شاید قرنها پیش در یک اطراقگاه گروهی، انسانهای عصر حجر، روی تخته سنگی آهکی، آتشی برپا کرده و از گرمای آن غرق تفکرات خویش بودند که ناگهان رگبار باران رشته آن تفکرات را قطع و آنها را وادار به فرار به زیر سایبانی میکند.
در اثر آب باران آتش خاموش شده و سنگ داغ در اثر بارش باران خیس شده و بلافاصله متلاشی و تبدیل به پودری سفید میشود. پس از روزها یا هفتهها که افراد گروه به اطراقگاه خود باز میگردند ملاحظه میکنند که سنگی نوظهور متولد شده است. احتمالاً کشف ملات آهکی به همین سادگی صورت گرفته است و مطالعات تاریخی و باستانی بیانگر این مطلب است که ریشه و سابقه تولید سیمان (سیمان طبیعی) از نظر تاریخی با تولید آهک همزمان میباشد.
فنیقیها در حدود ۱۰۰۰ ق.م، یونانیها ۲۰۰ ق.م. و رومیها ۱۰۰ ق.م. قادر به تهیه مصالحی بودند که با آب سخت میشده است. بناهای تاریخی بسیار قدیمی همچون اهرام ثلاثه مصر مؤید این نکته هستند که بشر از ازمنه قدیم برخی ملاتها را به خوبی میشناخته است. مصریها از ملات سنگ گچ ناخالص پخته شده در حالی استفاده میکردهاند که سنگ آهک فراوانی در زیر پا داشتند. استفاده سنگ آهک تکلیس شده (ملات آهکی) در دوران تمدن یونان و روم رواج داشته و آن را یا به صورت خالص و یا به صورت مخلوطی از شیره آهک با شن و ماسه و سنگ شکسته و یا خاکستر آتشفشان استفاده میکردهاند.
مطالعات تاریخی نشان میدهد که ایرانیان نیز قادر به تهیه ملاتهای آبی بودهاند که توانایی تحمل فشار و حفظ انسجام خود را در مجاورت آب نیز حفظ میکرده است. آثار باقیماندهای مانند سدها و پلهای عظیم در نقاط مختلف ایران همچون «سد ایزدخواست» که اولین سد قوسی جهان است، «سد کرخه» و «سد شادروان» مسلم میسازد که ایرانیها از خیلی قدیم خواص هیدرولیک آهک را میشناختهاند.
پختن آهک را رومیها از یونانیها و یونانیها از ایرانیان فرا گرفتند. زیرا قدیمیترین ملات آهکی در ایران پیدا شده است. آشوریها و بابلیها بناهای خود را با گل و سنگ گچ و آجر و ملات گل یا قیر میساختهاند.
چینیها هم پختن سنگ آهک را میدانستند و در ساختن برجهای دیوار چین که حدود ۲۰۰۰ سال پیش ساخته شده است، از ملات آهکی استفاده کردهاند اما ملاتهای ایران خیلی قدیمیتر از آن زمانها است.
اقوام ساکن در شمال خلیج فارس از نوعی ساروج استفاده کردهاند که دارای خواص هیدرولیکی جالب و مقاومت بالایی بوده است. معروفترین این ساروجها ساروج خمیر است که در بندر خمیر تهیه میگردید. هنوز تاسیسات بندری ساخته شده با این نوع ملات در نقاطی از بندر لنگه و بندر بوشهر پابرجا هستند.
تاریخ علم سیمان
قرون ۱۸ و ۱۹ زمان کشف بسیاری از پدیدهها بود و توجه زیادی به پدیدههای علمی و طبیعی توسط دانشمندان و محققین میشد. یکی از پدیدههایی که مورد توجه زیادی بود گیرش و سخت شدن ملاتها بود. از جمله این مواد، خواص هیدورلیکی ملاتها بود که در سال ۱۷۵۶ توسط «جان اسمیتون» انگلیسی کشف گردید.
نامبرده به خواص مهم ترکیبات موجود در خاک رس، گیرش هیدرولیک و خاصیت سخت شدن این ترکیبات پی برد. این اکتشاف در پی تحقیقات او برای ربودن جایزه مسابقهای بود که تحت عنوان بهترین ملات جهت تجدید بنای «فانوس دریایی ادی استون» مطرح شده بود و اسمیتون طی تحقیقات خود متوجه شد که بهترین ملات از پختن نوعی سنگ آهک به دست میآید که در آن مخلوط سنگ، مقداری خاک رس نیز وجود داشته باشد. دنبال کردن این کشف توسط آقایان هیگینز و پارکر سرنخ اکتشافات بعدی بود تا اینکه اولین اقدام بشر در زمینه تهیه مخلوط مصنوعی از سنگ آهک و خاک رس برای تهیه سیمان آبی به نام آقای ویکت فرانسوی ثبت شد. اما نهایتاً افتخار نهایی نصیب آجرچین انگلیسی به نام جوزف اسپیدین شد. او موفق شد از پختن مخلوطی از سنگ آهک و خاک رس (به نسبت متفاوت و به صورت دوغاب) در درجه حرارت بالا به نوعی آهک آبی فوقالعاده جالب دست یابد که نام آن را سیمان پرتلند گذاشت و در ۲۱ اکتبر ۱۸۲۴ سیمان ساخته شده خود را به ثبت رسانده و لوح تقدیر از جرج چهارم دریافت دارد.
علت این نامگذاری هوشیارانه شباهت خیلی زیاد رنگ آن با نوعی سنگ آهک موجود در جزیره پرتلند انگلیس است. سیمان ساخته شده او واقعاً بهتر و عالیتر از تمام سیمانهای قبلی بوده و دارای مقاومت بیشتری بود. به همین علت از آن در ساخت پارلمان جدید انگلستان که از سال ۱۸۴۰ تا ۱۸۵۲ طول کشید، استفاده گردید. بدین ترتیب بشر وارد عصر تولید صنعتی سیمان شد و برای اولین بار در تاریخ صنعتی، نخستین مؤسسه استاندارد تولید توسط تولیدکنندگان سیمان در کشور آلمان به وجود آمد؛ لذا سیمان اولین محصول صنعتی است که دارای استاندارد تولید شده است.
تولید صنعتی سیمان پرتلند از اوایل قرن ۱۹ با کورههای دارای ۵تن ظرفیت در هفته که کاملاً شبیه به کورههای آهکپزی بوده شروع و به مرور هماهنگ با افزایش تقاضا برای این کالای معجزهگر ابداعاتی در ساختمان کورهها و نحوه تولید صورت گرفت. بالاخره با ابداع کورههای دوار، قدم عظیمی در جهت پاسخگویی به بازار مصرف برداشته شد. ثمره ۸۰ سال کار و استفاده از تکنولوژی دوار سیمان منتهی به ساخت کورههایی با ظرفیت ۱۰۰.۰۰۰ تن کلینکر در روز شده است. اکنون هزاران کوره در کلیه نقاط دنیا هر جا که معادن سنگ آهک و خاکرس وجود داشته باشد، مشغول به تولید سیمان است.
تاریخ تولید سیمان در ایران
اینکه از چه تاریخی مصرف سیمان در ایران باب شده است چندان مشخص نیست ولی آنچه که مسلم است ورود سیمان به ایران توسط بیگانگان بوده است که از آن برای ساختن بناهایی نظیر کلیساها و سفارتخانهها و تاسیسات بندری استفاده شده است.
با شروع قرن ۱۴ هجری شمسی سرعت گسترش کارهای زیربنایی، همزمان با تحولات صنعتی جهانی آنچنان گسترده است که کیفیت و کمیت محصولات سنتی ساختمانی جوابگوی نیازها نبوده است و خصوصاً با شروع احداث راهآهن سراسری ضرورت استفاده از سیمان جهت ساختمان پلها و تونلها و ایستگاهها کاملاً محسوستر گشت.
از آنجایی که سیمان کالایی ارزان قیمت و سنگین وزن است و مصرف آن وقتی مقرون به صرفه است که محل تولید و مصرف، حتیالامکان نزدیک به یکدیگر باشند، لذا پس از مدتی که سیمان وارد میشد تصمیم بر این شد که با توجه به وفور مواد اولیه سیمان در ایران، از محل عواید حاصل از قند و شکر اقدام به تاسیس یک کارخانه ۱۰۰تنی (روزانه) سیمان بشود. در سال ۱۳۱۰ این تصمیم شروع به عمل شده و مطالعات اولیه زمینشناسی منجر به انتخاب محلی واقع در ۷ کیلومتری جنوب تهران آن زمان و در کنار کوه بیبیشهربانو گردید. کار احداث این واحد با سرمایه ۸ میلیون ریالی در بهمنماه ۱۳۱۲ به پایان رسیده و بلافاصله بهرهبرداری از آن آغاز گردید. (تقریباً ۵۰ سال پس از ژاپن، ۶۰ سال پس از آمریکا، ۷۰ سال پس از آلمان و ۱۰۰ سال بعد از انگلیس).
با گذشت زمان و فزونی تقاضا برای این محصول، نیاز به کارخانههای دیگر معلوم و آشکار شد. لذا در تاریخ ۱۳۱۴ کارخانه دیگری با ظرفیت روزانه ۲۰۰ تن خریداری و در سال ۱۳۱۵ در جوار کارخانه قبلی عملیات ساختمانی آن شروع و در سال ۱۳۱۶ بهرهبرداری از واحد دوم آغاز شد. شاید لزومی به گفتن ندارد که رکن اصلی هر بنایی سیمان و خواص معجزهآسای آن میباشد و هیچ سازه و بنایی بدون وجود سیمان قابل تصور هم نیست.
سیمان خاکستری
سیمانها مواد چسبندهای هستند که قابلیت چسباندن ذرات را به یکدیگر و به وجود آوردن جسم یکپارچه از ذرات متشکله را دارند. این تعریف از سیمان دارای آنچنان جامعیتی است که میتواند شامل انواع چسبها از جمله چسبهای مایع که در چسبانیدن قطعات سنگ یا فلزات به یکدیگر به کار میروند، نیز بشود. لذا مقصود ما از سیمان در اینجا آن نوعی است که دارای ریشه آهکی باشد.
سیمان گردی است نرم، جاذب آب و چسباننده خردهسنگها که اساساً مرکب از ترکیبات پخته شده و گداخته شده اکسید کلسیم با اکسید سیلیس، اکسید آلومینیوم و اکسید آهن است. ملات این گرد قادر است به مرور در مجاورت هوا یا در زیر آب سخت شده و در زیر آب ضمن داشتن ثبات حجم، مقاومت خود را نیز حفظ نماید و در فاصله ۲۸ روز در زیر آب ماندن دارای حداقل مقاومت ۲۵۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع گردد.
به طور کلی مواد اولیهای که برای تهیه سیمان به کار میرود از منابع طبیعی (معدنی) تهیه میگردد. برای تامین این ترکیبات در درجه اول از سنگ آهک با درصد بالا و در درجه دوم از خاک رس که دارای مقدار کمی آهک ولی مقادیر قابل ملاحظهای اکسیدهای سیلیس و آلومینیوم و آهن میباشد، استفاده میگردد. برای تنظیم دقیقتر مواد اولیه از مواد اصلاح کننده مثل آهن و سنگ سیلیس و غیره نیز استفاده میگردد.
سیمان سفید
سیمان سفید در سال ۱۸۸۷ میلادی برای اولین بار توسط کمپانی لافارژ فرانسوی تهیه و به بازار عرضه گردید سپس به علت استقبالی که از آن به عمل آمد و تقاضا برای آن روز به روز افزایش یافت، کشورهای دیگر در صدد ساخت آن برآمدند که از جمله میتوان به آمریکا در سال ۱۹۰۷، آلمان ۱۹۰۸، ژاپن ۱۹۲۰ و انگلستان ۱۹۲۹ اشاره کرد.
تهیه سیمان سفید احتیاج به تکنولوژی پیچیدهتری نسبت به خاکستری دارد و کشورهای غیر صنعتی به ندرت توانستهاند آن را تولید کنند. در ایران برای اولین بار در سال ۱۳۴۲ کارخانه سیمان دماوند با تبدیل کوره ۱۰۰ تنی سیمان خاکستری شروع به ساخت سیمان سفید نمود. پس از آن به علت افزایش تقاضا، کوره دوم آن نیز در سال ۱۳۵۰ اقدام به تولید سیمان نمود و در حال حاضر این کارخانه و کارخانجات سیمانهای سفید تبریز، ساوه، ارومیه سیمان سفید به بازار عرضه مینمایند که بخشی از این تولید به خارج از کشور صادر میشود.
در سیمان سفید به جای خاک رس از کائولن استفاده میکنند، زیرا یکی از علل رنگ سیمان خاکستری ناشی از حضور آهن در ترکیبات رس است و چون کائولن فاقد (مقدار بسیار اندک) آهن میباشد در نتیجه کلینکر تولیدی تقریباً سفید رنگ است (سبز روشن مغز پستهای) و از طرفی پروسه تولید چنان است که اجازه اکسید شدن مجدد را به آهن نمیدهد در نتیجه به بالا رفتن میزان سفیدی کمک مینماید.
از موادی که میتوانند سفیدی سیمان را خراب کرده و جذابیت بازار آن را کاهش دهند میتوان از تیتانیوم و منگنز نام برد. نهایتاً به علت نوع پروسس و نرمی بسیار بالاتر سیمان سفید، بتن حاصل از سیمان سفید، مقاومتهای بسیار بالاتری نسبت به سیمان خاکستری دارد که خود مزیتی بزرگ به حساب میآید.