Cement portlandzki i wiązanie betonu

Cement portlandzki i wiązanie betonu Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Informacje podstawowe • Podstawowe surowce do otrzymywania: • wapienie • gliny • margle • Ww. składniki wypalone razem dają klinkier portlandzki. • Cement portlandzki = klinkier + 3-5% gipsu (wypalane razem) Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Skład mineralogiczny • 3CaO • SiO2 – alit (C3S), krzemian trójwapniowy, 30-65% wagi całk. • 2CaO • SiO2 – belit (C2S), krzemian dwuwapniowy, 15-45% wagi całk. • 3CaO • Al2O3 – glinian trójwapniowy (C3A), 5-15% wagi całk. • 4CaO • Al2O3• Fe2O3 – braunmileryt (C4AF), glinożelazian czterowapniowy, 5-15% wagi całk. • CaSO4• 2H2O – gips surowy (CSH2), siarczan wapniowy dwuwodny, 2-5% wagi całk. Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Wiązanie I • Zaczyn cementowy = cement + H2O • W fazie początkowej jest to zawiesina ziaren cementu w wodzie, w której nic się nie dzieje. • Po kilku godzinach rozpoczynają się reakcje składników cementu z wodą. • Zbiór tych reakcji nazywamy hydratacją cementu. Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Wiązanie II – hydroliza krzemianów • Zachodzi w temp. poniżej 100°C C3S: 2C3S + 6H → C3S2H3 + 3CH C2S: 2C2S + 4H → C3S2H3 + CH Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Wiązanie III – hydratacja krzemianów • W temp. poniżej 100°C C3A + 6H → C3AH6 (hydrogarnet) C3A + 3CSH2 + 26H → C6AS3H32 (etryngit) 2C3A + C6AS3H32 + 4H → 4C4ASH12 (monosiarczan) C4AF + 3CSH2 + 30H → C6AS3H32 + CH + FH3 2C4AF + C6AS3H32 + 12H → 3C4ASH12 + 2CH + 2FH3 C4AF + 10H → C3AH6 + CH + FH3 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Wiązanie IV – wyższe temperatury • W temp. wyższej od 100°C, w wyniku reakcji hydrotermalnych, powstają szkodliwe związki: • hydrokrzemiany (α-C2SH) • tobermoryt (C5S6H5) • inne związki (C6S6H, C2S3H2, C6S2H3)) • Obniżają one wytrzymałość na ściskanie, podwyższają przepuszczalność betonu Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Wiązanie V – szybkość przemian • Poszczególne składniki reagują z różną prędkością. Efekt: szybkość hydratacji jednych faz zależy od szybkości innych faz. • Najszybciej reagują C3A i C3S – przyspieszacze • Opóźniacze: CSH2, półhydraty (tworzą tzw. fałszywe wiązania) – wiążą najwolniej. • Wykres obok – schemat ilościowych zmian fazowego składu zaczynu cementowego wg W. Kudrowskiego. Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Wiązanie VI – przyspieszanie wiązania • Przyspieszanie wiązania cementu: • Naparzanie - obróbka cieplna do 100°C w parze wodnej pod ciśnieniem atmosferycznym. • Autoklawizacja - obróbka cieplna w temp. 150-200°C. Dla przeciwdziałania niekorzystnych reakcji dodaje się pył krzemionkowy. • Modyfikacje składu cementu. • Wykres obok – wpływ zawartości gipsu i półhydratu na czas wiązania wg W. Kurdowskiego. Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Charakterystyka stwardniałego betonu • Podstawowe wielkości: • Stosunek wodno – cementowy (w/c) • Stosunek zawartości spoiwa do kruszywa (s/k) • Stosunek wody do spoiwa (w/s) • Umożliwiają one: • określenie właściwości użytkowych badanego betonu. • ustalenie optymalnego składu zaczynu dla osiągnięcia pożądanych właściwości. Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Modyfikacja betonu • W zależności od warunków, stosuje się dodatki wpływające na właściwości betonu: • Zwiększające wytrzymałość: żywice epoksydowe • Przeciwmrozowe: rodanek sodowy • Uszczelniające: pył krzemionkowy • Upłynniające: lignosulfonian wapniowy, żywica melaminowo – formaldehydowa • Napowietrzające: abietynian sodowy • … Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Spis treści • Informacje podstawowe • Skład mineralogiczny • Wiązanie • Podstawowe wiadomości • Hydroliza krzemianów • Hydratacja krzemianów • Wyższe temperatury • Szybkość przemian • Przyspieszanie wiązania • Charakterystyka stwardniałego betonu • Modyfikacja betonu Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

Cement portlandzki i wiązanie betonu