Uniwersytet Zielonogórski
Wydział Inżynierii Lądowej
i Środowiska
ĆWICZENIE NUMER 7
Temat: Cement portlandzki - oznaczanie składu mineralogicznego cementu na podstawie analizy chemicznej.
Grupa lab. 14c
Zespół 4
Kowalski Piotr
Zielona Góra 4 luty 2002
Cement portlandzki - wiadomości ogólne.
Cement portlandzki jest spoiwem hydraulicznym mającym różne zastosowania w zależności od jego składu. Został opatentowany w Anglii i Rosji w 1824r.. Cement powstaje z surowców naturalnych(skał wapiennych i wapienno - ilastych) i wtórnych przemysłowych (np.: żużel wielkopiecowy). Może być produkowany dwoma metodami : „mokrą” i „suchą” .Głównym składnikiem cementu jest klinkier , który składa się z czterech zasadniczych faz : alitu, belitu, glinianu trójwapniowego oraz ferytu.
II. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest poznanie podstaw fizykochemii cementu portlandzkiego. Zadanie do wykonania polega na oznaczeniu zawartości podstawowych tlenków w otrzymanym do badania materiale oraz na oznaczeniu składu mineralogicznego (fazowego) badanego materiału na podstawie dokonanej analizy chemicznej.
Przeprowadzenie doświadczenia.
Oznaczenie sumy tlenku krzemu i części nierozpuszczalnych.
odważyć próbkę materiału ( 0,6 - 0,8 g) i przenieść do zlewki 250 ml
dodać 15 ml kwasu nadchlorowego o stężeniu 60 -70%
ogrzewać próbkę do momentu wydzielenia się białych dymów (oparów kwasu nadchlorowego)
dodać do zlewki ok. 100 cm³ gorącej wody i wymieszać
całość przesączyć przez sączek do kolby miarowej 250 cm³
Uwaga: Każda porcja cieczy musi się całkowicie przesączyć. Należy czyścić sączek wodą za pomocą pipety po każdej porcji cieczy.
przesącz zbierać do kolby, a osad z sączkiem umieścić w tygielku o znanej
masie i oddać do prażenia.
Wyniki:
masa naważki = 0,797 g
masa tygielka = 66,94100 g
masa tygielka po prażeniu = 67,079 g
masa osadu = 0,138 g
Obliczenia:
Do obliczenia zawartości tlenku krzemu i części nierozpuszczalnych korzystamy ze
wzoru:
m - 100
SCN =
a
gdzie:
m - masa osadu po prażeniu
a - masa naważki
SCN - suma tlenku krzemu i części nierozpuszczalnych
Zawartość tlenku krzemu obliczamy ze wzoru:
S = SCN - CN
gdzie:
S - zawartość tlenku krzemu
CN - części nierozpuszczalne ( umownie przyjmujemy , że są równe 0)
Ostatecznie:
S = 17,31%
Oznaczenie zawartości tlenku glinu i tlenku żelaza.
Oznaczenie polega na miareczkowaniu EDTA jonów żelazowych przy pH = 1,5 w obecności kwasu salicylowego będącego wskaźnikiem, a następnie po doprowadzeniu roztworu do pH = 3,2 i miareczkowaniu jonów glinu wobec układu wskaźnikowego PAN - kompleksianu - miedziowego.
pobrać 50 cm³ roztworu badanego i rozcięczyć wodą destylowaną do 100 cm³
dodać kilka kropel błękitu bromofenylowego (wskaźnik kwasowości - kolor żółty)
kroplami dodawać wody amoniakalnej do uzyskania koloru niebieskiego
odmierzyć i dodać 10 cm³ 0,1 molowego HCL ( dodanie HCl musi spowodować powrót koloru żółtego
dodać 10 ml roztworu buforowego
użyć wskaźnika kwasu salicylowego do uzyskania barwy fioletowej
zawartość zlewki podgrzać do temperatury 40 - 50 ° C
przystąpić do miareczkowania EDTA, aż do zmiany barwy z fioletowej na żółtą
Wyniki miareczkowania:
I miareczkowanie ( tlenek żelaza)
Średnia = 1 cm³
II miareczkowanie ( tlenek glinu)
Średnia = 3,1 cm³
Obliczenia:
Do obliczenia procentowej zawartości tlenku glinu i żelaza wykorzystujemy wzory:
VF * MF * 5
F = * 100 %
a
VA * MA * 5
A =
* 100 %
a
gdzie:
a - masa naważki
MF - miano roztworu w gramach Fe2 O3 na 1 cm³ EDTA
MA - miano roztworu w gramach Al2 O3 na 1 cm³ EDTA
VF i VA - średnie wyniki miareczkowania
Aby obliczyć miano roztworu ważne jest, że EDTA reaguje z Fe ³ i Al.³ w stosunku
1 : 1, więc:
1000 cm³ EDTA - 0,05 mola EDTA
1000 cm³ - 0,05 mola MFe2O3 g / mol
M Fe2O3 = 2 * 56 + 3 * 16 = 112 + 48 = 160 g / mol
1000 cm³ - 8 g Fe2O3
1 cm³ = 0,008 g Fe2O3 → MF
1000 cm³ - 0,05 mola MAl2O3 g / mol
MAl2O3 = 2 * 27 + 3* 16 = 54 + 48 =102 g / mol
1000 cm³ - 5,1 g Al2O3
1 cm³ - 0,0051 g Al2O3 → MA
Podstawiając do wzoru:
1 * 0,008 * 5
F = * 100 % = 5,02 %
0,797
3,1 * 0,0051 * 5
A = * 100 % = 9,92 %
0,797
Obliczanie zawartości tlenku wapniowego.
Zasada polega na miareczkowaniu jonów wapnia EDTA ( przy pH = 12) wobec kalcesu.
pobrać 50 cm³ roztworu badanego
dodać kroplami wodorotlenku sodowego do zmiany odczynu wobec papierka wskaźnikowego
dodać 5 cm³ roztworu trójetynoloaminy
dodać 20 cm³ NaOH (20 %)
dodać szczyptę Kalcesu do uzyskania koloru różowego
miareczkować EDTA do zmiany barwy z różowej na niebieską
Wyniki:
Średnia z 3 miareczkowań : 32 cm³
Obliczenia:
Do obliczeń korzystamy ze wzoru:
Vc * Mc * 5
C = * 100 %
a
EDTA reaguje z kationami wapnia w stosunku 1 : 1, dlatego:
1000 cmł EDTA - 0,05 mola MCaO g /mol
MCaO = 56 g / mol
1000 cm³ - 2,8 g CaO
1cm³ = 0,0028 g CaO
30 * 0,0028 * 5
C = * 100 % = 52,69 %
0,797
Obliczanie modułu tlenków w cemencie portlandzkim.
Moduły wyrażają wzajemny stosunek zawartości określonych tlenków w cemencie portlandzkim lub zestawie surowcowym. Są wygodnym sposobem charakterystyki zarówno klinkieru jak i surowców używanych do jego produkcji. Wymienić tu należy:
Moduł glinowy MG = A/F
Moduł krzemianowy MK = S / A + F
Symbole C,S,A,F oznaczają procentową zawartość poszczególnych tlenków w klinkierze .
MG = 1,98
MK = 1,16
Obliczanie procentowej zawartości faz.
Procentową zawartość faz w cemencie portlandzkim obliczamy ze wzorów:
C3S = 3,8 ( 3 Mk - 2 ) * S
C3S = 3,8 ( 2,34- 2 ) * 17,31 %
C3S =22,36 % → FAZA ALITOWA
C2S = 8,60 * ( 1 - Mk) * S
C2S = 8,60 * ( 1 - 0,78) * 17,31 %
C2S =32,75% → FAZA BELITOWA
C2(AF) = 3,04 F
C2(AF) = 3,04 * 5,02
C2(AF) = 15,26% → FAZA GLINOŻELAZIANOWA
C3A = 2,65 ( A - 0,64 F )
C3A = 2,65 ( 9,92 - 0,64 * 5,02)
C3A =17,77 % → GLINIAN TRÓJWAPNIOWY
Wnioski:
Badana próbka cementu portlandzkiego składa się z następujących tlenków, których zawartość zebraliśmy w tabeli. Umieściliśmy tam również procentową zawartość faz.
Nazwa |
SiO2 |
CaO |
Fe2O3 |
Al2O3 |
C3S |
C2S |
C2(AF) |
C3A |
Procentowa Zawartość |
17,31 |
52,69 |
5,02 |
9,92 |
22,36 |
32,75 |
15,26 |
17,77 |