Η κύρια διαφορά μεταξύ σκυροδέματος και τσιμέντου είναι ότι το σκυρόδεμα είναι ένα σύνθετο υλικό από νερό, αδρανή και τσιμέντο. Το τσιμέντο είναι μια πολύ λεπτή σκόνη από ασβεστόλιθο και άλλα μέταλλα, η οποία απορροφά το νερό και λειτουργεί ως συνδετικό για να συγκρατεί το σκυρόδεμα μαζί. Ενώ το τσιμέντο είναι ένα δομικό υλικό από μόνο του, το σκυρόδεμα δεν μπορεί να κατασκευαστεί χωρίς τσιμέντο. Οι δύο όροι συχνά χρησιμοποιούνται εσφαλμένα εναλλακτικά, αλλά το σκυρόδεμα και το τσιμέντο είναι σαφώς ξεχωριστά προϊόντα.
Τσιμέντο
Το τσιμέντο κατασκευάζεται μεταξύ άλλων συστατικών από ασβεστόλιθο, ασβέστιο, πυρίτιο, σίδηρο και αλουμίνιο. Αυτό το μείγμα θερμαίνεται σε μεγάλους κλιβάνους στους περίπου 2,700°F (1,482°C) για να σχηματιστεί ένα προϊόν γνωστό ως κλίνκερ, το οποίο μοιάζει κατά προσέγγιση με μάρμαρα. Αυτά αλέθονται σε σκόνη και προστίθεται γύψος, δημιουργώντας την ουσία που μοιάζει με γκρι αλεύρι, γνωστή ως τσιμέντο. Όταν προστίθεται νερό στο τσιμέντο, ενεργοποιείται μια χημική διαδικασία που του επιτρέπει να σκληρύνει.
Τσιμέντο Πόρτλαντ
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι τσιμέντου, αλλά ο τύπος που χρησιμοποιείται πιο συχνά στις κατασκευές είναι το τσιμέντο Portland. Ο Joseph Aspdin από τη Βρετανία ανέπτυξε το οικοδομικό υλικό το 1700, όταν διαπίστωσε ότι η προσθήκη πηλού στον ασβεστόλιθο και η υπερθέρμανση του μείγματος επέτρεψε στο προκύπτον μείγμα να πήξει οπουδήποτε. Το τσιμέντο Portland είναι ένας τύπος υδραυλικού τσιμέντου, που σημαίνει ότι όταν προστίθεται νερό, ξεκινά μια χημική αντίδραση που δεν εξαρτάται από το πόσο νερό υπάρχει. Αυτό επιτρέπει στο τσιμέντο να σκληραίνει κάτω από το νερό και να παραμένει ισχυρό ακόμα και σε υγρές συνθήκες. Οι διάφοροι τύποι υδραυλικού τσιμέντου χρησιμοποιούνται κυρίως σε σκυρόδεμα και κονιάματα.
Σκυρόδεμα
Το σκυρόδεμα, αντίθετα, είναι ένα υλικό τοιχοποιίας που χρησιμοποιεί τσιμέντο για να συνδέσει θρυμματισμένη πέτρα, βράχο και άμμο, που ονομάζεται επίσης αδρανή. Το τσιμέντο αποτελεί από 10% έως 15% της συνολικής μάζας του σκυροδέματος. οι ακριβείς αναλογίες ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο του σκυροδέματος που κατασκευάζεται. Το αδρανή και το τσιμέντο αναμιγνύονται επιμελώς με νερό, το οποίο ξεκινά τη χημική αντίδραση προκαλώντας τη σκλήρυνση και πήξη του τσιμέντου. Πριν συμβεί αυτό, το μείγμα σκυροδέματος μπορεί να χυθεί σε καλούπι έτσι ώστε να σκληρύνει σε ένα συγκεκριμένο σχήμα, είτε πρόκειται για μπλοκ είτε για πλάκα.
Ο χρόνος που χρειάζεται για να πήξει το σκυρόδεμα εξαρτάται εν μέρει από το πόση ποσότητα γύψου προστίθεται στο μείγμα. Αυτός ο χρόνος μπορεί να επιταχυνθεί με την προσθήκη χλωριούχου ασβεστίου ή να επιβραδυνθεί με την προσθήκη ζάχαρης. Αυτές οι ενώσεις λειτουργούν επηρεάζοντας την ανάπτυξη των σκληρυνόμενων κρυστάλλων που σχηματίζονται ως σύνολα σκυροδέματος. Το σκυρόδεμα που εκτίθεται σε συνθήκες κατάψυξης και απόψυξης μπορεί να έχει πρόσθετες χημικές ουσίες που θα βοηθήσουν στην αποφυγή ρωγμών.
Αναλογίες σκυροδέματος και τσιμέντου
Οι ιδιότητες του σκυροδέματος εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αναλογία αδρανών προς τσιμέντο προς νερό στο μείγμα. Η αναλογία νερού προς τσιμέντο είναι η πιο σημαντική, καθώς το πολύ λίγο νερό θα δυσχεράνει την εργασία με το μείγμα σκυροδέματος, ενώ η υπερβολική ποσότητα θα αποδυναμώσει το τελικό προϊόν. Ο λόγος αυτός υπολογίζεται με την ακόλουθη εξίσωση:
r = 8.33 qH2O / Wc
Σε αυτόν τον υπολογισμό, r είναι η αναλογία, qH2O είναι η ποσότητα νερού σε γαλόνια ΗΠΑ και Wc είναι το βάρος του τσιμέντου σε λίβρες. Απαιτείται λόγος τουλάχιστον 0.25 για τη σκλήρυνση του σκυροδέματος, ενώ οι τιμές από 0.35 έως 0.4 είναι τυπικές για τις περισσότερες εφαρμογές.
Τα αδρανή είναι επίσης σημαντικά, καθώς αποτελούν περισσότερο από το 60% του μίγματος σκυροδέματος — και έως και το 80% σε ορισμένες περιπτώσεις. Τα μεγαλύτερα πετρώματα απαιτούν λιγότερο σκυρόδεμα, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζεται λιγότερο νερό και μπορεί να κατασκευαστεί ένα πιο ισχυρό τελικό προϊόν. Τα αδρανή είναι επίσης λιγότερο ακριβά από το τσιμέντο, επομένως ένα υψηλότερο ποσοστό μπορεί να μειώσει το κόστος. Σε γενικές γραμμές, ένα καλό αδρανή έχει έναν συνδυασμό πετρωμάτων πολλών διαφορετικών μεγεθών, με συγκεκριμένο μέσο και μέγιστο μέγεθος. Αυτές οι πέτρες πρέπει να είναι καθαρές και ανθεκτικές και δεν πρέπει να περιέχουν άργιλο ή άλλα μέταλλα που μπορούν να απορροφήσουν νερό.
Η υψηλή περιεκτικότητα σε πέτρες του σκυροδέματος το καθιστά εξαιρετικά ανθεκτικό και χρησιμοποιείται συχνά σε καταστρώματα πισίνας, ουρανοξύστες, μετρό και φανοστάτες, καθώς και σε πεζοδρόμια, δρόμους και δρόμους. Τα συστατικά τόσο του σκυροδέματος όσο και του τσιμέντου είναι από τα πιο άφθονα στη Γη και μπορούν να ανακυκλωθούν και τα δύο. Ωστόσο, η παραγωγή τσιμέντου απαιτεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που απαιτούνται και η βιομηχανία έχει επικριθεί για τη συμβολή της στις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.