بايندرهاي هيدروليك و صنايع بتني در ابتداي قرن 21 (2)

ساختار صنعت سيمان در طي نيمه ي دوم قرن 20 ام

صنعت سيمان هنوز هم يك صنعت چند پاره است. اين مسئله علارغم متراكم شوندگي هايي است كه اخيراً بوجود آمده است. سه توليدكننده ي بزرگ سيمان دنيا عبارتند از Cemex در مكزيك، Holcim در سويس، و Lafarge از فرانسه. آنها در سال 2000، 250 تا 300 ميليون تن سيمان توليد كرده اند. اين مقدار از توليد تقريبا 20 % از توليد جهاني سيمان است.
هم اكنون متمركز شدن و تجميع شركت هاي توليد كننده ي سيمان بسيار سريع انجام مي شود به نحوي كه پيش بيني نحوه ي عملكرد صنعت سيمان در 25 سال آينده، مشكل است. براي مثال، Cemex اخيرا Soughtdown را خريداري كرد. Soughtdown يك شركت توليدكننده ي سيمان و بتن در جنوب ايالات متحده ي آمريكاست. همچنين در سال هاي اخير، Cemex دو توليدكننده ي مخلوط هاي آماده ي را خريداري كرد كه يكي در آمريكا و ديگري در اروپا كار مي كرد. به طور مشابه، Lafarge اخيرا Blue Circle را خريداري كرد. اين شركت نياز به سيمان را در بسياري از شركت ها، پوشش دهي مي كرد. اين مسئله جالب توجه است كه بدانيد، هيچ يك از گروه هاي عمده ي توليد كننده ي سيمان از كشورهاي صنعتي پيشگام در اين زمينه (يعني آمريكا، ژاپن و آلمان)، نشئت نگرفته اند. در سال 2000، در آلمان و ژاپن، صنعت سيمان هنوز هم به صورت چند پاره كار مي كنند. بيش از 20 شركت در اين كشورها وجود دارند ولي در اين كشورها، شركت هاي توليد كننده ي سيمان، ضرورتا در يك خانواده ي تجاري واقع نشده اند. در ژاپن و آلمان، اخيراً تمركز اندكي در بخش هاي بالايي بوجود آمده است. تنها يك تعداد اندك از شركت ها وارد بازار اين شركت ها شده اند و توانسته اند به عنوان توليد كننده ي بزرگ مطرح شوند.
در ايالات متحده ي آمريكا، 70 % توليد سيمان تحت كنترل اروپايي ها، ژاپني ها و گروه هاي مكزيكي، انجام مي شود. البته هنوز هم برخي شركت هاي آمريكايي وجود دارد كه بوسيله ي علاقه مندان آمريكايي، كنترل مي شود اما عموماً اين شركت ها بسيار بزرگ نيستند و از نقطه نظر فرايند، تكنولوژي روز دنيا را در دست ندارند. براي توصيف اين وضعيت، S.Berger سه دليل پيشنهاد مي دهد.
تا سال 1950، صنعت سيمان آمريكا داراي بازاري بود كه به خوبي محافظت مي شد. از اين رو، رقابت ضعيفي ميان شركت ها ايجاد شده است. در طي دهه ي 1960 و 1970، بسياري از مديران اين شركت ها تصميم گيري هاي اشتباهي گرفته اند زيرا آنها در بازار محافظت شده اي كار مي كردند و براي اتخاذ تصميمات سرنوشت ساز،‌ آماده نبودند. كارخانه هاي سيمان در حال كار، به گونه اي طراحي شده بودند تا به بازار محلي پاسخ دهند و مدرن سازي آنها با سهولت انجام نمي شد. علاوه بر اين، اين كارخانه ها به خوبي توزيع نشده اند و از اين رو كارخانه هاي بزرگ مجبورند تا براي برطرف كردن نيازهاي محل هاي دوردست، هزينه هاي زيادتري را محتمل شوند. در نتيجه، براي برطرف كردن نيازهاي روز افزون سيمان و پيك مصرف سالانه، شركت هاي توليدي سيمان در آمريكا، شروع به واردات سيمان كردند. در نهايت، دوره ي ركود اقتصادي بين سال هاي 1970 تا 1980، براي صنعت سيمان آمريكا، مرگ آور بود (اين مسئله براي صنايع فولاد آمريكا نيز صدق مي كند). اين مسئله به دليل اين بود كه در اين زمان، اكثر برنامه هاي ساخت بزرگراه ها، به اتمام رسيد.
يك سري از تصميم گيري هاي سياسي در زمينه ي كيفيت هوا و اضافه شدن بحران نفت موجب شد تا بسياري از شركت هاي سيمان به فروش برسد. در اين زمان، توليد بتن كاري تجاري نبود و از اين رو سرمايه گذاري از سمت اين شركت ها به سمت ساير زمينه ها حركت كرد.
با وجود اين بازار نامناسب، اين طبيعي بود كه شركت هاي سيمان آمريكايي، اغوا شوند و شركت هاي خود را به شركت هاي سيمان اروپايي، بفروشند. در واقع در اين زمان، شركت هاي اروپايي نيز وضع اقتصادي خوبي داشتند و اين وضعيت تا بروز اولين شوك نفتي، ادامه داشت.
در نهايت، چرا در طي اين دوره، وضعيت اقتصادي شركت هاي سيمان اروپايي، مناسب بود؟ بعد از جنگ جهاني دوم، دولت هاي اروپايي، تصميم گرفتند تا قيمت سيمان را ثابت كنند و بدين وسيله از صنعت سيمان محافظت كنند و همچنين با اين كار، موجبات نوسازي كارخانه هاي سيمان را فراهم آورند. بنابراين، صنايع سيمان اروپا قادر شد تا به سرعت كارخانه هاي خود را نوسازي كند و به مدرن ترين دستگاه هاي آن زمان، مجهز كند. در فرانسه، يك تعداد زياد از كارخانه هاي سيمان كوچك بوسيله ي شركت هاي بزرگتر خريداري شده اند. در نتيجه، صنعت سيمان اروپا در زماني كه صنعت سيمان آمريكا با تكنولوژي قديمي در حال كار بودند، مدرن و سود ده بودند. علاوه بر اين، وقتي اين صنايع با يك چنين بازار نامناسبي روبرو باشند، گرفتن وام از بانك ها نيز با مشكل مواجه مي شود. در اين زمان، شركت سويسي Holcim تصميم گرفت تا شبكه ي توزيع سيمان خود از طريق آب راه ميسي سي پي، توسعه دهد.
در طي 20 سال گذشته، برخي از بازيگران بزرگ اروپايي در زمينه ي سيمان، شروع به خريد شركت هاي كوچك آمريكايي كردند. در سال 2000، تمركز در صنعت سيمان هنوز به پايان نرسيده بود و همانگونه كه قبلا گفته شد، پيش بيني 25 سال آينده، كاري مشكل است.
جهاني شدن بازارها موجب شد تا فرايند تمركز در صنعت سيمان بيشتر گسترش يابد زيرا علارغم اين حقيقت كه سيمان داراي ارزش تجاري پاييني است، اين ماده مي تواند به سهولت با كشتي از جايي به جاي ديگر حمل شود و در شرايط بحراني ايجاد شده در يك منطقه، مي توان توليد اضافي در اين منطقه را به بخش هاي ديگري انتقال داد كه از لحاظ اقتصادي وضعيت بهتري را تجربه مي كنند. جهاني شدن ميزان انعطاف پذيري را در شركت هاي بزرگ، افزايش مي دهد. براي مثال، تنها با ساخت يك ترمينال انبارداري ارزان قيمت مي توان وارد بازار جديدي شد.
وقتي يك شركت سيمان با استفاده از واردات سيمان، موفق به در دست گرفتن يك بازار شود، مي تواند سود هنگفتيي بدست آورد. در صورتي كه بازار قيد شده داراي حجم بالايي باشد، مي توان يك واحد آسياب در محل مورد نظر ايجاد كرد و به جاي انتقال مستقيم سيمان، كلينكر به اين مناطق ارسال گردد. براي مثال يك چنين وضعيتي براي شركت Martinique و Guadeloupe فرانسه اتفاق افتاده است. تنها زماني كه يك بازار محلي به اندازه ي كافي بزرگ باشد (در حدود 500000 تن) و همچنين از لحاظ سياسي نيز پايدار باشد، در اين حالت، يك شركت سيمان نيازمند سرمايه گذاري حدود 200 تا 300 ميليون دلار براي ساخت يك كارخانه ي سيمان مدرن است.
اين تمركز صنعت سيمان، تنها فاز دوم از تمركز بوده است. فاز اول تمركز در هر كشور،‌ قبل از جنگ جهاني دوم، رخ داده است. در فاز اول از تمركز، شركت هاي محلي و به اصطلاح خانوادگي كه بخش هايي چند پاره بودند، به شركت هاي تجاري چند مليتي تبديل شده اند. براي مثال، در سال 1930 در فرانسه، 49 شركت توليد سيمان وجود داشت و اين تعداد در سال 1974 تنها 50 كارخانه بود. اين تعداد در سال 2000، برابر با 4 شركت بود. اين شركت ها عبارتند از Ciment-Francais يا Italcimenti، Holcim، Lafarge و Vicat.
در سويس، گروه Holcim شروع كرد به خريدن شركت هاي سيمان خارجي كه در نزديكي مرز سويس واقع بودند. اين شركت اين خريدها را به خاطر اين انجام داد كه بازار محلي خود را پيش از تبديل شدن به يكي از بزرگترين شركت هاي سيمان در جهان، حفظ كند. Cemex همين وضعيت را در مكزيك داشت و گروه Votarantin در برزيل به عنوان يك شركت مؤثر پا به عرصه گذاشت. اخيراً، گروه Votarantin شركت Blue Circle در كانادا و نزديك Great Lakes را از Lafarge، خريداري كرد. علت اين فروش بوسيله ي Lafarge، اين بود كه اين شركت به دليل سياست هاي غير موافق دولت هاي آمريكا و كانادا، توانايي حفظ اين كارخانه ها را نداشت.

قانون بازار

با آگاهي از تغييرات بازار سيمان درگذشته، مي توان مباحث مربوط به تغييرات اين بازار در آينده را فهميد. در جهان، صنعت سيمان نسبت به صنايع سنگين ديگر مانند صنايع فولاد، اتومبيل و انرژي، صنعت درجه دومي محسوب مي شود. به هر حال، اين صنعت، صنعتي است كه نيازمند سرمايه گذاري فراواني است و مسئله ي مهم تر اين است كه اين سرمايه گذاري انبوه، تنها براي توليد سيمان انجام شده است. بنابراين اين مسئله مهم است كه بدانيد تغيير فرايند و سيستم يك كارخانه به منظور توليد يك محصول ديگر، واقعا كاري مشكل است. علاوه بر اين، صنعت سيمان صنعتي كاملا اتوماتيك است و در نتيجه، ميزان شغل آفريني قابل توجهي ندارد.
بازار سيمان يك بار سيكلي است و تا سال هاي اخير و قبل از ساخت تانكرهاي سيماني، امكان انتقال اقتصادي سيمان در مسافت هاي طولاني، وجود نداشت. انتقال با استفاده از خط راه آهن نيز به دليل ارزان اقتصادي پايين اين ماده، صرفه ي اقتصادي ندارد. با توجه به مطالعات اقتصادي انجام شده بوسيله ي Murphy در سال 1973، حمل و نقل سيمان در يك مسافت 564 كيلومتري، داراي هزينه ي است كه اندكي بيشتر از 50 % ارزش فروش سيمان است.
به هر حال، اين آناليز هزينه اي، اين مسئله را در نظر نگرفته است كه از سال 1973 تاكنون، يك مقدار زياداز سيمان بوسيله ي كشتي يا لنج هاي بزرگ، انتقال يافته است. هم اكنون، هر جا امكان داشته باشد، كارخانه هاي سيمان در بنادر و يا نزديك به بنادر يا شبكه ي دريايي ساخته مي شوند،‌ تا بدين وسيله هزينه هاي حمل و نقل اين محصول كاهش يابد. ما هم اكنون اين مسئله را مورد تأكيد قرار مي دهيم كه ساخت تانكرهاي سيمان يكي ديگر از راه هاي كاهش هزينه هاي حمل و نقل اين ماده است.
صنعت سيمان يكي از صنايع سنگين محسوب مي شود كه تلاش مي كند هزينه هاي حمل و نقل محصول خود را كاهش دهد. علاوه براين، تنها مشتري اين صنعت، صنعت بتن مي باشد. صنعت بتن صنعت پراكنده اي است و به توليد ناخالص داخلي و پراكندگي جمعيت وابسته است.
همانگونه كه در شكل 1 و 2 مشاهده مي شود، بازار سيمان به طور قابل توجهي به توسعه ي هر كشور، وابسته است. سيمان ماده اي است كه در صورت كم شدن توليد ناخالص ملي، مصرف آن نيز كاهش مي يابد. براي مثال در سال 2000 در كانادا و آمريكا، تنها 5 % از سيمان به صورت كيسه اي فروخته شده است در حالي كه در سريلانكا، 98 % از سيمان به صورت كيسه اي به فروش رسيده است. با توجه به اين مسئله مي توان گفت كه در كشورهاي در حال توسعه، بازار سيمان داراي فروش داخل كيسه اي و در كشورهاي توسعه يافته اين فروش، به صورت عمده اي انجام مي شود.

مقررات فني در زمينه ي صنعت سيمان

اين حقيقت بايد بيان شود كه سيمان پرتلند يك ماده ي چند فازي پيچيده است كه فرايند توليد ساده اي دارد. توليد سيمان پرتلند شامل پخت مواد اوليه در دمايي در حدود ℃ 1450 مي باشد. مواد اوليه ي مورد استفاده در توليد اين سيمان مخلوطي از دو ماده اي اوليه ي طبيعي يعني سنگ آهك و خاك رس (يا سنگ آهك ناخالص و برخي افزودني هاي ديگر) است. تجربه نشان داده است كه علارغم انجام برنامه هاي كنترل كيفيت خوب بر روي مواد اوليه و فرآوري آنها، توليد دو سيمان مشابه، غير قابل انجام است. علاوه بر اين، يك كارخانه ي توليد سيمان نمي تواند در كل سال، كلينكر مشابهي توليد كند و در نيتجه، خواص و ويژگي هاي سيمان در داخل يك گستره ي خواص قرار گرفته است. يك كارخانه ي توليد سيمان كه داراي دو كوره ي سيمان است، در حالي كه از مواد اوليه ي مشابهي در هر دو خط استفاده مي كند، دو نوع كلينكر توليد مي كند.
براي اينكه محصول سيماني كه به دست مشتري مي رسد داراي خواص تقريبا ثابتي باشد، صنعت سيمان به گونه اي ايجاد مي شود كه به صورت خود منظم، محصولي با كيفيت مناسب را به دست مشتري بدهد. اين كار از طريق انجمن هاي خاص انجام مي شود. در اين انجمن ها، معيارهاي قابل قبول براي مشتري ها، تدوين مي شود تا بدين وسيله تغييرات موجود در سيمان توليد شده، محدود شود و كارايي بهينه گردد.
در سال 1877 بود كه اولين انجمن تخصصي در زمينه ي سيمان تأسيس شد. تأسيس اين انجمن بعدها منجر به تأسيس Verein Deuscher Zementwerke (VDZ) شده است. يكي از مزيت هاي تأسيس يك چنين انجمن هايي، اين است كه با اينكه سيمان در انگلستان ابداع شده است، رشد تكنولوژي سيمان در آلمان بيشتر از انگليس است. درسال 1884، سيمان پرتلند آلمان داراي كيفيت بالايي بود به نحوي كه 1360 تن از اين سيمان به آمريكا صادر شد و بوسيله ي آن مجسمه ي آزادي ساخته شد. صادرات سيمان آلماني به آمريكا براي سال هاي متمادي، ادامه يافت به نحوي كه ساختمان اپراي Metropolitan و هتل Waldorf-Astoria با استفاده از اين سيمان ساخته شد. بورس سهام نيويور در وال استريت با استفاده از سيمان پرتلند آمريكايي ساخته شده است كه بوسيله ي شركت Lafarge به فروش رسيده است. علت استفاده از اين سيمان اين است كه معماران و مهندسين آمريكايي به كيفيت سيمان هاي آمريكايي در آن سال ها اعتماد نداشتند.
در فرانسه، انجمن Syndicat des Producteurs de ciment ، درسال 1900، تأسيس شد. انجمن بررسي كيفيت سيمان پرتلند در آمريكا در سال 1902 تأسيس شد. همچنين انجن سيمان انگليس در سال 1935 در انگليس تأسيس شد. هزينه ي اين انجمن ها بوسيله ي اعضا پرداخت مي شد.
همراه با تأسيس و كار اين انجمن ها، جامعه ي استاندارد ملي در انگليس تأسيس شد. اين جامعه داراي كميته هاي استاندارد مهندسي است و بعدها اسم آن به انستيتوي استاندارد انگليس تبديل شد. انجمن استاندارد و آزمون هاي مواد آمريكا (ASTM) اولين استاندارد را در زمينه ي سيمان پرتلند در سال 1904 ، منتشر كرده است. در فرانسه اولين استاندارد سيمان در سال 1919 منتشر شده است.
به دليل اينكه كارايي صنعت سيمان براي بازسازي اروپا بعد از جنگ جهاني دوم، حياتي بود، دولتمردان اروپايي، يك سري از تدابير را براي حفظ صنعت سيمان ملي انجام دادند و همچنين در زمينه ي تحقيقات و توسعه ي اين زمينه نيز كمك هايي انجام دادند. براي مثال، دولت فرانسه، يك ماليات ويژه بر هر تن سيمان توليدي يا هر متر مربع بتن توليدي، بست و اين ماليات براي ايجاد يك مركز تحقيقات در زمينه ي بتن و سيمان، اختصاص يافت. ايده ي تأسيس اين مركز، ايجاد يك مركز بي طرف در زمينه ي تحقيقات و توسعه بر روي سيمان و بتن بوده است. علارغم اين حقيقت كه صنعت سيمان و بتن داراي مي گفت كه اين مراكز بايد بوسيله ي آنها مديريت شود، اما آنها در برخي برنامه هاي تحقيقاتي خود، استقلال داشتند. علاوه بر اين، اين مراكز در زماني كه اختلاف نظر در ميان توليدكنندگان سيمان و برخي ديگر از ارگان هاي دولتي و غيره ايجاد مي شد، مي توانستند به عنوان يك ناظر بي طرف مطرح شوند. توسعه ي سريع صنعت سيمان فرانسه و موفقيت او بعد از جنگ جهاني دوم، تا حدي به دليل اتخاذ همين تصميم بوده است.
استفاده از همين رويه موجب ايجاد شرايط مشابه در آمريكا، انگليس، آلمان و ژاپن شده است. در آمريكا، مطالعات تئوري و اصولي در اين زمينه انجام شده است. در فرانسه، تحقيقات تئوري و اصولي در مراكز تحقيقاتي انجام شده كه بواسطه ي اعمال ماليات بر سيمان و بتن، تأسيس شده بودند.
به هر حال، وقتي صنعت سيمان به كمال رسيد، نياز كمتري به وجود اين مراكز وجود داشت. اين مراكز ديگر بوسيله ي صنعت سيمان تحت حمايت مالي نبودند به نحوي كه نام و حرفه ي آنها تغيير كرد.

انجمن هاي بين المللي

يك سطح ثانويه از اتجمن هاي تخصصي نيز در زمينه ي سيمان تأسيس شدند. براي مثال در اروپا، CEMBUREAU تمام شركت هاي اروپايي و تركي را تحت نظر قرار گرفت. همچنين اخيراً، FICEM تمام توليدكنندگان سيمان آمريكاي لاتين، اسپانيا و پرتقال را تحت نظر قرار داد. اين سازمان ها تمام اطلاعات آماري مورد نياز براي توليد سيمان را مهيا مي نمود و در زماني كه يك مسئله ي مهم بوجود مي آمد، اين سازمان جلسه تشكيل مي داد.

جوامع فني و آموزشي

به همراه انجمن هاي فني تأسيس شده در اين زمينه، انجمن هاي ملي و فرامليتي وجود دارد كه هدف آنها ترويج استفاده ي مناسب از سيمان و بتن بوده است. انستيتوي بتن آمريكا (ACI)، انجمن سيمان ژاپن، انستيتوي بتن ژاپن، و انجمن سيمان فرانسه (RILEM) سازمان هاي غير انتفاعي و بدون سرمايه اي هستند كه عمدتا بر روي مباحث ترويجي در زمينه ي استفاده ي مناسب از سيمان و بتن، كار مي كنند. در اين انجمن ها، مهندسين، محققين، پروفسورهاي دانشگاه، تكنسين ها و توليدكنندگان سيمان، بتن و مخلوط هاي سيماني مخلوط شده با الياف فولادي، رازهاي عملي در زمينه ي توليد مناسب سيمان را ارائه مي كنند.
مهم ترين انجمن در بين اين انجمن ها، انستيتوي بتن آمريكاست كه داراي 17000 تا 20000 عضو است. اعضاي ACI به صورت داوطلبانه در 280 كميته فعاليت مي كنند. پيشنهاد هاي ارائه شده بوسيله ي اين كميته ها، در كتاب هاي سال، منتشر مي شود. اين كتاب هاي سال داراي بيش از 5000 صفحه مي باشد. پيشنهاد هاي ارائه شده در اين كتاب سال، همواره بازبيني مي شود. يك پيشنهاد در صورتي در كتاب سال انتشار مي يابد كه به تأييد اعضا برسد. اين كميته ها سالي دو بار همديگر را در آمريكا، كانادا و يا مكزيك، ملاقات مي كنند.

تحقيقات در زمينه ي سيمان و بتن

اولين تلاش علمي در زمينه ي سيمان و بتن در داخل شركت هاي توليد كننده ي سيماني انجام شد كه تلاش داشتند، بر رقباي خود پيروز شوند؛ اما خيلي جلوتر، انجمن هاي دولتي كه استفاده كنندگان بزرگ سيمان و بتن بودند، نيز فعاليت هاي تحقيقاتي انجام مي دادند. براي مثال در فرانسه، بعد از كارهاي انجام شده بوسيله ي Vicat، Le Chatelier شروع به انجام تحقيقاتي بر روي هيدراسيون سيمان كرد. اين كارها به همراه كارهايي بود كه Feret در زمينه ي بتن انجام داد. با وجود اينكه صد سال از تاريخ انجام اين كارها بوسيله ي اين افراد پيشگام گذشته، اين تحقيقات هنوز هم با ارزش هستند و بوسيله ي ديگران ارجاع داده مي شوند. اين تحقيقات با وجود اين هنوز هم مورد توجه هستند كه امروزه ابزارهاي آناليز دقيق تري ايجاد شده است اما اين افراد، افرادي باهوش بودند و زمان كافي براي فكر كردن داشتند.
اين علاقه ي تحقيقاتي در زمينه ي سيمان و بتن در اروپا و آمريكا نيز گسترش يافته است. Michaelis در سال 1893 در آلمان بر روي هيدراسيون سيمان كار كرده است. در سال 1897، Tornebon 4 فاز مختلف را كه در سيمان پرتلند وجود دارد، تشخيص داد. او اين فازها را الايت، بلايت، سلايت و فلايت ناميد. در سال 1905، اولين دياگرام فازي CaO-SiO_2-〖Al〗_2 O_3 بوسيله ي Rankin و Wright ترسيم شد و در سال 1906، اولين كار كامل بر روي دياگرام فازي سيليس و آهك در آمريكا انتشار يافت.

نتيجه گيري

اين مقاله نگرشي خاص در مورد صنايع سيمان و بتن در ابتداي قرن 21، ارائه مي دهد. در اين مقاله مي توانيد اطلاعات تاريخي مفيدي در مورد پيشرفت هاي انجام شده در زمينه ي بتن و سيمان بدست آوريد. سيمان و بتن بخشي از دنياي مدرن هستند. اين زمينه داراي تاريخچه اي است كه بايد موازي با قوانين فيزيكي، شيميايي و ترموديناميكي اين بخش، به آن توجه گردد.
استفاده از مطالب اين مقاله با ذكر منبع راسخون بلامانع مي باشد.