सिमेंट : हे एक सर्वांत महत्त्वाचे बांधकाम साहित्य आहे. सिमेंट ही कोरडी, सूक्ष्मकणी व करडसर हिरवट रंगाची पूड असून सिलिका (वाळू), ॲल्युमिना, लाइम, लोह ऑक्साइड व मॅग्नेशिया यांच्यापासून तयार करतात.
काँक्रीट, संयोजक व गारा यांच्यात वापरण्यात येणाऱ्या बहुतेक जलीय सिमेंटला बांधकाम, अभियांत्रिकी व वास्तुकला या क्षेत्रांत ‘ पोर्टलंड सिमेंट’ ही संज्ञा वापरतात.
काँक्रीटमध्ये सिमेंट, पाणी, वाळू , रेती, खडी व इतर कणमय द्रव्ये मिसळलेली असतात. सिमेंटची पाण्याबरोबर विक्रिया होऊन ते आळते व कठीण होते. कणमय द्रव्याबरोबर सिमेंटचा संयोग होऊन दगडासारखा कठीण पदार्थ तयार होतो. कारण काँक्रीट कठीण होताना सिमेंटची रबडी इतर कणमय द्रव्यांना बद्घ करुन ठेवते. काँक्रीट अग्निरोधक, जलाभेद्य, सापेक्षतः सहज बनविता येते. सिमेंटची रबडी व काँक्रीट साच्यात ओतून त्यांना इष्ट आकार देता येतो. झटपट कठीण झालेले असे द्रव्य अतिशय भक्कम व दीर्घकाळ टिकणारे असून त्याची कमी काळजी घ्यावी लागते. गारा व संयोजक यांच्यामध्ये पाणी व रेतीसारखे अधिक बारीक कणमय द्रव्य यांच्याबरोबर सिमेंट मिसळतात. [⟶ काँक्रीट संयोजक].
वापरात असलेले बहुतेक सिमेंट पोर्टलंड असते. ते पाण्यात कठीण होत असल्याने त्याला जलप्रेरित (जलीय) सिमेंट म्हणतात. या सिमेंटचा पोत इंग्लंडमधील पोर्टलंड बेटावर काढण्यात येणाऱ्या दगडासारखा असतो, म्हणून त्याला पोर्टलंड सिमेंट म्हणतात. खडबडीत दगडाचे तुकडे या अर्थाच्या सिमेंटम या लॅटिन शब्दावरुन सिमेंट शब्द आला आहे. एकत्र वाढणे या अर्थाच्या काँक्रीटस या लॅटिन शब्दावरुन काँक्रीट शब्द आला आहे.
उत्पादन : पोर्टलंड सिमेंटमध्ये सर्वसाधारणपणे ६०% लाइम (कॅल्शियम ऑक्साइड), २५% सिलिका (सिलिकॉन डाय-ऑक्साइड) व ५% ॲल्युमिना (ॲल्युमिनियम ट्राय-ऑक्साइड) असून उरलेला भाग लोह ऑक्साइड व जिप्सम यांचा असतो. जिप्समामुळे सिमेंट कठीण होण्याचा काळ नियंत्रित होतो. चुनखडक, ऑयस्टर कवचे, चॉक व मार्ल मृत्तिका यांच्यापासून लाइम मिळते. शेल खडक, मृत्तिका, सिलिका राख, पाटीचा दगड व झोत भट्टीतील मळी यांच्यापासून सिलिका आणि ॲल्युमिना मिळतात. लोह धातुक (कच्च्या रुपातील धातू), पायराइट इत्यादींपासून लोह ऑक्साइड मिळते. यांमुळे बहुतेक सिमेंट संयंत्रे (प्लँट) चुनखडकांच्या खाणींजवळ आणि शक्य असल्यास मृत्तिका व इतर कच्च्या मालाच्या निक्षेपांलगत असतात. जहाजे, आगगाड्या, मालमोटारी किंवा वाहक पट्टे यांच्याद्वारे कच्चा माल संयंत्रांपर्यंत नेतात. कच्चा माल संयंत्रात यांत्रिक व रासायनिक प्रकियेतून जातो. या प्रकियेचे दलन, भाजणे (ज्वलन) आणि अंतिम दळणे असे तीन मूलभूत टप्पे असतात.
चुनखडकाचे मोठे तुकडे दलित्रात (गिरणीत) टाकतात. तेथे त्यांचा चुरा होऊन टेनिस चेंडूएवढे मोठे तुकडे तयार होतात. नंतर दुसऱ्या दलित्रात यांचे सु. २ सेंमी. आकारमानाचे तुकडे तयार होतात. या तुकड्यांत इतर कच्चा माल योग्य प्रमाणात मिसळतात. यानंतर हे मिश्रण विशिष्ट प्रकारच्या गिरण्यांमध्ये दळतात. या गिरण्यांमध्ये चेंडूसारखे हजारो पोलादी गोळे असतात. हे गोळे व कच्च्या मालाचे तुकडे एकमेकांवर आपटून कच्च्या मालाचे सूक्ष्मकण तयार होतात. पुढील टप्प्यातील ओल्या पद्घतीत चूर्णरुप कच्च्या मालात पाणी टाकून रबडी तयार होते. शुष्क पद्घतीत पाणी न घालता चूर्ण वापरतात.
कच्चा माल नसराळ्यासारख्या रचनेतून घूर्णी (फिरणाऱ्या) भट्टीत टाकला जातो. ही पोलादी भट्टी प्रचंड मोठी असून तिला आतून आगविटांचे अस्तर असते. या दंडगोलाकार भट्टीचा व्यास साधारण ८ मी. पर्यंत तर लांबी २३० मी. पर्यंत असू शकते, म्हणजे ही एक सर्वांत मोठी फिरणारी यंत्रसामग्री (संयंत्र) आहे. ही भट्टी एका मिनिटाला एक फेरा किंवा तासाला ३० — ६० फेरे या गतीने फिरते. ही भट्टी तिरपी किंवा कलती असते, म्हणजे तिचे एक टोक दुसऱ्या टोकापेक्षा अधिक उंचीवर असते. सर्वसाधारणपणे भट्टीचा उतार दर मीटरला ४·३ सेंमी. असतो. कच्चा माल वर असलेल्या टोकातून टाकला जातो आणि भट्टी फिरत असताना तो सावकाशपणे म्हणजे सु. ४ तासांत दुसऱ्या टोकापर्यंत जातो. भट्टीच्या खालील टोकांशी इंधन तेल, वायू किंवा दगडी कोळशाची भुकटी जाळतात. यामुळे ज्वालेचा झोत तयार होऊन कच्चा माल १,४३०० ते १,६००० से. पर्यंत तापतो. या उष्णतेने कच्च्या मालापासून खंगरासारखे (सर्वसाधारणपणे खेळातील गोट्यांएवढे) तुकडे बनतात. खंगर सच्छिद्र नसतात व कच्चा माल न मिसळता ते बनतात. या खंगरांना ‘क्लिंकर’ म्हणतात. कधीकधी हे खंगर मुठीएवढे असतात. भट्टीत पाण्याचे बाष्पीभवन व भस्मीकरण घडते. कार्बन डाय-ऑक्साइड वायू निघून जातो आणि लाइम व सिलिका यांच्यातील विक्रियेने कॅल्शियम सिलिकेटे तयार होतात. अशा प्रकारे खंगरामध्ये ट्रायकॅल्शियम सिलिकेट, डायकॅल्शियम सिलिकेट, ट्रायकॅल्शियम ॲल्युमिनेट व टेट्राकॅल्शियम ॲल्युमिनेट ही प्रमुख संयुगे असतात.
भट्टीतून बाहेर पडणारे खंगर मोठ्या पंख्यांनी थंड होतात. ते साठवितात किंवा वरीलप्रमाणे दळतात. दळण्याच्या वेळी यात थोडे (४-५%) जिप्सम घालतात. पोलादी गोळे असलेल्या गिरणीत दळून अतिशय बारीक भुकटी म्हणजे सिमेंट तयार होते. आधुनिक संयंत्रात उपकरण योजना व स्वयंचालन यांमुळे प्रचालक नियामक खोलीत बसून सर्व निर्मितिप्रकिया चालवू शकतो. सिमेंटमधील ८५— ९५% कण मायक्रोमीटरपेक्षा सूक्ष्म असतात (१ मायक्रोमीटर म्हणजे मीटरचा दशलक्षांश भाग होय). सिमेंट कोठारात साठवितात किंवा गोण्यांत भरतात. याच रुपात त्याची जहाजे, रेल्वे, मालमोटारी इत्यादींतून वापरावयाच्या ठिकाणापर्यंत किंवा बाजारपेठेपर्यंत वाहतूक करतात.
सिमेंटच्या वजनापैकी सु. ७५% भाग कॅल्शियम सिलिकेटांचा असतो. जेव्हा ही सिलिकेटे पाण्याबरोबर मिसळली जातात, तेव्हा कॅल्शियम हायड्रॉक्साइड, कॅल्शियम सिलिकेट हायड्रेटे किंवा टोबेार्मोराइट जेल तयार होतात. जलीय सिमेंटमध्ये सु. २५% कॅल्शियम हायड्रॉक्साइड व सु. ५०% टोबेर्मोराइट जेल असते. या जेलमुळे जलीय सिमेंटला बल आणि इतर गुणधर्म प्राप्त होतात.
अमेरिकेत पोर्टलंड सिमेंटचे गुणधर्म व उपयोग यांच्यानुसार I, II, III, IV व V हे पाच प्रमाणभूत प्रकार केले जातात. विशिष्ट उपयोगांसाठी पोर्टलंड व इतर जलीय सिमेंटे तयार करतात. त्यासाठी त्यांच्या भौतिकीय गुणधर्मांत व रासायनिक संघटनांमध्ये जुळवाजुळव करुन घेतात. पोर्टलंड सिमेंट आणि अंगभूत बंधक गुणधर्म नसलेली द्रव्ये यांच्या मिश्रणाद्वारे संमिश्र जलीय सिमेंटे बनवितात.
संयोजक, वास्तुकला किंवा अभियांत्रिकी यांतील व्यावहारिक उपयोगांसाठी विशिष्ट घटक घालून विशिष्ट प्रकारची सिमेंटे तयार करतात. उदा., फेरिक ऑक्साइड कमी असलेले पांढरे पोर्टलंड सिमेंट, गवंडीकामाचे (मॅसनरी) सिमेंट, खनिज तेल विहिरींसाठीचे सिमेंट, प्रसरणशील सिमेंट, आकार्य (प्लॅस्टिक) सिमेंट शिवाय धरणे, फरसबंदी, जलस्रोत बांधकामे, विशिष्ट विक्रियाकारक बांधकामे यांच्यासाठी खास प्रकारची सिमेंटे वापरतात. जलाभेद्य सिमेंट पाण्यात मिसळल्यास त्यातील कॅल्शियम सिलिकेटाचा जलसंयोग होऊन कलिली जेल तयार होतो व शेवटी हा जेल आळून घनरुप कठीण पुंज तयार होतो. झोतभट्टीतील धातुमळी हा उपपदार्थ मिसळून धातुमळी सिमेंट आणि चुनखडक व बॉक्साइट यांच्या मिश्रणापासून उच्च ॲल्युमिना सिमेंट तयार करतात. प्रदूषक पदार्थांतील सल्फेटांसारख्या रसायनांच्या परिणामाचा ही सिमेंटे प्रतिकार करतात. जिप्समापासून बनविलेले सिमेंट गिलावा व प्लॅस्टर फलक यांसाठी वापरतात. प्लॅस्टिके तसेच इतर नैसर्गिक व कृत्रिम द्रव्ये घालून सिमेंटचे इतर प्रकार तयार करतात. सुधारित किंवा परिवर्तित पोर्टलंड सिमेंट प्रकारांपैकी धातुमळी व पोझोलॅनिक सिमेंटे महत्त्वाची आहेत. १५— ८५ टक्क्यांपर्यंत कणमय धातुमळी किंवा पोझोलाना नावाचा मौंट व्हीस्यूव्हिअसमधील ज्वालामुखी खडक पोर्टलंड सिमेंट खंगरांबरोबर दळून ही सिमेंटे तयार करतात.
सिमेंटच्या गुणवत्तेवरच अखेर काँक्रीटचे गुणधर्म व दर्जा अवलंबून असतात. सिमेंट वापरण्यापूर्वी त्याची सूक्ष्मता, प्राथमिक व अंतिम घट्ट होण्याचा अवधी, संकोची सामर्थ्य इ. गुणधर्म मानक संस्थेने निश्चित केलेल्या मानकांनुसार आहेत याची खात्री करुन घेतात. फार जुने किंवा गोळे झालेले सिमेंट त्याज्य समजतात. अमेरिकेची संयुक्त संस्थाने, रशिया, जर्मनी, जपान, फ्रान्स, चीन व भारत हे जगातील प्रमुख सिमेंट उत्पादक देश आहेत.
उपयोग : प्रत्यक्षात नुसते सिमेंट अगदी थोड्याच कामांसाठी वापरले जाते. उदा., गाराभराई. सिमेंट मुख्यत्वे काँक्रीट व संयोजक यांमध्ये वापरतात. काँक्रीटमध्ये स्थूलभागाच्या मानाने सिमेंटचे प्रमाण खूपच कमी असते परंतु सामर्थ्याच्या दृष्टीने अत्यंत महत्त्वाचा आणि महाग असा हा घटक आहे. काँक्रीट हे जगातील सर्वांत व्यापक प्रमाणावर वापरले जाणारे बांधकाम साहित्य आहे. गगनचुंबी इमारती, कारखाने, विविध प्रकारची निवासस्थाने यांसारख्या बांधकामांसाठी काँक्रीट वापरतात. दाराच्या व अन्य चौकटी, भिंती, जमिनी, छते, विटांसारखे ठोकळे इ. बनविण्यासाठी काँक्रीट वापरतात. धरणे, बंधारे, पूल, रस्ते, बोगदे, धावपट्ट्या इत्यादींच्या बांधकामातही काँक्रीट वापरतात. साधे पाणी तसेच मलनिःसारणाचे दूषित पाणी वाहून नेणारे पाईप, भिंतींसाठी वापरला जाणारा पोकळ लेप, रेल्वेच्या रुळाखाली असणारे स्लीपर्स,ॲस्बेस्टस सिमेंट पत्रे इत्यादींसाठीही काँक्रीट उपयुक्त असते.
इतिहास : प्राचीन रोमन लोकांनी देखील सिमेंट व काँक्रीट तयार केले होते. ते सिमेंट अतिशय टिकाऊ होते. त्यामुळे या सिमेंटमध्ये बांधलेल्या त्या काळातील काही इमारती, रस्ते व पूल अजून टिकून आहेत. भिजविलेल्या चुन्यात ज्वालामुखी राख किंवा पोझोलॅनिक द्रव्य घालून ते जलीय सिमेंट बनवीत. इ. स. ४०० च्या सुमारास रोमन साम्राज्य लयाला गेले आणि सिमेंटनिर्मितीची ही कला लोक विसरुन गेले. १७५६ मध्ये ब्रिटिश अभियंते जॉन स्मीटन यांनी ब्ल्यू लायस खडकातील लाइम, मृत्तिका व पोझोलाना राख वापरुन जलीय सिमेंट तयार करण्याची पद्घत शोधून काढली. १७९६ मध्ये जेम्स पार्कर यांनी चुनखडी वापरुन जलीय सिमेंट तयार केले होते. ही चुनखडी लंडन मृत्तिका धुवून मिळविली होती, याला रोमन सिमेंट म्हणत. १८११ मध्ये जेम्स फ्रॉस्ट यांनी चुनखडक व मृत्तिका यांच्या मिश्रणाच्या भस्मीकरणाद्वारे तयार केलेल्या जलीय सिमेंटचे एकस्व (पेटंट) घेतले. जोसेफ ॲस्पडीन यांनी तापमान वाढवून ही प्रकिया सुधारली आणि त्यांनी नैसर्गिक सिमेंटपेक्षा श्रेष्ठ दर्जाचे सिमेंट तयार केले. त्यांनी त्याला पोर्टलंड सिमेंट हे नाव दिले. त्यांनी चुनखडक व मृत्तिका मिसळून हे मिश्रण दळले व त्याचे ज्वलन करुन अच्छिद्रित घन पदार्थ (सिंटर) मिळविला व तो दळून हे सिमेंट बनविले. आय्. सी. जॉन्सन यांनी पहिले विश्वासार्ह पोर्टलंड सिमेंट १८४५ मध्ये तयार केले. यामुळे पोर्टलंड सिमेंटचा उद्योग सुरु झाला. सिमेंटची अखंडपणे निर्मिती करणाऱ्या भट्टीचा शोध १८८० मध्ये लागला. १८८५ मध्ये फ्रेडरिक रॅन्सम यांनी ब्रिटनमध्ये अशी भट्टी प्रथम तयार केली होती. मात्र ती तेथे वापरली गेली नाही. त्यानंतर उभी भट्टी प्रचारात आली व शेवटी तिरपी घूर्णी भट्टी प्रचारात आली. डेव्हिड सेलर यांनी १८७६ मध्ये अमेरिकेत कोप्ले (पॅसाडीना) येथे प्रथम सिमेंट तयार केले. एरी कालवा बांधण्यास सुरुवात झाल्यावर अमेरिकेत प्रथमच सिमेंटला मोठी मागणी आली. अमेरिकन अभियंते कॅन्व्हास व्हाइट यांनी मॅडिसन काउंटीमध्ये (न्यूयॉर्क) एक विशिष्ट प्रकारचा दगड शोधून काढला. त्यावर थोडीच प्रकिया करुन जलीय पोर्टलंड सिमेंट बनविता येऊ लागले.
भारत : भारतात पहिला सिमेंट कारखाना तमिळनाडूत १९०४ मध्ये सुरु झाला. मात्र तो थोडाच काळ चालला. १९१४ मध्ये भारतात मोठ्या प्रमाणावर सिमेंट उत्पादन सुरु झाले. कारण त्या वर्षी पोरबंदर येथील कारखाना सुरु झाला. १९२२-२३ दरम्यान घरबांधणीमुळे या उद्योगाला चालना मिळून गुजरात, बिहार, मध्य प्रदेश, राजस्थान, पंजाब व आंध्र प्रदेश या भागांत अनेक सिमेंट कारखाने निघाले आणि सिमेंटच्या उत्पादनात मोठी वाढ झाली. १९२६ मध्ये इंडियन सिमेंट मॅन्युफॅक्चरर्स ॲसोसिएशन, तर १९३६ मध्ये अनेक कारखान्यांच्या विलिनीकरणातून द ॲसोसिएट सिमेंट कंपनीज लिमिटेड (एसीसी) हा उद्योग समूह स्थापन झाला. यानंतर या समूहाने अनेक भागांत सिमेंट कारखाने काढले.
सिमेंट उद्योग हा भारतातील तांत्रिक दृष्ट्या सर्वांत प्रगत असा एक उद्योग झाला आहे. घरबांधणी व मूलभूत सुविधा यांच्या दृष्टीने हा महत्त्वाचा उद्योग आहे. १९८९ मध्ये सिमेंटची किंमत व वाटप यांवर असलेले निर्बंध उठविण्यात आले. तसेच १९९१ मध्ये या उद्योगासाठी असणारी परवाना पद्घत बंद करण्यात आली. या उपाययोजनांमुळे सिमेंट उद्योगाच्या उत्पादनक्षमतेत मोठी वाढ झाली. तसेच सिमेंटनिर्मितीच्या प्रकियेतील तंत्रविद्याही प्रगत झाली. त्याचबरोबर देशातील सिमेंटचे उत्पादन व त्याची गुणवत्ता वाढत गेली आणि भारत हा सिमेंटच्या उत्पादनाच्या बाबतीत जगातील दुसऱ्या क्रमांकाचा देश बनला. भारतातील सिमेंटची गुणवत्ता जागतिक मानकांनुसार असलेल्या गुणवत्तेच्या तोडीची आहे. बांगलादेश, म्यानमार, नेपाळ तसेच आफ्रिका व मध्यपूर्व येथील देशांत भारतातून सिमेंटची निर्यात होते. परंतु देशांतर्गत सिमेंटची वाढती मागणी देशातील उत्पादनामुळे पुरी होत नसल्याने शासन निर्यातीवर नियंत्रण (काही वेळा बंदीही) घालते. त्यामुळे निर्यातीवर परिणाम होतो.
भारतात पोर्टलंड सिमेंट, पोर्टलंड पोझोलाना सिमेंट, पोर्टलंड (झोतभट्टी) धातुमळी सिमेंट, खनिज तेल विहीर सिमेंट, पांढरे सिमेंट इ. प्रकारचे सिमेंट तयार होते. हे प्रकार जगातील सर्वोत्कृष्ट सिमेंट प्रकारांच्या तोडीचे आहेत. तांत्रिक प्रगतीमुळे या उद्योगात ऊर्जा व इंधन आणि कच्चामाल यांची आधीच्या प्रणालीच्या तुलनेत बचत होते. शिवाय भारतात या उद्योगाला लागणारी यंत्रसामगीही तयार केली जाते. अशा रीतीने भारतातील सिमेंट उद्योग हा जगातील एक आघाडीवरील उद्योग झाला आहे.
पहा : काँक्रीट चुनखडक चुना धातुमळी बांधकामाची सामगी मृत्तिका मृत्तिका उद्योग रासायनिक उद्योग संयोजक.
संदर्भ : 1. Barnes, P., Ed., Structure and Performance of Cements, 1984.
2. Bogue, Robert H. The Chemistry of Portland Cement, 1955.
3. C. S. I. R. The Wealth of India, Industrial Products, Part II, New Delhi, 1951.
4. Ghosh, S. N., Ed., Advances in Cement Technology, 1982.
5. Gladkow, F. Cement, 1985.
6. Kohlhaas, B. and others, Eds. Cement Engineers Handbook, 1982.
7. Portland Cement Association, Comp. A New Stone Age : The Making of Portland Cement and Concrete, 1992.
8. Skalny, Jan P. Cement Production and Uses, 1980.
9. True, Graham, Glassfibre Reinforced Cement Production and Uses, १९८६.
ठाकूर, अ. ना.
“