تاریخچه پیدایش سیمان در جهان

انسان از دیرباز سیمان را می شناخته و با گذشت زمان بر نقش و اهمیت آن وقوف و آگاهی بیشتر یافته و هر روز کوشیده است بناها وساخته هاي خود را مستحکم تر از گذشته احداث نماید. انسان هاي اواخر عصر حجر که از طریق شکار کردن و جمع آوري مواد غذایی ارتزاق می نمودند و در پی غذا در ناحیه وسیعی در حرکت بودند، در پناهگاه هاي موقت زندگی میکردند. وقوع انقلاب کشاورزي که به حدود 10000 سال پیش از میلاد مسیح باز می گردد، انگیزه اي براي سکونت دائمی و ایجاد ساختمان و خانه براي انسان بود. انسان دیگر به دنبال شکار یا گله هاي خود، از جائی به جاي دیگر نمی رفت، بلکه براي مراقبت از مزارع خود در یک محل می ماند. در خاورمیانه آثار و بقایاي دهکده هاي کاملی با محل سکونت مدوري بنام تولوي یافت شده که دیوارهاي آن از گل رس متراکم ساخته شده است. تولوي گام بسیار مهمی در جستجوي دوام ساختمان به حساب می آید. در واقع ایجاد آنها آغاز فرآیند ساختمان سازي است. شناخت انسان از خواص از این رو ساختن ملات هایی .  « ساختمان و خانه سازي » و تاریخ « سیمان » خاك رس و سنگ آهک نقطه عطف مهمی است در تاریخچه که داراي خاصیت سخت شدن و فشارپذیري بود، مورد توجه قرار گرفت و از ترکیبات خاك رس و سنگ آهک و مواد دیگر جهت ساختارهاي مهم نظیر پل ها، تأسیسات بندري و ساختمان هاي بزرگ استفاده گردید.

در میان آشوري ها و بابلی هاي دوران کهن، ماده چسبنده بکار رفته اغلب خاك رس بوده است. مصري ها با استفاده از آهک و سنگ گچ ماده اي تولید کرده بودند که شباهت بسیاري با بتن فعلی داشت. در روم باستان براي ساختن بناها و ساختمان ها از سنگ، سفال، ملات و چوب استفاده می کردند. آن ها از خاك رس، آجر و کاشی و خشت می ساختند و سپس آن ها را در کوره می پختند. ملاتی که در اتصال سنگ ها و سفال ها از آن استفاده می شد، مخلوطی بوده از ماسه، آهک و آب و در ساختمان قسمت هایی که در زیر آب قرار اضافه می کردند که ملات را سخت و در مقابل آب مقاوم می ساخت. « پوزولانا » می گرفت، ماده اي سیلیسی بنام ایتالیاي کنونی استخراج می شد، سرشار از سیلیکات آلومینیوم بود و« پوزولا » خاکستر آتشفشانی که از معدنی در نزدیکی شهر مربوط به دوران روم باستان نیز از این نام برگرفته شده است. امروزه اصطلاح پوزولان ا یا پوزولا ن یا به خود « پوزولانا 2 » سیمان مشهور سیمان اشاره دارد و یا به هر ماده نرم حاوي سیلیکات آلومینیومی اطلاق می شود که در مجاورت آب با آهک واکنش نشان داده و تشکیل سیمان می دهد. بهترین سیمان بدست آمده از دوران گذشته، ساخته دست رومیان است. کشفیات باستان شناسی و پژوهش هاي انجام گرفته بر روي آثار و بقایاي ساختمان هاي عصر باستان و آثار مورخین چنین نشان می دهد که رومیان نخستین کسانی بودند که با چگونگی و ارزش کاربرد سیمان به مفهوم گیرش و سخت شدن آگاهی پیدا کرده اند . از 2600 سال پیش از میلاد مسیح تا اواسط قرن هجدهم علاوه بر گل رس وگچ ، چسبنده د یگري بنام آهک پخته بطور مصنوعی تهیه می شد که از پختن سنگ آهک حاصل می گردید و موسوم بود و از طریق پاشیدن آب، آن را به آهک شکفته تبدیل می نمودندکه متعاقباً تبدیل به گرد آهک می گردید. (CaO) به آهک زنده رومیها با استفاده از این مواد بناهایی ساخته اند که بسیاري از آن ها هنوز پابرجاست. از جمله این بناها معبد پانتئون در رم است که در سال 120 میلادي ساخته شده است و داراي بدنه استوانه اي به قطر 43 متر و سقف گنبدي شکل است.

ملات آهکی که در سطور بالا بدان اشاره شد، منحصراً جهت ساختن دیوارهاي آجري معابد و نظایر آن بکار می رفت ، ولی در ساختمان کانالهاي آب کاربردي نداشت، زیرا از کیفیت سخت شونده در زیر آب بی بهره بود . در نتیجه نمی توانست پاسخگوي نیازهاي ساختمانی آبی و دریایی از قبیل پل، سد، اسکله و نظایر آن باشد.

قرن ها سپري شد تا رومیان به کشف بزرگی نائل آمدند و ماده اي را که پوزولان(Puzzolan) نامیده می شد به گرد آهک شکفته افزودند  و با آب ، ملاتی ساختند که پس از گیرش توانست در هوا و در زیر آب به حالت سخت باقی بماند . بعد از این کشف بزرگ، به مزایاي مخلوط آهک پخته و خاك رس پی برده شد، که اولین گام براي ساختن سیمان به شمار می رود.

در آن عصر محصولی را که از اختلاط پوزولان و آهک پخته به دست آمد،. سیمان(CAEMENTE) نامیدند که از واژه یونانی CAEDER مشتق شده (به معنی بریدن ، قطع کردن و شکسته شدن ) و به سن گ هاي شکسته (خرده سنگ ) اطلاق می گردید . اصطلاح CAEMENTE تا اواسط قرن هجدهم براي آن دسته از مواردي به کار برده می شد که به صورت مخلوط با جسم مورد نظر، سبب ازدیاد سختی آن جسم می گردیدند.

سیمان به مفهوم امروزي براي نخستین بار بوسیله پارکرانگلیسی در سال 1796 بکار گرفته شد. واژه سیمان در زبان هاي آلمانی ،انگلیسی و فرانسه به کلیه موادي که خاصیت چسبندگی داشته باشند - به غیر از ترکیبات قیر و آسفالت که در ساختمان ها و راه ها مورد استفاده قرار می گیرد- اطلاق می شود.

تهیه سیمان به طرق علمی جدید از قرن هجدهم آغاز شد. در سال 1756« جان اسمیتون  » که در فاصله سال هاي1792 – 1724 میزیست، موفق به کشف بزرگ و ارزنده اي گردید. وي در این سال ماموریت یافت که « فانوس دریایی ادیستون  » را که در دریاي مانش و در ساحل کورتوال انگلستان  قرار داشت، دوباره بازسازي کند. اسمیتون نیاز به ملاتی داشت که در مقابل آب مقاوم و پایدار بماند.

اسمیتون در ساختن ملات هاي آزمایشی خود، چند نوع آهک مختلف را آزمود و از هر یک نمونه هایی ساخت. سرانجام با کوشش و آزمایش هاي فراوان از طریق پختن سنگ آهک(Glamorgan)  براي اولین بار کیفیت ویژه ملات آهک آبی را کشف نمود و در این رهگذر با پدیده بسیار ارزنده اي مواجه شد. از تجزیه این سنگ آهک مشخص شد که حاوي مقداري خاك رس است. وي در آزمایش هاي خود به وجود آورد. البته با « پرتلند » موفق شد که از ترکیب سنگ آهک ناخالص و خاك رس و پختن آن دو، ماده اي شبیه به سنگ هاي پختن مخلوط هاي گوناگون سنگ آهک و خاك رس طی سال هاي بعد تجربیات بیشتري در این زمینه بدست آمد.

اما از این کشف بزرگ استقبال چندانی به ع مل نیامد تا اینکه در سال 1776 یک فرد انگلیسی بنام جیمز پارکر  از پختن سنگ هاي مارل لندن  محصولی به دست آورد که آن را سیمان رومی  نام نهاد. این سیمان در همان سال در انگلستان به ثبت رسید. در فاصله سال 1815-1819 دو دانشمند بزرگ یکی بنام ویکات  و دیگري آلمانی بنام J.Fjohn هر یک به طور جداگانه از تحقیقات و بررسی خود به این نتیجه رسیدند که از پختن مخلوط سنگ آهک و خاك رس به میزان 25 الی 30 درصد، مناسبترین محصول هیدرولیکی حاصل خواهد گشت. معمار « ژوزف آسپدین » نتیجه کارهاي ویکات هرچند که موفقیت آمیز بود، ام ا در فرانسه با استقبال مواجه نشد.

تاریخچه صنعت سیمان در ایران

ایرانیان از پیشینه کهنی در شناخت و تهیه مصالح ساختمانی برخوردارند . بناهاي به یادگار مانده از پیشینیان ما در نقاط مختلف کشور از دوران -هاي گذشته ، ابعاد این امر را مشخص م یسازد. آهک و ساروج از جمله موادي است که در یران قدیم به وفور به کار گرفته شده است. بناهایی همچون فانوسهاي دریایی خلیج فارس یا سدها و تأسیسات بندري مجاور آب که از ترکیب آهک و مواد رسی میباشند، از این قبیل می باشد . استاد احمد حامی در کتاب مصالح ساختمانی شرح البی در این خصوص بیان نموده است که نشاندهنده پیشینه تاریخی قابل ملاحظه اي براي اینگونه مواد ساختمانی از جمله ساروج در ایران است.

زمان شروع مصرف سیمان در ایران به صورت کنونی کاملاً مشخص نیست، لیکن ورود سیمان به ایران، توسط خارجیان صورت گرفت که از آن براي ساختن بناهائی نظیر کلیسا، سفارتخانه و تأسیسات بندري استفاده شده است.

مصالح ساختمانی قدیمی براي ساخت زیربناهاي اقتصادي با روش مدرن امروزي کارایی و استقامت لازم را نداشتند، نابراین نیاز به مصالح ساختمانی جدید اجتنا ب ناپذیر گردید که یکی از مهم ترین مصالح ساختمانی براي ساخت این بن اها، سیمان بود . اجراي پروژه هاي جدید از قبیل خطوط و ساختمان راه آهن دولتی، پل ها، و تونل ها و سایر ابنیه نیاز مبرم به مقدار زیادي سیمان داشت، بنابراین دولت اقدام به واردات سیمان نمود و هر ساله بر حجم واردات اضافه می گردید به طوري که در سال 1314 ایران چهارمین کشور وارد کننده سیمان در جهان به شمار می رفت.

کشور ایران از لحاظ جغرافیایی در منطق هاي واقع شده که سلسله کو ههاي آهکی آن را احاطه نموده است، در نتیجه مواد اولیه براي تولید سیمان در داخل کشور به وفور یافت می شود. بنابراین دولت تصمیم به ساخت کارخانه سیمان در ایران گرفت. در سال 1307 مطالعات و برس ی هاي لازم براي ایجاد اولین کارخانه سیمان و همچنین برآورد ذخایر مواد اولیه مورد نیاز این پروژه آغاز شد و در سال 1309 قراردادي با شرکت دانمارکی اف ال اسمیت جهت ایجاد این کارخانه موسوم به سیمان ري با ظرفیت تولید 100 تن سیمان در روز و با سرمایه دولتی معادل 133800 لیره انگلیس

براي تأمین ماشین آلات و 66900 لیره انگلیس جهت تأمین تجهیزات نیروگاه برق مورد نیاز آن منعقد شد. سرمایه این کارخانه توسط دولت و از محل عایدات قند و شک ر تامین گردید و بهاي آن به صورت خشکبار و سایر فراورده هاي کشاورزي به دانمارك پرداخت شد . بهاي تمام شده این کارخانه 15 میلیون ریال بود.

پس از خرید ماشین آلات، کارهاي ساختمانی آن از شهریور 1311 توسط شرکت طنس آلمان شروع گردید و در 8 دي ماه 1312 اولین کوره سیم ان ایران با ظرفیت 100 تن در روز در هفت کیلومتري جنوب تهران نزدیک به کوههاي بی بی شهربانو و کوه سرسره در شرکت سیمان ري به بهر ه برداري رسید. مدیریت این پروژه را مهندس علی قلی خان بر عهده داشت.

به دلیل تقاضاي بالا براي سیمان و همچنین کافی نبودن میزان تولید کارخانه فوق جهت رفع نیازهاي داخلی، واحد دوم سیمان ري با ظرفیت 200 تن در روز در سال 1314 از شرکت پلیزیوس آلمان خریداري شد . کار ساختمان و نصب این خط در سال 1315 آغاز و در 1316 به مرحله تولید رسید .

جهت ساخت این کارخانه معادل 18 میلیون ریال هزینه گردید.

استقبال مردم از سیمان، دولت را برآن داشت تا در سال 1317 سومین خط تولید با ظرفیت 300 تن در روز را به لیزیوس آلمان سفارش دهد. کار ساختمانی این واحد در سال 1318 آغاز شد و حدود 75 درصد از آن تا سال 1320 اجرا گردید. بخشی از ماشین آلات نیز حمل شده بود، ولی با وقوع جنگ جهانی دوم ، کشتی حاوي بخش عمده ماشی ن آلات در کانال سوئز توسط نیروهاي متفقین توقیف و مصادره گردید. 11 سال بعد، در سال 1330 با عقد قرارداد متممی با شرکت پلی زیوس، ادامه کار خط تولید سوم شرکت سیمان ري از سر گرفته شد و در سال 1334 به بهره برداري رسید. تا آبان 1320 حدود 41 میلیون ریال براي واحد سوم هزینه شده بود که با هزینه هاي بعدي، مجموع هزینه این واحد بالغ بر 50 میلیون ریال گردید.

بنابراین ت ا سال 1330 تنها دو کوره سیمان با مجموع ظرفیت 300 تن در روز و یا به عبارتی 90000 تن در سال در ایران نصب گردیده بود . جنگ جهانی دوم سبب تأخیر 15 ساله در افزایش ظرفیت صنعت سیمان ایران گردید.

در سال 1317 فکر ایجاد یک کارخانه 300 تنی در ناحیه لرستان و سه کارخانه یکصد تنی در تبریز، مشهد و شیراز جزء برنامه هاي وزارت صنایع و معادن قرار گرفت که به علت وقوع جنگ جهانی دوم عملیات اجرائی آنها راکد ماند.

اولین واحد تولید سیمان ایران (سیمان ري ) به دلیل توسعه شهر تهران و شرایط تولید قدیمی و همراه با انتشار آلودگی در سال 1360 تعطیل گردید تا اینکه در اسفند سال 1364 کل این مجموعه متوقف و سیمان ري منحل گردید. فیلمی از این کارخانه در دفتر ماهنامه فن آوري سیمان موجود است.

طرح توسعه سیمان ري به ظرفیت 2000 تن در روز واقع در انتهاي شهرك مشیریه از دهه 1350 اقدام و ماشین آلات آن از کشور آلمان و چکوسلواکی خریداري شده بود که که بعد از انقلاب عملیات اجرائی آن پی گرفته شد . در ادامه این واحد توسط شرکت سیمان تهران خریدار ي و در سال 1364 راهاندازي شد.

در فاصله سالهاي 1340 تا 1360 صنعت سیمان از رشد چشمگیري برخوردار گردید، بطوریکه از مصرف سرانه 30 کیلوگرم سیمان در سال 1340 به 100 کیلوگرم در سال 1350 و 250 کیلوگرم در سال 1362 رسید.

صنعت سیمان کشو ر، با سابقه 78 سال تولید، یکی از صنایع زیربنایی کشور محسوب میگردد که رابطه و پیوندي عمیق ب ا طیف گسترده اي از صنایع و مراکز خدماتی گوناگون برقرار نموده است . در حال حاضر ایران با ظرفیت نامی تولید بیش از 76 میلیون تن سیمان در سال، بالاترین ظرفیت تولید سیمان در خاورمیانه را دارا می باشد و از نظر رتبه بندي جهانی نیز در بین 5 کشور اول تولیدکننده سیمان قرار دارد. به طوري که براي صادرات بیش از 10 میلیون تن خود را آماده نموده است.

در این دوره به دلیل پیشرفت هاي صورت گرفته و توسعه شهرنشینی و همچنین آشنایی با ویژگی ها و مزایاي سیمان، تقاضاي رو به رشدي براي آن ایجاد گردید . بنابراین توسعه کارخانه هاي سیمان جزء عناوین اصلی برنامه هاي عمرانی اول تا سوم قبل از انقلاب قرار گرفت . هرچند در این دوره حضور بخش خصوصی در سرمایه گذاري در صنعت سیمان پررنگ بود . طی سالهاي 1332 الی 1336 (برنامه عمرانی 5 ساله اول ) 5 شرکت جدید سیمان تأسیس و همچنین دو طرح توسعه نیز در سیمان ري و سیمان شرق به منظور افزایش ظرفیت تولید سیمان اجراء گردید.

روند تکاملی تکنولوژي پخت سیمان

پس از بکارگیري کورههاي گنبدي شکل، در سال 1855 اولین کوره قائم سیمان به صورت غیر مداوم (طرح بطري شکل) با سوخت چوب یا زغال سنگ استفاده گردید که مواد و سوخت به صورت لایه لایه وارد کوره شده و احتراق از سمت پائین صورت میگرفت. عمل احتراق و زینتر شدن به کاهش حجم مواد منجر شده و ضمن ایجاد فضاي خالی در بالا، امکان شارژ مجدد را فراهم می نمود. کلینکر پخته شده معمولاً به جداره میچسبید که در هنگام تخلیه، جدا میشد. این نوع کوره ها داري ظرفیت 3 تن در هفته بودند. بعدها مواد اولیه ورودي به صورت قالب گیري شده وارد کوره می شد. در سیتم هاي تر، مواد دوغابی را مدتی در داخل حوضچه هاي مخصوصی براي سفت شدن نگهداري می کردند و در برخی از واحدها، خشتهاي مرطوب به وسیله گازهاي خروجی کوره، خشک می شد.

اولین قدم براي کوره هاي مداوم در سال 1864 با بکارگیري کوره هاي استوانه اي برداشته شد که داراي سه قسمت تونل پخت،بخش خروج گازهاي احتراق و دودکش بودند. تونل پخت ساختمانی استوانه اي شکل با سقف ضربی داشت که با دیواره هایی به تعدادي اتاقک تفکیک میگردید. هر اتاقک داراي دریچه تغذیه و تخلیه مواد بود و در هنگام حرارت دادن تمام این اتاقکها (به جز یکی دو مورد) کاملاً آب بندي می شد. در تونل پخت گازهاي داغ احتراق از اتاقکی به اتاقک دیگر منتقل می گردید. سوخت (مخلوط زغال سنگ و کک) از نقاط ویژه اي وارد کوره می شد. زمان پخت 18 تا 20 ساعت براي هر اتاقک بود و یک کوره بزرگ می توانست 20 تا 25 هزار تن سیمان در سال تولید نماید.

در سال 1883 کورههاي چند طبقه مداوم Dietzsch  طراحی و عرضه شد. در این کوره محفظه احتراق در پائین به وسیله یک کوره افقی، از محفظه پیش گرمکن در بالا جدا شده بود. ظرفیت چنین کوره هایی که معمولاً به صورت دوقلو کار می کردند حدود 20 تا 35 تن در روز بود. اصلاحات مستمري بر روي این کورهها صورت گرفت تا اینکه از سال 1910 با مجهز کردن آنها به تجهیزاتی مانند سینی توزیع براي مواد ورودي و سیستم گریت چرخان براي تخلیه کلینکر، هزینه راهبري بسیار کاهش یافت و ظرفیت کورهها به 100 تن در روز افزایش پیدا کرد.

تاریخچه کورههاي دوار به سال 1877 برمیگردد. کوره دوار براي نخستین بار درسال 1885 بوسیله فردریک رانسوم  اهل انگلستان وارد تکنولوژي پخت سیمان گردید. این کوره گازسوز در آمریکا به ثبت رسید. این کوره ها که تکامل بعدي آنها نقطه عطفی در صنعت سیمان ایجاد کرد، بعداً بوسیله مهندسین آمریکایی کاملتر شد.