2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

1

Cement portlandzki i wiązanie betonu

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

2

Informacje podstawowe

Podstawowe surowce do otrzymywania: wapienie gliny margle

Ww. składniki wypalone razem dają klinkier portlandzki.

Cement portlandzki = klinkier + 3-5% gipsu (wypalane razem)

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

3

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.

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

4

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.

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

5

Wiązanie II – hydroliza krzemianów Zachodzi w temp. poniżej 100°C

C3S: 2C3S + 6H → C3S2H3 + 3CH

C2S: 2C2S + 4H → C3S2H3 + CH

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

6

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

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

7

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

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

8

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.

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

9

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.

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

10

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.

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

11

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

…

2005-12-31 Jacek Kamiński, IL PW, sem.1., gr.1., R.A. 2005/06

12

Spis treści

Informacje podstawowe Skład mineralogiczny Wiązanie

Podstawowe wiadomości Hydroliza krzemianów Hydratacja krzemianów Wyższe temperatury Szybkość przemian Przyspieszanie wiązania

Charakterystyka stwardniałego betonu Modyfikacja betonu