استفاده از مواد سيماني از زمانهاي بسيار دور متداول بوده است ، مصريان قديم گچ تكليس شده ناخالص را بكار مي بردند، يونانيان و رومي ها سنگ آهك تكليس شده را مصرف مي كردند و بعدا آموختند كه به مخلوط آهك و آب، ماسه و سنگ خرد شده يا آجر و سفالهاي شكسته نيز اضافه كنند. اين اولين نوع بتن در تاريخ بود. ملات آهك در زير آب سخت نمي شود و رومي ها براي ساختمان سازي در زير آب، سنگ و آهك و خاكستر آتشفشاني يا پودر بسيار نرم سفالهاي سوخته شده را با هم آسياب مي نمودند و بكار مي بردند. سيليس و آلومين فعال موجود در خاكستر و سفال با آهك تركيب شده و آنچه كه به اسم سيمان پوزولاني( پوزولان از اسم دهكده Pozzuoli كه در نزديكي آتشفشان وزو قرار دارد و براي اولين بار خاكستر آتشفشاني را در اين محل پيدا نمودند گرفته شده است ) شناخته شده است را توليد مي نمايد. نام سيمان پوزولاني را تا به امروز براي توصيف سيمانهايي كه به آساني از آسياب نمودن مواد طبيعي در دماي معمولي به دست مي آيند بكار برده اند. بعضي از ساختمانهاي رومي كه در آنها آجرها بوسيله ملات به يكديگر چسبانده شده اند مانند Coliseum در روم، وPont du Gard در نزديكي Nimes و سازه هاي بتني مانند ساختمان Pantheon در روم تا امروز باقي مانده اند و مواد سيماني آنها هنوز سخت و محكم است. در خرابه هاي نزديك Pompeii اغلب ملات بهم چسباننده سنگ ها كمتر از خود سنگ ها ، كه نسبتاً سست مي باشند، هوازده شده است.
در قرون وسطي انحطاطي در كيفيت و كاربرد سيمان بوجود آمد و فقط در قرن 18 بود كه پيشرفتي در دانش سيمان ها حاصل شد. در سال 1756 كه John Smeaton مامور بازسازي برج چراغ دريايي Eddystone در فراساحل جنوب غربي انگلستان شده بود، به اين نتيجه رسيد كه بهترين ملات وقتي به دست مي آيد كه مواد پوزولاني با سنگ آهك حاوي نسبت قابل توجهي از مواد رسي مخلوط شود با تشخيص اينكه نقش خاك رس، كه قبلاً نامناسب در نظر گرفته مي شد، Smeaton اولين شخصي بود كه به خواص شيميايي آهك آبي ، يعني ماده اي كه از پخت مخلوطي از سنگ و خاك رس بدست مي آيد، پي برد .
متعاقبا سيمانهاي آبي ديگر مانند "سيمان رومي" كه Jomes Parker از كلسينه نمودن گلوله هاي سنگ آهك رسي آن را بدست آورد، بوجود آمد. بالاخره در سال 1824 Joseph Aspdin كه معماري در شهر Leeds بود « سيمان پرتلند» را به ثبت رساند. اين سيمان را از حرارت دادن مخلوطي از پودر نرم خاك رس و سنگ آهك سخت در كوره، تا حدودي كه Co2 آن به خارج رانده شود، بدست آوردند، دماي كوره خيلي پايين تر از حد لازم براي توليد كلينكر بود .
نخستين نمونه از سيماني كه امروزه آن را بنام سيمان پرتلند مي شناسيم، در سال 1845 بوسيله Isaac Johnson از حرارت دادن مخلوط خاك رس و سنگ آهك سست تا حد كلينكر شدن و صورت پذيرفتن واكنش هاي لازم براي تشكيل تركيبات چسباننده پر قدرت تهيه گرديد.
نام « سيمان پرتلند» كه در ابتدا به علت تشابه رنگ و كيفيت سيمان گيرش حاصل كرده با سنگ پرتلند – سنگ آهكي كه در dorset انگلستان استخراج ميشود – به آن داده شد، تا امروز در سراسر دنيا براي توصيف سيماني كه از هم در آميختن كامل و حرارت دادن مواد آهكي و رسي يا ساير مواد حاوي سيليس آلومين و اكسيد آهن تا دماي كلينكر شدن و آسياب نمودن كلينكر حاصل شده باقي مانده است و تعريف سيمان پرتلند در استانداردهاي مختلف با توجه به اينكه بعد از پخت، سنگ گچ به آن افزوده ميشود، بر اين راستا قرار دارد امروزه ممكن است مواد ديگري نيز افزوده يا آميخته شوند.

در معناي كلي كلمه، مي توان سيمان را بعنوان ماده اي با خواص چسبندگي و چسبانندگي توصيف نمود، كه قادر است ذرات معدني را به صورت جسم يكپارچه و متراكم در آورد. البته اين تعريف انواع متعددي از مواد سيماني را در بر مي گيرد.
در صنعت ساختمان معناي كلمه "سيمان" به موادي كه براي بهم چسباندن سنگ ها، ذرات ماسه، آجرها، بلوك هاي ساختماني و غيره بكار مي روند ، محدود مي شود اجزاي اصلي اين نوع سيمان را تركيبات آهكي تشكيل مي دهند ، لذا در مهندسي راه و ساختمان اغلب سيمان هاي آهكي مورد نظر مي باشند. سيمان هاي مورد توجه در ساخت بتن داراي خاصيت گيرش و سخت شدن در زير آب، در اثر واكنش شيميايي با آن، بوده و لذا به آنها سيمان هاي آبي ( هيدروليكي ) گفته مي شود.
سيمانهاي آبي اغلب از سيليكات ها و آلومينات هاي آهك تشكيل شده اند و بصورت كلي مي توان آنها را به گروه هاي سيمانهاي طبيعي، سيمانهاي پرتلند و سيمانهاي برقي طبقه نمود.

سیمان پرتلند طبق تعریف ‎ ASTM ‎، نوعی سیمان هیدرولیک است که از پودر کردن کلینکری که عمدتاً از اکسیدهای سیلیسی، آلومینیومی و آهنی که عامل تشکیل ترکیبات سیلیکاتی و آلومیناتی سیمان پرتلند می‌باشند، بدست می‌آید.

مواد خام براي توليد سيمان پرتلند تقريبا در كليه كشورها يافت ميشوند و كارخانه هاي سيمان در تمام دنيا مشغول توليد ميباشند.
اصولا روش توليد تشكيل شده است از آسياب نمودن مواد خام، مخلوط نمودن كامل آنها در نسبتهاي معين و حرارت دادن در يك كوره بزرگ گردنده در دماي تا حدود 1450 ˚C تا وقتي كه مواد به مرز ذوب شدن ميرسند و بخشي از آنها ذوب ميشوند و سبب ايجاد گلوله هايي به نام كلينكر ميگردند. كلينكر را سرد نموده و قدري سنگ گچ به آن مي افزايند و سپس آنرا آسياب ميكنند تا به صورت پودر نرم درآيد. محصول به دست آمده سيمان پرتلند تجاري است كه به ميزان بسيار وسيع در سراسر جهان مصرف ميشود .

در مفهوم وسیع به هر ماده یا ترکیبی که از یک ماده چسبنده با خاصیت سیمانی شدن تشکیل شده باشد اتلاق می‌شود. این ماده چسبنده عموما حاصل فعل و انفعال سیمانهای هیدرولیکی و آب می‌باشد. حتی امروزه چنین تعریفی از بتن شامل طیف وسیعی از محصولات می‌شود. بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان ونیز پوزولان ها، سرباره کوره ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمر ها،الیاف و غیره تهیه شود. همجنین در نحوه ساخت آن ممکن است حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلا، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کننده‌های مختلف استفاده شود.

مواد تشکیل دهنده بتن
سنگدانه ها در بتن تقریبا سه چهارم حجم آنرا تشکیل می‌دهند و سیمان یک چهارم

آب (Water)
کیفیت آب در بتن از آن جهت حائز اهمیت است که ناخالصی های موجود در آن ممکن است در گیرش سیمان اثر گذاشته و اختلالاتی به وجود اورند. همچنین آب نامناسب ممکن است روی مقاومت بتن اثر نامطلوب گذاشته و سبب بروز لکه‌هایی در سطح بتن و حتی زنگ زدن آرماتور بشود. در اکثر اختلاط ها آب مناسب برای بتن آبی است که برای نوشیدن مناسب باشد. مواد جامد چنین آبی به ندرت بیش از ۲۰۰۰ قسمت در میلیون ppm خواهد بود به طور معمول کمتر از ۱۰۰۰ ppm می‌باشد. این مقدار به ازای نسبت آب به سیمان ۰.۵ معادل ۰.۰۵ وزن سیمان می‌باشد. معیار قابل آشامیدن بودن آب برای اختلاط مطلق نیست و ممکن است یک آب اشامیدنی به جهت داشتن درصد بالایی از یونهای سدیم و پتاسیم که خطر واکنش قلیایی دانه‌های سنگی را به همراه دارد، برای بتن سازی مناسب نباشد. به عنوان یک قاعده کلی هر آبی که ph (درجه اسیدیته) آن بین ۶ الی ۸ بوده و طعم شوری نداشته باشد می‌تواند برای بتن مصرف شود. رنگ تیره و بو لزوما وجود مواد مضر در آب را به اثبات نمی رساند.

مقدار آب مصرفی
مقدار آب مصرفی در داخل بتن بسیار با اهمیت است. به منظور تکمیل فرایند واکنش سیمان با آب مقدار مشخصی آب مورد نیاز است. در صورتی که این مقدار کمتر از آن حد باشد قسمتی از سیمان برای واکنش آب کافی دریافت نمیکند و واکنش نداده باقی میماند. در صورتی که بیش از مقدار مورد نیاز آب به مخلوط بتن اضافه شود پس از تکمیل واکنش، مقداری آب به صورت آزاد در داخل بتن باقی میماند که پس از سخت شدن بتن باعث پوکی آن و نتیجتا کاهش مقاومت خواهد شد. به همین دلیل دقت در مصرف نکردن آب زیاد در داخل بتن به منظور حصول مقاومت بالا ضروری است.
مقدار آب لازم برای تکمیل واکنش به صورت پارامتر نسبت آب به سیمان تعریف میشود. این نسبت برای سیمان پرتلند معمولی حدود 25 درصد است. با این مقدار آب بتن فاقد کارایی لازم خواهد بود و معمولا نسبت آب به سیمان مورد استفاده در کارگاههای ساختمانی بیش از این مقدار است. در تعیین نسبت اختلاط بتن پارامتری لحاظ میشود که مقدار رطوبت سنگدانه ها را نیز قبل از افزودن آب به بتن لحاظ میکند که در تعیین مقدار آب مورد نیاز حائز اهمیت است. این رطوبت اضافی (یا کمبود رطوبت) مقدار رطوبت مازاد(کمبود رطوبت) سنگدانه ها از حالت اشباع با سطح خشک SSD یا(Saturated Surface Dry)است.

عمل آوری
به دلیل تبخیر قسمتی از آب مورد نیاز قبل از تکمیل واکنش بین آب و سیمان (که چندین روز طول میکشد) قسمتی از سیمان موجود در مخلوط بتن واکنش نداده باقی میماند. پس از بتن ریزی باید بلافاصله توجه لازم به فرایند عمل آوری معطوف گردد. عمل آوری عبارت است از حفظ رطوبت بتن تا زمانی که واکنش بین سیمان و آب تکمیل شود. این عمل میتواند به وسیله عایقکاری موقت، پاشش آب یا تولید بخار صورت گیرد. از دیدگاه عملی، حفظ رطوبت بتن برای 7 روز توصیه میشود. در شرایطی که این کار ممکن نباشد حداقل زمان عمل آوری بتن نباید کمتر از 2 روز باشد.

سنگدانه‌ها (Aggregates)
سنگدانه ها در بتن تقریبا سه چهارم حجم آنرا تشکیل می‌دهند از اینرو کیفیت آنها از اهمیت خاصی برخوردار است. در حقیقت خواص فیزیکی، حرارتی و پاره‌ای از اوقات شیمیایی آنها در عملکرد بتن تاثیر می گذارد. دانه‌های سنگی طبیعی معمولا بوسیله هوازدگی و فرسایش و یا به طور مصنوعی باخرد کردن سنگ های مادر تشکیل می‌شوند.

اندازه دانه‌های سنگی
بتن عموما از سنگدانه‌هایی به اندازه‌های مختلف که حداکثر قطرآن بین ۱۰ میلیمتر و۵۰ میلیمتر می‌باشد ساخته می‌شود. به طور متوسط از سنگدانه‌هایی با قطر ۲۰ میلیمتر استفاده می‌شود. توزیع اندازه ذرات به نام «دانه بندی سنگدانه» مرسوم است.به طور کلی دانه‌های با قطر بیشتر از چهار یا پنج میلیمتر به نام شن و کوچکتر از آن به نام ماسه نامگذاری شده اند که این حد فاصل توسط الک ۵ میلیمتری یا نمره چهار مشخس می‌گردد. حد پایین ماسه عموما ۰.۰۷ میلیمتر یا کمی کمتر می‌باشد. مواد با قطر بین ۰.۰۶ میلیمتر و ۰.۰۲ میلیمتر به نام لای(سیلت)و مواد ریزتر رس نامگذاری شده اند. گل ماده نرمی است که شامل مقادیر نسبتا مساوی ماسه و لای و رس می‌باشد.

آیا میدانید؟
• سیمان تیپ 2 دارای خواص متوسط در میان تیپ های دیگر سیمان میباشد .
• سازه های بتنی در صورت رعایت نسبت های اختلاط ؛ دارای مقاومت فشاری بالا میباشند که به طور کلی این اختلاط شامل 7-15 % سیمان 14-20% آب و 60-75% ماسه است.
• آب و سنگدانه نقش بسیار مهم و حیاتی را در ساخت بتن ایفا میکنند و استفاده غیر استاندارد از آنها میتواند منجر به نتایج نامطلوب در سازه های بتنی شود.

توصیه های عمومی :
1) آب مصرفی
استفاده از آب نامناسب و غیر استاندارد میتواند منجر به نتایج ناگوار شود از جمله:
• تاخیر در زمان گیرش
• خوردگی و زوال میلگرد های موجود در ساخت بتن
• ایجاد لکه در سطح بتن وافت مقاومت فشاری
آب قابل آشامیدن بدلیل دارا بودن PH مناسب در حدود 7 , به عنوان مناسب ترین آب برای استفاده در ساخت بتن پیشنهاد می گردد. در صورتی که دسترسی به آب قابل آشامیدن امکان پذیر نباشد و از آب غیر فابل آشامیدن استفاده گردد بایستی تدابیری اندیشه شود تا نتایج حاصل از آن در ساخت بتن از نظر فیزیکی مشابه با حالتی باشد که از آب آشامیدنی استفاده می گردد.

2) سنگدانه مصرفی
1-2- مشخصات ماسه مصرفی :
• ماسه مصرفی باید دارای ارزش ماسه ای (SE) بالای 75% باشد به عبارت دیگر خاک آن باید کمتر از 25% باشد .
• ماسه مصرفی باید کاملا نرم و دارای شاخص FM حدود 2.3 تا 3.2 باشد .
• با توجه به اینکه وجود خاک در ماسه موجب بالا رفتن زمان گیرش آن میشود لذا شستشوی کامل ماسه مصرفی قبل از مصرف مورد نیاز می باشد.

2-2- مشخصات شن(سنگ ریزه)
• اندازه سنگ ریزه نباید از 12.5 میلیمتر بیشتر باشد.
• استفاده از سنگ ریزه شکسته برای تهیه تیرچه

پیشنهادات :
• استفاده از مخلوطی از ماسه و سنگ ریزه برای تهیه تیرچه و بلوک
• اسلمپ بتون برای تهیه تیرچه و بلوک بایستی حداکثر 10 باشد به عبارت دیگر هر چقدر بتن شل تر , زمان گیرش دیرتر و مقاومت آن پایین تر خواهد بود.

روش های مراقبت از بتن بعد از بتن ریزی :
مراقبت از بتن در 7 تا 10 روز اول بسیار مهم میباشد که منجر به مقاومت 28 روزه میگردد.
دو نکته مهم در مراقبت از بتن وجود دارد :
1-رطوبت کافی
2-دمای مناسب (در هوای بسیار گرم یا سرد اتخاذ تدابیر ویژه ضروری است)

روشهای مراقبت از بتن در هوای گرم :
• ایجاد برکه آب بصورتی که آب روی سطح بتن باقی بماند.
• پاشیدن آب روی سطح بتن
• استفاده از پوشش های خیس مثل گونی وموکت و... جهت جلوگیری از تابش مستقیم نور خورشید به بتن و تبخیر کمتر آب
• استفاده از قالب های فلزی به جای قالب های چوبی برای نگهداری از بتن که بدینوسیله مانع از تبخیر آب میشود.
• استفاده از یخ جهت کاهش دمای آب مصرفی ساخت بتن در مواقعی که دمای محیط بالاتر از حد نرمال باشد خصوصا در تابستان , ضروری است.

روشهای مراقبت از بتن در هوای سرد :
• محافظت بتن از یخ زدگی در هوای سرد
• دمای بتن در 24 ساعت اولیه بایستی بین 20 تا 30 درجه باشد.
• استفاده از چادر یا هر وسیله دیگر برای بالا بردن دمای تیرچه و بلوک در مواقعی که دمای هوا بسیار پایین است, ضروری اس زیرا دمای سرد باعث بالا رفتن شدید زمان گیرش میشود.

برخی ازافزودنی های سیمان :
حداکثر میزان مصرف موادی که قبل یا حین اختلاط به بتن اضافه میشود نباید از 5% تجاوز کند.
1. دیر گیر کننده ها :برای استفاده در هوای گرم
2. زود گیر کننده ها: معمولا در جاهایی که نیاز به باز شدن سریع قالب باشد مورد استفاده قرار میگیرند
3. روان کننده: موجب افزایش اسلمپ و کارایی بتن بدو ن افزودن آب میگردد.