Jaki jest skład chemiczny cementu portlandzkiego? W prostych słowach, składniki są Tricalcium aluminate (C3A), uwodniony i utwardzony najszybciej, Silica, Alumina i Calcium. Aby zrozumieć, jak związki te działają w połączeniu, trzeba zrozumieć stechiometrię poszczególnych składników. Poniżej wymieniono ich funkcje:
Niniejszy artykuł powstał dzięki wsparciu serwisu opiekunbudowy.pl
Glinian trójwapniowy (C3A) hydratyzuje się i twardnieje najszybciej
Gdy temperatura betonu wynosi dwadzieścia stopni Celsjusza, pięćdziesiąt procent zawartości C3S w cemencie będzie uwodnione, a osiemdziesiąt procent C2S do 28 dnia. Jedną z właściwości C3S jest jego zdolność do umożliwienia umieszczenia i zagęszczenia cementu przed jego związaniem. Ta właściwość, znana jako okres uśpienia, wydaje się zawieszać reakcję po tym, jak początkowo reaguje z wodą.
Glinian trójwapniowy (znany również jako C3A) jest najszybszym i najłatwiejszym do pracy składnikiem cementu portlandzkiego. Stosowany jest w systemach mieszanych spoiw i szybkotwardniejących zaprawach naprawczych. Proces hydratacji i twardnienia cementu glinianu trójwapniowego jest podobny do cementu portlandzkiego, ale różni się nieco składem i właściwościami.
Trzy główne składniki cementu portlandzkiego przyczyniają się do jego wytrzymałości i trwałości. Krzemian dwuwapniowy przyczynia się najbardziej do ostatecznej wytrzymałości cementu, podczas gdy glinian trójwapniowy przyczynia się najbardziej do wczesnej wytrzymałości. Podczas gdy krzemian dwuwapniowy przyczynia się w większym stopniu do wytrzymałości, glinian trójwapniowy jest nieaktywny, a więc w mniejszym stopniu przyczynia się do wytrzymałości końcowej betonu.
Jest to główna przyczyna niepożądanych właściwości betonu. Mniejsza ilość C3A w cemencie da wyższą wytrzymałość końcową, ale będzie on bardziej odporny na działanie wysokich temperatur i mniej podatny na pękanie. Procentowa zawartość każdego związku w cemencie portlandzkim podana jest w poniższej tabeli. Dla każdego z nich, powinieneś być w stanie zidentyfikować związek odpowiedzialny za pożądaną wytrzymałość po tygodniu ekspozycji na wilgoć.
Ettringite reaguje z wodą tworząc hydraty wapnia. Reagują one również z gipsem i wodorotlenkami glinu. Ten ostatni jest najbardziej stabilny z tych trzech. Proces, który tworzy HAC w cemencie portlandzkim jest najszybszy i najbardziej niezawodny. Ostatecznie produkuje najmocniejszy beton z cementu portlandzkiego.
Glinian trójwapniowy stanowi mniej niż dziesięć procent cementu portlandzkiego. Jest odpowiedzialny za powodowanie cementu do ustawienia szybko, a proces ten jest znany jako ustawienie flash. W tym procesie woda i mieszanka cementowa tworzą gładką pastę. Przez krótki okres jest ona plastyczna i traci swoją plastyczność. Jednakże, gdy cement zawiera gips, opóźnia on proces twardnienia i kontroluje czas wiązania.
Wapno
Cement portlandzki składa się z trzech głównych składników: krzemionki, wapna i tlenku glinu. Te trzy składniki stanowią razem ponad 90% masy idealnie zdrowego cementu. Pozostałe składniki wnoszą bardzo mało do ogólnych właściwości cementu, ale są stosowane w niewielkich ilościach jako topniki lub inhibitory. Do opisu składu cementu stosuje się układ trójskładnikowy. Stosunkiem ograniczającym jest proporcja wapna do innych składników.
Skład chemiczny cementu portlandzkiego można opisać porównując procentową zawartość poszczególnych składników. Wzory cementu traktują każdy związek tak, jakby był ciałem stałym o określonej stechiometrii. Oznacza to, że choć każdy składnik jest ważny, żaden z nich nie tworzy uporządkowanej struktury ani jednolitego składu. Zamiast tego tworzą gąbczasty żel. Proporcje cementu mogą wahać się od 1:1 do 2:1, w zależności od projektu mieszanki i warunków utwardzania. Dokładny skład i drobność mielenia określają wytrzymałość cementu portlandzkiego. W szczególności, związki C3S i C2S są odpowiedzialne za początkową wytrzymałość, a tlenek glinu i żelazo są obecne w mniejszej ilości.
Choć istnieje kilka różnych rodzajów cementu portlandzkiego, większość ma te same podstawowe surowce i skład chemiczny. Cement składa się z trzech głównych składników: wapnia, krzemionki i tlenku glinu. Składniki te są wykorzystywane do różnych zastosowań. Po stwardnieniu, beton staje się elementem konstrukcyjnym. Beton jest używany do wszystkiego, od mebli ulicznych do konstrukcji nośnych. Może być mieszany na miejscu lub dostarczany w postaci gotowej w stałej placówce mieszania.
Podstawowe związki chemiczne cementu portlandzkiego określają wytrzymałość i trwałość materiału. Najszybszy i najbardziej reaktywny składnik, glinian trójwapniowy (C3A), hydratyzuje się szybko i niemal natychmiast uwalnia duże ilości ciepła. Podczas gdy C3A jest głównym składnikiem cementu portlandzkiego, jest on opóźniony przez obecność gipsu, który pomaga obniżyć temperaturę w piecu przy produkcji cementu portlandzkiego. C4AF, z drugiej strony, jest odpowiedzialny za większość efektu kolorystycznego w cemencie portlandzkim.
Podstawowy proces wytwarzania cementu obejmuje ogrzewanie mieszaniny do temperatury pomiędzy 1400 a 1600degC. Proces ten jest znany jako częściowe topienie i wymaga około dwóch godzin, w zależności od sposobu przetwarzania materiałów. Gdy materiał zostanie podgrzany do odpowiedniej temperatury, nazywa się go klinkierem. Klinkier to powstały w ten sposób proszek, który ma wielkość marmuru i zawiera krzemiany wapnia. Klinkier jest następnie mielony na drobny proszek. Ostatnim etapem jest dodanie gipsu, aby zapobiec jego błyskawicznemu wiązaniu.
Krzemionka
Cztery główne związki klinkieru, które są obecne w cemencie portlandzkim, to wapń, krzemionka, glin i żelazo. Związki te mogą być zmieniane w zależności od pożądanych właściwości. Chemicy używają skróconej nomenklatury dla tych związków i równowagi chemicznej pieca. Typowe kompozycje cementowe zawierają następujące składniki:
Zależnie od składu cementu, krzemionka będzie miała inne właściwości niż tlenek glinu. Jej reaktywność z minerałami cementu portlandzkiego powoduje niewielkie zmniejszenie porowatości i wzrost oporności mechanicznej pasty cementowej. Krzemionka stanowi zwykle około 30 procent w cemencie portlandzkim. Ałun jest dobrym składnikiem chemicznym, ale jego nadmierna ilość może osłabić cement. Tlenek magnezu jest kolejnym minerałem, który jest obecny w cemencie portlandzkim.
Aby wybrać najlepszy cement dla swoich potrzeb, musisz zrozumieć skład chemiczny różnych składników. Podczas gdy standardowe marki cementu portlandzkiego składają się zazwyczaj z ponad 90% trzech głównych składników, możesz uzupełnić swój wybór prostą metodą testową, która polega na składzie chemicznym każdego składnika. Aby ułatwić ten test, można pomnożyć stosunek molekularny trzech składników i porównać wyniki.
Krzemian glinowo-wapniowy jest kolejnym związkiem chemicznym w cemencie portlandzkim, który jest doskonałym czynnikiem przyczyniającym się do wytrzymałości. Ten minerał jest materiałem odpornym na siarczany, który uwalnia ciepło podczas wczesnej hydratacji. Ostateczna wytrzymałość betonu będzie większa, jeśli cement ma mniej tego związku. Dodatkowo, będzie on również bardziej odporny na ciepło i pęknięcia. Aby zrozumieć dokładny skład cementu portlandzkiego, zobacz poniższą tabelę.
Skład chemiczny cementu portlandzkiego jest ważny w zrozumieniu jego właściwości fizycznych i utwardzania. Główne składniki cementu portlandzkiego to krzemionka, wapń i wapno hydratyzowane. Składniki te mogą być łączone lub mieszane w różnych proporcjach, aby uzyskać pożądany skład cementu. Oprócz krzemionki, cement portlandzki zawiera wiele innych substancji chemicznych, które są niezbędne do prawidłowego utwardzenia i wytrzymałości. Podczas gdy wiele osób używa cementu portlandzkiego w swoich projektach budowlanych, nie jest on powszechnie stosowany w zastosowaniach chodnikowych.
Aluminium
Aluminium w cemencie portlandzkim jest podstawowym składnikiem betonu, ale nie jest to jedyny minerał, który przyczynia się do jego wytrzymałości. Ferrytyna wapniowo-aluminiowa w cemencie reaguje z aluminium tworząc alumino-ferryt trójwapniowy, związek, który dodaje twardości i wytrzymałości. Spowalnia również czas wiązania cementu. Istnieją jednak pewne ograniczenia dotyczące ilości ałunu w cemencie. Zalecana ilość tlenku glinu w cemencie wynosi 2%.
Różne badania wykazały, że na zawartość tlenku glinu w cemencie portlandzkim ma wpływ ilość siarczanów w mączce surowej. Jednak pomimo istnienia cementów odpornych na siarczany, cementy te charakteryzują się niską przepuszczalnością i zawartością oparów krzemionkowych. W związku z tym współczynnik nasycenia wapnem (LSF) nie jest liniową funkcją procentowej zawartości C3S. Dlatego rozrzut w LSF w zależności od % C3S można przypisać zmianom modułu tlenku glinu i stosunku krzemionki.
Cementy wysokoglinowe uzyskują znaczną część swojej wytrzymałości końcowej w ciągu 24 godzin. Ich doskonałe właściwości ogniotrwałe czynią je idealnymi do stosowania w wyłożeniach pieców. Biała forma cementu wysokoglinowego zawiera minimalne ilości tlenku żelaza i krzemionki i ma wyjątkowe właściwości ogniotrwałe. Inny rodzaj cementu zawiera środki rozszerzające, aby zrównoważyć niewielki skurcz świeżego betonu. Amerykański cement ekspandujący składa się z cementu portlandzkiego i środka ekspansywnego.
Aluminium jest metalem, który reaguje z niektórymi składnikami mokrego cementu. W kontakcie z powietrzem tworzy wodorotlenek glinu. Jednak w kontakcie z wysokim poziomem PH i solami, metal ten traci odporność na korozję. Jest to częsty problem z aluminium i cementem. Na szczęście istnieją sposoby, aby uniknąć tego problemu. Stosując się do poniższych wskazówek, można uniknąć uszkodzenia aluminiowych ram okiennych i drzwiowych. Podczas korzystania z aluminium w cemencie, należy pamiętać, aby dokładnie przestrzegać instrukcji producenta.
Podobne tematy
