بايندرهاي هيدروليك و صنايع بتني در ابتداي قرن 21 (1)

ارزيابي ميزان مصرف سيمان در طي قرن 21

توليد سيمان پرتلند در سال 2000 به بيش از 5/1 ميليارد تن بوده است، اين در حالي است كه اين توليد در سال 1900، برابر با 10 ميليارد تن بوده است. به هر حال، در طي قرن 20 ام، مصرف سيمان به طور پيوسته افزايش نيافته است. از جدول 1 و شكل 1a فهميده مي شود كه در ابتداي دهه ي 1960، مصرف سيمان در كشورهاي صنعني به طور قابل توجهي افزايش يافته است و سپس در 50 تا 20 سال گذشته، اين مصرف در كشورهاي جنوب شرقي آسيا، افزايش قابل توجهي داشته است (جدول 2). همانگونه كه در شكل 1b نشان داده شده است، توليد كل سيمان پرتلند در طي 20 سال گذشته، دو برابر شده است. مصرف سيمان نيز در هر اقليم تقريبا دو برابر شده است (جدول 3).
وقتي ميزان توليد سيمان در طي سال هاي 1900 تا 2000 مورد مقايسه قرار گيرد، اين مشخص مي شود كه استفاده از سيمان پرتلند توليد شده در اين زمان، در طي قرن گذشته، افزايش قابل توجهي داشته است. در حقيقت، در بيشتر كشورها، مصرف سيمان مي تواند با ميزان توليد ناخالص داخلي (GDP) مقايسه شود. شكل 2 سرانه ي مصرف سالانه ي سيمان را در جهان نشان مي دهد.
هم اكنون، پيش بيني ميزان مصرف دراز مدت سيمان در جهان،‌ مشكل مي باشد. زيرا صنايع بتني و سيماني به طور مناسبي به پايگاه هاي آماري متصل نمي باشند و نمي توان نمودارهاي دقيقي مانند نمودار شكل 3 بدست آورد. پيش بيني ميزان توليد همچنين به فعاليت هاي انساني و سياست هاي آنها وابسته است.
به جاي اينكه به آمارهاي كلي نگاه كنيم، بهتر است مصرف سيمان در هر كشور مورد ارزيابي قرار گيرد. اين واضح است كه در جهان مصرف سيمان در همه ي مكان ها مشابه همديگر نيست (جدول 2). سه توليدكننده ي عمده ي سيمان چين، ژاپن و آمريكا هستند. آمار ارائه شده براي توليد سيمان بوسيله ي چين با جمعيت اين كشور تطابق دارد. به هر حال، هند كه داراي جمعيتي بيش از يك ميليارد مي باشد، هم اكنون كمتر از ژاپن سيمان مصرف مي كند. اين در حالي است كه جمعيت ژاپن، يك هشتم جمعيت هند است.
وقتي مصرف سرانه ي سيمان كشور به كشور، محاسبه شود (جدول 4)، اين مشاهده مي شود كه مصرف سيمان با نرخ بالاتري در حال افزايش است. در سال 1993، لوكسامبرگ و پرتقال ، بيشترين مصرف سيمان در اروپا را به خود اختصاص داده اند. مصرف فراوان سيمان در پرتقال مي تواند با استفاده از اين حقيقت توصيف شود كه پرتقال داراي برنامه هاي توسعه ي زيرساختي بزرگي است. هدف از اين توسعه ها بالا بردن رتبه ي اين كشور در بين كشورهاي اروپايي است. مصرف زياد سيمان در لوكسامبرگ مي تواند به دليل ساخت و سازهايي باشد كه در زمينه ي بخش هاي اداري اتحاديه ي اروپا و زيرساخت هاي بانكي اين كشور، در حال انجام مي باشد. لوكسامبرگ از يك جنبه به مهم ترين مسير اروپايي تبديل شده است.
برخلاف اين مسئله، در كشورهاي كمتر توسعه يافته، مصرف سيمان همچنان پايين است. در سال 1998، سرانه ي مصرف سيمان در ماداگاسكار تنها 14 كيلوگرم در سال است. اين مسئله بايد تذكر داده شود كه در همين دوره، سرانه ي مصرف سيمان در لوگسامبرگ برابر با 1100 كيلوگرم در سال است.
مصرف سيمان به طور مستقيم با ميزان توسعه ي جوامع امروزي در ارتباط است. مصرف سيمان در سال 1993 و 1996 به عنوان تابعي از توليد ناخالص داخلي (GDP) براي كشورهاي مخلتف در شكل 4 ترسيم شده است. نمودار بدست آمده داراي يك شكل سهمي گون است كه تقعر آن رو به پايين است. در اين اشكال،‌ اين به نظر مي رسد كه وقتي توليد ناخالص داخلي كمتر از 1000 دلار بر سال باشد، سرانه ي مصرف سيمان كمتر از 100 كيلوگرم بر سال است. انسان در درجه ي اول در پي برطرف كردن نيازهاي اوليه ي خود، يعني لباس و غذاست و به ساخت خانه در درجه ي دوم نگاه مي كند. تنها وقتي توليد ناخالص ملي بيش از 1000 دلار بر سال شود، تازه مردم شروع به استفاده از بتن در ساخت خانه هايشان مي كنند. در همين زمان، اين مشاهده شده است كه دولت ها داراي پول كافي براي سرمايه گذاري در زمينه ي ريزساختارها هستند.
وقتي توليد ناخالص داخلي به حدود 10000 دلار بر سال برسد، مصرف سيمان كاهش مي يابد و در اين حالت اكثر مردم در خانه هاي خود سكونت يافته اند و همچنين زيرساخت هاي مورد نياز نيز كامل شده است. در اين حالت تنها كارهاي بازسازي و ترميم انجام خواهد شد. اين رويه در كشورهاي اورپايي، آمريكايي و آسيايي قابل مشاهده است.
اين به نظر مي رسد كه مصرف سيمان در كشورهاي صنعتي در حال كاهش است و به طور عكس، اين مصرف در بسياري از كشورهاي توسعه نيافته در حال افزايش است. جدول 3 و 4 تفاوت هاي بزرگ ميان مصرف سيمان در كشورهاي مختلف را در انتهاي قرن 20 ام ، نشان مي دهد.
كشورهاي وسيع مانند برزيل تنها داراي سرانه ي مصرف سيماني برابر با 135 كيلوگرم در سال دارند، اما در مواردي خاص، آمارها تغييرات بزرگ در مصرف سيمان را كه حتي در داخل يك كشور بوجود مي آيد را پنهان مي كنند. مثلا در سائوپائولو و ريو دو ژانيرو، مردمي كه در مكان هاي شيك زندگي مي كنند، نسبت به مردمي كه در بخش هاي فقير اين كشور زندگي مي كنند،‌ ميزان بيشتري سيمان مصرف مي كنند. يك چنين مثال هايي مي تواند در بسياري از كشورها وجود داشته باشد،‌حتي در كشورهاي ثروتمندتر.
شركت هاي توليدكننده ي سيمان يا بتن كه در سرتاسر دنيا كار مي كنند، در آينده كمتر مي شوند. اين مسئله حداقل در نيمه ي اول قرن 21 قابل مشاهده است. به هر حال، اين شركت ها مي دانند كه آنها داراي بايد فعاليت هاي خود را از كشورهاي توسعه يافته به سمت كشور هاي در حال توسعه حركت دهند. آنها كارخانه هاي سيمان را در كشورهاي با سياست هاي پايدار افتتاح مي كنند و همچنين واحدهاي آسياب كاري را در كشورهاي نامطمن تر و همچنين ترمينال هايي را در كشورهاي با ثبات سياسي كمتر ايجاد مي كنند. از اين رو جريان شركت هاي سيمان سازي در جهان از سمت كشورهاي توسعه يافته به سمت كشورهاي در حال توسعه در حال حركت است.
البته مصرف سيمان به فاكتورهاي ديگري به غير از توليد ناخالص داخلي وابسته است. فاكتورهاي اقتصادي مانند وجود مواد ساختماني با قابليت رقابت با سيمان (مانند چوب،‌ فولاد، آلومينيوم، پلاستيك، مواد كامپوزيتي،‌ شيشه و ...)، فاكتورهاي جغرافيايي (مانند وجود پستي و بلندي زياد در يك كشور يا مسطح بودن آن)، فاكتورهاي دموگرافيكي (مانند تراكم جمعيت، ميزان شهر نشيني)، فاكتورهاي آب و هوايي (مثلا، بلژيكي ها كه در زمستان، زمان بيشتري را در خانه به سر مي برند، نياز دارند تا در خانه ها و آپارتمان هاي بزرگتري نسبت به مردم فرانسه يا اسپانيا، زندگي كنند)،‌ فاكتورهاي فرهنگي (مثلا معماران و مهندسين انگليسي بتن را ترجيح مي دهند در حالي كه مردم اسكانديناوي، چوب را ترجيح مي دهند)، از جمله فاكتورهايي هستند كه در ميزان مصرف سرانه ي سيمان اثر دارند. بسياري از فاكتورهاي تاريخي، تجاري، سياسي و هزينه، نيز بر روي ميزان مصرف سيمان، اثر دارد.
هدف اصلي صنايع سيمان و بتن، برطرف كردن نيازهاي بخش ساخت و ساز است. اين صنايع سيمان و بتن نيستند كه مردم را مجبور مي كنند، از سيمان و بتن استفاده كنند، بلكه مردم براي بهبود و افزايش استاندارد زندگي خود، از سيمان و بتن استفاده مي كنند. در طي 50 سال گذشته، اين مشاهده شده است كه استفاده از سيمان مي تواند استاندارد زندگي انسان ها را بهبود دهد.
در آغاز قرن 21، اين مشكل بود كه توصيف دقيقي در مورد شركت هاي توليد كننده ي سيمان در دنيا، ارائه كنيم. علت اين مسئله اين است كه در بسياري از صنايع ديگر، ادغام هاي قابل توجهي ايجاد شده است اما به دليل سنگين بودن صنايع سنتي و قديمي، اين تمركز با سرعت هاي نسبتا پايين انجام مي شود. به هر حال، اخيرا، حركت هاي تمركزي تا حدي به خاطر ورود بازيگران بزرگتر و قوي تر به اين صحنه، تشديد شده است.
در تجارت بتن آماده (ready-mix)، وضعيت پيچيده تر و گيج كننده تر است. صنعت بتن آماده يك صنعت جانبي است كه از قوانين بازارهاي محلي، تبعيت مي كند و هنوز هم صنعتي سنتي است. در برخي جاها، اين متداول است كه شركت هاي توليد كننده ي سيمان، به تجارت مخلوط هاي آماده، مشغول هستند. اين مسئله در بيشتر جهان متداول است كه شركت هاي توليد كننده ي سيمان در بازار بتن نيز فعاليت دارند. اين رويه بايد ادامه داشته باشد و بعد از اين بايد ببينيم كه به غير از توليد بتن، از سيمان چه استفاده اي مي توان كرد؟
گروه هاي چند مليتي تهيه كننده ي مخلوط هاي آماده، به سرعت در حال رشد مي باشند. مثلا يك گروه انگليسي با نام RMC بزرگترين شركت فعال در اين زمينه است كه در فرانسه كار مي كند. اين گروه ها، شركت هاي توليد سيمان را پيش از خريده شدن بوسيله ي سه شركت بزرگ، مي خرند. اين پديده ي جهاني شدن به همراه تجميع عمودي، مي توان در سال هاي آتي، افزايش يابد.
چرا يك تفاوت بزرگ در روش تجاري دو صنعت مشابه (با يك نوع محصول سيمان)، وجود دارد؟ در واقع سيمان ماده اي است كه نيازمند به سرمايه گذاري اوليه و هزينه ي در گردش بالايي است. هزينه ي ساخت يك كارخانه ي مدرن سيمان در حدود 200 تا 300 ميليون دلار است (براي كارخانه اي با توليد 2000 تا 2500 تن در روز). اين سرمايه گذاري در طول دوره ي زماني معيني بازمي گردد بنابراين، اين مسئله تنها در بازارهاي با ثبات قابل انجام است (نه تنها از لحاظ نقطه نظر اقتصادي و نه از لحاظ نقطه نظر سياسي). البته توجه به نگهداري و سرويس دهي خوب در زمينه ي وسايل الكترونيكي و سيستم هاي كامپيوتري، ضروري است زيرا كارخانه هاي سيمان جديد اتوماتيك هستند. هر خاموشي در خط توليد به دليل مشكلات در زمينه ي بخش هاي برقي و كامپيوتري، داراي تبعات اقتصادي و بروز ضرر و زيان است.
به هر حال، در آينده ي نزديك، يك فاصله ي واضح بايد ميان صنايع توليد سيمان و بتن ايجاد شود. علت اين مسئله به دليل اين است كه سطح تجاري اين بخش ها در كشورهاي صنعتي، حفظ گردد. از اين رو، شركت هاي سيمان بايد به فعاليتي هايي مشغول شوند كه به استحاله هاي ايجاد شده در حين تبديل سيمان به بتن و حتي فعاليت هاي ساختمان سازي، مربوط مي شوند. همچنين در طي سال هاي آتي بايد تصدي دولت ها از كارخانجات سيمان كمتر شود. در صورتي كه اين رويه انجام نشود، استفاده از سيمان كمتر مي شود و رويه به سمت استفاده از مواد ساختاري ديگر مي رود.

سياست هاي بوم شناسي جديد: از سيمان پرتلند تا بايندرهاي هيدروليك

هدف از اين بخش، ارائه اطلاعات در زمينه ي سيمان هاي مخلوط شده نيست، بلكه هدف اين بخش بيان چگونگي و چرايي ظاهر شدن اين بايندرها در بازار مي باشد.
اولين سيمان هاي مخلوط، سيمان سرباره اي است كه در اوايل سال 1901 در آلمان توليد شد. بر اساس كارهاي انجام شده بوسيله ي Prussing در سال 1888، اين فهميده شد كه با كوئنچ كردن سرباره،‌ امكان توليد ماده اي وجود دارد كه مي توان آن را جايگزين بخشي از سيمان كرد. اين جايگزيني بدون كاهش در استحكام فشاري بتن حاصله (استحكام 28 روزه) انجام مي شود. اين نكته را بايد تذكر دهيم كه براي استفاده از سرباره، نياز است تا آن را فعال سازي كنيم. اين فعال سازي مي تواند با استفاده از سيمان پرتلند، گچ و سولفات هاي قليايي و مواد قليايي، انجام شود.
در سال 1900، توليدكنندگان سيمان پرتلند آلمان، محصول را در بازار نمي ديدند كه بتواند با محصول آنها رقابت كند، از اين رو، آنها از فروش كلينكر به صنعت متالورژي جلوگيري كردند. صنعت فولاد چاره اي نداشت جز اينكه براي خود كوره هاي پخت كلينكر سيمان بسازد. اين مقابله تا سال 1909 ادامه داشت تا زماني كه سيمان مخلوط به بازار وارد شد. اين سيمان داراي 30 تا 70 درصد سرباره بود. بعد از اين تقابل، هر دو صنعت تصميم گرفتند تا براي توليد اولين استانداردها در زمينه ي سيمان هاي مخلوط، همكاري كنند.
سيمان هاي سرباره اي به سرعت در بلژيك و هلند مورد استقبال قرار گرفت. در فرانسه، اين مسئله رخ ندارد تا زماني كه اولين بار در سال 1918، سيمان هاي سرباره اي، مورد استفاده قرار گرفت. سيمان سرباره اي در آستركاري Paris Metro مورد استفاده قرار گرفت و همچنين براي كاربردهاي دريايي نيز داراي مقبوليت خوبي بود.
سيمان هاي سوپرسولفاته بوسيله ي H.Kuhl در سال 1908، اختراع شد. توليد اين نوع سيمان از سال 1914،‌ در آلمان شروع شد. توليد اين نوع سيمان در فرانسه و بلژيك، در سال 1932 شروع شد. سيمان سوپرسولفاته تنها 5 % سيمان داشت و 80% از آن را سرباره و مابقي را كلسيم سولفات تشكيل مي دهد.
در ايالات متحده ي آمريكا، توليدكنندگان سيمان پرتلند تا سال هاي اخير از ارائه ي سيمان سرباره اي جلوگيري كردند. اين مسئله علارغم اين مسئله رخ داد كه استانداردهاي مورد نياز براي سيمان هاي مخلوط و سرباره ي وجود داشت. در نتيجه، در برخي از نواحي كانادا و آمريكا، سرباره به طور مجزا و مستقيما به توليد كنندگان بتن، فروخته مي شود.
مواد پزولاني كم و بيش در برخي كشورهاي مديترانه اي به سيمان پرتلند اضافه مي شوند. در ايتاليا، يونان و مراكش، با توجه به وجود منابع پوزولاني با كيفيت بالا، استفاده از اين مواد متداول است. در آمريكاي لاتين، برخي سيمان هاي پزولاني وارد بازار شده اند مخصوصا در شيلي و مكزيك.
خاكسترهاي بادي (fly ashes) نيز اخير به عنوان مواد افزودني براي سيمان مورد استفاده قرار مي گيرند. در سال 1953، 110000 تن از اين مواد در طي ساخت سد Hungey Horse بر روي رودخانه ي Flathead مونتانا، مورد استفاده قرار گرفت. اين خاكستر بادي در كارخانه به سيمان افزوده شد. Fluilloux نيز استفاده از سيمان هاي مخلوط شده با خاكسترهاي بادي را رواج داده است.
در اروپا، نياز وافر در زمينه ي سيمان، بعد از جنگ جهاني دوم،‌ موجب شد تا استفاده از خاكستر بادي در توليد سيمان هاي مخلوط، بيشتر شود. در واقع اين روش، ساده ترين راه براي افزايش توليد سيمان بدون سرمايه گذاري به منظور توليد كلينكر، بوده است. استفاده از اين افزودني براي شركت هاي توليد كننده ي برق نيز مطلوب بود و بدين وسيله راهي براي دفن خاكستر بادي توليدي در كارخانه هاي آنها فراهم آمد.
در فرانسه،‌ هيچگاه از خاكستر بادي به طور مجزا استفاده نشده است. اين مسئله در انگليس، آلمان و آمريكا، مشاهده شده است. در آلمان، توليدكنندگان سيمان و سرباره مخالف سرسختي در زمينه ي استفاده از اين نوع خاكستر بودند. به عنوان نتيجه، حدود 4 ميليون تن خاكستر بادي به صورت سالانه و مستقيم به توليدكنندگان بتن، فروخته مي شود.
استفاده از پركننده هاي توليدي از سنگ آهك در دهه ي 1980 در فرانسه متداول شد. اين استفاده پيش از استفاده از اين مواد پركننده در اروپا و كانادا انجام شده است. آمريكايي ها هنوز هم به طور شديدي با استفاده از پركننده هاي توليدي از سنگ آهك مخالف هستند.
در طي دهه ي 1970، دوده ي سيليس نيز مورد استفاده قرار گرفت. اين كار اولين بار در اسكانديناوي و سپس در كانادا و آمريكا نيز انجام شد. دوده ي سيليس به عنوان يك جزء مجزا به كارخانه هاي توليد بتن فروخته مي شد يا با سيمان مخلوط مي شد.
تنها در سال هاي اخير بود كه توليدكنندگان سيمان در آمريكا، تصميم گرفتند تا از سياست هاي جديد بوم شناسي استفاده كنند و از اين تصميم گرفتند از سيمان هاي مخلوط شده با مواد ديگر استفاده كنند تا بدين صورت، ميزان انتشار گاز دي اكسيد كربن را كاهش دهند. اين مسلم است كه اتصال دهندهاي مورد استفاده در قرن 21، از مواد سيماني شكلي غير از سيمان پرتلند، تشكيل شده اند.
هم اكنون، سيمان هاي سه تايي در بازار وارد شده اند. اين سيمان ها مخصوصا در بازار اروپا حضور چشمگيري دارند. در واقع در اروپا، سيمان هاي مخلوط شده هم داراي سرباره و هم داراي خاكستر بادي هستند. در كبك كانادا، توليدكنندگان سيمان محصولات سيماني به بازار روانه كرده اند كه داراي سرباره، خاكسر بادي و دوده ي سيليس است. حتي سيمان هاي 4 تايي نيز بوسيله ي شركت هاي استراليايي و كانادايي، پيشنهاد شده است. اين سيمان هاي مخلوط، از سرباره، خاكستر بادي و دوده ي سيلس تشكيل شده اند. به دليل حفظ محيط زيست بوسيله ي اين نوع سيمان هاي مخلوط، اين سيمان ها مانند سيمان هاي داراي مقادير اندك مواد قليايي عمل مي كنند و در آنها مي توان واكنش مواد قليايي با شن و ماسه را كنترل نمود.
بسياري از مردم اعتقاد دارند كه شركت هاي توليد سيمان، سرباره و خاكستر بادي را به منظور كاهش هزينه هاي خود، وارد سيمان مي كنند. اين مسئله ضرروتا صحيح نمي باشد. زيرا استفاده، انتقال، انباركردن و عمل آوري اين مواد افزودني، هزينه ها زيادي را بر كارخانه هاي سيمان تحميل مي كند. تنها افزودن پركننده هاي توليدي از سنگ آهك، داراي مزيت براي توليدكنندگان سيمان است. سنگ آهك به طور مستقيم از معدن برداشت مي شود و آسياب كردن آن نيز ساده و كم هزينه است. همچنين نيازي به استفاده از فرايندهاي كلسيناسيون براي اين پركننده ها نيست. تنها لازم است تا اين مواد آسياب كاري شده و با سيمان مخلوط شوند. البته بايد اين پركننده ها نسبت به سيمان پرتلند نرم تر باشند تا تطابق اوليه ي آنها با سيمان افزايش يابد.
در برخي مواقع، كارخانه هاي سيمان مي خواهند تمام انواع مواد سمي و خطر آفرين را از محصول خود خارج كنند. در اين زمينه به خاطر استفاده از دماهاي بالا در توليد سيمان، تمام مولكول هاي آلي موجود در مواد اوليه، به طور كامل مي سوزند و خارج مي شوند.
استفاده از مطالب اين مقاله با ذكر منبع راسخون بلامانع مي باشد.