Портландський цемент

Гідравлічні в’яжучі

Портландський цемент – гідравлічне в’яжуче, твердне в воді і на повітрі. Це найважливіший сучасний будівельний матеріал, його використовують для виготовлення бетону і залізобетону. Вихідні речовини для одержання портландського цементу вапняки і глини в співвідношенні 3:1 (по масі). Добавки: колчеданні недогарки і залізна руда, а також кварцовий пісок. Найчастіше сировинну суміш готують „мокрим способом” - подрібненням і змішуванням з водою. Суміш подається в довгу циліндричну піч, яка повільно обертається. Піч має невеликий нахил, завдяки якому сировина поступово переміщується до нижнього кінця печі. В нижній кінець печі подається паливо (найчастіше природний газ). Піч умовно ділиться на шість зон.

І зона – шлам підсушується, з нього видаляється вода у видгляді пари.

ІІ зона – 500-800⁰ С – відбувається дегідратація мінералів глини.

ІІІ зона – 900-1200⁰ С – дисоціює кальцій карбонат:

СаСО₃ = СаО + СО₂. У цій же зоні починаються реакції у твердому стані між СаО і продуктами дегідратації глини. Утворюються СаО ^. Al₂O₃ та 2 СаО ^. SiO₂.

IV зона – 1000-1250⁰ С. Закінчується утворення 2СаО ^. SiO₂ і однокальцієвий алюмінат переходить у 5СаО ^. 3Al₂О₃, а потім утворюється деяка кількість 3СаО ^. Al₂О₃.

У зона – 1450⁰ С – відбувається часткове плавлення матеріалу. Матеріал спікається, утворюючи зернисту масу, яку називають клінкером.

VI зона – клінкер охолоджується до 1000-1200⁰ С, потім після виходу з печі охолоджується в холодильнику і йде на помел.

В результаті процесів, що відбуваються при спіканні, утворюється декілька сполук, найважливішими з яких є 3СаО ^. Al₂O₃^- трикальцієвий алюмінат, 3СаО ^. SiO₂ - трикальцієвий силікат, 2СаО ^. SіО₂ – двокальцієвий силікат, 4СаО ^. A1₂О₃, Fe₂О₃ – чотирикальцієвий алюмоферит.

Елементарний хімічний склад клінкеру прийнято умовно виражати в перерахунку на відповідні оксиди. Для звичайних видів портландцементу він коливається в таких межах (в мас.%): СаО – 62-68; SiО₂ – 18-26; А1₂О₃ – 4-9; Fe₂O₃ – 0,3-6,0.

При замішуванні портландцементу з водою утворюється тістоподібна маса, яка через деякий час твердне.

Перехід її з тістоподібного стану в твердий називається тужавленням.

Теорії тверднення в’яжучих речовин розроблялись Ле-Шательє (1882 р.), Михаелісом (1892 р.), О.Байковим (1923 р.), пізніше П.Ребіндером і його школою, але, як вже відмічалось, єдиної теорії тверднення для основних груп в’яжучих речовин, в тому числі для цементу, не існує.

Найважливіші клінкерні мінерали - силікати і алюмінати. Це солі, утворені сильною основою Са(ОН)₂ і слабкими кислотами – силікатною і алюмінатною.

При взаємодії їх з водою відбувається частковий гідроліз і гідратація.

За теорією О.Байкова в процесі тверднення цементу розрізняють три стадії.

Перша стадія якраз полягає у взаємодії поверхневих шарів частинок цементу з водою за такими рівняннями реакцій:

.

Продукти гідратації і гідролізу - гідрогенсилікати, гідрогеналюмінати і гідрогенферити кальцію, а також кальцій гідроксид утворюються в високодисперсному стані, і система в цілому є колоїдною.

Друга стадія – власне тужавлення цементу настає звичайно через 1-3 години після замішування з водою і полягає в тому, що з розчину, який є в цементному тісті, насиченого кальцій гідроксидом, останній виділяється в аморфному стані і, обволікаючи цементні зерна, перетворює їх в зв’язану масу.

Третя стадія – кристалізація, або тверднення. Частинки кальцій гідроксиду укрупнюються, перетворюючись у довгі голчасті кристали, які ущільнюють цементну масу, поступово перетворюючи її в каменевидне тіло. Отже, фізична сторона тверднення полягає в переході продуктів взаємодії цементу з водою з колоїдно-дисперсного стану в кристалічний.

Застосовуючи в будівництві, цемент звичайно змішують з піском і водою. Цю суміш називають цементним розчином. При змішуванні цементного розчину з гравієм або щебенем, одержують бетон. Бетон – важливий будівельний матеріал, з нього будують жилі будинки, мости, арки і т.ін. Бетон з залізною арматурою називають залізобетоном.

Дата добавления: 2015-05-24