تاریخچه سیمان
تاریخچه سیمان می تواند داستانی طول و دراز از تولید ماده‌ای باشد که امروزه سنگ بنای توسعه شهری است. سیمان از قدیم الایام در ساخت بناهای شهری مورد استفاده قرار می‌گرفت اما به مانند هر متریال دیگری، فراز و فرودهای بسیاری داشت. اکنون سیمان به متریالی کامل تبدیل شده است که ماده اولیه ساخت بتن و بسیاری مواد دیگر در صنعت ساختمان است. به هر روی، ما می‌خواهیم در این مقاله به تفصیل در مورد تاریخچه سیمان در جهان و ایران صحبت کنیم، با ما همراه باشید.
تاریخچه سیمان در دنیای باستان
شاید تاریخچه سیمان مربوط به قرن‌ها پیش باشد اما گروهی از انسان‌های عصر سنگ، در اردوگاه‌های زندگی خود بر روی سنگی از آهک آتشی درست کرده بودند و از گرمای آن لذت می‌بردند، غرق در افکارشان بودند که ناگهان طوفان باران، افکار آنها را متوقف کرد و آنها را مجبور به فرار به پناهگاهی کرد.
آتش در اثر باران خاموش شد و سنگ داغ خیس و تجزیه شده را به پودری تبدیل کرد. بعد از چند روز یا چند ماه که گروهی به آنجا بازگشتند، دیدند که سنگ عجیبی ظاهر شده است. احتمال دارد که کشف ملات آهک به همین روش ساده اتفاق افتاده باشد.
مطالعات باستان شناسی نشان می‌دهند که سابقه تولید سیمان از نظر تاریخی با تولید آهک در تطابق است. فنیقی‌ها در حدود 1000 سال قبل از میلاد، یونانیان در سال 200 پیش از میلاد و رومی‌ها در سال 100 پیش از میلاد، قادر به تولید برخی از مواد سخت با ترکیب نوعی پودر و آب بودند.
مصریان از ملات آهک استفاده می‌کردند زیرا سنگ آهک زیادی داشتند. معمولاً استفاده از سنگ آهک کلسینه (ملات آهک) در تمدن‌های یونان و روم که به صورت خالص یا مخلوطی از امولسیون آهک، شن و ماسه، سنگ شکسته یا خاکستر آتشفشانی وجود داشت، معمول بود.
تاریخچه سیمان در ایران باستان
مطالعات تاریخی نشان می‌دهند که ایرانیان نیز قادر به تهیه ملات‌هایی بودند که مقاومت خود را در برابر فشار حتی در مکان‌های نزدیک به آب حفظ می‌کردند. این آثار از خزانه‌ها و پل‌های عظیم در مناطق مختلف ایران باقی مانده است؛ مانند «خزانه ایزدخواست» که اولین قوس تاریخ جهان است که نشان می‌دهد ایرانیان با خواص هیدرولیکی آهک در زمان باستان آشنا بوده‌اند.
رومیان از یونانیان و یونانیان نیز از ایرانیان نحوه تهیه آهک را آموختند زیرا قدیمی‌ترین هاون آهک در ایران پیدا شده است. آشوریان و بابلی‌ها ساختمان‌های خود را با گل، گچ، آجر، ملات گل و یا قیر می‌ساختند.
چینی‌ها نیز می‌دانستند که چگونه سنگ آهک تهیه کنند و حدود 2000 سال پیش در ساخت دیوار چین از ملات آهک استفاده کرده‌اند؛ اما ملات‌های یافت شده در ایران بسیار قدیمی‌تر از مناطق دیگر جهان هستند.
مردمی که در مناطق شمالی خلیج فارس ساکن بودند، از نوعی ملات استفاده می‌کردند که دارای ویژگی‌های هیدرولیکی جالب توجه و با مقاومت بالا بودند. تأسیسات بندری ساخته شده با این نوع ملات، هنوز هم در بعضی از مناطق بندر لنگه و بندر بوشهر قابل مشاهده هستند.
تاریخ مدرن سیمان در جهان
دانشمندان در قرن‌های 18 و 19 میلادی به پدیده‌های علمی و طبیعی توجه بسیاری داشتند، یکی از این پدیده‌ها که در تاریخچه سیمان آمده است، گیرش و سخت شدن ملات‌ها بود. خواص هیدرولیکی این ملات‌ها توسط «جان اسمیتون» انگلیسی و خواص مهم ترکیبات موجود در خاک رس آرگیل در سال 1756 کشف شدند.
خصوصیات گیرش هیدرولیک و سخت شدن ترکیبات این ملات نیز توسط اسمیتون کشف شد. این کشف به دنبال تحقیقات وی به منظور پیروزی در یک مسابقه تحت عنوان بهترین هاون برای بازسازی چراغ دریایی ادیسون انجام شد و جان در طی تحقیقات خود فهمید که بهترین ملات با پختن نوعی آهک ساخته می‌شود، ملاتی که در آن مخلوطی از سنگ و خاک رس آرگیل به دست می‌آمد.
پی بردن به کشف هایگینز و پارکر، سرنخی برای اکتشافات بیشتر بود، به این ترتیب اولین اقدامی که بشر در تهیه مخلوط مصنوعی سنگ آهک و آرگیل برای ساخت سیمان هیدرولیکی انجام داد با نام ویکت (Wicket) در فرانسه ثبت شد؛ اما افتخار نهایی توسط یک فردی انگلیسی به نام «جوزف آسپدین» به دست آمد.
آسپدین موفق شد آهک هیدرولیکی بسیار جالبی تهیه کند. او با پخت مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس آرگیل در دمای بالا (در نسبت‌های مختلف به عنوان امولسیون) توانست «سیمان پرتلند» را اختراع کند. آسپدین سیمان خود را در 21 اکتبر ثبت اختراع کرد و سپس در 1824 از جورج چهارم جایزه دریافت کرد.
شباهت زیاد رنگ سیمان پرتلند با نوعی سنگ آهک در جزیره پرتلند انگلیس، دلیل نام هوشمندانه‌ای بود که آسپدین روی این سیمان گذاشته بود. سیمان ساخته شده توسط وی از نظر سیمان‌های قبلی بهتر و برتر بود و استحکام بسیار بالایی داشت. به همین دلیل در ساخت پارلمان مدرن انگلیس که از 1840 تا 1852 به طول انجامید، از این سیمان استفاده شد. به این ترتیب، انسان وارد دوران تولید صنعتی سیمان شد و برای اولین بار در تاریخ مدرن، اولین مؤسسه استاندارد تولید سیمان در آلمان تأسیس شد.
در تاریخچه سیمان آمده است که تولید صنعتی سیمان پرتلند از قرن نوزدهم و با كوره‌هایی با ظرفیت پنج تن در هفته آغاز شد. در طولانی مدت، با اختراع کوره‌های چرخان، سرعت بالایی برای پاسخگویی به بازار مصرف در نظر گرفته شد.
نتیجه 80 سال کار با فناوری‌های جدید، منجر به تولید کوره‌هایی با ظرفیت 100000 تن کلینکر در روز شد. اکنون هزاران کوره در سراسر جهان، جایی که معادن سنگ آهک و آرگیل موجود هستند، سیمان را تولید می‌کنند و با 1200 میلیون تن آن را به بزرگ‌ترین تولید صنعتی انسانی تبدیل کرده‌اند.
تاریخ مدرن سیمان در ایران
زمان ورود سیمان در ایران مشخص نیست اما مسلم است که سیمان توسط خارجی‌ها وارد ایران شده است تا در ساخت کلیساها، سفارتخانه‌ها و تاسیسات بندری مورد استفاده قرار گیرد. در ابتدای قرن 14 هجری شمسی توسعه کارهای زیربنایی و همگام سازی با تغییرات جهانی به قدری زیاد بود که کیفیت و کمیت ساخت محصولات سنتی پاسخگوی نیازها نبود و با شروع ساخت راه آهن، به ویژه ضرورت استفاده از سیمان در پل‌ها، تونل‌ها و ایستگاه‌ها، این نیاز آشکارتر شد.
از آنجا که سیمان یک محصول ارزان قیمت اما سنگینی است و مصرف آن زمانی مقرون به صرفه بود که مکان‌های تولید و مصرف تا حد امکان به یکدیگر نزدیک باشند، بنابراین پس از مدتی که سیمان وارد کشور شد. با توجه به فراوانی مواد خام در ایران، برای ایجاد یک کارخانه 100 تنی در روز تصمیمات مهم توسط دولت وقت گرفته شد.
این تصمیم در سال 1931 تحقق یافت و مطالعات زمین شناسی اولیه منجر به انتخاب محلی در کیلومتر 7 جنوب تهران، در نزدیکی «کوه بی بی شهربانو» شد. تأسیس کارخانه با سرمایه 8 میلیون ریال در فوریه 1932 به اتمام رسید و تولید آن بلافاصله آغاز گردید. این تاریخچه سیمان در ایران حدود 5 سال پس از ژاپن، 60 سال پس از آمریکا، 70 سال پس از آلمان و 100 سال پس از انگلیس بود.
با گذشت زمان و افزایش تقاضا برای محصول، نیاز به کارخانه‌های بیشتر آشکار شد. بنابراین در سال 1935، کارخانه دیگری با ظرفیت 200 تن در روز خریداری و در سال 1936 عملیات ساختمانی آن در کنار کارخانه قبلی آغاز شد. بدین ترتیب تولید سیمان شهر به شهر در ایران گسترش پیدا کرد.
تاریخچه سیمان سفید
سیمان سفید برای اولین بار توسط شرکت فرانسوی Lafarge تولید و عرضه شد. پس از آن که استقبال زیادی از آن شد و تقاضا روز به روز افزایش یافت، تولید سفید سیمان با هدف صادرات به کشورهای دیگر از جمله ایالات متحده آمریکا در 1907، آلمان در 1908، ژاپن در سال 1920 و انگلستان در سال 1929 انجام شد.
تولید سیمان سفید نسبت به سیمان خاکستری به فناوری پیچیده‌تری احتیاج دارد و کشورهای غیر صنعتی به سختی توانسته‌اند آن را تولید کنند. در ایران، کارخانه سیمان دماوند با تبدیل کوره 100 تنی، تولید سیمان سفید را برای اولین بار در سال 1963 آغاز کرد. پس از آن، به دلیل افزایش تقاضا، کوره دوم آن نیز در سال 1971 تولید سیمان سفید را آغاز نمود.
در حال حاضر، کارخانه مذکور و همچنین سایر کارخانه‌های سیمان ارومیه، تبریز و ساوه، سیمان سفید که بخشی از آن به کشورهای خارجی صادر می‌شود را به بازار عرضه می‌کنند. برای تولید سیمان سفید از کائولن به جای آرگیل استفاده می‌شود زیرا یکی از دلایل رنگ خاکستری سیمان، وجود آهن در ترکیبات آرگیل است.
کائولن فاقد آهن است و در نتیجه، کلینکر تولید شده تقریباً سفید است. به علاوه فرآیند تولید این سیمان، اجازه اکسیداسیون مجدد را نمی‌دهد. در نتیجه، به دلیل فرآیند خاص و نرمی زیاد سیمان سفید، ملات حاصل از سیمان سفید در مقایسه با سیمان خاکستری مقاومت بالاتری دارد که این یک امتیاز بزرگ برای این نوع سیمان محسوب می‌شود.
مواد تشکیل دهنده سیمان
سیمان منشأ آهکی دارد. این ماده یک پودر نرم، ریز و جاذب آب است که عمدتاً از ترکیبات ذوب شده اکسید کلسیم، اکسید آلومینیوم، اکسید سیلیکون و اکسید آهن تشکیل شده است. این ماده قادر است در تماس با هوا یا آب سفت و سخت شود و ضمن حفظ حجم، استحکام بالایی داشته باشد.
پس از 28 روز غوطه ور شدن قطعه سیمانی، حداقل مقاومت 250 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع به دست آورد. مواد اولیه مورد استفاده در تولید سیمان از منابع طبیعی (معدنی) تأمین می‌شود.
برای تهیه ترکیبات در درجه اول سنگ آهک با خلوص بالا و در مرحله دوم از آرگیل که حاوی آهک کمی است، با مقدار قابل توجهی از سیلیسیم، آلومینیوم و اکسیدهای آهن استفاده می‌شود. برای تنظیم دقیق‌تر مواد اولیه، از مواد بهبود دهنده‌ای مانند آهن، سنگ سیلیکون و سایر استفاده می‌شود.
کلام آخر
سیمان دارای خواص معجزه آسایی است که عنصر اصلی هر ساخت و سازی محسوب می‌شود و هیچ سازه ای و هیچ ساختمانی بدون استفاده از آن قابل تصور نیست. این متریال که طی فرآیندهای خاصی در کارخانه تولید می‌شود، اکنون در انواع و اقسام مختلف تولید می‌شود.
از سیمان تیپ دو گرفته تا سیمان سفید، این محصول در هر بخش از حوزه عمرانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. شناخت خصوصیات این ماده و اطلاع از تاریخچه سیمان می‌تواند درک بهتری از دلایل استفاده و اهمیت آن در دنیای امروز فراهم کند.
منابع :