که در آن قالب‌گیری می‌شود حفظ کند.
دو مرحله گیرش وجود دارد: گیرش اولیه و گیرش نهایی.
اصطلاح “سخت‌شدن” به‌عنوان افزایش مقاومت سیمان یا ملات یا بتن بعد از گیرش، تعریف می‌شود. حتی در طول سخت‌شدن سیمان/ملات/بتن مقداری مقاومت به‌دست می‌آورد، با این‌حال سخت‌شدن پس از گیرش اتفاق می‌افتد.
به‌عبارت دیگر، سخت‌شدن سیمان و همچنین ملات یا بتن مرحله‌ای است که مخلوط به مقاومت می‌رسد یا استحکام می‌یابد و تنها پس از آن می‌تواند بارهای وارده مورد نظر را تحمل کند. در فرآیند سخت‌شدن، مقاومت کافی و قابل اندازه‌گیری ایجاد می‌شود.
دانش در مورد زمان گیرش بسیار مهم است زیرا ایده‌‌هایی در مورد روش‌های ساخت و ساز می‌دهد.
پس از سخت‌شدن، سیمان یا ملات یا بتن می‌توانند بدون ترک و بدون تغییر شکل باقی بمانند و همچنین می‌توان مقاومت را اندازه‌گیری کرد. سخت‌شدن بتن روشی برای بررسی عمر مفید سازه بتنی و اینکه آیا مقاومت مورد نظر به دست آمده است یا خیر و غیره می‌باشد.
گیرش سیمان یا ملات یا بتن نتیجه هیدراتاسیون است. هیدراتاسیون واکنشی است که بین ماده سیمانی و آب رخ می‌دهد. هیدراتاسیون یک فرآیند گرمازا است. یعنی در حین هیدراتاسیون مقداری گرما تولید می‌شود که به گرمای هیدراتاسیون معروف است. هنگامی که آب به سیمان اضافه می‌شود، هیدراتاسیون بلافاصله شروع می‌شود و چهار ترکیب سیمان (C3S, C2S, C3A, C4AF) هیدراته می‌شوند و یک ژل (C-S-H: کلسیم سیلیکات هیدرات) تشکیل می‌دهد که شکل ترکیبی پیچیده از بلورهای هیدروسیلیکات است. ژل به‌تدریج غلیظ می‌شود و به‌عنوان بایندر یا اتصال دهنده در اطراف ذرات دیگر عمل می‌کند. بنابراین سیمان شروع به گیرش می‌کند. و پس از آن شروع به کسب مقاومت می‌کند و ممکن است هفته‌ها یا ماه‌ها پس از مخلوط شدن سیمان یا ملات یا بتن با آب ادامه یابد.
طبق «مشخصات استاندارد هند (IS 269-1989)»، زمان گیرش اولیه سیمان معمولی نباید کمتر از 30 دقیقه و زمان گیرش نهایی سیمان معمولی نباید بیشتر از 600 دقیقه باشد.
مطابق با استانداردهای موسسه بتن آمریکا، حداقل زمان برای گیرش اولیه 45 دقیقه و محدودیت در زمان گیرش نهایی دیگر در استانداردهای ASTM ظاهر نمی‌شود.
همچنین مطابق آیین‌نامه استاندارد ایران و مقررات ملی ساختمان مبحث شماره 9 حداقل زمان گیرش اولیه برای انواع پنجگانه سیمان پرتلند را 45 دقیقه مشخص نموده است.
امّا به‌طور کلی زمان گیرش اولیه و زمان گیرش نهایی سیمان به‌عوامل مختلفی مانند نوع سیمان، دما، شرایط آب و هوایی، ریزی ذرات سیمان، میزان آب، استفاده از مواد افزودنی و غیره بستگی دارد.
به گفته کارشناسان، به‌طور کلی پنج تا هفت روز طول می‌کشد تا بتن فرآیند سخت‌شدن را کامل کند.
سخت‌شدن سیمان یک فرآیند طولانی مدت است. این روند ممکن است بیش از یک سال و حتی پس از یک سال ادامه یابد.
برای اطلاع از زمان گیرش سیمان، آزمایش زمان گیرش انجام می‌شود. هم آزمایش زمان گیرش اولیه و هم آزمایش زمان گیرش نهایی معمولاً برای سیمان انجام می‌شود.
برای انجام این آزمایشات سیمان، از دستگاه ویکات استفاده می‌شود.
برای اطلاع از سخت‌شدن سیمان، آزمایش مقاومت فشاری سیمان انجام می‌شود.
برای انجام این تست از دستگاه تست فشاری یا دستگاه تست یونیورسال و قالب‌های مکعبی استفاده می‌شود.
افزودنی‌های زودگیر کننده بتن می‌تواند هیدراتاسیون، زمان گیرش و سخت شدن سیمان را تسریع کنند. از رودگیرکننده‌های بتن مانند کلریدکلسیم، تری‌اتانول‌آمین، تیوسیانات سدیم، فرمت‌کلسیم، نیتریت‌کلسیم و غیره استفاده می‌شود.
در مقابل، افزودنی‌های دیرگیرکننده بتن می‌تواند هیدراتاسیون، زمان گیرش و سخت‌شدن سیمان را به تاخیر بیندازند. به‌طور کلی از افزودنی دیرگیرکننده بتن مانند اسید هیدروکسیلیک، لیگنین، قند، لیگنوسولفونات‌ها و غیره استفاده می‌شود.
ترکیب معدنی سیمان و نسبت آنها عوامل مهمی هستند که بر گیرش و سخت‌شدن سیمان تأثیر می‌گذارند زیرا در هنگام واکنش با آب ویژگی‌های متفاوتی را نشان می‌دهد. برای مثال افزایش مقدار C3A می‌تواند سرعت گیرش و سفت‌شدن سیمان را افزایش دهد.
ریز بودن ذرات سیمان به‌طور مستقیم بر هیدراتاسیون، گیرش و سخت‌شدن، مقاومت و گرمای هیدراتاسیون تأثیر می‌گذارد. اگر ذرات سیمان ریز باشند، سطح زیادی برای تماس با آب دارند. از این رو، هیدراتاسیون بیشتر و سریع خواهد بود، بنابراین، گیرش و سفت‌شدن به‌ترتیب تسریع می‌شود و مقاومت اولیه بالا خواهد بود.
محیط عمل‌آوری مانند دما و رطوبت کافی، به فرآیند گیرش و سخت‌شدن سیمان و ایجاد مقاومت اولیه کمک می‌کند. اگر رطوبت محیط کمتر باشد، آب تبخیر شده و منجر به هیدراتاسیون ناکافی و کاهش گیرش و سفت‌شدن می‌شود.
اگر مقدار سیمان بدون تغییر باقی بماند در حالی که محتوای آب افزایش یابد، میزان منافذ مویرگی افزایش یافته و هم زمان گیرش و هم سخت‌شدن سیمان/ملات/بتن را طولانی یعنی کُند می‌کند.
هیدراتاسیون، گیرش و سخت‌شدن سیمان توسط اجزای سیمانی مانند C3S و C3A از جمله مواد افزودنی مختلف که هیدراتاسیون C3S و C3A را تحت تأثیر قرار می‌دهند محدود می‌شود. از این‌رو، می‌تواند هیدراتاسیون و همچنین گیرش و سخت‌شدن سیمان را تغییر دهد.
به‌طور خلاصه، زمان گیرش و سخت‌شدن سیمان/ملات/بتن از ضروری‌ترین خواص هستند. بنابراین ضروری است تا این موارد به‌طور کامل درک شود، زیرا برای کار و کنترل بتن، چه در حین بتن‌ریزی، چه در حین کار، یا حفظ زمان‌های مهم فرآیندهای بتن‌ریزی، مانند زمان حمل و نقل و بتن‌ریزی بتن، زمان حذف قالب و برداشتن پایه‌ها و غیره. تصمیمات کلیدی است که بر کیفیت و دوام سازه‌ها تأثیر می‌گذارد و همچنین زمان تکمیل و اتمام کار را تعیین می‌کند.
