Spoiwa cementowe, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, Chemia budowlana, Na Egzamin


Spoiwa cementowe.

[Surowce i materiały używane do produkcji cementu portlandzkiego.

ISurowce i materiały do produkcji klinkieru:

1Surowce podstawowe:

a)surowce naturalne:

-skały węglanowe (CaCO3), {wapień, kreda} CaO,

-skały węglanowo ilaste {margle} CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3,

-skały ilaste {gliny łatwo topliwe, łupek gliniasty, lessy} SiO2, Al2O3, Fe2O3,

b)surowce przemysłowe (odpadowe):

-żużel wielkopiecowy granulowany CEMI.

2Surowce i materiały korygujące.

3Surowce i materiały intensyfikujące proces produkcji klinkieru:

a)na etapie przygotowania mieszanki surowcowej,

b)na etapie spiekania mieszanki surowcowej.

IISurowce i materiały stanowiące składniki cementu.

1Składniki główne (udział większy od 5% masy cementu):

a)klinkier,

b)składniki mineralne.

2Składniki drugorzędowe (udział w masie ≤5% ogólnej masy cementu):

a)regulator czasu wiązania (opóźniacz),

b)dodatki (udział ≤1% masy cementu) ułatwiające wytwarzanie lub ulepszające właściwości cementu:

-dodatki ułatwiające mielenie cementu,

-dodatki ulepszające właściwości cementu:

>przyspieszające proces twardnienia,

>zapobiegające szybkiemu starzeniu się cementu,

>dodatki poprawiające urabialność mieszanki betonowej,

>poprawiające retencję H2O w mieszance.

[Surowce i materiały oraz dodatki używane jako składniki cementu.

1Składniki główne:

a)klinkier,

b)składniki mineralne.

2Składniki drugorzędne:

a)regulator czasu wiązania,

b)dodatki ułatwiające wytworzenie cementu:

-dodatki ułatwiające mielenie cementu,

c)dodatki ulepszające właściwości cementu:

-przyśpieszające proces twardnienia,

-zapobiegające szybkiemu starzeniu się cementu - hydrofobizujące (wydłużające czas składowania),

-poprawiające urabialność mieszaniny betonowej,

-poprawiające retencję H2O w mieszance betonowej,

-inne.

CEMI - cement portlandzki {klinkier 95-100%, składnik drugorzędowy 0-5%}.

CEMII - cement portlandzki mieszany {klinkier min65%, dodatki 35%}.

CEMIII - cement hutniczy {klinkier min20%, dodatki 80%}.

CEMIV - cement pucolanowy {klinkier min45%, dodatki 55%}.

Składniki mineralne.

IAktywne:

1hydrauliczne:

a)żużel wielkopiecowy granulowany,

b)pył z elektrofiltrów pieców cementowych,

c)żużel paleniskowy,

d)popiół paleniskowy.

2Pucolanowe:

a)naturalne:

-pochodzenia wulkanicznego:

>tuf wulkaniczny,

>popiół wulkaniczny,

>pumeks wulkaniczny,

-pochodzenia osadowego:

>ziemia krzemowa,

>ziemia okrzemkowa,

>dintomit,

>opoka,

b)sztuczne:

-popiół lotny krzemionkowy,

-popiół lotny wapienny,

-pył krzemionkowy,

-pucolana przemysłowa (glinokrzemiankowa).

3Pucolanowo-hydrauliczne:

a)sztuczne:

-popiół lotny wapienny.

IIBierne:

1Naturalne:

a)wapień,

b)dolomit,

c)skaleń,

d)piasek kwarcowy.

2Sztuczne:

a)mączka ceglana.

Oznaczenia:

granulowany żużel wielkopiecowy (S),

popiół lotny krzemionkowy (V),

popiół lotny wapienny (W),

pucolana naturalna (P),

pucolana przemysłowa (Q),

wapień (L),

pył krzemionkowy (D).

[Oznaczenie rodzajów cementów powszechnie stosowanych z uwagi na ilość składników mineralnych:

a)cement portlandzki CEMI 0%,

b)portlandzki mieszany CEMIIA 20%, CEMIIB 35%,

c)cement hutniczy CEMIIIA 65%, CEMIIIB 80%,

d)cement pucolanowy CEMIVA 35%, CEMIVB 55%.

Moduł hydrauliczny MH=%CaO/(%SiO2+%Al2O3+%Fe2O3)≤4,5 stosunek tlenków zasadowych do tlenków kwaśnych.

Moduł krzemionkowy MK=%SiO2/(%Al2O3+%Fe2O3)=(2,2-2,7).

Moduł glinowy MG=%Al2O3/%Fe2O3=(1,5-2,5).

Moduł wysycenia MW=%CaO-(1,65*%Al2O3+0,35*%Fe2O3)/2,8*%SiO2=1.

[Przemiany fizyczno-chemiczne zachodzące w procesie obróbki termicznej cementowej mieszanki surowcowej. Końcowym celem obróbki termi mieszanki surowcowej jest uzyskanie klinkieru cementowego. Przemysłowy proces klinkieryzacji mieszanki zachodzi w piecu obrotowym, w którym mieszanka przemieszcza się z określoną prędkością z jednego końca pieca w drugi, dostając się do strefy o coraz wyższej temp. Przy mokrej metodzie produkcji klinkieru umownie wyróżnia się 6 stref w piecu obrotowym.

1Strefa odparowania:

a)zakres temp w strefie 20-2000C, długość pieca 50-60%;

b)materiał przez dłuższy czas ma temp 1000C i dopiero w końcu strefy ogrzewa się do 2000C;

c)przemieszczając się i obracając w końcu strefy materiał ulega zgranulowaniu, d)nakład ciepła na odparowanie wody ze szlamu wynosi ok. 35% wszystkich nakładów energetycznych potrzebnych do wypału klinkieru. W suchej metodzie produkcji cementu strefa1 nie występuje, daje to możliwość skrócenia pieca i zmniejszenia nakładów energetycznych.

2Strefa podgrzewania i odwodnienia:

a)zakres temp 200-8000C, długość pieca 50-60%,

b)200-6500C wypalają się domieszki organiczne zawarte w surowcu,

c)400-6000C rozpoczyna się proces odwadniania (dehydratacji) i rozkład materiałów ilastych dając produkty reaktywne, przygotowanie do syntezy z tlenkiem wapnia, stan substancji w chwili powstawania wykazuje szczególną aktywność chemiczną, która wynika z faktu mocnego zdefektowania struktury,

d)600-7000C początek termi rozkładu CaCO3, który jest możliwy w tym zakresie temp z uwagi na ścisły kontakt z aktywnymi produktami rozkładu minerałów ilastych, e)600-7000C powstają pierwsze produkty syntezy zachodzącej pomiędzy produktami rozkładu mineralnego surowców ilastych i wolnym CaO tworzącym się z rozkładu CaCO3: -W ok. 7000C powstaje CaO*Fe2O3 (CF),

-Także w ok. 7000C (wkrótce po pojawieniu się wolnego CaO) rozpoczyna się powstawanie 2CaO*SiO2 (C2S),

-w nieco wyższej temp 700-7500C powstaje CaO*Al2O3 (CA). CF, CA jak również częściowo C2S są przejściowymi związkami wapniowymi, które w wyższej temp wobec narastającej ilości CaO przyłączają dodatkowe ilości tego tlenku, przeobrażając się w związki bardziej zasadowe (o większej ilości CaO).

3Strefa dekarbonizacji (kalcynacji):

a)zakres temp 800-10000C, długość pieca 20-25%,

b)800-10000C intensyfikacja rozkładu CaCO3, który zakończy się w temp ok. 11000C, c)pojawianie się w układzie coraz większej ilości wolnego CaO pozwala na wysycenie się nim wcześniej powstałych związków, i tak:

-8000C CaO*Al2O3→12CaO*7Al2O3 (C12A7), -9000C CaO*Fe2O3→2CaO*Fe2O3 (C2F),

-900-10000C 12CaO*7Al2O3→3CaO*Al2O3, (C3A) najbardziej zasadowy glinian wapnia.

4Strefa reakcji egzotermicznych:

a)zakres temp 1000-12000C, długość pieca 7-10%,

b)intensyfikacja procesu spiekania wsadu bez udziału fazy ciekłej (stopu),

c)1000-11000C w wyniku reakcji wcześniej powstałego C2F i C3A rozpoczyna się synteza tzw. fazy ferytowej (glinożelazianowej) o zmiennym składzie w zależności od stosunku Al2O3/Fe2O3 w mieszance surowcowej; nadajmy tej fazie symbol C2(AF); najczęściej występującym przedstawicielem tej fazy jest związek o składzie 4CaO*Al2O3/Fe2O3 (C4AF) zwany, brownmillerytem;

-gdy w mieszaninie surowcowej stosunek Al2O3/ Fe2O3 >1 (AF>1) zanika całkowicie C2F a obok C2(AF) występuje C3A; -gdy w mieszaninie surowcowej stosunek A/F<1 to C3A zużywa się bez reszty (zanika) a obok C2(AF) występuje C2F;

-w szczególnym przypadku, gdy A/F=1 zarówno C3A jak i C2F zużywają się całkowicie na utworzenie C2(AF) i wówczas faza ta jest jedyna fazą tlenku CaO z tlenkiem Al2O3 i Fe2O3;

d)1100-12000C wzrasta szybkość syntezy krzemianu dwuwapniowego C2S,

e)1100-12000C rozpoczyna się spadek zawartości wolnego CaO w surowcu,

f)tak, więc w temp 12000C mieszanina surowcowa ulega istotnemu przeobrażeniu i składa się z: C2S, C2(AF), C3A lub C2F, CaO. [CaO-C, Al2O3-A, Fe2O3-F, SiO2-S, H2O-H].

5 Strefa spiekania (klinkieryzacji):

a)zakres temp 1200-14500C, długość pieca 10-15%,

b)ostatecznym celem obróbki termicznej klinkieru portlandzkiego pozbawionego wolnego CaO a bogatego w wysokozasadowy krzemień wapniowy (krzemian trójwapniowy) 3CaO*SiO2 (C3S),

c)C3S powstaje w wyniku reakcji syntezy 2CaO*SiO2+CaO→3CaO*SiO2; reakcja ta bez udziału fazy ciekłej przebiega bardo wolno;

d)w 12500C pojawia się we wsadzie pieca stop (faza ciekła),

e)w warunkach przemysłowych spiekanie klinkieru prowadzi się w temp ok. 14500C, ogrzewanie wsadu o 2000C powyżej temp powstawania fazy ciekłej gwarantuje jej odpowiednią ilość,

f)przeciętna ilość fazy ciekłej w spiekanej mieszance wynosi 25-30%,

g) przyśpieszenie tworzenia się C3S w obecności fazy ciekłej wynika z:

a')dobrej rozpuszczalności C2S i CaO,

b')złej rozpuszczalności C3S,

c')wysokiej temp topnienia C3S (19000C),

h)wobec powyższego (tj. a') skład stopu ulega szybko zmianie i szybko zbliża się do składu właściwego dla składu C3S w momencie osiągnięcia tego składu wobec (b') i zaczyna krystalizować ze stopu C3S,

i) w wyniku krystalizacji C3S zmniejsza się w nim stężenie CaO i SiO2 co prowadzi do rozpuszczenia się nowych ilości C2S i CaO w stopie,

j)w reakcji syntezy C3S istotną rolę spełniają topniki:

-obniżają temp tworzenia fazy ciekłej (stopu),

-obniżają lepkość stopu.

6Strefa studzenia:

a)zakres temp 1450-10000C, długość pieca 2-4%...

[Przeciętny skład chemiczny cementu portlandzkiego: CaO 62-68%, SiO2 18-25%, Al2O3 4-16%, Fe2O3 4-10%, MgO 0,5-6%, Na2O+K2O 0,4-3%, SO3 0,8-4%.

[1Przyczyny złożoności procesu uwadniania cementu portlandzkiego:

a)cement jest materiałem wielomineralnym; proces uwadniania poszczególnych faz zachodzi równocześnie powodując, że produkty przebiegających reakcji powstają prawie w jednakowym czasie i wpływają na siebie wzajemnie, co utrudnia ich identyfikacje,

b)zmienny skład jakościowy i ilościowy klinkieru a także zmienny skład samych faz klinkierowych np. faza glinozelazianowa C2(AF),

c)reakcja wody z cementem należy do reakcji heterogenicznych (reagujące ze sobą substraty występują w różnych stanach skupienia), cement (ciało stałe) +woda (ciało ciekłe), na tego typu reakcje wpływ mają nie tylko tzw. parametry stanu jak np. ciśnienie i temp, w jakich przebiega reakcja oraz stężenie (stosunek ilościowy wody do cementu, tzw. współczynnik w/c), ale także inne czynniki; w przypadku reakcji cementu z wodą do tych czynników należą:

-stopień rozdrobnienia cementu,

-stan powierzchni ziaren cementu (powierzchnia może być spieczona, nadtopiona, zwarta lub spiekana, mniej lub bardziej nieprzenikliwa dla wody itp.),

-stopień zdefektowania struktury (budowy wewnętrznej) poszczególnych minerałów cementu,

-skład fazy ciekłej (do wody zarobowej już w pierwszych minutach przechodzą rozpuszczalne składniki cementu),

d)różnorodność typów reakcji przebiegających podczas procesu uwadniania cementu, a mianowicie:

-hydratacji - bezpośrednie przyłączenie cząsteczek wody do związków bezwodnych cementu prowadzące do powstawania tzw. hydratów (wodzianów),

-hydrolizy - oddziaływania pomiędzy składnikami cementu a wodą prowadzące do całkowitego lub częściowego ich rozkładu,

-reakcja topochemiczna, w której tworzące się produkty uwodnienia cementu pozostają w kontakcie z substratami (powstają na substracie tj. związku nie uwodnionym),

-reakcja przebiegająca przez roztwór, w którym produkty powstają w roztworze ze składników powstałych w wyniku wcześniejszego rozpuszczenia składników cementu,

-reakcja rozpuszczenia, podczas której związki cementowe przechodzą do wody zarobowej czynią ją roztworem, z którego mogą krystalizować nowe produkty. Reakcje cementu z wodą określa się obecnie zbiorową nazwą uwadniania lub hydratacji;

e)cement nie jest mieszaniną ziaren minerałów (związków) cementowych; każde ziarno cementu zawiera wszystkie (lub większość) składniki cementu o zróżnicowanej koncentracji,

f)tworzące się produkty uwodnienia cementu maja zmienny skład (nie są związkami stechiometrycznymi) niektóre z nich zmieniają swój skład w szerokich granicach.

2Uproszczony model reakcji uwadniania fazy krzemianowych (C3S, C2S). Blisko 80% mas cementu portlandzkiego (CEMI0 stanowią dwie podstawowe fazy krzemianowe tj. alit i belit. Produkty reakcji z wodą tych krzemianów wapniowych są do siebie pod wieloma względami podobne. Rozpatrując reakcje uwadniania alitu i belitu z punktu widzenia jakościowego, można stwierdzić dużą jakościową identyczność produktów reakcji. Inaczej mówiąc produkty reakcji obu rozpatrywanych faz cementu są takie same, zwłaszcza w końcowym procesie reakcji. Stwierdza się natomiast istotne różnice ilościowe, co oznacza, że te same produkty powstają z obu faz w różnych ilościach. Poza tym między rozpatrywanymi reakcjami istnieje wyraźna różnica, co do szybkości ich przebiegu (kinetyka reakcji). Badania kinetyki obydwu reakcji wskazują, że alit reaguje z woda blisko 100-krotnie szybciej od belitu. Produktami reakcji obu faz krzemianowych są uwodnione krzemiany wapniowe i wodorotlenek wapniowy; C3S+H→CSH+CH, C2S+H→CSH+CH. Modelowe reakcje uwadniania:

a)dla alitu: 2(3CaO*SiO2) +6H2O =3CaO*SiO2*3H2O +3Ca(OH)2,

b)dla belitu: 2(2CaO*SiO2) +4H2O= 3CaO*2SiO2*3H2O +Ca(OH)2,

c)w masie produktów uwadniania alitu jest 61%CSH i 39%Ca(OH)2 podczas gdy w produktach belitu mamy odpowiednio 82%CSH i 18%,

d)1g alitu wytwarza po pełnym przereagowaniu 0,52gCSH i 0,48gCa(OH)2, natomiast 1g belitu 0,79gCSH i 0,21gCa(OH)2,

e)1g CSH powstaje z 1,33g alitu, podczas gdy do wytworzenia 1g CSH potrzeba tylko 1,01g belitu,

f)wydajność belitu w syntetyzowaniu CSH jest wyższa pod wydajności alitu,

g)wodorotlenek wapniowy nie wnosi swojego istotnego wkładu w wytrzymałość mechaniczną stwardniałego zaczynu.

1



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
sprawozdanie cement, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
SPRAWOZDANIE NR 2 CHEMIA BUDOWLANA SPOIWA WAPIENNE MAJ 2012, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia
cement oznaczenie T[1].W.U.S.R.U, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemi
chemia nr 4-sik, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
SprawozdanieNr2Kevcio, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
sprawozdaniewapno2, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
Moje sprawozdanie chemia nr 3, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, Chemia budowlana,
cemm, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawozdania
Sprawozdanie z ćw nr6 chemia bud, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawozdania
ELEKTROLITY, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, Chemia budowlana, Na Egzamin
Sprawozdanie z ćw nr1 - chemia bud, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z che
chemia nr3-sik, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
Moje sprawozdanie chemia nr 4, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, Chemia budowlana,
sprw. 2, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawozdania
sprw. 2, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawozdania
sprawozdanieNR1Daras, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
Chemia1-3, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii
SprawozdanieNr2Daras, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii

więcej podobnych podstron