การผลิตปูนซีเมนต์

       เด็ก ๆ คงเคยเห็นตึกใหม่สูงหลายสิบชั้นมาบ้างแล้ว บางคนอาจนึกสงสัยว่าตึกใหญ่ที่ทั้งสูงทั้งหนักมากเช่นนั้นก่อสร้างขึ้นด้วยวัสดุอะไรคำตอบก็คือคอนกรีตโดยมีเหล็กเป็นโครงอยู่ภายใน เราเรียกคอนกรีตเช่นนี้ว่า คอนกรีตเสริมเหล็ก มีความแข็งแรงสามารถรับน้ำหนักได้มากนอกจากตึกสูง ๆ แล้ว เรายังใช้คอนกรีตเสริมเหล็กในการก่อสร้างสะพาน สร้างถนน สร้างอุโมงค์ ทำตอม่อ สร้างเขื่อน และอื่น ๆ อีกด้วย  คอนกรีตเป็นวัสดุผสมของหิน ทราย ปูนซีเมนต์ และน้ำ หินเป็นของแข็ง ที่มีอยู่ตามธรรมชาติบนเปลือกโลก หินที่ใช้ต้องนำมาย่อยให้ได้ขนาดตามที่ต้องการ ทรายก็เป็นวัสดุที่มีอยู่ตามธรรมชาติในพื้นที่บางแห่ง เช่น ตามก้นแม่น้ำ ส่วนปูนซีเมนต์ต้องผลิตขึ้นในโรงงาน 

       ปูนซีเมนต์มีชื่อเต็มว่า ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ลักษณะเป็นผงละเอียดสีเทาใช้เป็นส่วนสำคัญในการทำคอนกรีตเพราะทำหน้าที่เป็นตัวประสานที่ช่วยยึดหิน ทราย และเหล็กให้ติดแน่นเป็นเนื้อเดียวกัน ถ้าไม่มีปูนซีเมนต์ยึดประสานไว้หิน ทราย และเหล็กก็อาจแตกแยกหลุดออกจากกันได้ง่ายไม่สามารถคงรูปร่างของสิ่งก่อสร้างดังที่ต้องการ คุณสมบัติพิเศษของปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ ได้แก่ การก่อตัวและแข็งตัวได้ในน้ำ ดังนั้นเมื่อผสมหิน ทราย ปูนซีเมนต์ และน้ำ คลุกเคล้าให้เข้ากันดีแล้วเทลงในแบบที่เตรียมไว้ทิ้งไว้ให้แห้งแล้วแกะแบบออกก็จะได้คอนกรีตที่มีรูปร่างเหมือนแบบ

       การผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ในโรงงานเริ่มต้นการบดวัตถุดิบหลายชนิด เช่น แคลเซียมคาร์บอเนต เป็นต้น ให้ละเอียดเป็นผงเรียกว่า วัตถุดิบสำเร็จ แล้วนำเข้าเผาในเตาเผาแบบหมุนที่อุณหภูมิสูงประมาณ ๑,๕๐๐ องศาเซลเซียส ก็จะได้ผลิตผลที่เรียกว่า ปูนเม็ด จากนั้นนำปูนเม็ดมาบดจนเป็นผงละเอียดอีกครั้งหนึ่งแล้วผสมแร่ยิปซัมลงไปประมาณ ๓ - ๕ เปอร์เซ็นต์ ก็จะได้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สำหรับใช้ในการก่อสร้างตามที่ต้องการ ปูนซีเมนต์ที่ผลิตได้นี้อาจแข็งตัวได้ง่ายเมื่อได้รับความชื้นหรือเปียกน้ำจึงต้องเก็บไว้อย่างระมัดระวังโดยบรรจุใส่ถุงกระดาษสีน้ำตาล ปิดปากถุงอย่างแน่นหนา ด้วยเครื่องจักรแล้วเก็บถุงปูนซีเมนต์วางเรียงให้ชิดกันมากที่สุดเพื่อไม่ให้อากาศผ่านได้บนพื้นคอนกรีตหรือพื้นไม้ที่สูงเหนือระดับพื้นดิน ภายในโรงเรือนหรืออาคารที่ปิดมิดชิดจนกว่าจะนำไปใช้งาน

       ปูนซีเมนต์เป็นวัสดุก่อสร้างชนิดหนึ่งมีชื่อเต็มว่า ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ (Portland Cement) ลักษณะเป็นผงละเอียดสีเทาสามารถก่อตัวและแข็งตัวได้ในน้ำจึงใช้หล่อในแบบให้เป็นรูปร่างต่าง ๆ ตามที่ต้องการ  ผู้ผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์เป็นคนแรกคือ โจเซฟ แอสปดิน (Joseph Aspdin) ชาวอังกฤษ เมื่อประมาณ ๑๗๐ ปีมาแล้ว เขาได้นำฝุ่นดินกับหินปูนมาเผารวมกันแล้วนำมาบดจนละเอียด ผลที่ได้เมื่อผสมน้ำและแข็งตัวแล้วจะเป็นก้อนสีเหลืองเทาเหมือนก้อนหินจากเหมืองของเมืองปอร์ตแลนด์ (Portland) ในประเทศอังกฤษเขาจึงเรียกชื่อว่า ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ และได้จดทะเบียนสิทธิบัตรการผลิตไว้เป็นหลักฐาน  ภายหลังจากนั้นอีกประมาณ ๓๐ ปี จึงได้มีผู้พบว่า ถ้าเผาส่วนผสมให้มีอุณหภูมิสูงมากจนส่วนผสมเยิ้มตัวจะได้ปูนซีเมนต์ที่มีคุณภาพสูงขึ้น นอกจากนี้โรงงานผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ของประเทศเยอรมนียังได้นำปูนเม็ดมาบดให้เป็นผง ทำให้ได้ปูนซีเมนต์ที่มีคุณภาพดีขึ้นไปอีก

       ในปัจจุบันการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สามารถทำได้สองวิธีคือ วิธีเปียกและวิธีแห้ง วิธีแห้งเป็นวิธีที่นิยมใช้กันมากเพราะเป็นวิธีที่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก การผลิตทำได้โดยการบดวัตถุดิบ ซึ่งมีหลายชนิด เช่น แคลเซียมคาร์บอเนต เป็นต้น จนเป็นผงละเอียดเรียกว่า วัตถุดิบสำเร็จ (Raw Meal) แล้วส่งเข้าเตาเผา (Rotary Kiln)  เตาเผาเป็นท่อขนาดใหญ่วางเป็นมุมเอียงและหมุนรอบตัวช้า ๆ ปล่อยวัตถุดิบให้ไหลมาในท่อทางด้านต่ำสวนทางกับไฟที่พ่นเข้าไปโดยน้ำมันเป็นเชื้อเพลิงเผาจนวัตถุดิบเยิ้มตัวที่อุณหภูมิสูงประมาณ ๑,๕๐๐ องศาเซลเซียส ผลิตผลที่ได้จากการเผาเรียกว่า ปูนเม็ด (Clinker) เมื่อนำปูนเม็ดไปบดให้ละเอียดแล้วผสมแร่ยิปซัม (Gypsum) ลงไปประมาณ ๓ - ๕ เปอร์เซ็นต์ ก็จะได้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ตามที่ต้องการ การผสมยิปซัมลงไปจะช่วยให้ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สามารถแข็งตัวได้ช้าลงเมื่อนำไปใช้งาน

        ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ที่ผลิตได้นี้ใช้มากในการหล่อคอนกรีตเสริมเหล็กและคอนกรีตอัดแรง คอนกรีตเสริมเหล็กมีส่วนผสมเป็นหินย่อย ทราย ปูนซีเมนต์ และน้ำ เมื่อผสมส่วนผสมตามสัดส่วนที่ต้องการแล้วก็เทส่วนผสมที่ยังเปียกอยู่ลงในแบบที่มีเหล็กข้อผูกเป็นโครงอยู่ภายใน ทิ้งไว้ให้แห้งแล้วแกะแบบออกจะได้คอนกรีตเสริมเหล็กที่มีคุณสมบัติแข็งแรง ทนทาน สามารถรับน้ำหนักได้มาก และไม่ติดไฟ นอกจากนั้นยังสามารถทำให้มีรูปร่างทุกอย่างได้ตามต้องการอีกด้วย คอนกรีตเสริมเหล็กจึงมีประโยชน์อย่างมากในการก่อสร้างเกือบทุกประเภท  ส่วนคอนกรีตอัดแรงนั้นต้องใช้ลวดเหล็กที่ทำขึ้นเป็นพิเศษแทนเหล็กหล่อธรรมดาทำให้ได้คอนกรีตอัดแรงที่มีความแข็งแรงและมีน้ำหนักมากกว่าคอนกรีตเสริมเหล็กใช้ในการก่อสร้างคานช่วงยาว ๆ ของสะพาน หลังคา และพื้นได้เป็นอย่างดี