צמנט

צֶמֶנט הוא חומר מליטה אבקתי המופק מאבן גיר, חרסית וחומרים נוספים. חומר מליטה הוא חומר שמאפשר להדביק או לקשור חומרי בנייה מוצקים יחד. לעיתים מוסיפים לתערובת גם תוספים כמו אפר פחם או מיקרו-סיליקה, שמשתלבים בכימיה ומשפרים תכונות.

המילה התקשרות מתארת את השלב שבו עיסה צמנטית (אבקה ומים) מאבדת את הגמישות והופכת למוצק. התקשות היא חיזוק המוצק עם הזמן. יש שני סוגים עיקריים של חומרי מליטה: אוויריים, שמתקשרים באוויר, ומימיים (הידראוליים), שמתקשרים גם בנוכחות מים.

השימוש בתערובות מליטה החל כבר בתקופות קדומות, והושלם אצל הרומאים. הם ערבבו סיד עם אפר ויצרו בטון עמיד במים; דוגמה מפורסמת היא כיפת הפנתאון. אחרי נפילת האימפריה הרומית ירד השימוש בחומרים אלה, אך החל מהמאה ה-12 התפתחו שוב תערובות טובות יותר.

במאה ה-18 ג'ון סמיתון חקר חומר עמיד למגדלור, וגילה שסיד מחומר גיר חרסיתי מתגבש במים (סיד הידראולי). במאה ה-19 יוסף אספדין רשם פטנט לצמנט פורטלנד (1824). בנו ויליאם גילה שרק קליה בטמפרטורה גבוהה יוצרת קלינקר שמצריך טחינה עדינה ונותן צמנט חזק יותר. המצאת הכבשן הסובב בסוף המאה ה-19 שיפרה את הייצור.

את הקלינקר מייצרים מקליית אבני גיר, צורן (חול קוורצי) וחרסית. בתנור מסתפקים בטמפרטורות גבוהות עד ליצור פאזות מינרליות נוזליות שמגיבות ויוצרות אליט ובליט, המרכיבים העיקריים בקלינקר. הקלינקר מקורר ואז נטחן לאבקה דקה, שנקראת צמנט.

סיגים הם תוצר לוואי מתעשיית הפלדה. כשהם מקוררים במהירות ומטחנים, הם יכולים להוות תחליף חלקי לקלינקר בצמנט. טחינה דקה מגדילה את שטח הפנים של הצמנט, ומאיצה את קצב ההידרציה.

אחרי קליית הקלינקר טוחנים אותו יחד עם תוספים בהתאמה. מטחנת כדורים היא השיטה המסורתית; מטחנת גלילים יעילה יותר אנרגטית ומאפשרת שליטה טובה על גודל הגרגיר. תוספים נפוצים: אפר פחם (קטעי שריפת דלק), אבן גיר מטחונה, סיגים ומיקרו-סיליקה.

הכימיה המייצגת מקוצרת באותיות: C (סידן), S (צורן), A (אלומיניום), F (ברזל), H (מים). ההידרציה היא התגובה של הצמנט עם מים. בתהליך נוצר ג'ל צמנטי (C-S-H), שהוא מבנה אמורפי שנותן את החוזק.

קצב ההידרציה מושפע מדקות הטחינה ומהמרכיבים הכימיים. מינרלים שונים מגיבים בקצב שונה: טריקלציום אלומינט (C3A) מגיב מהר מאוד; אליט במהירות בינונית; בליט איטי יותר. כדי לעכב התקשרות מהירה של C3A מוסיפים גבס, שיוצר אטרינגיט ומאט את ההידרציה.

בדיקות סטנדרטיות בודקות זמני התקשרות, חוזק והגדלת נפח. חוזק הצמנט מסומן לפי חוזק לחיצה תקני אחרי 28 יום (דוגמאות מקוביות). תקן ישראלי ומקובל באירופה מסווג צמנטים לפי הרכב: CEM I עד CEM V (פורטלנד, מעורב, סיגים, פוצולני, מעורב רב). האותיות A, C מציינות אחוז קלינקר בתערובת.

צמנט חסין סולפטים מכיל מעט C3A ונתון לשימוש במקומות עם סולפט גבוהים. צמנט לבן מיוצר מחומרי גלם נקיים לביצוע עבודות אדריכליות. צמנט בעל חוזק מוקדם גבוה מאפשר פריקות טפסות מוקדמות בעבודה. צמנט אלומיניום (על בסיס חמרן) ותערובות מבוססות מגנזיום משמשים ליישומים מיוחדים, למשל בכבשנים או לתיקונים מהירים.

צמנט לבארות נפט מעוצב לעבודה בתנאי לחץ וטמפרטורה גבוהים במיוחד, ותכונות הראולוגיה של הבוצה חשובות לשאיבה ולעיבוי. צמנט סיגים, שמכיל אחוז גבוה של סיגים, מפותח לעמידות גבוהה בסביבה ימית וחדירות נמוכה לכלוריד.

בתקופה האחרונה מגדילים את אחוז התוצרי לוואי בצמנטים, כמו אפר פחם, סיגים ומיקרו-סיליקה. שימוש בחומרי פסולת חוסך אנרגיה ומפחית פגיעה סביבתית, ולעיתים גם משפר עמידות לבטון בתנאים קשים.

צמנט הוא אבקה שמדביקה אבנים ובלוקים יחד. כשהאבקה נוזלת במים היא הופכת לעיסה. אחרי זמן היא מתקשה והופכת קשה.

חומר מליטה הוא חומר שמחבר חלקי בניין. התקשרות היא כשהתערובת מאבדת את הגמישות והופכת קשיחה. הידרולית (מימית) פירושו שהחומר מתקשר גם במים.

הרומאים השתמשו באפר געשי (אפר מהר געש) כדי להכין בטון חזק. במאה ה-19 פותח צמנט פורטלנד, שמזכיר באבנים שלו אבן פורטלנד באנגליה. זהו הצמנט שמהשימוש היום.

מנערים אבן גיר, חול וחרסית. מחממים את התערובת בתנור חם מאוד, עד שהיא מתגבשת ל'קלינקר', חתיכות קטנות. מקררים את הקלינקר וטוחנים אותו לאבקה דקה. זו האבקה שנקראת צמנט.

לפעמים מוסיפים לתערובת אפר פחם, סיגים או מיקרו-סיליקה. אלה עוזרים להפוך את הבטון לעמיד יותר, או לחסוך חומרים.

האבקה משחררת חומרים שבונים יחד ג'ל שמאחד את החלקיקים. הג'ל הזה נותן לבטון את החוזק שלו. יש מרכיבים שמתגבשים מהר, ואחרים שאטיים.

יש צמנט לבן לקישוטי בניין. יש צמנט מהיר שמתחזק מהר. יש צמנט שמיועד לעבוד ליד הים, והוא עמיד במלח ומים. יש גם צמנט לבארות נפט שמתאים ללחץ וחום גבוהים.

בודקים כמה מהר הצמנט מתקשר וכמה חזק הבטון אחרי 28 יום. אלה בדיקות שעוזרות לדעת אם הצמנט מתאים לעבודה.

צמנט חשוב בבנייה. כשהוא מיוצר נכון ומשתמשים בו נכון, הוא מחזיק מבנים ובטון חזקים לאורך שנים.