צמנט
היסטוריה > מהמאה ה-18 עד לתקופה המודרנית

בשנת 1756, הוטל על ג'ון סמיתון (John Smeaton) להקים מגדלור חדש ב-Eddyston Rock, תחת הקודם שעלה באש; סמיתון עשה מחקר למציאת חומר בנייה שיתאים לתנאים הקשים להם נחשף מבנה מגדלור. ההמלצות לתערובת בימיו היו: שני חלקים סיד, חלק אחד קרקע בעלת תכונות פוצולאניות, ומעט מים. מאחר שלא היה שבע רצון מהתוצאות, החל לחפש את חומר המליטה המתאים ביותר על ידי טבילת כדור מלט לאחר שעבר התקשרות במים, ובחינת עמידות המלט המתגבש. הוא  בחן מגוון חומרים פוצולאנים טבעיים ומלאכותיים. התוצאה הטובה ביותר התקבלה מסיד ממקור אבן גיר המכילה אחוז חרסית גבוה. הסיד שהוכן מאבן גיר חרסיתית זו נקרא גם "סיד הידראולי", מהיותו מתגבש במהירות במגע עם מים (בניגוד לסיד ה"רגיל").
חומר המליטה שנבחר לבניית המגדלור הורכב מחלקים שווים של סיד הידראולי ופוצולאנה טבעית. המגדלור הוקם בשנת 1759, והתנשא לגובה של 22 מטר. בשנת 1882 המבנה הוחלף במגדלור חדש והמקורי הישן פורק והורכב מחדש בפלימות'.
למרות הצלחתו של סמיתון, השימוש בסיד הידראולי לא קנה לו אחיזה. ב-1796, נרשם פטנט באנגליה על "צמנט רומי" (כשם מותג מסחרי, השונה מהצמנט הרומי המקורי) שהוא למעשה סיד הידראולי מאבן גירנית עשירה בחרסית (חוואר). הצמנט בהמצאה זו, היה צמנט מהיר התקשרות, ולכן היה שימושי בעבודות באזורי גאות ושפל, נמלים, סכרים ותעלות. 'צמנט-רומי' המומצא, היה הצמנט העיקרי בשימוש עד שב-1850 צמנט פורטלנד החל להחליפו בהדרגה.
החוקר הצרפתי ויקה יצר סיד הידראולי מלאכותי על ידי קלייה של גיר מעורב בחרסית שנטחנו יחדיו, בתהליך דומה לזה ששימש לייצור צמנט פורטלנד בעבר. במהלך המחצית הראשונה של המאה ה-19 נרשמו פטנטים רבים לצמנטים שונים המבוססים על סיד הידראולי. מתוכם, רק פטנט אחד זכה לפרסום רב, "צמנט פורטלנד", פטנט (אנגלי) "מספר 5022" מה-21 באוקטובר 1824, בידי יוסף אספדין (Joseph Aspdin). השם "צמנט פורטלנד" ניתן על מנת לרמוז לאבן פורטלנד שהייתה ידועה באנגליה בתכונת החוזק שלה. בדומה לויקה, אספדין עירב חרסית וגיר טחון, וקלה אותם יחד ליצירת סיד הידראולי. למעשה, לא היה כל חידוש בפטנט של אספדין, אך השימוש בשם "צמנט פורטלנד" הקנה לו חזקה לשימוש מסחרי במותג זה.
בנו הצעיר של יוסף אספדין, ויליאם, הקים עם שותפים חברה מתחרה לייצור צמנט בלונדון ב-1843. ויליאם גילה שתוצר קליית גיר מעורב בחרסית, (קלינקר), שנשרף ברמות חום גבוהות יותר מפיק צמנט בעל איכות וחוזק טובים בהרבה. ויליאם מעולם לא הגן על הפיתוח שלו בפטנט, ועד סוף ימיו טען שהפטנט היחיד הרלוונטי לצמנט הוא הפטנט שנרשם על ידי אביו. בדיקות מטלוגרפיות של שרידי קלינקר ארכאולוגיים מתנור ששימש את ויליאם אספדין גילו בליט ואליט שהם המרכיבים העיקריים בקלינקר של צמנט פורטלנד מודרני.
מנהל המפעל המתחרה, י.צ. ג'ונסון, גילה שקלייה של חומרי הגלם בטמפרטורה גבוהה יותר, יוצרת צמנט חזק בהרבה, אך מתגבש לאט יותר. ג'ונסון התקשה למצוא את יחסי החומרים האופטימלים. ב-1851, ג'והנסון עזב את מעסיקו וקנה את מפעל הצמנט שננטש על ידי ויליאם אספדין. הצמנט המשובח שיצר במפעל החדש נמכר במחיר כפול.
המעבר לכבשן סובב רציף, המצאתו של תומאס קרמפטון מ-1877, היה הצעד הטכנולוגי הבא לשיפור הצמנט, יעילות הייצור שלו ובקרת האיכות. בעיות רבות נתגלו סביב הפעלת כבשן זה, ופיתוחו נמשך עד סוף המאה ה-19. ב-1898, בארצות הברית נבנה הכבשן הסובב הראשון שעבד כמעט ללא תקלות, וב-1900 נבנו באנגליה שישה כבשנים כאלה שעבדו ברצף זה אחר זה. הכבשנים הסובבים הראשונים שימשו בעיקר לתפוקה אחידה, ופחות לשם הגברת התפוקה.
התקדמות טכנולוגית נוספת, בייצור צמנט, בשלהי המאה ה-19 הייתה השימוש במטחנת כדורים, שאיפשר ייצור צמנט בעל חוזק מוקדם גבוה יותר, ופתרה את בעיית ההתקשרות המהירה של הטריקלציום אלומינט (C3A), בעקבות טחינה דקה של הקלינקר. כדי לעכב את התקשרות הטריקלציום אלומינט, מוסיפים לצמנט (בתהליך הייצור) סולפט, בדרך כלל בצורה של גבס. הסולפט מגיב עם הטריקלציום אלומינט ליצירת אטרינגיט. האטרינגיט מכסה את גבישי הטריקלציום אלומינט ומאט את קצב ההידרציה שלהם.
במהלך המאה ה-20, חוזקו של צמנט פורטלנד הכפיל את עצמו פי חמישה, פחות או יותר. במהלך עשרות השנים האחרונות, נכנסו שיפורים נוספים בטכנולוגיית הייצור של הצמנט, ובכימיה של צמנטים מעורבים. מרבית התעשייה עברה לתהליכי ייצור יבשים, שהם חסכוניים יותר באנרגיה. שיטת טחינה חדשה – מטחנת גלילים – הולכת ותופסת בהדרגה את מקומן של מטחנות הכדורים. מטחנת גלילים מאפשרת שליטה טובה יותר של דוק הטחינה, והיא חסכונית יותר באנרגיה.
צמנטים מעורבים המכילים אחוזים גבוהים של תוצרי לוואי מתעשיות אחרות, הם אחד הכיוונים העיקריים בפיתוח צמנט במפנה המאה ה-21. אפר פחם מתחנות כוח, המהווה חומר פסולת זול שמעוניינים להיפטר מהם באופן שאינו מזיק, וכך גם אפר מבערה של תוצרים חקלאיים, כמו קליפות אורז וקנה סוכר סחוט, ואפר ממקורות אחרים הם תוספים פוצלנים, ולפעמים חומרים בעלי תכונות מליטה משל עצמם, שיכולים להחליף אחוז ניכר מהצמנט בצמנט-פורטלנד מעורב.
מיקרו-סיליקה, שהיא תוצר לוואי של ייצור סיליקון לתעשיית האלקטרוניקה והפלדה, משמשת אף היא כתוסף פוצלני לייצור בטונים חזקים במיוחד או עמידים במיוחד. סיגים טחונים מתהליך ייצור הברזל הם חומר מליטה, כשלעצמו בעל קצב הידרציה איטי ביותר, אבל כשמערבבים אותם עם חומר בסיסי כגון צמנט פורטלנד, קצב ההידרציה שלהם גדל, והם מקנים לבטון עמידות גבוהה כנגד תנאי הסביבה המאכלים. הכללה של חומרים אלו בתערובת הצמנט, מוזילה את הצמנט, מורידה את האנרגיה הדרושה לייצורו, ופותרת בעיות סביבתיות על ידי שימוש בפסולת כחומר גלם.