TECHNOLOGIA
BETONU
LITERATURA:
1. Jamroży Z.:Beton i jego technologie. PWN. Warszawa
2009
2. Neville A.M.: Właściwości betonu. Polski Cement.
Kraków 2000
3. Beton według normy PN EN 206-1. Komentarz. Praca
zbiorowa pod kierunkiem L. Czarneckiego. Kraków 2004
4. Peukert S.: Cementy powszechnego użytku i
specjalne. Polski Cement, Kraków 2000
5. PN-EN 206-1:2003 Beton, właściwości, produkcja i
zgodność.
6. PN-EN 197-cz.1:2002 Cement, skład, wymagania i
kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego
użytku.
7. PN-EN 12620:2002. Kruszywa do betonu.
Podstawowe pojęcia i definicje
Według normy PN-EN 206-1:2003 beton jest materiałem
powstałym ze zmieszania spoiwa, kruszywa drobnego i
grubego, wody i ewentualnych domieszek i dodatków.
C+Kd+Kg+Dm+Dd
SPOIWA
Spoiwa są to materiały chemicznie aktywne, które po
wymieszaniu z wodą lub utwardzaczem wiążą i twardnieją.
SÄ… to procesy nieodwracalne.
Powietrzne
Mineralne
Hydrauliczne
Spoiwo
Żywiczne
Organiczne
Bitumiczne
Spoiwa mineralne sÄ… to wypalone i sproszkowane
materiały mineralne (wapno, gips, cement), które po
zarobieniu wodą tworzą plastyczną masę, która w wyniku
zachodzących procesów fizyko-chemicznych zaczynają
stopniowo gęstnieć i twardnieć (czemu towarzyszy
stopniowy wzrost wytrzymałości) zmieniajac się w sztuczny
kamień.
Spoiwa powietrzne wiążą i twardnieją tylko na powietrzu,
nie wiążą i nie twardnieją w wodzie i po stwardnieniu nie są
odporne na działanie wody. Składniki powietrzne spoiwa
(składniki zasadowe) CaO, MgO z wodą tworzą nietrwałe
związki Ca(OH)2 i Mg(OH)2 , które reagując z CO2 z
powietrza tworzą trwałe związki CaCO3 i MgCO3.Spoiwami
powietrznymi sÄ… wapno i gips.
Spoiwa hydrauliczne wiążą i twardnieją na powietrzu i pod
wodą, a po stwardnieniu są odporne na działanie wody.
Spoiwa te zawierają składniki hydrauliczne (kwaśne) SiO2,
Al2O3, Fe2O3. Skłądniki te nie wiążą samodzielnie, wiążą w
obecności CaO i wody.
Spoiwa organiczne sÄ… to spoiwa niemineralne.
Spoiwa żywiczne to żywice syntetyczne chemoutwardzalne,
np żywice epoksydowe, poliestrowe, fenolowe.
Spoiwa bitumiczne to materiały asfaltowe lub smołowe. Nie
stosuje się ich do betonów konstrukcyjnych, służą do
wykonywania nawierzchni drogowych i posadzek
przemysłowych.
KRUSZYWA
Kruszywem (wypełniaczem) nazywamy materiał ziarnisty
pochodzenia naturalnego lub sztucznego.
Wg PN-EN 12620:2001 rozróżnia się kruszywa:
lð naturalne (otoczakowe, Å‚amane), które oprócz obróbki
mechanicznej nie zostały poddane żadnej innej obróbce;
lð sztuczne, pochodzenia mineralnego, produkowane
przemysłowo (zwykle obróbka termiczna). Do tej grupy między
innymi należy: keramzyt, łupkoporyt, glinoporyt, popiołoporyt;
lð z recyklingu (rozkruszony beton, wyroby ceramiczne).
W zależności od gęstości kruszywa w stanie suchym rozróżnia się
kruszywa:
lð lekkie Á d" 2000 kg/m3
lð zwykÅ‚e 2000 <Á d" 3000 kg/m3
lð ciężkie Á > 3000 kg/m3
BETON
W zależności od gęstości:
lð lekki Á d" 2000 kg/m3
lð zwykÅ‚y 2000 <Á d" 2600 kg/m3
lð ciężki Á > 2600 kg/m3
W zależności od wielkości maksymalnego ziarna kruszywa:
lð C + W - zaczyn
lð C + W + Kd - zaprawa
lð C + W + Kd + Kg - mieszanka betonowa, beton
WA
AÅšCIWOÅšCI SPOIW
1. SKA
AD CHEMICZNY
RODZAJ SPOIWA
ZAWARTOŚĆ %
CaO MgO SiO Al2O3 Fe2O3 SO3
WAPNO 80-99 0-5 0-6 0-3 0,5-1 -
POWIETRZNE
WAPNO 70-85 0-5 11-16 0-2 0-1 -
HYDRAULICZNE
GIPS DWUWODNY 26-32 0-2 0-10 0-12 - 37-46
GIPS PÓA
WODNY 38 - - - - 55
CEMENT 60-68 0,3-5 18-26 4-9 1-6 0,5-3
PORTLANDZKI
CEMENT 42-52 1-7 26-36 8-16 1-5 1,5-3,7
HUTNICZY
CEMENT 30-45 0-1,5 3-15 35-48 2-20 0-1,2
GLINOWY
2. WI
ZANIE I T
ŻENIE SPOIW
WiÄ…zanie i twardnienie spoiwa po jego zarobieniu wodÄ…
zachodzi w czterech okresach.
1
Rc
IV
III
I II
okres
0
Wiersz 1 Wiersz 2 Wiersz 3 Wiersz 4
t
tpw tkw 28 dni
Okres I  wstępnego dojrzewania. Składniki spoiwa przechodzą
do wody, np jak w przypadku cementu w wyniku:
- hydratacji (uwodnienia) przyłączenia przez
składniki cementu wody
- hydrolizy  rozpad składników cementu na jony.
W technologii betonu te procesy okreslono hydratacjÄ….
Okres II  wiÄ…zanie. W przesyconym roztworze zaczyna siÄ™
krystalizacja  powstajÄ… nowe zwiÄ…zki, mieszanka
zaczyna tężeć. W chwili tkw jest już ciałem stałym.
Okres tpw  tkw nazywany jest czasem wiÄ…zania.
Okres III  dalsza krystalizacja i stopniowy wzrost wytrzymałości.
Okres IV  okres eksploatacji, a sprzyjajÄ…cych warunkach dalszy
wzrost wytrzymałości.
3. MIAA
KOŚĆ
Miałkość dotyczy spoiw, które po wypaleniu są rozdrabniane
mechanicznie, np cementy.
Miałkość spoiwa określa się:
- metodą przesiewu 3-200 źm = 0,003-0,2 mm
- aparatem Blaine'a 1500  6000  9000 cm2/g
Miałkość wpływa na wiele właściwości spoiw a przede
wszystkim na ich wytrzymałość. Spoiwa drobniej zmielone o
dużej powierzchni wewnętrznej mają lepszy kontakt z wodą,
szybciej ulegają hydratacji i wykazują większe przyrosty
wytrzymałości w czasie.
4. KALORYCZNOŚĆ
Hydratacja spoiw jest procesem egzotermicznym  towarzyszy
jej wydzielanie się ciepła (ciepło hydratacji).
Kaloryczność spoiwa zależy od jego składu chemicznego.
Największe ciepło hydratacji wykazuje CaO  1170 kJ/kg i MgO 
850 kJ/kg.
Na kaloryczność nie ma wpływu miałkość i temperatura
początkowa spoiwa czy otoczenia. Te czynniki wpływają natomiast
na wzrost temperatury zaczynu, zaprawy czy mieszanki
betonowej.
W warunkach adiabatycznych spoiwo drobne szybciej ulega
hydratacji i wykonane z niego wyroby szybciej siÄ™ ogrzewajÄ….
T [ C]
a
Ta
Tb b
czas
a- spoiwo drobnoziarniste
b- spoiwo gruboziarniste
Podwyższone temperatury (spoiwo czy otoczenie)
przyspieszajÄ… hydratacjÄ™ cementu.
ZNACZENIE KALORYCZNOÅšCI W PRAKTYCE
BUDOWLANEJ
POZYTYWNE:
- wykonywanie i układanie zapraw czy betonów w obniżonych
temperaturach;
- podczas prac remontowych;
NEGATYWNE:
- przy wykonywaniu elementów o dużych gabarytach. Beton
jest złym przewodnikiem ciepła. W wyniku powstawania
gradientów temperatury (powierzchnia  wnętrze elementu)
może dojść do jego spękania czy zarysowania.
5. ZMIANY OBJ
TOÅšCI
- pęcznienie zmiany wywołane procesami
chemicznymi,
- kontrakcja sÄ… to zmiany nieodwracalne
- skurcz
zmiany wywołane
- narastanie
procesami
- odkształcenia termiczne
fizycznymi
P
CZNIENIE
Niektóre składniki spoiw reagując z innymi składnikami i z wodą
zwiększają swoją objętość. Zjawisko to nie jest niebezpieczne, jeżeli
przebiega jeszcze w plastycznej mieszance. Pęcznienie występujące
w stwardniałym materiale może spowodować jego spękanie czy jego
rozsadzenie.
Składniki spoiw o dużej skłonności do pęcznienie to:
- wolne wapno CaO (pęcznienie wapniowe) reagując z wodą
przechodzi w Ca(OH)2 zwiększając swoją objętośćprawie dwukrotnie;
- tlenek magnezu MgO (pęcznienie magnezowe) podobnie reaguje z
wodą jak CaO, ale znacznie wolniej i wzrost objętości jest mniejszy;
- siarczan wapniowy (pęcznienie gipsowe). Gips reagując z wapnem i
glinem w obecności wody tworzy etringit
3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
Zwiększając swoją objętość nawet o 230%.
KONTRAKCJA
Jest to nieodwracalne zmniejszenie objętości w wyniku
zachodzących reakcji chemicznych. Występuje podczas hydratacji
cementu.
SKURCZ
Skurczem nazywamy zmniejszenie się objętości zaprawy czy
betonu w wyniku ubytku wody spowodowanego procesami
fizycznymi i chemicznymi.
W zależności od przyczyn występowania skurczu rozrużnia się:
- skurcz fizyczny powodowany wyparowaniem części wody
zarobowej. Jest to skurcz częściowo odwracalny.
- skurcz chemiczny (kontrakcja) powstaje w wyniku zwiÄ…zania
przez składniki cementu pewnej ilości wody. Objętość składników
wyjściowych  składniki cementu i wody, które te składniki wiążą
jest większa od objętości składników po ich uwodnieniu. Np
glinian trójwapniowy po uwodnieniu zmniejsza swoją objetość o
około 24%. Jest to skurcz nieodwracalny.
Skurcz powoduje występowanie naprężeń skurczowych.
Jeżeli te naprężenia osiągną wytrzymałość betonu na
rozciąganie to wystąpią zarysowania lub spękania.
W zależności od czasu w jakim wystąpi skurcz rozróżnia
siÄ™:
- skurcz plastyczny, występujący w czasie wiązania i
pierwszych godzin twardnienia (po około 7-8 godz. po
ułożeniu betonu);
- skurcz efektywny : sumaryczny skurcz fizyczny i
chemiczny określony w umownym okresie czasu;
- skurcz końcowy  skurcz po 2-3 latach od momentu
ułożenia mieszanki betonowej.
W zależności od rodzaju odkształceń:
- skurcz jednorodny, zachodzi mniej więcej
równomiernie na całej grubości elementu
PÅ‚yta
betonowa
grunt
- skurcz niejednorodny, zachodzi na górnej powierzchni
elementu.
PÅ‚yta
folia
betonowa
grunt
SPOIWA WAPNIOWE
PN-EN 459-1:2003. Wapno budowlane.
Definicja.Wymagania. Kryteria zgodności.
Surowcem do produkcji wapna są wapienie zbudowane głównie z
CaCO3 (kalcyt). Najczęściej występujące w przyrodzie surowce to:
- wapienie zbite
- kreda
- marmur
- margle ( mieszanina ziaren kalcytowych i iłowych)
- dolomit (mieszanina CaCO3 i MgCO3)
Surowce zawierają zwykle różnego rodzaju domieszki, a w tym i
składniki hydrauliczne SiO2, Al2O3 i Fe2O3.
W zależności od ilości tych domieszek otrzymuje się :
- wapno powietrzne
- wapno hydrauliczne.
Kryterium podziału jest moduł zasadowy Mz.
CaO
Mz = SiO2 + Al2O3 + Fe2O3
przy Mz = 1,7  4,5 w. silnie hydrauliczne
4,9  9 w. słabo hydrauliczne wapno
>9 w. zwykłe powietrzne
Otrzymywanie wapna
Wapno otrzymuje się w wyniku wypalania surowców w
temperaturze900  1100°C w piecach szybowych lub obrotowych
opalanych pierwotnie pyłem węglowym, teraz z reguły gazem lub
paliwem płynnym.
CaCO3 CaC + CO2 -1772 kJ/kg
Jest to reakcja endotermiczna, wymaga dostarczenia ciepła.
W wyniku wypalania otrzymuje się wapno palone CaO w bryłach o
średnicy do 18cm.
W zależności od ilości domieszek w surowcach mamy:
94  99% CaO  wapno tłuste, gęstość pozorna 1,3T/m3
91  94% CaO  wapno średniotłuste, gęstość pozorna 1,3T/m3
85  91% CaO  wapno chude, gęstość pozorna 1,3T/m3
Wapno palone w bryłach staje się spoiwem po:
- zmieleniu (średnice poniżej 0,2mm)
- gaszeniu (lasowaniu), w wyniku kontaktu z wodą bryłki rozpadaja się,
przejście CaO Ca(OH)2 powoduje wzrost objętości prawie
dwukrotnie.
Lasowanie zarówno wapna mielonego jak i brył jest reakcją silnie
egzotermicznÄ….
CaO + H2O Ca(OH)2 + 1126-1170 kJ/kg
WiÄ…zanie (karbonatyzacja)
W wyniku działania CO2 z powietrza następuje wiązanie, a potem
twardnienie.
Ca(OH)2 + nH2O + CO2 CaCO3 + (n+1)H2O
Proces ten może trwać bardzo długo, nawet kilka lat (np w murze o
grubości 55cm do 3 lat).
Do czasu powstania CaCO3 zaprawa wiąże w wyniku:
- zagęszczania koloidalnego Ca(OH)2 przy wysychaniu
- wydzielania się z przesyconego roztworu Ca(OH)2 kryształków
Ca(OH)2 *2H2O, ich powolnego wzrostu i zrastania siÄ™  tworzenia siÄ™
szkieletu krystalicznego)
RODZAJE WAPNA POWIETRZNEGO:
- wapno hydratyzowane
* mokrogaszone
* suchogaszone
- wapno palone mielone
WAPNO HYDRATYZOWANE
Wapno mokrogszone.
W wyniku gaszenia CaO dużą ilością wody uzyskuje się ciasto
wapienne o różnej konsystencji (zwykle zawierające 50% wody).
Wapno to gaszone jest przez producenta lub na budowie np. W
agregatach JUZ, w których wypalone bryły są mielone i gaszone.
Wapno mokrogaszone wymaga sezonowania, przechowywania
przez pewien okres np. W dole, gdzie traci część wody oraz
ewentualne czÄ…steczki CaO ulegajÄ… lasowaniu. Zalecany okres
sezonowania ti co najmniej 1 tydzień.
Wapno suchogaszone
Uzyskuje się w wyniku gaszenia CaO małą ilością wody. Jest to
suchy proszek. Zaleca siÄ™ zarabianie tego wapna 24-36 godz.
przed użyciem, ułatwia to wymieszanie z piaskiem i zaprawa jest
bardziej plastyczna.
WAPNO PALONE MIELONE
Powstaje przez mechaniczne zmielenie wapna palonego do takiej
miałkości, żeby pozostałość na sicie 0,085 była mniejsza niż 15%.
Proces gaszenia tego wapna w praktyce przebiega bardzo
szybko, prawie równolegle z wiązaniem. Temperatura bardzo
szybko wzrasta do 80°C, a niekiedy i wiÄ™cej. Dlatego też wapno
najpierw miesza siÄ™ z piaskiem, a dopiero potem miesza z wodÄ….
Czas wiązania można wydłużyć dodając do niego 5% gipsu i
dłuższe mieszanie.
Zalety wapna palonego mielonego:
- Nie wymagana jest czynność gaszenia na budowie i
sezonowania;
- dzięki wysokiemu ciepłu hydratacji wapno to szybko wiąże i
twardnieje
- można stosować zimą
Wady wapna palonego mielonego:
- wskutek wchłaniania wilgoci z powietrza po 2-3 tygodniach
traci swoje właściwości;
- szkodliwe dla zdrowia
WAPNO HYDRAULICZNE
Wapno to charakteryzuje się tym, że po początkowym twardnieniuna
powietrzu może dalej twardnieć i pod wodą. Surowcem do wypalania są
wapienie margliste zawierajÄ…ce 6-20% gliniastych oraz wapienie
krzemionkowe.
Gaszenie wapna hydraulicznego jest trudniejsze niż zwykłego,
ponieważ cząsteczki CaO podczas wypalania w temperaturze 900-
1000°C pokrywa siÄ™ otoczkÄ… stopionych krzemianów. Dlatego też
gaszenie przeprowadza się po zmieleniu brył.
WiÄ…zanie i twardnienie obejmuje:
- wiÄ…zanie powietrzne, jak wapno powietrzne;
- wiązanie i twardnienie hydrauliczne, które polega na
wykrystalizowaniu związków:
2CaO*SiO2*2H2O
CaO*Al2O3*2H2O
2CaO*Fe2O3*2H2O
Te reakcje mogą przebiegać pod wodą.
SPOIWA GIPSOWE
PN 97/B  30041. Spoiwa gipsowe. Gips
budowlany.
Surowcami do produkcji spoiw gipsowych sÄ… naturalne siarczany
wapnia o róznym stopniu uwodnienia:
- gips dwuwodny CaSO4*2H2O (kamień gipsowy)
- gips bezwodny, anhydryt CaSO4
W Polsce kamień gipsowy zawiera 8-15% domieszek margli, gliny,
kwarcu, wapieni.
Prażenie gipsu.
Po rozdrobnieniu CaSO4*2H2O jest prażony w piecach
obrotowych. W temperaturze 120-150°C nastÄ™puje
dehydratyzacja, kamień gipsowy traci 2/3 wody i przechodzi w gips
półwodny.
CaSO4*2H2O CaSO4*0,5H2O + 1,5H2O
W zależności od warunków prażenia otrzymuje się jedną z
dwóch odmian:
- odmianÄ™ Ä…  otrzymuje siÄ™, gdy dehydratyzacja zachodzi
w atmosferze pary wodnej. Odmiana Ä… ma budowÄ™
grubokrystaliczną, wytrzymałość na ściskanie rzędu 40MPa,
charakteryzuje się wysokim ciepłem hydratacji;
- odmianÄ™ ²  gips budowlany -powstaje w warunkach
odprowadzania z prażarki pary wodnej. Odmiana ta ma
budowÄ™ drobnokrystalicznÄ…, jest Å‚atwo rozpuszczalna w
wodzie, ma wytrzymałość rzędu 12 Mpa, charakteryzuje się
małym ciepłem hydratacji (9 razy Mniejszym od odmiany ą).
WI
ZANIE GIPSU
Wiązanie polega na przyłączeniu wody i powstaniu gipsu dwuwodnego
2(CaSO4*0,5H2O) + 3H2O 2CaSO4*2H2O
Jest to reakcja egzotermiczna, w przypadku gipsu budowlanego
wydziela się ciepło 125 kJ/kg.
Wiązanie polega na rozpuszczaniu się gipsu półwodnego w wodzie
(stosuje się 60-70% więcej wody niż wynika to z reakcji wiązania). Z
nasyconego CaSO4*0,5H2O zaczynają wytrącać się kryształy
CaSO4*2H2O i rozpoczyna siÄ™ wiÄ…zanie gipsu i stopniowe jego
twardnienie.
W rezultacie powstaje kamień gipsowy, bardzo porowaty  porowatość
jest rzędu do nawet 50%.
Gips budowlany (gips odmiany ²) wiąże w czasie 5-40 min.
W celu opóz
nienia wiÄ…zania stosuje siÄ™:
- cukry proste: sacharozÄ™, glukozÄ™, fruktozÄ™;
- związki nieorganiczne, np: boraks, wapno, kwas trójnitrylooctowy.
Domieszki te umożliwiają przesunięcie początku wiązania od 30 minut
do 2 godzin.
Podnosząc temperaturę prażenia otrzymuje się kolejne rodzaje
gipsu:
GIPS ANHYDRYTOWY otrzymuje siÄ™ z CaSO4*2H2O
prażonego w temperaturze 170-750°C.
A) w temperaturze 170  200°C nastÄ™puje częściowa
dehydratyzacja CaSO4*2H2O, powstaje anhydryt III, rozpuszczalny;
B) w temperaturze 450  200°C otrzymuje siÄ™ anhydryt II, bardzo
trudno rozpuszczalny. Aby zwiększyć jego rozpuszczalność, a tym
samym umożliwić mu wiązanie stosuje się katalizatory dodawane
w czasie mielenia:
- siarczan sodowy Na2SO4 w ilości 2-5%
- cement portlandzki do 5%
- wapno palone mielone
- żużel wielkopiecowy
 ESTRICHGIPS (gips jastrychowy, podłogowy)
otrzymuje siÄ™ w temperaturze prażenia 800-1000°C, w tej
temperaturze powstaje anhydryt i pewna ilość CaO
95-98% CaSO4*2H2O CaSO4 + 2H2O
2-5% CaSO4*2H2O CaO + SO3 + 2H2O
Zawartość CaO w estrichgipsie uaktywnia trudnorozpuszczalny
anhydryt i pobudza go do uwodnienia.
Czasy wiÄ…zania: poczÄ…tek po 3-6 godz, koniec 36 godz.
W celu skrócenia czasu wiązania dodaje się:
- wapno
- gips półwodny.
Z tymi dodatkami koniec wiązania estrichgipsunastępuje po 6-8 godz.
Z estrichgipsu wykonuje siÄ™:
- posadzki bezspoinowe (estrichgips nie wykazuje skurczu)
- sztuczny marmur
- zaprawy murarskie w pomieszczeniach wilgotnych
Drobne wyroby prefabrykowane: pustaki, bloczki.
CEMENTY
PN-EN 197-1:2002. Część 1: Skład,
wymagania i kryteria zgodności dotyczące
cementów powszechnego użytku.
Głównym składnikiem cementów powszechnego użytku jest
klinkier uzyskiwany przez wypalanie dokładnie zestawionej
mieszaniny surowców:
72-78% wapienia
22-28% plastycznej gliny bez zanieczyszczeń.
Przydatność surowców do produkcji cementu ocenia się na
podstawie ich składu chemicznego oraz rodzaju i ilości
domieszek.
Skład chemiczny klinkieru:
CaO 60 - 68 %
MgO 0,3 - 5 %
SiO2 18 - 26 %
Al2O3 4 - 9 %
Fe2O3 1 - 6 %
Dobierając surowce o różnych procentowych zawartościach tych
związków można uzyskać cementy o wymaganych
właściwościach.
Wpływ stosunków ilościowych składników chemicznych cementu
na jego właściwości opisano modułami.
Moduł hydrauliczny
CaO .
MH = SiO2+Al2O3+Fe2O3 = 1,7-2,3
Ze wzrostem wielkości tego modułu:
- wzrasta wytrzymałość, zwłaszcza początkowa;
- wzrasta skurcz;
- maleje odporność na agresję chemiczną.
Moduł krzemianowy
SiO2 .
MS = Al2O3 + Fe2O3 = 2,4-2,7
Ze wzrostem wielkości tego modułu maleje szybkość wiązania.
Moduł glinowy
Al2O3 .
MA = Fe2O3 = 1-4
Ze wzrostem wielkości tego modułu:
- wzrasta skurcz;
- maleje odporność na siarczany.
Wypalanie surowców przeprowadza się dwoma metodami:
- metodą mokrą -surowce po wstępnym rozdrobnieniu miele się z wodą
na szlam o wilgotności 40% i wypala się w piecach obrotowych o
średnicy 5m i długości 180m;
- metodą suchą  surowce miele się i suszy do wilgotności 4% i wypala
w piecach obrotowych o średnicy 5m i długości 70-90m.
W obu metodach temperaturÄ™ stopniowo podnosi siÄ™ do 1450°C , w tej
temperaturze około 25-30% składników jest w stanie płynnym. Paliwem
jest miał węglowy, obecnie coraz częściej gaz lub paliwo płynne.
Klinkier miele się z domieszką 1,4-4% gipsu dwuwodnego, który reguluje
czas wiÄ…zania cementu. Po zmieleniu klinkieru otrzymuje siÄ™ czysty
cement klinkierowy  cement portlandzki.
W trakcie wypalania i studzenia klinkieru związki chemiczne występujące
w surowcach (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3) reagując pomiędzy sobą tworzą
nowe zwiÄ…zki.
Ostudzony klinkier zawiera cztery podstawowe związki (stałe fazowe 
minerały). Stanowią one ponad 95% objętości cementu portlandzkiego.
SKA
AD FAZOWY CEMENTU
Składnik fazowy Skład Symbol Nazwa Ilość %0
Krzemian trójwapniowy 3CaO*SiO2 C3S alit 30-60
Krzemian dwuwapniowy 2CaO*SiO2 C2S belit 15-45
Glinian trójwapniowy 3CaO*Al2O3 C3A celit 5-15
Glinian czterowapniowy 4CaO*Al2O3*Fe4O3 C4AF brownmilleryt 7-18
WPA
YW SKA
ADNIKÓW FAZOWYCH NA WA
AÅšCIWOÅšCI CEMENTU
C3S C2S C3A C4AF CaO
Reakcje WiÄ…zanie Godziny Dni Minuty Minuty
z wodÄ…
Uwodnienie Kilka godz. MiesiÄ…ce Szybkie Szybkie Natychm.
Kaloryczność Duża Mała b.duża Mała Wielka
[KJ/kg] 460 84 772 169 1100
Przyrost wytrzymałości Szybki Wolny Szybki Wolny
7 dni ½  1 rok 1 dzieÅ„
Wytrzymałość końcowa wysoka b. niska b. niska
Oprócz tych głównych faz klinkieru mogą występować też:
- niewielkie ilości CaO i MgO, te związki uwadniając się
zwiększają swoją objętość, pęcznieją;
- siarczany pochodzące ze składników ilastych lub paliw, SO2
wchodzÄ…c w reakcje z alkaliami tworzy w klinkierze K2SO4
- alkalia Na2O i K2O, zwłaszcza tlenek potasu, może
występować w klinkierze w większych ilościach przy produkcji
cementu metodÄ… suchÄ….
Zwłaszcza te związki są w klinkierze niepożądane, mogą
powodować rozpuszczanie niektórych ziaren kruszywa  tak
zwanych ziaren reaktywnych.
WiÄ…zanie i twardnienie cementu portlandzkiego.
Po zarobieniu cementu wodÄ… (w/c=0,35-0,7) ziarna cementu sÄ…
zawieszone w wodzie.
Proces wiązania i stopniowego twardnienia przebiega w dwóch
fazach:
I HYDRATACJA
Woda stykajÄ…ca siÄ™ z powierzchniÄ… ziaren cementu w wyniku
działania sił osmotycznych wnika do ziaren. Przypowierzchniowe
strefy ziaren pękają i składniki fazowe przechodzą do wody w
wyniku zachodzenia dwóch procesów chemicznych:
- hydrolizy (rozpuszczania) rozpuszczaniu ulegajÄ… krzemiany
C3S i C2S
- hydratacji  rozpadowi na jony ulegajÄ… gliniany C3A i CuAF.
W technologii betonu oba te procesy nazwano hydratacjÄ….
W miarę przechodzenia stałych fazowych do wody roztwór
stopniowo zagęszcza się, a potem przesyca. Z przesyconego
roztworu materiały hydratacji napływają w kierunku ziaren,
osadzając się na powierzchni większych ziaren tworzą otoczki,
blokujące dostęp wody do ich wnętrza.
Całkowitej hydratacji ulegają ziarna
o średnicy do 15 źm,
w przypadku ziaren o średnicach:
- do 10źm  hydratacja zachodzi
w ciÄ…gu 28 dni
- do 15źm  hydratacja zachodzi
w ciÄ…gu 90 dni.
W przypadku ziaren o średnicach powyżej 15źm woda nie dociera
do ich rdzenia.
II KRYSTALIZACJA
W wodzie otaczającej ziarna cementu (woda żelowa) stopniowo
następuje krystalizacja stałych fazowych, tworzą się ich
uwodnione związki o średnicach 1-100źm, które z czasem
twardniejÄ….
Tworzy się kamień cementowy (zaczyn) o bardzo dużej porowatości.
Są to pory żelowe o średnicach rzędu 3*10-6 mm
Objętość Objętość Zmniejszenie
L REAKCJA
składników produktu objętości
p
wyjściowych końcowego
[cm3] [cm3] [%]
1 2(2CaO*SiO2)+5H2O3CaO*2SiO2*4H2O+Ca(OH)2 195,11 180,21 7,64
2 2(3CaO*SiO2)+7H2O3CaO*2SiO2*4H2O+3Ca(OH)2 271,01 246,37 9,43
3 3CaO*Al2O3+6H2O3CaO*Al2O3*6H2O 196,98 150,11 23,79
4 3CaO*Al2O3+3(CaSO4*2H2O)+26H2O 779,93 717,22 8,04
3CaO*Al2O3*3CaSO4*32H2O
Ponieważ objętości poszczególnych stałych fazowych oraz wody, którą wiążą jest
większa od ich objętości po uwodnieniu, powstają pory kontrakcyjne
o wielkości 10-7 mm.
Uwadnianiu krzemianów towarzyszy powstawanie wodorotlenku wapnia Ca(OH)2
tak zwanego portlandytu.
ROLA GIPSU
Klinkier cementowy wykazuje błyskawiczne wiązanie i
nieodwracalne obniżenie wytrzymałości związane z gwałtowną
hydratacją C3A. Ta stała fazowa tworzy sieć kryształów o bardzo
małych parametrach wytrzymałościowych.. Kryształy C3A blokują
rozwój sieci kryształów C3S, który ulega hydratacji znacznie
póz
niej. Sieć krystaliczna C3S decyduje o wczesnych i
końcowych wytrzymałościach zaprawy czy betonu.
Dodatek CaSO4*2H2O hamuje hydratacjÄ™ C3A przez pokrycie
powierzchni jego ziaren płytkami etryngitu
CaO*Al2O3*3CaSO4*32H2O. PÅ‚ytki te po pewnym czasie
zanikajÄ….
Dodatek gipsu podczas mielenia klinkieru powinien być tym
większy, im większa jest zawartość C3A i stopien rozdrobnienia
cementu.
Cementy powszechnego użytku
PN-EN 197-1:2002.
SÄ… to cementy klinkierowe  5 grup. Pierwsza  CEM I zawiera 95%
klinkieru. Jest to czysty cement klinkierowy  cement portlandzki.
W pozostałych 4 grupach część klinkieru zastępuje sie różnymi
domieszkami mineralnymi dodawanymi w czasie mielenia klinkieru.
Są to tak zwane składniki główne nieklinkierowe.
SKA
ADNIKI GA
ÓWNE:
1. klinkier
2. składniki nieklinkierowe:
- granulowany żużel wielkopiecowy S
- pucolana naturalna P
- pucolana sztuczna Q
- popiół lotny krzemionkowy V
- popiół lotny wapienny W
- Å‚upek palony T
- wapień L
- pył krzemionkowy D
SKA
ADNIKI DRUGORZ
DNE (m < 5% mC)
W zależności od właściwości tych składników podzielono je na 3 grupy:
Składniki hydrauliczne  charakteryzują się dużą zawartością CaO.
Same nie wiążą, ale w stanie rozdrobnionym i w obecności wody mogą
wchodzić w reakcje z wapnem.
CaO(30-50%) SiO2 (30-40%)
np. granulowany żużel wielkopiecowy
Składniki pucolanowe  głównym składnikiem jest SiO2, który wiążąc z
portlandytem tworzy zwiÄ…zki podobne do powstajÄ…cych przy hydratacji
alitu i belitu
SiO2 (46-90%) CaO(0-8%)
np. popiół lotny, pucolany
Składniki bierne  nie reagują chemicznie ze składnikami cementu.
ZwiÄ…zki te :
- zmniejszają ilość klinkieru (najdroższy składnik)
- zmniejszają kaloryczność
- polepszają urabialność
np. CaCO3.
RODZAJE CEMENTÓW POWSZECHNEGO UŻYTKU
Rodzaje w zależności od składnika
głównego nieklinkierowego
SKA
ADNIKI
Ilość
NAZWA RODZAJ DRUGORZ
DNE
Rodzaj cementu składnika
%
%
Cement portlandzki CEM I CEM I - 0-5
Cement portlandzki CEM II/A 6-20 (10)
CEM II 0-5
wieloskładnikowy CEM II/B 21-35
CEM III/A 36-65
Cement hutniczy CEM III CEM III/B 66-80 0-5
CEM III/C 81-95
CEM IV/A 11-35
Cement pucolanowy CEM IV 0-5
CEM IV/B 36-55
Cement CEM V/A 36-60
CEM V 0-5
wieloskładnikowy CEM V/B 62-80
WYMAGANIA MECHANICZNE I FIZYCZNE
STAWIANE CEMENTOM
CEM I
Cement portlandzki charakteryzuje siÄ™:
- wysoką dynamiką przyrostów wytrzymałości
wczesnej
- niewielką dynamiką przyrostów wytrzymałości po
długich okresach dojrzewania
- wysokim ciepłem hydratacji (uwodnienia)
- dużym skurczem
- małą odpornością na agresję chemiczną
- małą odpornością na wysokie temperatury
CEM III
Cement hutniczy charakteryzuje siÄ™:
- wolniejszym procesem twardnienia i wiÄ…zania od CEM I
- opóz
nionym o ok. 30% czasem początku i końca wiązania
- małym ciepłem hydratacji
- małą dynamiką wzrostu wytrzymałości wczesnej
- dużą dynamiką przyrostu wytrzymałości póz
niejszych
28-90 dni
- małym skurczem, ale większą od CEM I podatnością na
zarysowania skurczowe ( małe wytrzymałości początkowe)
- większą od CEM I odpornością na agresję chemiczną
i wysokÄ… temperaturÄ™
- bardzo małymi przyrostami wytrzymaości w niskich
temperaturach.
Dziękuję za uwagę.