اختراعات مهم تاریخ
سیمان

سیمان

BP5022
جوزف آسپدین

سیمان یکی از موادی است که در توسعه عمرانی جوامع مختلف، نقش مهمی داشته است. اهمیت سیمان برای توسعه جوامع، به حدی است که میزان مصرف آن، به‌عنوان شاخصی برای سنجش سرعت توسعه و فعالیت‌های اقتصادی یک کشور، در نظر گرفته می‌شود. بدون اغماض، سیمان یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی است که در ساخت بسیاری از سازه‌های شهرهای امروزی، از ساختمان‌ها و پل‌ها گرفته تا سدها و راه‌ها، از آن استفاده می‌گردد. نیاز فزاینده و همیشگی به چنین سازه‌هایی، سیمان را بعد از آب، به دومین کالای پر تقاضا بدل نموده است.

مورخین، استفاده از سیمان را به رومیان نسبت می‌دهند. آن‌ها با استفاده از سنگ‌آهک و سنگ‌های آتشفشانی، ماده‌ای با عملکرد بتن می‌ساختند و ایده‌های جالبی برای استفاده از آن در سازه‌های عظیم داشتند. سازه‌های به‌جای مانده، مانند معبد پانتئون که دارای یکی از بزرگ‌ترین گنبدهای جهان بوده و از عجایب معماری به‌حساب می‌آید، گواه این موضوع است. در میانه امپراتوری هادریان و پایان هزاره گذشته، دستور ساخت بتن رومی مفقود گشت. باستان شناسان در کشفیات خود، به مواد گوناگونی که گذشتگان در ساخت‌وسازهای خود از آن‌ها استفاده می‌کردند، برخورده‌اند؛ ولی بتن مورد استفاده رومیان، مستحکم‌ترین و پایدارترین در نوع خود بوده است. از نکات جالب‌توجه این است که بر اساس تحقیقات اخیر محققین ایتالیایی و آمریکایی، حتی بتن مورد استفاده توسط رومیان، از بتن‌های امروزی نیز مستحکم‌تر بوده است.

اواخر قرن هیجدهم در انگلیس، تب کشف ترکیبی که بتواند مصالح را به هم بچسباند، شدت گرفت. در این سال‌ها، توسعه صنعتی و صادرات این کشور، به شدت در حال رشد بود؛ ولی برخورد کشتی‌های باری با صخره‌های موجود در سواحل، مشکل بزرگی در مسیر پیشرفت بیشتر بود. برای آگاه کردن کشتی‌ها از مسیر و دور نگاه‌داشتن آن‌ها از صخره‌ها، فانوس‌های دریایی مورد استفاده قرار می‌گرفت. یکی از مناطقی که از نظر تردد کشتی‌ها اهمیت زیادی داشت، صخره‌های «ادی‌استون» در سواحل جنوبی انگلیس بود. این منطقه، همواره تحت امواج شدید اقیانوسی بود و اگرچه چندین فانوس دریایی برای راهنمایی کشتی‌ها ساخته‌شده بود، ولی همگی در اثر امواج قدرتمند اقیانوسی، تخریب ‌شده بودند. در سال ۱۷۵۷ میلادی، مهندسی به نام «جان اسمیتون»، دریافت که بهترین سنگ‌آهک برای استفاده در ملات، سنگ آهکی است که دارای میزان زیادی رس باشد. او از این سیمان هیدرولیکی (آهک آبی)، برای بازسازی فانوسی دریایی استفاده کرد. سازه ساخته شده توسط اسمیتون، بیش از یک قرن در مقابل امواج شدید پابرجا بود و هنوز نیز پی آن سالم مانده است. آهک به‌واسطه خواصی که دارد در تماس با آب، نه‌تنها چسبندگی خود را از دست نمی‌دهد، بلکه بر آن افزوده نیز می‌شود. این واقعیتی است که به دنبال پابرجا ماندن پی سازه ساخته شده توسط اسمیتون که در تماس با آب بود نیز مورد تأیید قرار گرفت، با این وجود، در خشکی و برای ساخت سازه‌های مرتفع، همچنان چالش‌های عدیده‌ای پابرجا بود.

 

 

در سال ۱۷۸۰ میلادی، کشیشی انگلیسی به نام جیمز پارکر «James Parker»، به‌طور اتفاقی سیمانی را کشف کرد که بعدها آن را سیمان رومی نام نهاد. پارکر ۱۶ سال بعد، برای این سیمان طبیعی خود، موفق به اخذ پتنتی به شماره «BP2120»، از دفتر ثبت اختراعات بریتانیا گردید. البته نام این سیمان بسیار گمراه‌کننده بود و در واقع، هیچ ارتباطی به مصالحی که رومیان از آن استفاده می‌کردند نداشت و بسیار سست‌تر از آن بود! همانند برخی از اکتشافات یا اختراعات دیگر، دستیابی به ایده سیمان رومی پارکر نیز، کاملاً اتفاقی بوده است. پارکر زمانی که در حال قدم زدن در سواحل جزیره شپی بود، سنگ‌های خاصی نظرش را به خود جلب نمود. وی سه عدد از این سنگ‌ها را در جیبش گذاشت و بدون هیچ هدف خاصی، آن‌ها را به خانه برد. در خانه، یکی از این سنگ‌ها را به داخل شومینه پرتاب کرد و بعد از خاموش شدن شومینه، به خواص جالب ماده به‌جا مانده پی برد. در واقع، سنگ‌هایی که پارکر یافته بود حاوی رسوبات رسی و کربنات کلسیم بود که در اثر پخته شدن و انجام فعل و انفعالات شیمیایی، پودر شده و در ترکیب با آب و ماسه و در یک بازه ۵ تا ۱۵ دقیقه‌ای، ملات خاصی به عمل می‌آمد. لازم به ذکر است که بیش‌تر نماهای به‌جامانده در اروپا، با استفاده از سیمان رومی ساخته شده‌اند. اما مشکل اینجا بود که سیمان رومی، سیمانی طبیعی بود که از همان سنگ‌های به‌خصوصی که پارکر یافته بود، به دست می‌آمد.

در گوشه‌کنار این کشور، تلاش‌های زیادی برای ساخت یک سیمان کارا، صورت گرفت و پتنت‌های متعددی نیز به ثبت رسید؛ ولی هیچ‌کدام، چیزی نبودند که ساختمان‌ها، پل‌ها و سدهای آینده به آن‌ها نیاز داشت، تا این‌که در سال ۱۸۲۴، یک آجرچین اهل ویدس، موفق به اخذ گواهی ثبت اختراعی به شماره «BP5022» برای سیمان پرتلند گردید. جوزف اسپدین «Joseph Aspdin»، به‌عنوان کاشف سیمان و کسی که تأثیر بزرگی در عمران و سازندگی جوامع داشته، شناخته می‌شود. وی این سیمان را به دلیل تشابه رنگ آن با سنگ‌های یکی از جزایر انگلیس، سیمان پرتلند نامید. سنگ پرتلند، از باارزش‌ترین مصالح مورد استفاده در آن زمان بود. این سیمان، در رده سیمان‌های مصنوعی و در نقطه مقابل سیمان رومی قرار داشت. برای تولید آن، آهک به‌تنهایی حرارت داده می‌شد و بعد از سرد شدن، با رس مخلوط شده و دوباره حرارت‌دهی و کلسینه می‌شد. نبود آسیاب‌های پیشرفته، یکی از چالش‌های موجود برای تولید سیمان بود. پودر کردن سنگ‌آهک به‌واسطه حرارت‌دهی و سرد کردن پیاپی، نسبت به آسیاب کردن، اقتصادی‌تر بود. در آن زمان، سنگ‌آهک یکی از اجزایی بود که در سنگفرش کردن راه‌ها و جاده‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفت. یکی از مواردی مورد اشاره در پتنت اسپدین، استفاده از مواد اولیه‌ای بود که از خاکروبه‌های سطح سنگ‌فرش‌ها تهیه می‌شد. موضوع جالب این است که در آن زمان، اسپدین چندین بار به خاطر کندن سطوح جاده‌های محلی دستگیر شد. در واقع، تأمین سنگ‌آهک یکی از دردسرهای بزرگ وی بود. با این وجود، بعدها وی به همراه دو فرزندش، یک کارخانه تولید سیمان تأسیس نمود و کسب‌وکار موفقی به راه انداخت.

 

 

سال‌ها بعد، ویلیام، پسر اسپدین، موفق به بهبود فرایند تولید سیمان شد. وی محتوای آهک مخلوط را افزایش داد و آن را تا دمای بالاتری حرارت‌دهی نمود. با این وجود، ویلیام پتنتی برای فرایند خود ثبت نکرد و همواره ادعا داشت که پتنتی که به نام پدرش ثبت شده بود، به وی تعلق داشت. البته عده‌ای از مورخین و محققین نیز، معتقدند که به احتمال زیاد، افتخار کشف سیمان متعلق به ویلیام است و نه پدرش. سال‌ها بعد، اسپدین ویلیام را به‌واسطه اشتباهات مالی که انجام داده بود، از کسب‌وکار خانوادگی بیرون کرد. دعوایی که به جراید آن زمان نیز کشیده شد.

سیمان پرتلند، سیمانی است که امروزه از آن به‌طور گسترده در بتن و ملات استفاده می‌گردد. با این وجود، فرایندهای تولید آن بهبود یافته و تیپ‌های مختلفی از آن توسعه داده ‌شده که بسته به کاربردها و موقعیت‌هایی که قرار است استفاده شود، تا حدودی متفاوتند. فارغ از این‌که کشف سیمان را به اسپدین پدر متعلق باشد و یا فرزند، قطعاً این دو به‌واسطه کشف و بهبود آن، در پیشرفت و رفاه جوامع، تأثیر به سزایی داشتند.