KOLOKWIUM Z CAŁOŚCI 20.01.2014

1.SKŁAD TLENOWY I FAZY KLINKIERU

a) Skład tlenkowy klinkieru portlandzkiego. Podstawowe tlenki, z których zbudowany jest klinkier:

- CaO

- SiO2,

- Al2O3

- Fe2O3

Powszechnie występujące w przyrodzie.

b) Związki te (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3) podczas procesu wypału w piecu pod wpływem wysokiej temperatury reagują ze sobą tworząc podstawowe fazy (minerały) klinkierowe, zaliczamy do nich:

• krzemian trójwapniowy Ca₃SiO₅ - tzw. alit o wzorze technologicznym (C₃S)

• krzemian dwuwapniowy Ca₂SiO₄ - tzw. belit (C₂S),

• glinian trójwapniowy Ca₃Al₂O₆ - tzw. celit (C₃A),

• glinożelazian czterowapniowy Ca₄Al₂Fe₂O₁₀ - tzw. braunmilleryt (C₄AF)

Skład chemiczny surowców	Skład chemiczny klinkieru	Skład(mineralny)  wg metody Bogue'a
CaO	44,72	CaO*
SiO^2	14,34	SiO2*
Al2O3	2,29	Al2O3*
Fe2O3	1,84	Fe2O3*
MgO + SO3 + Inne	0,95	MgO + SO3 + inne
Strata prażenia	35,86

2.WAPNO MARTWE

Wapno martwe – wapno wypalane w zbyt wysokiej temperaturze oblepione stopionymi tlenkami zanieczyszczeń, niepodatne na proces gaszenia.

3.RODZAJE KOLOIDÓW

Aerozol ciekły - mgła

Aerozol stały - dym

Piana – piana mydlana

Emulsja – lakier do paznokci, mleko, majonez

Piana Stała – pumeks, styropian

Emulsja stała - opal

Zol stały – szkło rubinowe

4.SPOIWA POWIETRZNE

spoiwa powietrzne - twardnieją (uzyskują odpowiednią wytrzymałość mechaniczną) tylko na powietrzu:

- wapno,

- gips oraz cement anhydrytowy (tzw. cement Keena),

- spoiwo magnezjowe (tzw. cement Sorela),

- spoiwo krzemianowe ze szkłem wodnym, 

spoiwa hydrauliczne - twardnieją na powietrzu i pod wodą:

- cementy (glinowe)

- wapno hydrauliczne (cement romański).

5.WIĄZANIE SPOIW POWIETRZNYCH I HYDRAULICZNYCH

Wapno

CaCO₃->CaO + Co₂ | wapno palone

CaO+H₂O-> Ca(OH)₂ hydratacja wapna

CaSO₄ * 0,5 H₂O + 1,5H₂O -> CaSo₄ * 2H₂O wiązanie gipsu

3CaO*Al₂O₃ + 6H₂O --> 3CaO*Al₂O₃*6H₂O Hydroliza glinianu trójwapniowego

CaSO₄*2H₂O --> CaSO₄*1/2H₂O + 3/2H₂O – spoiwa gipsowe i anhydrytowe

6.DODATKI MINERALNE

Główne rodzaje	Nazwy 27 cementów powszechnego użytku	Zawartość klinkieru %	Zawartość drugiego składnika głównego %	Zawartość składników drugorzędnych %
CEM I	Cement portlandzki	CEM I	95-100	0
CEM II	Cement portlandzki żużlowy	CEM II/A-S	80-94	Składnik S  6-20
		CEM II/B-S	65-79	Składnik S  21-35
	Cement portlandzki krzemionkowy	CEM II/A-D	90-94	Składnik D  6-10
	Cement portlandzki pucolanowy	CEM II/A-P	80-94	Składnik P  6-20
		CEM II/B-P	65-79	Składnik P  21-35
		CEM II/A-Q	80-94	Składnik Q 6-20
		CEM II/B-Q	65-79	Składnik Q 21-35
	Cement portlandzki popiołowy	CEM II/A-V	80-94	Składnik V 6-20
		CEM II/B-V	65-79	Składnik V 21-35
		CEM II/A-W	80-94	Składnik W 6-20
		CEM II/B-W	65-79	Składnik W 21-35
	Cement portlandzki łupkowy	CEM II/A-T	80-94	Składnik T 6-20
		CEM II/B-T	65-79	Składnik T 21-35
	Cement portlandzki wapienny	CEM II/A-L	80-94	Składnik L 6-20
		CEM II/B-L	65-79	Składnik L 21-35
		CEM II/A-LL	80-94	Składnik LL 6-20
		CEM II/B-LL	65-79	Składnik LL 21-35
	Cement portlandzki wieloskładnikowy	CEM II/A-M	80-94	Wiele składników  6-20
		CEM II/B-M	65-79	Wiele składników  21-35
CEM III	Cement hutniczy	CEM III/A	35-64	Składnik S 36-65
		CEM III/B	20-34	Składnik S 66-80
		CEM III/C	5-19	Składnik S 81-95
CEM IV	Cement pucolanowy	CEM IV/A	65-89	Skłądniki (D,P,Q,V,W)11-35
		CEM IV/B	45-64	Składniki (D,P,Q,V,W)36-55
CEM V	Cement wieloskładnikowy	CEM V/A	40-64	Składnik S 18-30 i składniki (P,Q,V) 18-30
		CEM V/B	20-38	Składnik S 31-50 i składniki (P,Q,V)  31-50

6.DODATKI MINERALNE DO CEMENTU

a)V-popiół lotny

1. Popiół lotny zwiększa ilość zaprawy w mieszance betonowej, co wydatnie poprawia jej urabialność. Kulisty kształt większości cząsteczek popiołu wpływa pozytywnie na urabialność mieszanki betonowej,

2. Mieszanka betonowa zawierająca popioły lotne jest spoista i wykazuje mniejsze tendencje do odsączania wody,

3. Częściowe zastąpienie cementu popiołem lotnym powoduje wydłużenie początku i końca wiązania mieszanki betonowej.

4. zmniejszenie skurczu twardnienia.

5. większa odporność na agresję chemiczną..

6. Zamiana części cementu popiołami lotnymi powoduje opóźnienie przyrostu wytrzymałości wczesnej w warunkach naturalnych.

7. Beton, w którym znaczną część cementu zastąpiono popiołem lotnym może wykazywać zmniejszoną odporność na działanie mrozu ze względu na powolny przebieg reakcji pucolanowej (obniżona wytrzymałość).

b)D-pył krzemionkowy

W ilości 2-3% masy cementu , polepszenie urabialności mieszanki z zachowaniem dobrej lepkości. Płytki mikrokrzemionki tworzą z wodą zol, przez co woda staje się bardziej lepka i nie wydobywa się z mieszanki przy jej zagęszczaniu. Zastosowane pyły krzemionkowe przebudowują mikrostrukturę na styku warstwy kontaktowej zaczyn cementowy-kruszywo, co korzystnie wpływa na szczelność i wytrzymałość betonu. Ma to szczególne znaczenie w wypadku betonów wysokowartościowych, gdyż zmniejszenie przepuszczalności wody oraz innych cieczy i gazów w wyraźny sposób poprawia trwałość betonu.

c)S-żużel wielkopiecowy

Cementy z wysoką zawartością żużla charakteryzują się Także szeregiem korzystniejszych właściwości fizycznych, do których zaliczamy wydłużony czas wiązania, mniejsze ciepło hydratacji oraz mniejszą dynamikę

narastania wytrzymałości w początkowym okresie twardnienia i wysoką wytrzymałość na ściskanie w dłuższych terminach twardnienia.

7.WYPALANIE GIPSU DWUWODNEGO

Gips hydrauliczny jest spoiwem powietrznym wykazującym właściwości hydrauliczne. Spoiwo to, obok podstawowego składnika jakim jest CaSO4, zawiera pewien niewielki procent tlenku wapniowego CaO. Gips hydrauliczny otrzymuje się przez wypalanie kamienia gipsowego w temperaturze 800 - 1000oC. W takiej temperaturze gips dwuwodny przechodzi w siarczan bezwodny, ulegając częściowemu rozkładowi w/g reakcji

CaSO4 --> CaO + SO2 + 1/2O2

W zależności od temperatury i czasu wypalania gipsu uzyskuje się spoiwa o zróżnicowanych właściwościach.

- gips półwodny 2CaSO4 · H2O (CaSO4 · ½H2O) powstaje podczas prażenia gipsu dwuwodnego w temperaturze 120º ÷ 140ºC.

- gips bezwodny powstaje w temperaturze wypalania 170º ÷ 200ºC bardzo szybko wiążący (rozpuszczalny anhydryt).

- w temperaturach 220º ÷ 800ºC powstają gipsy bardzo wolno wiążące lub bez właściwości wiążących (tzw. martwo palone).

- W temperaturach 800º ÷ 1000ºC powstaje gips jastrychowy (estrychgips), wolno wiążący, o dużej wytrzymałości, o właściwościach odmiennych od gipsu budowlanego.

CaSO4 --> CaO + SO2 + 1/2O2

CaSo₄ * 2H₂O -> CaSo₄ * ½ H₂O + 1_1/2 H₂O (>100 stopni) dehydrat

CaSo₄ * ½ H₂O -> CaSo₄ + ½ H₂0 (200 stopni) Anhydryt III. II

CaSo₄ -> CaO + SO₂ + ½ O₂ estychgips

8.REAKCJA ALITU Z WODĄ

Jeśli C/S =1,5, to x-1,5, y=1,5 i wówczas:

2C₃S + 6H -> C₃S₂H₃ + 3CH – reakcja hydrolizy alitu (co powstaje?)

Alit – 3CaO * SiO₂

9.REAKCJA GLINIANU TRÓJ WAPNIOWEGO Z WODĄ

C3A + 6H -> C3AH6 ( rekacja to hydratacja C3A, produkt hydrogarnet)

10.HYDROLIZA

Hydrolizą nazywa sie ogólnie reakcję związku chemicznego z wodą, a szczególnym rodzajem reakcji hydrolizy jest odwracalny proces hydrolizy soli.

• mocnych kwasów i słabych zasad ,

• słabych kwasów i mocnych zasad,

• słabych kwasów i słabych zasad,

Hydrolizie nie ulegają sole mocnych kwasów i mocnych zasad.

11.RODZAJE KOROZJI

1) korozja betonu i żelbetu

Korozje:

Korozja betonu i żelbetu

• ługowania

• kwasową

• węglanową

• magnezową

• amonową

• siarczanową

• zasadową

• korozja wewnętrzna

Korozja drewna

Korozja tworzyw sztucznych

Korozja metali

Korozja asfaltów

2 opisać

Korozja węglanowa - wywołana reakcją składników betonu ze środowiskiem agresywnym zawierającym dwutlenek węgla
Jest spowodowana działaniem wód zawierających większe ilości wolnego CO2. Początkowo powstaje węglan wapniowy:
Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O
który przechodzi w łatwo rozpuszczalny wodorowęglan:
CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca(HCO3)2

Korozja magnezowa- Polega na wymywaniu rozpuszczalnych składników betonu, głównie Ca(OH)₂, bądź składników wtórnych betonu tj. składników powstałych w wyniku wcześniejszego oddziaływania środowiska z betonem np. CaCl₂ powstającego wg reakcji

Ca(OH)₂+2Cl^-=CaCl₂+2(OH)^-

Wymywanie składników pierwotnych lub wtórnych wywołuje w betonie procesy fizyko-chemiczne prowadzące do jego niszczenia.

12.OPISZ SKŁAD I PROCES WIĄZANIA ZAPRAWY WAPIENNEJ

Wiązanie i twardnienie wapna

1.przez krystalizację zaprawy tracącej wodę Ca(OH)₂ * 2H₂O

2.przez karbonatyzację, czyli łączenie się z dwutlenkiem węgla.

Ca(OH)2 + nH2O + CO2 = CaCO3 + (n+1)H2O.

3.przez tworzenie się krzemianów wapnia

2Ca(OH)₂ + SiO₂ -> 2Cao * SiO₂ * 2H₂O

Skład zaprawy wapiennej:

Zaprawa wapienna składa się z piasku, wody i wapna gaszonego Ca(OH)₂

*** wypalanie wapna z reakcja z dolomitu 2 reakcje

CaCO₃ * MgCO₃ -> CaO + MgO + 2CO₂

13.CEMENT | drugi składnik|

Cement ( klinkier + gips dwuwodny )

Klinkier:
C₃S ALIT LUB CaO

C₂S BELIT SiO₂

C₃A CELIT AL₂O₃

C₄AF BRAUNMILERYT Fe₂O₃

Dodatki (V,D,S) = spoiwo

Domieszki (super plastyfikator, DZL,DRCW) = spoiwo

+kruszywo + woda = BETON

14.REAKCJA PUCOLANOWA

S+Ca(OH)2 -> (nad strzałkę H2O) -> C-S-H

15.REAKCJE FAZ KLINKIERU Z WODĄ

alit z wodą, nazwij tę reakcję (C/S=1,5).

Jeśli C/S =1,5, to x-1,5, y=1,5 i wówczas:

2C₃S + 6H -> C₃S₂H₃ + 3CH – reakcja hydrolizy alitu (co powstaje?)

Alit – 3CaO * SiO₂

belit z wodą, nazwij tę reakcję (C/S=1,5 )

Jeśli C/S =1,5, to x-1,5, y=1,5 i wówczas:

2C₂S + 4H -> C₃S₂H₃ + CH – reakcja hydrolizy belitu (co powstaje?)

Belit – 2CaO * SiO₂

glinian trójwapniowy z wodą bez obecności gipsu

C3A + 6H -> C3AH6 ( rekacja to hydratacja C3A, produkt hydrogarnet)

Brownmilleryt z wodą bez obecności gipsu

C4AF + 7H -> C3(A,F)H6 + C(A,F)H (reakcja hydratacji fazy ferrytowej,)

16.AKALIA SÓL I POTAS NA CEMENT

Alkalia, czyli Na2O i K2O – mogą być szkodliwe w przypadku stosowania kruszyw wykazujących reaktywność alkaliczną kruszywa (pęcznienie);

Reaktywność alkaliczna to podatność pewnych rodzajów kruszyw na reakcję z alkaliami zawartymi w betonach. Alkalia są wprowadzane do betonu głównie z cementem. Zastosowanie kruszyw reaktywnych w betonach, w pewnych niesprzyjających warunkach, np. w obecności wilgoci, może doprowadzić do wystąpienia reakcji alkalicznych, a w ich następstwie do destrukcji betonu.

Sól niszczy beton, drogi, krawężniki

Reakcja alkalia-krzemionka występuje między wodorotlenkami sodu i potasu pochodzącymi z cementu, a reaktywnymi minerałami krzemionkowymi występującymi w betonie. Powstający w wyniku reakcji żel będący krzemianem sodowo-potasowo-wapniowym powoduje powstawanie rys i destrukcję elementów betonowych.

17.

18.SUROWCE DO PRODUKCJI CEMENTU PORTLANDZKIEGO

KREDA,MARGIEL,KAMIEŃ WAPIENNY, IŁOŁUPEK, MUŁEK ŻELAZONOŚNY

Surowce
Surowce do produkcji cementu to kopaliny naturalne, takie jak: wapień, wapień marglisty, margiel,glina.
Do korekcji składu surowcowego wykorzystuje się: łupek, pucolany, surowce żelazonośne, piasek.

19.PODZIAŁ MIESZANIN ZE WZGLĘDU NA WIELKOŚĆ

W zależności od wielkości cząstek substancji rozpuszczonej w wodzie, rozróżnia się: roztwór właściwy, roztwór koloidalny i zawiesinę. 
Roztwór właściwy – cząstki substancji są niewidoczne, średnica cząstek poniżej 10-9 m.
Roztwór koloidalny – średnica cząstek: od 10-9 m do 17 -7 m.
Zawiesina – średnica cząstek: od 10-6 m do 15-5 m.

20.PODZIAŁ KOLOIDÓW ZE WZGLĘDU NA BUDOWĘ

Część układu tworzącą fazę ciągłą stanowi ośrodek dyspersyjny (rozpraszający), a drugą stanowi fazę zdyspergowaną (rozproszoną).

Cząstki fazy rozproszonej dla kolidów mają rozmiary od 1nm do 100nm, czyli od 10-7 do 10-5 cm. Cząstki fazy rozproszonej mogą mieć kształty blaszkowate, nitkowate oraz kuliste.

Wyróżnia się układy monodyspersyjne - koloidy w których cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość oraz - polidyspersyjne, w których cząstki mają różne wymiary.

21.WIĄZANIE GIPSU

Etapy :

W procesie wiązania półwodnego siarczanu wapnia wyróżnia się trzy podstawowe etapy:

• rozpuszczanie półhydratu,

• nukleację zarodków krystalizacji,

• wzrost kryształów dwuhydratu.

Reakcja:

CaSO4 · ½ H2O + 3/2H2O → CaSO4 · 2H2O

Wiązanie gipsu polega na ponownym uwodnieniu siarczanu wapnia

półwodnego do siarczanu wapnia dwuwodnego zgodnie z reakcją:

CaSO4 · ½ H2O + 3/2H2O → CaSO4 · 2H2O

21.ZASADY DZIAŁANIA SUPERPLASTYFIKATORÓW

• obniżenie wskaźnika w/s (woda/spoiwo),

• zmniejszenie wodożądności składników mieszanki betonowej (ograniczenie tworzenia się rys skurczowych),

• poprawa urabialności i ułatwienie transportu mieszanki betonowej (pompowalności),
  zwiększenie szczelności betonu - poprawa odporności na działanie czynników agresywnych,

• podwyższenie wytrzymałości końcowej,

• napowietrzenie mieszanki betonowej (zwiększenie mrozoodporności betonu),

• umożliwienie szybszego rozdeskowania i lepszego wykorzystania form (wysoka wczesna wytrzymałość i szybszy przyrost wytrzymałości),

• poprawa trwałości konstrukcji betonowych,

• poprawa wyglądu betonu, co ma znaczenie dla architektury obiektu.