388 3

II KOMPOZYTY

i wypełniacza. RozwaJMUM dotyczą jedynie sztucznego kamienia uzyskanego / połjeżenia ze sobą cementu, kruszywa i wody Kruszywo jest mieszaniną piaiku i tniru Średnica /iam piasku wynosi od 0.1 do 2 mm. nalomiasi /wiru od 2 do

50 mm.

Cenieni i jego hydratacja

W przypadku cementu i betonu, w celu uproszczenia zapisu zwią/ków chemicznych. stosuje się oznaczenia skrótowe. W każdym cemencie są istotne cztery składniki krórc oznacza się następująco

CaO - C. AljOj - A.

SiO; -+S i H.O — H

Rozwalania rozpoczniemy od cementu portlandzkiego, który otrzymuje się przez wypalanie mieszaniny kredy (CaCO J i gliny (ALO_} ■ 2SiO_} 2H_;0) w piecu o temperaturze dochodzącej do I500°C. Produktami wypalania są

kreda + glina — C,A -f CS + C₃S

Po zmieszaniu cementu portlandzkiego z wodą zachodzi jego hydratacja powodująca wiązanie i twardnienie betonu. Należy podkreślić, ż.e twardnienie betonu jest wynikiem reakcji chemicznych, a nie schnięcia. Reakcje chemiczne zachodzące w mieszaninie cementu i wody, ze względu na złożoność, nie zostały dotychczas w pełni wyjaśnione. Upraszczając zagadnienie, można wyróżnić dwie grupy reakcji:

I) reakcje szybkie zachodzące w ciągu pierwszych 4 h i powodują, stężenie betonu. Podczas tych reakcji zachodzi hydratacja C,A, a mianowicie

CjA + 6H -* C.AH* + ciepło

2) reakcje wolniejsze, które powodują utwardzenie betonu; ich rozpoczęcie następuje po ok. 3 h od chwili zmieszania cementu z wodą, przy czym zachodzą przez ponad 100 dni; polegają one na hydratacji C₂S i C,S

2C,S + 4H -* C₃S₃H₃ + CH + ciepło 2C₃S + 6H - C₃S₂H₃ + 3CH + ciepło

Na rysunku 11.5 przedstawiono wpływ czasu na wytrzymałość cementu na ściskanie. Przez zmianę w cemencie względnej ilości C,A. C₂S i C₃S można regulować szybkość twardnienia oraz końcową wytrzymałość betonu.

Cement wysokoglinowy zawiera głównie CA oraz małe ilości C_;S lub C,S. Jego zaletą jest duża szybkość twardnienia spowodowana reakcją

CA + 10H -♦ CAH,₀ + ciepło

^ł5rr*^ft ?Ah ittoaS Odrx X»dm Czo»

RYS 115. Wpływ czasu Iłu wytrzymałoś na ictdutfue betonu wykonanego t cementu ponland/Jtiego Do twardnienia bcionu jeu konieczna woda. gdyż. beton twardnieje dzięki reakcji hydratacji, a mc schnięciu W'% M.F.. Jona l).R.H Materiały latymersklt 2. Wanta**. WNT 1996)

Wadą betonu wysokoglinowego jest to. że możr w nim zajść przemiana metastabil-nego CAH₁₀ na bardziej stabilny C_}AH_ń. Z tą przemianą jest /wiązane znaczne zmniejszenie objętości. powodujące zwiększenie porowatości i bardzo duże zmniejszenie wytrzymałości. W suchej i zimnej atmosferze zmiany są powolne. Pogorszenie wytrzymałości w ciepłej i wilgotnej atmosferze może nastąpić już po kilku tygodniach.

Beton i jego wytrzymałość

Stmkturę betonu przedstawiono schematycznie na rys. 11.6. Własności mechaniczne betonu są uzależnione od wytrzymałości osnowy, gdyż jest ona słabsza od kruszywa. Cement w porównaniu z innymi materiałami konstrukcyjnymi jest tani. jednak kruszywo jest tańsze. Dąź.y się zatem do tego, aby ilość kruszywa w betonie była możliwie największa. Z rozważań nad wypełnieniem przestrzeni pr/.cz kule wynika, że w przypadku kul tej samej wielkości najgęstszemu ich ułożeniu odpowiada stopień

Cement po hydratacji

Kruszywo

RYS. 11.8. Struktura betonu Jest on kompozytem składającym się i kruszywa (żwiru i piasku) w osnowie cementu po hydratacji

389