1 / 42

Katedra Technologii Materiałów Budowlanych

Katedra Technologii Materiałów Budowlanych. Skład chemiczny i mineralny klinkieru portlandzkiego, a właściwości cementu. Kraków, 2012 r. Plan prezentacji:. 1. Wprowadzenie. 2. Skład chemiczny i fazowy klinkieru portlandzkiego. 3. Charakterystyka faz klinkierowych.

lavey
Télécharger la présentation

Katedra Technologii Materiałów Budowlanych

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Katedra Technologii Materiałów Budowlanych Skład chemiczny i mineralny klinkieru portlandzkiego, a właściwości cementu Kraków, 2012 r.

  2. Plan prezentacji: 1. Wprowadzenie 2. Skład chemiczny i fazowy klinkieru portlandzkiego 3. Charakterystyka faz klinkierowych 4. Fazy występujące w małych ilościach w klinkierze 5. Wpływ faz klinkierowych na właściwości cementu 6. Podsumowanie

  3. Klinkier – materiał hydrauliczny, składający się z krzemianów wapnia (alitu-C3S i belitu-C2S) oraz glinianów (C3A) i glinożelazianów wapniowych (C4AF). Wytwarzany jest przez spiekanie surowców zawierających: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 i niewielkie ilości innych materiałów.

  4. Alit Oksyortokrzemian wapnia to najważniejsza faza klinkieru portlandzkiego. Jego reaktywność w stosunku do wody odpowiada za przebieg twardnienia zaczynu. Spotykane w literaturze wzory alitu przedstawiono poniżej: Ca3[SiO4]O = Ca2[SiO4]CaO= Ca3SiO5=3CaO.SiO2= C3S „extra” tlen zapewnia możliwość hydratacji (przyłączanie wody) Ca3[SiO4]O = Ca2[SiO4] + CaO alit belit tlenek wapnia CaO + H2O Ca(OH)2 TI 620 º TII 920º TIII 980º JI990º JII1060º JIII 1070º R 1250º rozkład J- formy jednoskośne R- forma romboedryczna T- formy trójskośne

  5. Belit Ortokrzemian wapnia to drugi (po alicie) co do ważności składnik mineralny klinkieru portlandzkiego. Dostępne w literaturze zapisy belitu są następującej postaci: Ca2[SiO4] =2CaO.SiO2=C2S γ - Ca2[SiO4] β - Ca2[SiO4] formy niskotemeraturowe

  6. Glinian trójwapniowy • Faza glinianowa w zależności od stężenia jonów Na+ w temperaturze pokojowej posiada następujące odmiany: • do 1,9% mas. Na2O – faza regularna • od 1,9 do 3,7% Na2O – współwystępowanie dwóch faz: regularnej i rombowej • od 3,7% do 4,6% Na2O – faza rombowa • od 4,6 do 5,9% Na2O – faza jednoskośna Spotykane w literaturze oznaczenia glinianu to: Ca3[Al2O6]=C3A

  7. Faza glinożelazianowa Faza ferrytowa (lub brownmilleryt) to roztwór stały, o składzie chemicznym opisanym wzorem: Ca2(AlxFe1-x)2O5, gdzie 0<x<0,7 Można jej także przypisać wzór: C4AF=C2(A,F)

  8. Fazy występujące w małych ilościach w klinkierze • Peryklaz • Wolne wapno • Alkalia w klinkierze • Szkło • Domieszki

  9. Peryklaz • Sumaryczna zawartość tlenku magnezu w klinkierze wynosi 2%. • MgO tworzy niewielkie bezbarwne kryształy regularne o sieci typu NaCl. • Na duże zróżnicowanie zawartości peryklazu w produkowanych klinkierach portlandzkich wpływają dwa czynniki związane z rodzajem surowców: - stopień zdolomityzowania surowców wapiennych - stosowanie żużla wielkopiecowego jako surowca glinokrzemowego, zawierającego dużą ilość magnezu • CaO bardzo powoli reaguje z wodą tworząc brucyt – Mg(OH)2, którego objętość właściwa jest większa od objętości właściwej peryklazu, co wywołuje naprężenia w stwardniałym zaczynie cementowym Rys. 1. Ziarenka peryklazu

  10. Zmiany zawartości MgO w fazach klinkierowych: alit (●), belit (○), substancja wypełniająca (x), w zależności od ilości tlenku magnezu w klinkierze

  11. Wolne wapno Powstaje w wyniku dekarbonatyzacji CaCO3 i nie wchodzi w reakcje Chemiczne z innymi składnikami (SiO2, Al2O3, Fe2O3 i SO3) ze względu na błędy w przygotowaniu zestawu surowcowego np. duże uziarnienie wapienia, złe ujednorodnienie CaCO3T CaO + CO2

  12. Alkalia w klinkierze • Alkalia występują w klinkierze głównie w formie Na2SO4 (thenardyt) i K2SO4 (arkanit) rzadziej jako 3K2SO4.Na2SO4 i 2CaSO4.K2SO4. Wykazują duże powinowactwo względem siarki, tworząc z nią siarczany. • Źródłem alkaliów w klinkierze portlandzkim produkowanym w Polsce są minerały ilaste obecne w naturalnych skałach osadowych, przede wszystkim w glinach i marglach. • Alkalia powodują wzrost ilości stopu klinkierowego i uwzględnianie są we wzorach na ilość fazy ciekłej w procesie klinkieryzacji

  13. Szkło • Faza szklista jest obecna w klinkierach portlandzkich w bardzo małych ilościach lub nie występuje wcale. • Pojawia się gdy klinkieryzacja prowadzona jest w wysokich temperaturach (powyżej 1450ºC), a chłodzenie przebiega z bardzo dużą szybkością. • Stwierdzono, że klinkiery zawierające mało MgO i alkaliów tworzą mniej szkła

  14. C3A – 13% C4AF – 11% C2S – 6% C3S – 4% Na+, K+ Ca2+, Ba2+, Sr2+ Cr3+ Mn2+ Ti4+ P5+ S6+ Domieszki izomorficzne w fazach klinkierowych

  15. Rozmieszczenie składników akcesorycznych w fazach klinkierowych

  16. Inne fazy występujące w klinkierze portlandzkim W klinkierach portlandzkich, obok wymienionych już faz, może występować w niewielkich ilościach: • Krzemionka, stanowiąca nieprzereagowaną część ziaren kwarcu, • Siedmioglinian dwunastowapniowy C12A7 • Fazy siarczanowe: arkanit – K2SO4 thenardyt – Na2SO4 langbeinit wapniowy – K2Ca2(SO4)3 aphtitalit (glaseryt) – K6Na2(SO4)4 anhydryt – CaSO4 Związki sodu i potasu niekorzystnie wpływają na właściwości użytkowe cementów (pogorszenie właściwości transportowych, zbrylanie, fałszywe wiązanie, wykwity). Mogą w określonych warunkach stanowić również zagrożenie dla trwałości betonów.

  17. Wpływ faz klinkierowych na właściwości cementu

  18. Wpływ faz klinkierowych na właściwości cementu Właściwości addytywne • Ciepło hydratacji • Szybkość wydzielania się ciepła • Powierzchnia właściwa zhydratyzowanego cementu • Woda biorąca udział w hydratacji Właściwości nieaddytywne • Wytrzymałość • Skurcz • Pełzanie Zawartość składników daje pewne wskazówki co do wartości spodziewanych

  19. Efekty cieplne hydratacji Ciepło hydratacji czystych składników mineralnych wynosi: Alit C3S: 500 J/g Belit C2S: 250 J/g Glinian trójwapniowy C3A: 800 J/g Faza glinożelazianowa C4AF: 400 J/g

  20. Ciepło hydratacji – wpływ zawartości C3S Wpływ zawartości C3S na wydzielanie się ciepła (zawartość C3A jest w przybliżeniu stała).

  21. Ciepło hydratacji – wpływ zawartości C3A Wpływ zawartości C3A na wydzielanie się ciepła (zawartość C3S jest w przybliżeniu stała).

  22. Wytrzymałość na ściskanie Wpływ niektórych czynników na wytrzymałość cementu portlandzkiego: • Skład mineralny klinkieru • Dodatki akcesoryczne (te które defektują np. Ba, Sr) • Pokrój kryształów faz tworzących klinkier • Stopień rozdrobnienia : - wielkość ziaren (frakcje) - powierzchnia właściwa

  23. Wytrzymałośćna ściskanie Przyrost wytrzymałości czystych składników wg Beaudoina i Ramachandrana Przyrost wytrzymałości czystych składników wg Bogue’a

  24. Wpływ C3S na wytrzymałość na ściskanie Wpływ zawartości alitu na wytrzymałość cementu (powierzchnia właściwa cementu 3800 cm2/g)

  25. Wpływ C3A na wytrzymałość na ściskanie

  26. Wytrzymałość na ściskanie Roztwory stałe: Roztwory stałe C3S z glinem, magnezem lub żelazem zapewniają lepszą wytrzymałość zapraw. Przyrost wytrzymałości czystego C3S oraz C3S zawierającego dodatek 1% Al2O3 w funkcji czasu

  27. 1. C3A regularny 2. C3A + 2,4% Na2O regularny 3. C3A + 3,8% Na2O ortorombowy 4. C3A + 4,8% Na2O ortorombowy 5. C3A + 5,7% Na2O jednoskośny Szybkość hydratacji różnych faz C3A

  28. Agresja siarczanowa siarczan sodu + wodorotlenek wapnia = gips V o 124 % siarczan sodu + uwodnione gliniany wapnia = ettringit V o 227 % zapobieganie niskie ciepło hydratacji ograniczenie zawartości C3A cement HSR maleje zdolność do wiązania chlorków

  29. Agresja siarczanowa Wymagania: np. CEM I Zawartość C3A ≤ 3% Al2O3 ≤ 5% Wpływ zawartości C3A w cemencie na szybkość niszczenia betonu.

  30. Zdolność do wiązania chlorków • Jony chlorkowe łączą się z glinianami wapniowymi tworząc sól Friedela: • Chlorki (NaCl, CaCl2) + C3A = sól Friedela (C3A·CaCl2·10H2O) • Chlorki wykazują znacznie mniejszą wymywalność z zaczynów o dużej zawartości C3A

  31. Zestawienie zdjęć mikroskopowych preparatów przygotowanych z klinkierów portlandzkich

  32. Literatura: • W. Kurdowski – „”Chemia cementu i betonu”, PWN, Warszawa 2010 • A. Neville – „Właściwości betonu”, Polski Cement, 2012 • A. Bobrowski, M. Gawlicki, A. Łagosz, W. Nocuń – Wczelik – „Cement. Metody badań. Wybrane kierunki stosowania”, Wyd. AGH, Kraków 2010

More Related