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

•

SiO

2

– alit (C

3

S), krzemian trójwapniowy, 30-

65% wagi całk.



2CaO

•

SiO

2

– belit (C

2

S), krzemian dwuwapniowy, 15-

45% wagi całk.



3CaO

•

Al

2

O

3

– glinian trójwapniowy (C

3

A), 5-15%

wagi całk.



4CaO

•

Al

2

O

3

•

Fe

2

O

3

– braunmileryt (C

4

AF),

glinożelazian czterowapniowy, 5-15% wagi całk.



CaSO

4

•

2H

2

O – gips surowy (CSH

2

), 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 + H

2

O



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

C

3

S:

2C

3

S + 6H → C

3

S

2

H

3

+ 3CH

C

2

S:

2C

2

S + 4H → C

3

S

2

H

3

+ 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

C

3

A + 6H → C

3

AH

6

(hydrogarnet)

C

3

A + 3CSH

2

+ 26H → C

6

AS

3

H

32

(etryngit)

2C

3

A + C

6

AS

3

H

32

+ 4H → 4C

4

ASH

12

(monosiarczan)

C

4

AF + 3CSH

2

+ 30H → C

6

AS

3

H

32

+ CH + FH

3

2C

4

AF + C

6

AS

3

H

32

+ 12H → 3C

4

ASH

12

+ 2CH +

2FH

3

C

4

AF + 10H → C

3

AH

6

+ CH + FH

3

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-C

2

SH)



tobermoryt (C

5

S

6

H

5

)



inne związki (C

6

S

6

H, C

2

S

3

H

2

, C

6

S

2

H

3)

)



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 C

3

A i C

3

S

– przyspieszacze



Opóźniacze: CSH

2

,

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