آینده صنعت سیمان در چشم‌انداز توسعه پایدار

به گزارش می متالز، نمی‌توان به جرات گفت که سیمان‌های حاضر به مراتب برتر از سیمان‌های تولید شده ۳۰ تا ۴۰ سال پیش هستند. اما سیمان و بتن مجبورند در ملاحظات زیست‌محیطی با یک چشم‌انداز توسعه پایدار به تکامل برسند، به این معنی که ترکیبات معدنی بیشتری باید با کلینکر مخلوط شوند و برای افزایش چرخه عمر ساختارهای بتنی، نسبت آب به مواد چسباننده بتن کاهش یابد و همچنین تا حد امکان کاربرد افزودنی‌های هیدرولیکی و سنگدانه افزایش یابد. در این نوشتار سعی شده است چالش‌های پیش‌روی صنعت سیمان و بتن برای تولید محصول اقتصادی و سازگار با محیط‌زیست بررسی شود.
ارزیابی چرخه حیات، ارزیابی سیستماتیک اثرهای زیست‌محیطی یک شبکه یا یک محصول از تولد تا مرگ است. این ارزیابی شامل بررسی انرژی‌های مصرفی، کاربرد مواد اولیه خام و سوخت و تولید آلاینده‌ها در فرآیند است. در این مطلب سعی شده است چالش‌های پیش روی صنعت سیمان و بتن کشور برای تولید محصول اقتصادی و سازگار با محیط‌زیست بررسی شود.

بتن، گسترده‌ترین ماده ساختمانی به‌کار برده شده در جهان

در سال ۱۹۰۰ میلادی (۱۲۷۸ خورشیدی) تولید کلی سیمان جهان ۱۰ میلیون تن برآورد شد و درحال‌حاضر تولید کلی سیمان جهان بیشتر از ۴ میلیارد تن است. اگر به طور متوسط ۲۵۰ کیلوگرم سیمان برای تولید هر متر مکعب بتن در نظر بگیریم، در سال ۱۹۰۰ میلادی فقط ۴۰ میلیون متر مکعب بتن به کار برده شده است، در صورتی که درحال‌حاضر، مقدار بتن تولیدی بیشتر از ۱۶ میلیارد متر مکعب است که کمی بیشتر از ۲ متر مکعب بتن برای هر شخص در یک سال یا بیشتر از ۵ تن بتن برای هر شخص در یک سال است. این تنها جایی است که آب تازه در مقادیر بسیار بالا به کار برده می‌شود و مهم‌ترین دلیل، هدررفت آب است.
در کمتر از یک قرن، بتن‌ها گسترده‌ترین ماده ساختمانی به‌کار برده شده در جهان بودند. از نیمه دوم قرن ۲۰ مصرف سیمان با سرعت بسیار زیاد افزایش پیدا کرد. البته مصرف بتن برای بازسازی اروپا و ژاپن پس از جنگ که به‌ویژه از نظر زیرساختارها ویرانگر بود، لازم به نظر می‌رسید اما در دوره صلح پس از این جنگ، افزایش مصرف سیمان به علت شهرنشینی در تعداد زیادی از کشورها و برای ارتقای استاندارد زندگی توصیف می‌شود.
مورخان و جامعه‌شناسان معتقدند که وقتی جامعه‌ای به سمت شهرنشینی (مدنیت) می‌رود، غنی‌تر می‌شود و استاندارد زندگی در آن افزایش می‌یابد.
طبیعی است که افزایش شدید تولید سیمان در نیمه دوم قرن ۲۰ اتفاق افتاده است. ارتباط مستقیمی بین مصرف سیمان و تولید ناخالص ملی ساکنان وجود دارد. هنگامی که استاندارد زندگی به سطح مشخصی می‌رسد، مصرف سیمان افزایش نمی‌یابد.
دلایل زیادی برای توقف مصرف سیمان می‌تواند عنوان شود؛ روند شهرنشینی به اشباع رسیده، اجزای مهمی از زیرساخت‌ها ساخته شده و پیشرفت‌ فناوری، منجر به کاربردهای فنی بهتر بتن شده است.
درحال‌حاضر در کشورهای صنعتی، هر ماده‌ای با بازار اشباع شده‌ای روبه‌رو است و نگهداری، جایگزینی و پیشرفت‌های طبیعی بازار، نیروهای محرکه برای استفاده از آن ماده هستند.
تنها بازارهای سیمان که باید گستردگی در سال‌های پیش رو را تجربه کنند، مربوط به کشورهای در حال توسعه است.

صنعت سیمان دیروز و امروز

در یک دهه گذشته، تولید سیمان در ایران بیش از ۲ برابر افزایش یافته و انتشار گازهای گلخانه‌ای و مصرف سوخت‌های فسیلی و انرژی الکتریکی نیز افزون بر ۲برابر شده است. سهم تمام شده انرژی برای تولید یک تن سیمان ۳۰تا۲۵ درصد تخمین زده می‌شود.
صنعت سیمان حدود ۴ درصد کل برق کشور، حدود ۱۱ درصد سهم صنعت و حدود ۳.۴ درصد گاز کل کشور را مصرف می‌کند. در چشم‌انداز ۱۴۰۴ تولید سیمان به حدود ۲ برابر مقدار کنونی افزایش خواهد یافت و نیاز به بررسی دوباره مصارف انرژی و مواد اولیه صنایع سیمان دارد.
سیمان‌های دیروز زیاد نرم نبودند و مشابه سیمان‌های امروزی، محتوی C۳S بالا نداشتند اما اینها تنها تفاوت‌شان نیست. با فشار پیمانکاران، برخی از شرکت‌های سیمانی تصمیم به افزایش نرمی و محتوای C۳S سیمان‌ گرفتند تا پیمانکاران با سرعت بیشتری قالب‌های‌شان را از بتن باز کنند که منجر به رقابت‌پذیری بیشترشان شود. همه شرکت‌های سیمانی، ترجیح می‌دهند که سیمانی با میزان نرمی و C۳S بالا تولید کنند.
این نگرش حتی یک اثر منفی روی صنعت سیمان دارد چون با سیمان جدید، امکان دستیابی به مقاومت‌های ۲۸ روزه بالاتر با بکارگیری سیمان کمتر وجود دارد. تولیدکنندگان سیمان باید از خود بپرسند که افزایش میزان نرمی و C۳S سیمان چه فواید و مضراتی برای بتن دارد. راه‌های کم‌خطرتر بسیاری وجود دارد تا مقاومت اولیه بتن را افزایش دهیم.
البته در بعضی موارد، افزایش میزان نرمی و C۳S سیمان توجیه‌پذیر است؛ برای نمونه، وقتی یک ساختار بتنی در یک محیط ملایم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اما در بعضی موارد و هنگامی که بتن در شرایط سخت محیطی قرار گیرد، این افزایش در میزان نرمی و C۳S نتایج فاجعه‌آمیزی خواهد داشت.
در حقیقت هنگامی که سیمان نرم‌تر غنی از C۳S به‌کار برده می‌شود، ممکن است به یک مقاومت فشاری ۲۸ روزه بالاتر برسد.
 در سال ۱۹۶۰ میلادی (۱۳۳۸ خورشیدی) در انگلیس، بتن ۳۵-۳۰ مگاپاسکالی با به‌کار بردن ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب سیمان و نسبت آب به سیمان ۰.۴۵ ساخته شد. در سال ۱۹۸۵ میلادی (۱۳۶۳ خورشیدی) بتن با ساختار مشابهی تنها با ۲۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب سیمان و نسبت آب به سیمان ۰.۶۰ ساخته شد. برای طراحی که محاسبات ساختاری این دو بتن را انجام می‌دهد، این دو بتن مشابه هستند. بنابراین از نظر میکروساختاری، تخلخل و نفوذپذیری این دو بتن متفاوت است.
بتن دارای نسبت آب به سیمان ۰.۶۰ سریع‌تر از بتن دارای نسبت آب به سیمان ۰.۴۵کربناته سفت خواهد شد و دوامش نسبت به آب دریا و انجماد، ذوب و نمک‌های ضد یخ مطلوب نخواهد بود. به محض اینکه بتن در معرض محیط قرار می‌گیرد، عامل کلیدی دوام، نسبت آب به سیمان آن است نه مقاومت فشاری‌اش. باید اعتراف کرد در شرایط برابر محتوای نرمی و محتوای C۳S، مقاومت فشاری ۲۸ روزه بستگی به نسبت آب به سیمان دارد. سیمان‌های خوب قدیمی، درشت‌تر بودند، محتوای C۳S کمتری داشتند و برای ساخت بتن‌هایی به کار برده می‌شدند که مقاومت فشاری‌شان پس از ۲۸ روز گسترش پیدا می‌کرد، در حالی که سیمان‌های کارای مدرن امروزی، همه مقاومت‌شان در ۲۸ روز حاصل می‌شود. برای طراح و تولیدکننده، این سیمان‌ها مشابه هستند اما برای صاحبانی که در هزینه‌های تعمیر و نگهداری چرخه حیات (دوره زندگی) دخیل هستند، بتن‌های خوب قدیمی در نهایت قوی‌تر و مقاوم‌تر از آنهایی هستند که مقاومت ۲۸ روزشان را زودتر نشان می‌دهند.