بتن (اجزای تشکیل دهنده، ویژگی‌ها، طرح مخلوط، انواع، آزمایش‌ها)
بخش ۵: سیمان پرتلند (ویژگی‌ها و خواص سیمان، تاریخچه استانداردسازی سیمان)
ویژگی‌های سیمان
ویژگی‌های سیمان می‌تواند از نقطه نظرهای مختلف تقسیم‌بندی شود:
- شیمیایی و فیزیکی
- کنترلی و غیرکنترلی
- عملکردی و غیرعملکردی
- اجباری و اختیاری
تفاوت ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی روشن است. بطور مثال، مقدار اکسیدهای سیمان یا مقدار سولفات و کلرید سیمان از ویژگی‌های شیمیایی آن، و میزان ریزی سیمان یا زمان گیرش سیمان، از ویژگی‌های فیزیکی آن محسوب می‌شود.
ویژگی‌های کنترلی ویژگی‌هایی هستند که در استانداردهای مختلف برای آن‌ها محدودیت (حداقل یا حداکثر مجاز) قائل شده‌اند. بطور مثال، مقدار اکسید منیزیم یا برخی اکسیدها و فازهای سیمان، یا زمان گیرش و مقاومت فشاری ملات سیمان از جمله ویژگی‌های کنترلی سیمان هستند.
ویژگی‌های غیرکنترلی ویژگی‌هایی هستند که در استانداردهای مختلف برای آن‌ها محدودیت قائل نشده‌اند اما کاربردهایی دارند. بطور مثال، مقدار آهک آزاد، آب لازم برای تهیه خمیر نرمال یا چگالی سیمان از ویژگی‌های غیرکنترلی هستند.
ویژگی‌های عملکردی، ویژگی‌هایی محسوب می‌شوند که مستقیما به یک ویژگی که در عملکرد سیمان موثر است، می‌پردازد. بطور مثال، مقاومت فشاری ملات سیمان، انقباض و انبساط خمیر سیمان یا گرمازایی سیمان جزو ویژگی‌های عملکردی سیمان هستند.
ویژگی‌های غیرعملکردی، ویژگی‌هایی محسوب می‌شوند که مستقیما به یک ویژگی که در عملکرد سیمان موثر است، نمی‌پردازد. از جمله این ویژگی‌ها، می‌توان به چگالی سیمان، مقدار سولفات و کلرید سیمان، ریزی سیمان و مقدار اکسیدها و فازهای سیمان اشاره نمود.
ویژگی‌های اجباری، ویژگی‌هایی هستند که آن ویژگی در استاندارد سیمان باید اندازه‌گیری و تعیین شود. از آن جمله می‌توان به تعیین مقدار برخی اکسیدها و فازهای سیمان، ریزی سیمان، مقاومت فشاری ملات سیمان و انبساط و انقباض خمیر سیمان اشاره کرد.
ویژگی‌های اختیاری، ویژگی‌هایی هستند که اندازه‌گیری و تعیین آن در استاندارد سیمان اجباری نیست و بنا بر نیاز مشخص خواهد شد. برای مثال، تعیین مقدار قلیایی معادل، گرمازایی و انبساط در برابر سولفات از جمله ویژگی‌های اختیاری هستند.
در جدول زیر، ویژگی‌های سیمان از جهات مختلف دسته‌بندی و طبقه‌بندی شده‌اند.
| ویژگی | فیزیکی | شیمیایی | کنترلی | غیرکنترلی | عملکردی | غیرعملکردی | اجباری | اختیاری |
| برخی اکسیدهای اصلی | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| برخی فازهای سیمان | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| اکسید منیزیم | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| آهک آزاد | ✓ | ✓ | ✓ | |||||
| افت سرخ شدن (LOI) | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| باقیمانده نامحلول در اسید (IR) | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| SO۳ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| قلیایی معادل | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| درصد هوای ملات | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| ریزی (نرمی) | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| انقباض یا انبساط خمیر سیمان | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| مقاومت فشاری ملات | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| زمان گیرش | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| گرمازایی | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | |||
| گیرش کاذب | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||||
| انبساط در برابر سولفات | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | |||
| آب لازم برای تهیه خمیر نرمال | ✓ | ✓ | ✓ | |||||
| چگالی سیمان | ✓ | ✓ | ✓ | |||||
| کلرید | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ |
تاریخچه استانداردسازی سیمان
چنانچه مصرف سنگ آهک، پوزولان یا سرباره بیش از ۵ درصد کلینکر باشد، سیمان را سیمان پرتلند خالص نمی‌نامند و سیمان آمیخته (Blended Cement) می‌گویند.
احتمالا سیمان اولین ماده صنعتی است که به دلیل اهمیت کنترل کیفیت و مرغوبیت آن در مورد استاندارد کردن آن اقدام نموده‌اند.
اولین بار در آلمان در سال ۱۸۷۷ تولیدکنندگان سیمان، اولین موسسه استاندارد سیمان را بنا نهادند.
در سال ۱۸۷۸ اولین استاندارد آلمان نوشته شد. در سال ۱۸۸۷ و ۱۹۰۷ تجدیدنظر جدی در آن انجام شد.
موسسه استاندارد آلمان (DIN) اولین بار پس از تاسیس در سال ۱۹۱۷، در سال ۱۹۳۲ برای سه نوع سیمان، مشخصات استاندارد منتشر نمود.
در انگلستان در سال ۱۹۰۴ کمیته مهندسی استاندارد تاسیس شد که بعدها موسسه استاندارد انگلیس نامیده شد.
در همین سال ۱۹۰۴، در آمریکا، مشخصات استاندارد سیمان تدوین گردید.
در آمریکا موسسه ASTM برای اولین بار در این کشور سیمان‌های پرتلند را طبقه‌بندی نمود و مشخصات استاندارد را برای ۵ نوع سیمان پرتلند بر اساس نیازها و شرایط حاکم بر پروژه در آن زمان مطرح نمود. ASTM C150 در این رابطه مدنظر است که آخرین تجدیدنظر آن مربوط‌به سال ۲۰۲۱ است.
در سال‌های اخیر، مشخصات استاندارد عملکردی سیمان ASTM C1157 منتشر شده است که هیچگونه ویژگی شیمیایی در آن قید نشده است و فاقد محدودیت ریزی نیز می‌باشد. در این استاندارد طبقه‌بندی‌های جدید برای سیمان‌های هیدرولیکی اعم از هیدرولیکی و آمیخته مطرح شده است. آخرین ویرایش این استاندارد مربوط به سال ۲۰۲۰ می‌باشد.
در ایران با توجه به استاندارد ASTM و استانداردهای اروپایی مانند DIN، در سال ۱۳۴۶ هجری شمسی اولین بار استاندارد سیمان پرتلند تدوین شد و تجدیدنظر چهارم آن در سال ۱۳۹۹ منتشر گردید که هنوز پابرجاست و شماره آن ۳۸۹ می‌باشد.
در این استاندارد انواع سیمان پرتلند دارای چهار رده مقاومتی شد که قبل از آن بجز در ویرایش سوم سال ۱۳۷۸ برای سیمان پرتلند نوع ۱ که دارای سه رده مقاومتی بود، این رده‌ها وجود نداشت و برگرفته از استانداردهای اروپایی بود.
در اروپای متحد در سال ۱۹۹۲، طبقه‌بندی و مشخصات استاندارد سیمان‌های معمولی رایج طی استاندارد EN 197-1 منتشر شد که آخرین تجدیدنظر آن مربوط به سال ۲۰۱۱ می‌باشد.