SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki
Nazwa cement portlandzki, nadana początkowo w związku z
podobieństwem koloru i jakości stwardniałego cementu do
kamienia portlandzkiego - wapienia wydobywanego w Dorset,
używana jest do dziś na całym świecie.
Wykład nr 2
5
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki - produkcja
Wykład nr 2
6
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki - produkcja
Proces wytwarzania cementu obejmuje - jako operacje
podstawowe - zmielenie składników w stanie surowym,
dokładne ich wymieszanie we właściwej proporcji oraz
wypalenie w piecu obrotowym, w temperaturze około 1450°C, w
której materiał ulega spieczeniu i częściowemu stopieniu
tworząc granulki klinkieru. Klinkier po ochłodzeniu jest
mielony wraz z pewną ilością gipsu na drobny proszek, dając
produkt końcowy.
Wykład nr 2
7
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki - produkcja
Gdy cement został zmielony zadowalająco, tzn. gdy zawiera nie
mniej niż l,l x l012 ziaren w kilogramie, może być traktowany
jako gotowy produkt.
Wykład nr 2
8
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki - produkcja
Wykład nr 2
9
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki - produkcja
Wykład nr 2
10
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki - produkcja
Wykład nr 2
11
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki - produkcja
Wykład nr 2
12
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki - produkcja
Wykład nr 2
13
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki
Orientacyjny skład chemiczny klinkieru cementu portlandzkiego
Pierwiastkowy [%]
Ca 44 ÷ 49
0
30 ÷ 38
Si
8 ÷ 12
Al
2÷4
Fe
1÷3
Inne do 7
Tlenkowy [%]
CaO 62 ÷ 68
SiO2 18 ÷ 25
A1203 4 ÷ 8
Fe203 2 ÷ 4
Inne:
MgO 0,5 ÷ 6
SO3 0,8 ÷ 3
Na2O +K2O 0,4 ÷ 3
Wykład nr 2
14
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki
Orientacyjny skład klinkieru cementu potrlandzkiego - mineralny
Składniki mineralne (fazy mineralne)
Zawartość [%
mas.]
3CaO · SiO2 krzemian trójwapniowy C3S (alit)
2CaO · SiO2 krzemian dwuwapniowy C2S (belit)
3CaO · A12O3 glinian trójwapniowy C3A
4CaO · Al2O3 · Fe2O3 żelazoglinian czterowapniowy C4AF
(braunmilleryt)
CaSO4 · H2O gips lub CaSO4 anhydryt
50-65
15-28
5-15
Wykład nr 2
5-15
około 5
15
Cement portlandzki
3CaO · SiO2 krzemian trójwapniowy C3S (alit)
• Określa tempo przyrostu wytrzymałości. Im więcej C3S tym
szybsze twardnienie i większe ciepło hydratacji
•Jest źródłem zwiększonej zawartości Ca(OH)2
2CaO · SiO2 krzemian dwuwapniowy C2S (belit)
• wiąże wolniej niż C3S i wykazuje niskie ciepło hydratacji.
• Ma duży wpływ na wytrzymałość późniejszą zwłaszcza po 90 i
180 dniach.
Wykład nr 2
16
Cement portlandzki
3CaO · Al2O3 glinian trójwapniowy C3A
• Wpływa decydująco na reologiczne właściwości zaczynu,
szybko tworzy z gipsem etryngit. Daje zwiększenie lepkości
zaczynu,
•Zasadniczo wpływa na kompatybilność domieszki i cementu.
Np. zwykle wzrost udziału C3A wymaga zwiększenia ilości
wprowadzonego superplastyfikatora
•Reaguje z wodą szybko i intensywnie z wydzieleniem dużej
ilości ciepła na początku hydratacji
• Wpływa na podatność stwardniałego tworzywa na agresję
siarczanową. Zmniejszenie zawartości C3A, C4AF i alkaliów
powoduje zwiększenie odporności na agresję siarczanową i
obniżenie wodożądności cementów.
Wykład nr 2
17
Cement portlandzki
Wykład nr 2
18
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki
Poza głównymi składnikami, w cemencie znajdują się także
składniki drugorzędne, takie jak CaO wolne, MgO, SO2, TiO2,
Mn2O3, {[K2O i Na2O] – alkalia}, chlorki, które stanowią
zazwyczaj w sumie nie więcej niż kilka procent masy cementu.
Niezwiązane (wolne) wapno CaO: nadmiar szkodliwy – ok.
dwukrotny wzrost objętości podczas reakcji z wodą, mała ilość
korzystnie wpływa na reologię mieszanki
MgO: szkodliwe - przy uwodnieniu zwiększa swoją objętość.
Siarczany SO3: pochodzące ze składników ilastych lub paliw –
mogą być zaczątkiem korozji siarczanowej!,
doraźnie - reakcja z alkaliami = K2SO4 - przejściowy wzrost
lepkości mieszanki betonowej
Wykład nr 2
19
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki
Na2O i K2O: określane zwyczajowo jako alkalia (terminem
„alkalia" wyróżnia się tylko te dwa tlenki, chociaż w cemencie
występują również i inne tlenki o charakterze zasadowym).
Stwierdzono, że alkalia wchodzą w reakcje z niektórymi
kruszywami, przy czym produkty tych reakcji działają
niszcząco na beton. Zauważono również, że wpływają one na
szybkość przyrostu wytrzymałości cementu. Należy w związku z
tym podkreślić, że termin „składniki drugorzędne" odnosi się
przede wszystkim do zawartości tych składników w cemencie, a
nie określa ich znaczenia w wielu procesach.
Wpływają także na skuteczność działania superplastyfikatorów
Chlorki Cl- - dopuszczalne bardzo małe ilości (poniżej 0,1%) ze
względu na korozję zbrojenia
Wykład nr 2
20
SPOIWA HYDRAULICZNE
Cement portlandzki
Destrukcyjne działanie
alkaliów na beton.
Wykład nr 2
21
CEMENT PORTLANDZKI
Wiązanie i twardnienie cementu
Jest to złożony proces fizykochemiczny. Po zarobieniu cementu
wodą cząstki cementu zostają otoczone powłoczką wodną i
rozpuszczają się częściowo w wodzie. Związki w rodzaju tych,
które występują w cemencie, mogą reagować z wodą na dwa
sposoby:
-reakcja hydratacji (uwodnienie) - podstawowy, polega na
przyłączeniu cząstek wody bez rozkładu faz stałych klinkieru.
- hydroliza, przy którym następuje rozpuszczanie faz stałych
klinkieru i krystalizacja hydratów
Nowo powstałe związki koloidalne ulegają z czasem zagęszczeniu,
odwodnieniu, przekrystalizowaniu, tworząc zwartą masę.
Wykład nr 2
22
CEMENT PORTLANDZKI
Wiązanie i twardnienie cementu
Szybkość hydratacji maleje w miarę upływu czasu, tak że
nawet po długim okresie czasu pewna część cementu
pozostaje nie zhydratyzowana.
Podstawowe produkty hydratacji można sklasyfikować
najogólniej jako uwodnione krzemiany wapnia C-S-H
(hydrokrzemiany) oraz uwodnione glinokrzemiany
wapnia oraz portladyt.
Przykładowo hydratacja alitu:
2(3CaO·SiO2)+6H2O®3CaO ·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2
ALIT
ŻEL C-S-H
Wykład nr 2
PORTLANDYT
23
CEMENT PORTLANDZKI
Wiązanie i twardnienie cementu
Hydrokrzemiany i glinokrzemiany wapnia (C-S-H) tworzą cały
szereg zróżnicowanych form: włókniste, spłaszczone formy
płytkowe, układy siatkowate, ziarna nieregularne. Najczęściej
mają one długość od 0,5 do 2,0 μm, a w kierunku poprzecznym
poniżej 0,2 μm.
Portlandyt tworzy większe spłaszczone formy płytkowe o słabej
strukturze, rozpuszczalne w wodzie
2000x
Wykład nr 2
24
CEMENT PORTLANDZKI
Wiązanie i twardnienie cementu
Formowanie się
zasadniczej struktury
Kondensacja
struktury
Wykład nr 2
25
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)