chemia nr5-sik OK, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, sprawka z chemii


UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA

INSTYTUT BUDOWNICTWA

CHEMIA

BUDOWLANA

SPRAWOZDANIE NR 5

TEMAT: Cement portlandzki - oznaczenie składu fazowego cementu na podstawie analizy chemicznej.

GRUPA LABORATORYJNA 10

PODGRUPA A

ZESPÓŁ 25

Kucharska Jowita

Słonina Joanna

ROK AKADEMICKI 2005/2006


SPIS TREŚCI:

I. Część ogólna:

1. Przedmiot badania.........................................................................................................

4

2. Zadanie do wykonania..................................................................................................

4

2.1 Oznaczenie zawartości czterech podstawowych tlenków cementu portlandzkiego.......................................................................................................................

4

2.2 Obliczenie składu fazowego cementu na podstawie wykonanej analizy chemicznej.............................................................................................................................

4

3. Cel ćwiczenia................................................................................................................

4

3.1 Poznanie składu chemicznego (tlenkowego) cementu............................................

4

3.2 Poznanie składu fazowego cementu i jego wpływu na kształtowanie się podstawowych właściwości technicznych cementu, takich jak: wytrzymałość mechaniczna, ciepło uwadniania, odporność na korozję, itp................................................

4

3.3 Poznanie podstawowych rodzajów cementu portlandzkiego wg normy PN-EN197-1:2002................................................................................................................

II. Część teoretyczna:

4

4. Podstawowe definicje, nazwy i określenia dotyczące cementu portlandzkiego wg normy PN-EN197-1:2002....................................................................................................

5

5. Podstawowe wiadomości z zakresu technologii produkcji cementu portlandzkiego...

7

5.1 Surowce stosowane do produkcji klinkieru............................................................

7

5.2 Metody: mokra i sucha produkcji cementu. Podstawowe procesy technologiczne.....................................................................................................................

8

5.3 Przeciętny skład klinkieru.......................................................................................

9

5.3.1 tlenkowy........................................................................................................

9

5.3.2 fazowy............................................................................................................

9

5.4 Rodzaje, skład i symbole cementu..........................................................................

9

5.4.1 sposób budowania symbolu cementu.............................................................

9

5.4.2 rodzaje i skład cementu wg normy PN-EN197-1:2002.................................

III. Część doświadczalna:

6. Oznaczenie składu chemicznego cementu...................................................................

6.1 Oznaczenie tlenku krzemu.....................................................................................

6.2 Oznaczenie tlenku żelazowego i glinowego..........................................................

6.2.1 oznaczenie tlenku żelazowego......................................................................

6.2.2 oznaczenie tlenku glinowego........................................................................

6.3 Oznaczenie tlenku wapniowego.............................................................................

6.4 Tabelaryczne zestawienie wyników badań chemicznych.....................................

7. Obliczenie wartości modułów cementowych..............................................................

7.1 Moduł hydrauliczny...............................................................................................

7.2 Moduł krzemianowy..............................................................................................

7.3 Moduł glinowy.......................................................................................................

7.4 Moduł wysycenia...................................................................................................

7.5 Zestawienie tabelaryczne wartości modułów........................................................

8. Obliczenie składu fazowego cementu..........................................................................

8.1 Obliczenie fazy alitowej.........................................................................................

8.2 Obliczenie fazy belitowej.......................................................................................

8.3 Obliczenie fazy glinożelazianowej........................................................................

8.4 Obliczenie fazy glinianowej...................................................................................

8.5 Obliczenie fazy żelazianowej.................................................................................

8.6 Tabelaryczne zestawienie obliczonego składu fazowego badanego cementu.......

10

14

14

15

15

16

17

18

18

18

18

18

18

18

19

19

19

19

19

19

19


I Część ogólna.

  1. Przedmiot badania.

Cement portlandzki.

  1. Zadanie do wykonania.

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.

    1. Oznaczenie zawartości czterech podstawowych tlenków cementu portlandzkiego

    2. Obliczenie składu fazowego cementu na podstawie wykonanej analizy chemicznej

  1. Cel ćwiczenia.

Oznaczenie składu fazowego cementu na podstawie analizy chemicznej.

    1. Poznanie składu chemicznego (tlenkowego) cementu.

Składnik

% wag.

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

3.2 Poznanie składu fazowego cementu i jego wpływu na kształtowanie się podstawowych właściwości technicznych cementu, takich jak: wytrzymałość mechaniczna, ciepło uwadniania, odporność na korozję, itp.

3.3 Poznanie podstawowych rodzajów cementu portlandzkiego wg normy PN-EN197-1:2002

Tablica 1 - 27 wyrobów grupy cementów powszechnego użytku

Główne rodzaje

Nazwy 27 wyrobów (rodzaje cementu powszechnego użytku)

Skład (udział w procentach masya)

Składniki główne

Składniki drugorzędne

klinkier

K

żużel wielkopiecowy

S

pył krzemionkowy

Db

pucolana

popiół lotny

łupek palony

T

wapień

naturalna

P

naturalna wypalana

Q

krzemionkowy

V

wapienny

W

L

LL

CEM I

cement portlandzki

CEM I

95-100

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0-5

CEM II

cement portlandzki żużlowy

CEM II/A-S

80-94

6-20

-

-

-

-

-

-

-

-

0-5

CEM II/B-S

65-79

21-35

-

-

-

-

-

-

-

-

0-5

cement portlandzki krzemionkowy

CEM II/A-D

90-94

-

6-10

-

-

-

-

-

-

-

0-5

cement portlandzki pucolanowy

CEM II/A-P

80-94

-

-

6-20

-

-

-

-

-

-

0-5

CEM II/B-P

65-79

-

-

21-35

-

-

-

-

-

-

0-5

CEM II/A-Q

80-94

-

-

-

6-20

-

-

-

-

-

0-5

CEM II/B-Q

65-79

-

-

-

21-35

-

-

-

-

-

0-5

cement portlandzki popiołowy

CEM II/A-V

80-94

-

-

-

-

6-20

-

-

-

-

0-5

CEM II/B-V

65-79

-

-

-

-

21-35

-

-

-

-

0-5

CEM II/A-W

80-94

-

-

-

-

-

6-20

-

-

-

0-5

CEM II/B-W

65-79

-

-

-

-

-

21-35

-

-

-

0-5

cement portlandzki łupkowy

CEM II/A-T

80-94

-

-

-

-

-

-

6-20

-

-

0-5

CEM II/B-T

65-79

-

-

-

-

-

-

21-35

-

-

0-5

cement portlandzki wapienny

CEM II/A-L

80-94

-

-

-

-

-

-

-

6-20

-

0-5

CEM II/B-L

65-79

-

-

-

-

-

-

-

21-35

-

0-5

CEM II/A-LL

80-94

-

-

-

-

-

-

-

-

6-20

0-5

CEM II/B-LL

65-79

-

-

-

-

-

-

-

-

21-35

0-5

cement portlandzki wieloskładnikowyc

CEM II/A-M

80-94

<---------------------------------------6-20------------------------------------>

0-5

CEM II/B-M

65-79

<--------------------------------------21-35----------------------------------->

0-5

CEM III

cement hutniczy

CEM III/A

35-64

36-65

-

-

-

-

-

-

-

-

0-5

CEM III/B

20-34

66-80

-

-

-

-

-

-

-

-

0-5

CEM III/C

5-19

81-95

-

-

-

-

-

-

-

-

0-5

CEM IV

cement pucolanowyc

CEM IV/A

65-89

-

<-------------------11-35------------------->

-

-

-

0-5

CEM IV/B

45-64

-

<------------------36-55-------------------->

-

-

-

0-5

CEM V

cement wiloskładnikowyc

CEM V/A

40-64

18-30

-

<---------18-30---------->

-

-

-

-

0-5

CEM V/B

20-38

31-50

-

<---------31-50---------->

-

-

-

-

0-5

a Wartości w tablicy odnoszą się do sumy składników głównych i składników drugorzędnych.

b Udział pyłu krzemionkowego jest ograniczony do 10%.

c W cementach portlandzkich wieloskładnikowych CEM II/A-M i CEM II/B-M, w cementach pucolanowych CEM IV/A iCEM IV/B i w cementach wieloskładnikowych CEM V/A i CEM V/B - główne składniki inne niż klinkier należy deklarować poprzez oznaczenie cementu

II. Część teoretyczna

4. Podstawowe definicje, nazwy i określenia dotyczące cementu portlandzkiego wg normy PN-EN197-1:2002

Definicje

W normie EN 197-1 stosuje się następujące definicje:

3.1

tlenek wapnia reaktywny (CaO)

część tlenku wapnia, która w normalnych warunkach twardnienia może tworzyć hydraty krzemianów wapnia lub hydraty glinianów wapnia

UWAGA Do obliczenia tej części całkowita zawartość tlenku wapnia (patrz EN 196-2) jest pomniejszana o część obliczoną 'Z węglanu wapnia (CaC03) na podstawie zmierzonej zawartości dwutlenku węgla (COz) (patrz EN 196-21) i o część obliczoną z siarczanu wapnia (CaS04) na podstawie zmierzonej zawartości trójtlenku siarki (S03) (patrz EN 196-2), pomijając S03 związany przez alkalia.

3.2

dwutlenek krzemu reaktywny (SiOz)

część dwutlenku krzemu, która po działaniu kwasu chlorowodorowego (Hel) przechodzi do roztworu we wrzą­cym roztworze wodorotlenku potasu (KOH)

UWAGA Zawartość reaktywnego dwutlenku krzemu jest oznaczana przez pomniejszenie całkowitej za­wartości dwutlenku krzemu (patrz EN 196-2) o jej część zawartą w pozostałości nierozpuszczalnej w kwa­sie chlorowodorowym i wodorotlenku potasu (patrz EN 196-2), przeliczona, dla obu wartości, na suchą substancję·

3.3

składnik główny

specjalnie wybrany materiał nieorganiczny, którego udział w stosunku do sumy masy wszystkich składników głównych i składników drugorzędnych przekracza 5 % masy

3.4

składnik drugorzędny

specjalnie wybrany materiał nieorganiczny, którego udział w stosunku do sumy masy wszystkich składników głównych i składników drugorzędnych nie przekracza 5 % masy

3.5

rodzaj cementu powszechnego użytku

jeden z 27 wyrobów (patrz tablica 1) z grupy cementów powszechnego użytku

3.6

klasa wytrzymałości cementu klasa wytrzymałości na ściskanie

3.7

badania autokontrolne

wykonywane przez producenta ciągłe badanie próbek punktowych, pobieranych w punkcie(-ach) zwalniania cementu z fabryki (składu)

3.8

okres kontrolny

okres produkcji i wysyłki ustalony do oceny wyników badań autokontrolnych

3.9

wartość charakterystyczna

wartość właściwości objętej wymaganiami, od której odbiega ustalony udział procentowy, percentyl Pk, wszyst­kich wartości z populacji

3.10

ustalona wartość charakterystyczna

wartość charakterystyczna właściwości mechanicznej, fizycznej lub chemicznej, która nie powinna być prze­kraczana w przypadku górnej granicy lub może być osiągnięta, jako minimum, w przypadku dolnej granicy

3.11

wartość graniczna pojedynczego wyniku

wartość właściwości mechanicznej, fizycznej lub chemicznej, która - dla żadnego pojedynczego wyniku - nie powinna być przekraczana w przypadku górnej granicy lub może być osiągnięta, jako minimum, w przypadku dolnej granicy

3.12

dopuszczalne prawdopodobieństwo przyjęcia eR

dla danego planu badania dopuszczalne prawdopodobieństwo przyjęcia cementu z wartością charaktery­styczną odbiegającą od ustalonej wartości charakterystycznej

3.13

plan badania

określony plan ustalający (statystyczną) liczność próbki(-ek), percentyl Pk i dopuszczalne prawdopodobień­stwo przyjęcia CR

3.14

próbka punktowa

próbka pobrana w tym samym czasie, z jednego i tego samego miejsca, w celu wykonania zamierzonych badań. Może być uzyskana z jednej lub więcej bezpośrednio po sobie pobranych próbek pierwotnych (patrz EN 196-7)

6 Skład i nazwa

W tablicy 1 podano 27 wyrobów stanowiących grupę cementów powszechnego użytku objętych przez EN 197-1 oraz ich nazwy. Są one podzielone na pięć następujących głównych rodzajów: CEM I

- CEM II

- CEM III

- CEM IV

- CEM V

Cement portlandzki

Cement portlandzki wieloskładnikowy Cement hutniczy

Cement pucolanowy

Cement wieloskładnikowy

Skład każdego z 27 wyrobów z grupy cementów powszechnego użytku powinien być zgodny z tablicą 1.

UWAGA Dla jasności definicji - wymagania dotyczące składu odnoszą się do sumy wszystkich składni­ków głównych i drugorzędnych. Gotowy cement jest rozumiany jako składniki główne i składniki drugo­rzędne oraz niezbędny siarczan wapnia (patrz 5.4) i wszystkie dodatki (patrz 5.5).

5. Podstawowe wiadomości z zakresu technologii produkcji cementu portlandzkiego

5.1 Surowce stosowane do produkcji klinkieru

Surowce podstawowe:

1.Surowce naturalne:

a) skały węglanowe wapniowe

b) skały węglanowo - ilaste

c) skały ilaste (gł. minerały; minerały ilaste np. kaolinit, illit, montmorylonit,

chloryt, glaukonit)

2. Materiały przemysłowe

5.2 Metody: mokra i sucha produkcji cementu. Podstawowe procesy technologiczne

Metoda mokra
Wapniaki i margle dostarczane są z kopalni wagonikami do łamarni, gdzie w łamaczach większe bryły ulegają kruszeniu. Następnie skruszony materiał dostarczany jest na podnośnikach do zbiornika surowca,a stąd do młyna surowego. Równocześnie glina z kopalni transportowana jest do basenów, tzw. Szlamiarni, gdzie ulega rozmieszaniu w wodzie, a później rurami przechodzi do młyna surowego. Jeżeli w produkcji stosowana jest kreda, to zostaje ona doprowadzona do tych samych szlamiarni i rozmieszana wraz z gliną. W młynie surowym następuje stopniowy dokładny przemiał. Nad młynem znajduje się zbiornik na wodę napełniany samoczynnie pompą, z którego woda dochodzi do młyna.
Z młyna wychodzi gęsty szlam o zawartości ok. 40% wody, który zostaje przepompowany do zbiorników szlamowych W zbiornikach szlam ulega dalszemu przemieszaniu za pomocą sprężonego powietrza wtłaczanego od dołu do kompresorów; powietrze to silnie przedmuchuje i wzrusza znajdujący się w zbiornikach szlam. Jeżeli okaże się, że w danym zbiorniku pewien składnik, np. CaCO3, jest w nadmiarze, to następuje skorygowanie składu przez mieszanie z zawartością innego zbiornika, gdzie dany składnik jest w niedoborze.
Gotowy szlam dostarczany jest za pomocą pomp do aparatu rozdzielczego znajdującego się nad wlotem do pieca obrotowego; jest to aparat zsynchronizowany z ruchem i ilością obrotów pieca, który normuje odpowiedni dopływ szlamy do pieca.
Piec obrotowy jest stalową rurą wyłożoną cegłą szamotową w części, w której panuje wysoka temperatura.. Pochyłość rury wynosi 4-6%, szybkość obrotów 0,25-0,66 na minutę. Długość rury wynosi 50-120 m, średnica 2,5- 3,5 m. Im dłuższa rura i im większa średnica, tym wydajność pieca jest większa.
Szlam dostając się do wyższego końca pieca, posuwa się stale naprzód w kierunku drugiego końca, gdzie znajduje się palenisko.
Piec opala się mączką węglową odpowiednio przygotowaną z miału węglowego wysuszonego i zmielonego w młynie węglowym. Dmuchawa (wentylator) wysokoprężna wdmuchuje mączkę w niższym końcu pieca, gdzie ulega ona zapaleniu i przeobraża się w gaz. Gorący gaz idzie w kierunku wyższego końca pieca, gdzie stopniowa ochładza się, szlam natomiast posuwając się ku dolnemu końcowi najpierw rozgrzewa się, później traci wilgoć, dalej pozbywa się dwutlenku węgla i wreszcie w strefie największego żaru spieka się na klinkier w postaci zeszklonych drobnych bryłek barwy ciemnej.
Temperatura w piecach doprowadzona jest do spiekania, lecz nie do stopienia masy(ok.14500C).
Świeżo wypalony jeszcze żarzący się klinkier wysypuje się do chłodnika. Chłodnik urządzony jest w postaci bębna umieszczonego pod piecem. Nowoczesny typ chłodnika składa się z szeregu rur walcowych o niewielkich średnicach otaczających wylot pieca i obracających się łącznie z nim. Rury te wyłożone są w środku okładziną kamionkową. Wewnątrz rur znajdują się łańcuchy, które poruszając się powodują ochładzanie klinkieru.
Z chłodnika klinkier spada na przenośnik, który za pośrednictwem wagi automatycznej dostarcza klinkier do hali klinkierowej, gdzie musi przeleżeć klika tygodni w celu dogaszenia cząstek wolnego wapna, jakie mogą się trafić w klinkierze. Dogaszanie odbywa się pod wpływem wilgoci powietrza lub skraplania wodą. Ze zbiorników klinkier jest transportowany do młynów, gdzie ulega zmieleniu na cement; bezpośrednio przed zmieleniem klinkieru dodaje się 1-3 % gipsu wagowo w celu opóźnienia wiązania
Z młynów cement transportowany jest za pomocą podnośników do zbiorników tzw. silosów, gdzie przechowywany jest i skąd w miarę zapotrzebowania ładowany jest maszynowo w worki papierowe(ok.50 kg).

Metoda sucha

Przy sposobie tym poszczególne surowce podlegają wysuszeniu i dokładnemu zmieleniu, po czym w stanie sproszkowanym są dozowane za pomocą wag automatycznych, odważone w określonych stosunkach składniki wsypywane są do zbiorników, gdzie następuje mieszanie. Zbiorników takich jest co najmniej 6. Jeżeli analiza chemiczna mieszanki z pierwszego zbiornika wykaże nadmiar jednego za składników(np. CaCO3), to do drugiego zbiornika dostarczają składniki z odpowiednio mniejszą ilością CaCO3. Następnie mączkę z 1i 2 zbiornika przesypują do 3; jeżeli skład mączki w tym zbiorniku wykaże brak lub nadmiar pewnego składnika, to do zbiornika 4 dostarczają składniki w odpowiednio uwzględnionym stosunku, a następnie w 5 zbiorniku mieszają mączkę ze zbiornika 3 i 4 itd. Ten sposób mieszania jest uciążliwy; ostatnio zmodyfikowano go przez sporządzenie dna w zbiorniku, dna z porowatych płytek, przez które od dołu przepuszcza się pod ciśnieniem powietrze poruszające mączkę i ułatwiające dzięki temu mieszanie.
Suchej mieszanki nie można bezpośrednio transportować do pieca; w piecu obrotowym znaczna jej ilość mogłaby być uniesiona w strumieniu uchodzących gazów; w piecu szybowym nasypana mieszanka ułożyłaby się tak ściśle, że utrudniłaby ciąg gazów.
Z tych powodów mieszanka poddawana jest nawilżaniu, zazwyczaj w korycie z wałem ślimakowym przesuwającym mączkę od góry skrapianą. Po nawilżeniu mieszanina jest wypalana w piecach na klinkier. Dalszy przebieg fabrykacji jak przy sposobie mokrym.

5.3 Przeciętny skład klinkieru

5.3.1 tlenkowy

5.3.2 fazowy

Rodzaj

fazy

Budowa fazy

Nazwa i symbol

fazy

krystaliczna

Izotropowa

Faza

krzemianowa

3CaO*SiO2

krzemian

trójwapniowy

-

Alit (C3S)

50 - 65 %

2 CaO*SiO2

krzemian

dwuwapniowy

-

Belit (C3 S)

15-20%

Faza glinowa

3CaO* Al2 O3

glinian trójwapniowy

Szkło glinowe

C2 S

(14-16%)

10-16%

Faza ferytowa (glinożelazianowa)

Krystaliczny roztwór ferytowy (glinożelazianowy)

Szkło ferytowe (glinożelazianowe)

( C2 AF)

4-10%

Fazy drugorzędowe

-wolne wapno CaO

-peryklaz MgO

-popiół krystaliczny

Popiół

zeszklony

5.4 Rodzaje, skład i symbole cementu

5.4.1 sposób budowania symbolu cementu

Oznaczenie normowe

Cementy CEM powinny być identyfikowane przez, co najmniej, nazwę rodzaju cementu według tablicy 1 oraz liczby 32,5, 42,5 lub 52,5 wskazujące klasę wytrzymałości (patrz 7.1). W celu wskazania klasy wytrzymałości wczesnej powinna być dodana, odpowiednio, litera N lub litera R (patrz 7.1).

PRZYKŁAD 1

Cement portlandzki odpowiadający EN 197-1, o klasie wytrzymałości 42,5 i wysokiej wytrzymałości wczesnej jest identyfikowany przez:

Cement portlandzki EN 197-1 - CEM 142,5 R

PRZYKŁAD 2

Cement portlandzki wapienny, zawierający między 6 % a 20 % masy wapienia, o zawartości TOC nie przekracza­jącej 0,50 % masy (L), o klasie wytrzymałości 32,5 i normalnej wytrzymałości wczesnej jest identyfikowany przez:

Cement portlandzki wapienny EN 197-1 - CEM III A-L 32,5 N

PRZYKŁAD 3

Cement portlandzki wieloskładnikowy zawierający granulowany żużel wielkopiecowy (S), popiół lotny krze­mionkowy (V) i wapień (L) w łącznej ilości między 6 % a 20 % masy - o klasie wytrzymałości 32,5 i o wysokiej wytrzymałości wczesnej jest identyfikowany przez:

Cement portlandzki wieloskładnikowy EN 197-1 - CEM II/A-M (S-V-L) 32,5 R

5.4.2 rodzaje i skład cementu wg normy PN-EN197-1:2002

5 Składniki

5.1 Postanowienia ogólne

Wymagane właściwości składników wyszczególnionych w podrozdziałach od 5.2 do 5.5 należy zasadniczo oznaczać zgodnie z metodami badań opisanymi w EN 196, jeżeli nie postanowiono inaczej.

5.2 Składniki główne

5.2.1 Klinkier cementu portlandzkiego (K)

Klinkier cementu portlandzkiego jest wytwarzany przez spiekanie dokładnie zestawionej mieszaniny surow­ców (mąka surowcowa, zaczyn lub szlam) zawierających elementy przedstawiane zwykle jako tlenki - CaO, Si02 , A1203, Fe203 i niewielkie ilości innych materiałów. Mąka surowcowa, zaczyn lub szlam są drobno zmie­lone, dokładnie wymieszane i przez to ujednorodnione.

Klinkier cementu portlandzkiego jest to materiał hydrauliczny, który powinien składać się w co najmniej dwóch trzecich masy z krzemianów wapnia (3CaO . Si02 i 2CaO . Si02) i pozostałości zawierającej glin i żelazo związane w fazach klinkierowych i z innych związków. Stosunek masy (CaO)/(Si02) powinien wynosić nie mniej niż 2,0. Zawartość tlenku magnezu (MgO) nie powinna przekraczać 5,0 % masy.

5.2.2 Granulowany żużel wielkopiecowy (5)

Granulowany żużel wielkopiecowy jest wytwarzany przez gwałtowne chłodzenie płynnego żużla o odpowied­nim składzie, otrzymywanego przy wytapianiu rudy żelaza w wielkim piecu i który zawiera co najmniej dwie trzecie masy żużla zeszklonego oraz wykazuje właściwości hydrauliczne przy odpowiedniej aktywacji.

Granulowany żużel wielkopiecowy powinien składać się co najmniej w dwóch trzecich masy z sumy tlenku wapnia (CaO), tlenku magnezu (MgO) i dwutlenku krzemu (Si02). Pozostałość zawiera tlenek glinu (AI203) razem z niewielkimi ilościami innych związków. Stosunek masy (CaO + MgO)/(Si02) powinien przekraczać 1,0.

5.2.3 Pucolany (P, Q)

5.2.3.1 Postanowienia ogólne

Pucolany są to naturalne materiały krzemionkowe lub glino-krzemianowe lub kombinacja obydwu. Jakkolwiek popiół lotny i pył krzemionkowy mają właściwości pucolanowe, są one zdefiniowane w odrębnych rozdziałach (patrz 5.2.4 i 5.2.7).

Pucolany same nie twardnieją po zmieszaniu z wodą, lecz drobno zmielone i w obecności wody reagują w nor­malnej temperaturze otoczenia z rozpuszczonym wodorotlenkiem wapnia (Ca(OHh), tworząc związki krze­mianów wapnia i glinianów wapnia o rosnącej wytrzymałości. Związki te są podobne do związków, które two­rzą się podczas twardnienia materiałów hydraulicznych. Pucolany zawierają, zasadniczo, reaktywny dwutle­nek krzemu (Si02) i tlenek glinu (AI203). Pozostałość zawiera tlenek żelaza (Fe203) i inne tlenki. Udział reak­tywnego tlenku wapnia nie jest istotny dla twardnienia. Zawartość reaktywnego dwutlenku krzemu nie powin­na być mniejsza niż 25,0 % masy.

Pucolany powinny być prawidłowo przygotowane, tj. wyselekcjonowane, ujednorodnione, wysuszone lub pod­dane obróbce termicznej i rozdrobnione, w zależności od stanu, w jakim są produkowane lub dostarczane.

5.2.3.2 Pucolana naturalna (P)

Pucolany naturalne są to zwykle materiały pochodzenia wulkanicznego lub skały osadowe o odpowiednim składzie chemiczno-mineralogicznym i które powinny być zgodne z 5.2.3.1.

5.2.3.3 Pucolana naturalna wypalana (Q)

Pucolany naturalne wypalane są to materiały pochodzenia wulkanicznego, gliny, łupki lub skały osadowe, aktywowane przez obróbkę termiczną i które powinny być zgodne z 5.2.3.1.

5.2.4 Popiół lotny (V, W)

5.2.4.1 Postanowienia ogólne

Popiół lotny jest otrzymywany przez elektrostatyczne lub mechaniczne osadzanie pylistych cząstek spalin z palenisk opalanych pyłem węglowym. Popiół otrzymywany innymi metodami nie powinien być stosowany w cemencie zgodnym z niniejszą EN 197-1.

Popiół lotny może być z natury krzemionkowy lub wapienny. Pierwszy wykazuje właściwości pucolanowe; drugi może wykazywać dodatkowo właściwości hydrauliczne. Strata prażenia popiołu lotnego, oznaczana zgodnie z EN 196-2, lecz przy czasie prażenia wynoszącym 1 h, nie powinna przekraczać 5,0 % masy.

Dopuszczone mogą być popioły lotne, w których strata prażenia mieści się w przedziale od 5,0 % do 7,0 % masy, pod warunkiem że poszczególne wymagania dotyczące trwałości, szczególnie mrozoodporności i kom­patybilności z domieszkami są spełnione zgodnie z odpowiednimi w miejscu stosowania normami illub prze­pisami dotyczącymi betonu lub zaprawy. W przypadku popiołu lotnego, w którym strata prażenia mieści się w przedziale od 5,0 % do 7,0 % masy, maksymalna granica 7,0 % powinna być podana na opakowaniu illub na dokumentach dostawy cementu.

5.2.4.2 Popiół lotny krzemionkowy (V)

Popiół lotny krzemionkowy jest to bardzo drobny pył, złożony głównie z kulistych cząstek, mający właściwości pucolanowe. Składa się, zasadniczo, z reaktywnego dwutlenku krzemu (SiOz) i tlenku glinu (Alz03). Pozosta­łość zawiera tlenek żelaza (FeZ03) i inne związki.

Udział reaktywnego tlenku wapnia powinien być mniejszy niż 10,0 % masy a zawartość wolnego tlenku wap­nia, oznaczana metodą opisaną w EN 451-1, nie powinna przekraczać 1,0 % masy. Dopuszcza się popiół lotny, w którym zawartość wolnego tlenku wapnia jest wyższa niż 1,0 % masy, lecz niższa niż 2,5 % masy, pod warunkiem że spełnia on wymaganie dotyczące rozszerzalności (stałości objętości), która, badana zgodnie z EN 196-3 z użyciem mieszaniny 30 % masy popiołu lotnego krzemionkowego i 70 % masy cementu CEM I zgodnego z EN 197-1, nie przekracza 10 mm.

Zawartość reaktywnego dwutlenku krzemu powinna wynosić nie mniej niż 25,0 % masy.

5.2.4.3 Popiół lotny wapienny (W)

Popiół lotny wapienny jest to bardzo drobny pył, mający właściwości hydrauliczne illub pucolanowe. Składa się zasadniczo z reaktywnego tlenku wapnia (CaO), reaktywnego dwutlenku krzemu (SiOz) i tlenku glinu (Alz03) Pozostałość zawiera tlenek żelaza (FeZ03) i inne związki. Udział reaktywnego tlenku wapnia nie powinien być mniejszy niż 10,0 % masy. Popiół lotny wapienny zawierający między 10,0 % a 15,0 % masy reaktywnego tlenku wapnia powinien zawierać nie mniej niż 25,0 % masy reaktywnego dwutlenku krzemu.

Odpowiednio zmielony popiół lotny wapienny, zawierający więcej niż 15,0 % masy reaktywnego tlenku wapnia, powinien osiągać wytrzymałość na ściskanie co najmniej 10,0 MPa po 28 dniach, badaną zgodnie z EN 196-1. Popiół lotny powinien być przed badaniem rozdrobniony, a stopień zmielenia; wyrażony jako udział masy pozostałości popiołu po przesianiu na mokro przez sito 40 ~m, powinien wynosić między 10 % a 30 % masy. Zaprawę do badania należy sporządzić tylko ze zmielonego popiołu lotnego wapiennego zamiast cementu. Beleczki z zaprawy powinny być rozformowane po 48 h od zarobienia i pielęgnowane do momentu badania w wilgotnej atmosferze o wilgotności względnej co najmniej 90 %.

Rozszerzalność (stałość objętości) popiołu lotnego wapiennego, badana zgodnie z EN 196-3 przy zastoso­waniu mieszaniny 30 % masy zmielonego, jak powyżej, popiołu lotnego wapiennego i 70 % masy cementu CEM I zgodnego z EN 197-1, nie powinna przekraczać 10 mm.

UWAGA Jeżeli zawartość siarczanu (S03) w popiele lotnym przekracza dopuszczalną górną granicę dla zawartości siarczanu w cemencie, należy to uwzględnić przy wytwarzaniu cementu poprzez odpowiednie zmniejszenie zawartości składników zawierających siarczan wapnia.

5.2.5 Łupek palony (T)

Łupek palony, w szczególności łupek palony bitumiczny, wytwarzany jest w specjalnym piecu w temperaturze około 800 oC. Ze względu na skład materiału naturalnego i procesu wytwarzania, łupek palony zawiera fazy klinkierowe, głównie krzemian dwuwapniowy oraz glinian jednowapniowy. Zawiera również, oprócz niewiel­kich ilości wolnego tlenku wapnia i siarczanu wapnia większe ilości tlenków o reaktywności pucolanowej, szczególnie dwutlenek krzemu. W konsekwencji, w drobno zmielonym stanie, łupek palony wykazuje wyraż­ne właściwości hydrauliczne podobnie jakcement portlandzki oraz, dodatkowo, właściwości pucolanowe.

Odpowiednio zmielony łupek palony powinien osiągnąć co najmniej 25,0 MPa wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach, badanej zgodnie z EN 196-1. Zaprawę do badania należy przygotować tylko z drobno zmielonego łupka palonego zamiast cementu. Beleczki z zaprawy powinny być rozformowane po 48 h od zarobienia i pielęgnowane do momentu badania w wilgotnej atmosferze o wilgotności względnej co najmniej 90 %.

Rozszerzalność (stałość objętości) łupka palonego, badana zgodnie z EN 196-3 z zastosowaniem mieszani­ny 30 % masy drobno zmielonego łupka palonego i 70 % masy cementu CEM I zgodnego z EN 197-1, nie powinna przekraczać 10 mm.

UWAGA Jeżeli zawartość siarczanu (S03) w łupku palonym przekracza dopuszczalną górną granicę zawartości siarczanu w cemencie, należy to uwzględnić przy wytwarzaniu cementu poprzez odpowiednie zmniejszenie zawartości składników zawierających siarczan wapnia.

5.2.6 Wapień (L, LL)

Wapień powinien spełniać następujące wymagania:

  1. Zawartość węglanu wapnia (CaC03), obliczona z zawartości tlenku wapnia, powinna wynosić co najmniej 75 % masy.

  1. Zawartość gliny, oznaczana błękitem metylenowym zgodnie z EN 933-9, nie powinna przekraczać 1,20 g/100 g. Wapień do tych badań powinien być rozdrobniony do stopnia zmielenia około 5 000 cm2/g, oznaczanego jako powierzchnia właściwa zgod-nie z EN 196-6.

  2. Całkowita zawartość węgla organicznego (TOC), badana zgodnie z prEN 13639:1999, powinna spełniać jedno z następujących kryteriów:

- LL: nie powinna przekraczać 0,20 % masy;

- L: nie powinna przekraczać 0,50 % masy.

5.2.7 Pył krzemionkowy (O)

Pył krzemionkowy powstaje podczas redukcji kwarcu wysokiej czystości za pomocą węgla w elektrycznych piecach łukowych przy produkcji krzemu lub stopów żelazokrzemu i składa się z bardzo drobnych kulistych cząstek zawierających co najmniej 85 % masy bezpostaciowego dwutlenku krzemu.

Pył krzemionkowy powinien odpowiadać następującym wymaganiom:

  1. Strata prażenia, oznaczana zgodnie z EN 196-2, lecz przy czasie prażenia 1 h, nie powinna przekraczać 4,0 % masy.

  1. Powierzchnia właściwa (BET)niespreparowanego pyłu krzemionkowego, oznaczana zgodnie z ISO 9277, powinna wynosić co najmniej 15,0 m2/g.

Do wspólnego mielenia z klinkierem i siarczanem wapnia pył krzemionkowy może być zastosowany w swoim pierwotnym stanie lub ubity, lub zbrylony (z wodą).

5.3 Składniki drugorzędne

Składniki drugorzędne są to specjalnie wyselekcjonowane naturalne mineralne materiały nieorganiczne, mi­neralne materiały nieorganiczne pochodzące z procesu produkcji klinkieru lub składniki wyszczególnione w 5.2, jeżeli nie są one głównymi składnikami cementu.

Składniki drugorzędne, po odpowiednim przygotowaniu oraz uwzględnieniu rozkładu wymiarów ziaren, ulep­szają fizyczne właściwości cementu (takie jak urabialność lub wodożądność). Mogą one być obojętne lub mieć nie znaczące właściwości hydrauliczne, utajone hydrauliczne lub pucolanowe. Niemniej jednak nie sta­wia się im wymagań pod tym względem ..

Składniki drugorzędne powinny być odpowiednio przygotowane, czyli wyselekcjonowane, ujednorodnione, wysuszone i rozdrobnione w zależności od postaci, w jakiej są uzyskiwane lub dostarczane. Nie powinny one zwiększać wodożądności cementu, osłabiać w żaden sposób trwałości betonu lub zaprawy lub obniżać od­porności na korozję zbrojenia.

UWAGA Zaleca się podawanie, na życzenie, informacji o składnikach drugorzędnych w cemencie.

5.4 Siarczan wapnia

Siarczan wapnia jest dodawany do innych składników cementu podczas jego wytwarzania w celu regulacji czasu wiązania.

Siarczan wapnia może występować jako gips (dwuwodny siarczan wapnia, CaS04· 2HzO), półhydrat (CaS04· 1/zHzO) lub anhydryt (bezwodny siarczan wapnia, CaS04), lub jako ich mieszanina. Gips i anhydryt występują jako materiały naturalne. Siarczan wapnia jest również dostępny jako produkt uboczny pewnych procesów przemysłowych.

5.5 Dodatki

Dodatki, w rozumieniu EN 197-1, są to składniki nie wymienione w punktach od 5.2 do 5.4, dodawane w celu poprawy wytwarzania bądź właściwości cementu.

Całkowita ilość dodatków nie powinna przekraczać 1,0 % masy cementu (z wyjątkiem pigmentów). Ilość dodatków organicznych w przeliczeniu na stan suchy nie powinna przekraczać 0,5 % masy cementu.

Dodatki takie nie powinny powodować korozji zbrojenia lub pogarszać właściwości cementu lub betonu czy zaprawy wykonanej z cementu.

Gdy do cementu dodaje się domieszki stosowane do betonu, zaprawy lub zaczynów zgodne z serią norm EN 934, na workach lub w dokumencie dostawy należy podać znormalizowaną nazwę domieszki.

III. Część doświadczalna:

6. Oznaczenie składu chemicznego cementu.

6.1 Oznaczenie tlenku krzemu.

  1. zasada oznaczenia danego składu. Zasada oznaczenia polega na rozpuszczeniu próbki cementu w kw. nadchlorowym, wydzieleniu bezwodnika kw. krzemowego przez wygrzewanie próbki we wrzącym monohydracie kw. nadchlorowego, odsączeniu osadu, jego wyprażeniu i zważeniu.

  2. krótki opis oznaczenia