Katedra Technologii Materiałów Budowlanych
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 42

Katedra Technologii Materiałów Budowlanych PowerPoint PPT Presentation


  • 101 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

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.

Download Presentation

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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Katedra technologii materia w budowlanych

Katedra Technologii Materiałów Budowlanych

Skład chemiczny i mineralny klinkieru portlandzkiego, a właściwości cementu

Kraków, 2012 r.


Plan prezentacji

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


Katedra technologii materia w budowlanych

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.


Katedra technologii materia w budowlanych

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


Belit

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


Glinian tr jwapniowy

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


Faza glino elazianowa

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)


Fazy wyst puj ce w ma ych ilo ciach w klinkierze

Fazy występujące w małych ilościach w klinkierze

  • Peryklaz

  • Wolne wapno

  • Alkalia w klinkierze

  • Szkło

  • Domieszki


Peryklaz

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


Katedra technologii materia w budowlanych

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


Wolne wapno

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


Alkalia w klinkierze

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


Szk o

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


Domieszki izomorficzne w fazach klinkierowych

C3A – 13%

C4AF – 11%

C2S – 6%

C3S – 4%

Na+, K+

Ca2+, Ba2+, Sr2+

Cr3+

Mn2+

Ti4+

P5+

S6+

Domieszki izomorficzne w fazach klinkierowych


Rozmieszczenie sk adnik w akcesorycznych w fazach klinkierowych

Rozmieszczenie składników akcesorycznych w fazach klinkierowych


Inne fazy wyst puj ce w klinkierze portlandzkim

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.


Wp yw faz klinkierowych na w a ciwo ci cementu

Wpływ faz klinkierowych na właściwości cementu


Wp yw faz klinkierowych na w a ciwo ci cementu1

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


Efekty cieplne hydratacji

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


Ciep o hydratacji wp yw zawarto ci c 3 s

Ciepło hydratacji – wpływ zawartości C3S

Wpływ zawartości C3S na wydzielanie się ciepła (zawartość C3A jest w przybliżeniu stała).


Ciep o hydratacji wp yw zawarto ci c 3 a

Ciepło hydratacji – wpływ zawartości C3A

Wpływ zawartości C3A na wydzielanie się ciepła (zawartość

C3S jest w przybliżeniu stała).


Wytrzyma o na ciskanie

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


Wytrzyma o na ciskanie1

Wytrzymałośćna ściskanie

Przyrost wytrzymałości czystych składników wg Beaudoina i Ramachandrana

Przyrost wytrzymałości czystych składników wg Bogue’a


Wp yw c 3 s na wytrzyma o na ciskanie

Wpływ C3S na wytrzymałość na ściskanie

Wpływ zawartości alitu na wytrzymałość cementu

(powierzchnia właściwa cementu 3800 cm2/g)


Wp yw c 3 a na wytrzyma o na ciskanie

Wpływ C3A na wytrzymałość na ściskanie


Wytrzyma o na ciskanie2

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


Szybko hydratacji r nych faz c 3 a

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


Agresja siarczanowa

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


Agresja siarczanowa1

Agresja siarczanowa

Wymagania:

np. CEM I

Zawartość

C3A ≤ 3%

Al2O3 ≤ 5%

Wpływ zawartości C3A w cemencie na szybkość niszczenia betonu.


Zdolno do wi zania chlork w

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


Zestawienie zdj mikroskopowych preparat w przygotowanych z klinkier w portlandzkich

Zestawienie zdjęć mikroskopowych preparatów przygotowanych z klinkierów portlandzkich


Literatura

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


  • Login