Katedra Technologii Materiałów Budowlanych

WŁAŚCIWOŚCI SPOIW MINERALNYCH

Kraków, 2012 r.

Plan prezentacji:

1. Podział spoiw mineralnych

2. Definicja i składniki cementu

3. Skład chemiczny i fazowy klinkieru portlandzkiego

4. Właściwości fizyczne i mechaniczne

cementów powszechnego użytku

5. Cechy chemiczne cementów powszechnego użytku

6. Wybrane cementy specjalne

Podział spoiw mineralnych Spośród współczesnych hydraulicznych mineralnych materiałów wiążących wymienić należy przede wszystkim następujące rodzaje spoiw:

a) Cementy powszechnego użytku, stanowiące przedmiot normy PN-EN 197-1:2012

- CEM I - CEM II - CEM III - CEM IV - CEM V b) Cementy specjalne, spełniające wymagania normy PN-B-19707*

- cement o wysokiej odporności na siarczany – HSR - cement niskoalkaliczny – NA c) Cementy specjalne o bardzo niskim cieple hydratacji – VLH,

będące przedmiotem normy PN-EN 14216:2005

- cementy hutnicze – VLH III/B i VLH III/C - cementy pucolanowe – VLH IV/A i VLH IV/B - cementy wieloskładnikowe – VLH V/A i VLH V/B

* Norma ta stanowi krajowe uzupełnienie PN-EN 197-1:2012

d) Cementy o niskiej wytrzymałości wczesnej: - cementy hutnicze o niskiej wytrzymałości wczesnej – PN-EN 197-4:2005

- cementy murarskie – PN-EN 413-1:2011

- spoiwa hydrauliczne do zastosowań niekonstrukcyjnych – PN-EN 15368+A1:2010

e) Cementy supersiarczanowe – PN-EN 15743:2010

f) Hydrauliczne spoiwa drogowe - szybkotwardniejące hydrauliczne spoiwa drogowe RHRB – prEN 13282-1:2010

- hydrauliczne spoiwa drogowe o normalnym czasie twardnienia NHRB – prEN 13282-2:2010

g) Cement glinowo-wapniowy – PN-EN 14647:2007 oraz PN-EN 14647:2007/AC:2007

h) Wapno hydrauliczne – PN-EN 459-1:2010

- naturalne wapno hydrauliczne NHL - wapno hydrauliczne (sztuczne) HLi) Cement romańskij) Spoiwa żużlowo-alkaliczne

Podział spoiw mineralnych cd.

Cement – jest to spoiwo hydrauliczne, tj. drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą daje zaczyn, wiążący i twardniejący w wyniku reakcji i procesów hydratacji, który po stwardnieniu pozostaje wytrzymały i trwały także pod wodą [wg normy PN-EN 197-1].

Cement – jest to spoiwo hydrauliczne, tj. drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą daje zaczyn, wiążący i twardniejący w wyniku reakcji i procesów hydratacji, który po stwardnieniu pozostaje wytrzymały i trwały także pod wodą [wg normy PN-EN 197-1].

SKŁAD CEMENTU

SKŁADNIKI GŁÓWNE

SKŁADNIKI DRUGORZĘDNE

SIARCZAN(VI) WAPNIA

„DODATKI”<1% masy cementu

Specjalnie dobrane

materiały nieorganiczne,

których udział w stosunku do

sumy pozostałych składników

przekracza 5% masy

Materiały nieorganiczne

wprowadzane do cementu w ilości nie przekraczającej 5%,

np. granulowany żużel wielkopiecowy

Dodatek do innych składników cementu

podczas jego wytwarzania, spełniający rolę regulatora

czasu wiązania. Może występować jako gips,

półhydrat lub anhydryt lub jako ich mieszanina.

Komponenty cementu (poza składnikami

głównymi, drugorzędnymi i siarczanowymi), modyfikujące jego

właściwości w trakcie wytwarzania lub stoso-

wania, np. środki powie-rzchniowo czynne

ułatwiające mielenie

Wymagania dotyczące właściwości mechanicznych i fizycznych cementów powszechnego użytku (PN-EN 197-1:2012)

Klasa wytrzymało

ści cementu

Wytrzymałość zaprawy cementowej na ściskanie (PN-EN 196-1:2012)

Początek czasu

wiązania (PN-EN 196-3),

mm

Stałość objętości (PN-EN 196-3),

mm

Wytrzymałość wczesna Wytrzymałość normowa po 28 dniachPo 2

dniachPo 7

dniach

32,5 L* - ≥12,0

≥32,5 ≤52,5 ≥75

≤10

32,5 N - ≥16,0

32,5 R ≥10,0 -

42,5 L* - ≥16,0

≥42,5 ≤62,5 ≥6042,5 N ≥10,0 -

42,5 R ≥20,0 -

52,5 L* ≥10,0 -

≥52,5 - ≥4552,5 N ≥20,0 -

52,5 R ≥30,0 -

* Klasy wytrzymałości cementów definiowane tylko w przypadku cementów hutniczych CEM III

Wymagania dotyczące cech chemicznych cementów powszechnego użytku

Cementy specjalne

Norma PN-B-19707 zalicza do cementów specjalnych ich następujące rodzaje:

• cement odporny na siarczany- HSR (ang. High Sulphate Resistant), którego rozszerzalność liniowa po przetrzymywaniu przez 52 tygodnie w roztworze Na2SO4 powinna być mniejsza od 0,5%,

• cement o bardzo niskim cieple hydratacji- VLH (Very Low Heat), który w metodzie semiadiabatycznej powinien wykazywać po 41h ciepło mniejsze od 220 J/g, a w przypadku CEM IV i V te samą wielkość po 7 dniach,

• cement o małej zawartości alkaliów (sodu i potasu) in. cement niskoalkaliczny - NA , przy czym w przypadku CEM I, II, IV i V Na2Oe ≤ 0,60%, a w przypadku cementów hutniczych rośnie od 0,95% poprzez 1,10% do 2% odpowiednio dla CEM II/B-S i CEM III/A oraz (B,C).

W. Kurdowski i Sorrentino zaliczają do cementów specjalnych te, których właściwości nie są określone w wymaganiach normowych, a posiadają szczególne zastosowania. Wytwarzane są one często w niekonwencjonalny sposób lub też z nietypowych surowców.

Cement glinowy

Cement glinowy otrzymywany jest dwoma metodami:

• przez spiekanie lub topienie mieszaniny wapienia z boksytem lub wodorotlenkiem glinu, zależnie od dopuszczalnej ilości zanieczyszczeń w produkcie (metoda firmy Lafarge).Przy większej zawartości Fe2O3 spiekanie jest bardzo utrudnione.

• przez spiekanie klinkieru w piecach obrotowych (metoda rozwinięta w Stanach Zjednoczonych).

Skład chemiczny cementu glinowego jest zwykle następujący: po około 40% tlenku glinu i wapnia, około 15 tlenku żelaza (III) i tlenku żelaza (II) oraz około 5 % krzemionki. W niewielkich ilościach obecne są również tlenki tytanu i magnezu oraz alkalia.

Charakterystyczną cechą cementu glinowego jest szybki przyrost wytrzymałości w pierwszych dniach po użyciu i podwyższona odporność na działanie

wyższych temperatur. Może być stosowany podczas betonowania zimą.

Cement Sorela

Cement Sorela - mieszanina stężonego roztworu chlorku magnezu MgCl2 i tlenku magnezu MgO, z której powstają tlenochlorki o zmiennym składzie, co daje efekt tężenia.

Obrazowo przedstawiają to reakcje:

5 MgO + MgCl2 + 3H2O 2[Mg3(OH)5Cl.4H2O]

3 MgO + MgCl2 + 11H2O Mg2(OH)3Cl.4H2O

Cement Sorela nie posiada właściwości hydraulicznych, wyróżnia się za to dużą wytrzymałością i dużym modułem sprężystości oraz odpornością na ścieranie i ogniotrwałością.

Cement romański W wyniku szeregu prób, w Anglii w 1796 r. uruchomiono pierwszą

wytwórnię wapna hydraulicznego nazywanego cementem romańskim

Wapno hydrauliczne – spoiwo hydrauliczne mineralne o barwie szarej lub żółtawej otrzymywane z margli lub wapieni marglistych zawierających od 6 do 20% domieszek gliniastych lub wapieni krzemiankowych przez wypalenie ich w temperaturze od 900 do 1100 °C, zgaszenie na sucho (czyli dodanie niewielkiej ilości wody) i zmielenie.

Cementy kolorowe• Zabarwienie cementu wynika z absorpcji światła w widzialnej części

widma, co jest związane z obecnością jonów metali przejściowych

• Znaczący wpływ na zabarwienie cementu białego mają tlenki żelaza i domieszka TiO2

• Z cementu białego można wytwarzać cementy kolorowe, poprzez mieszanie go w specjalnych mieszarkach z barwnikami mineralnymi, najczęściej tlenkami metali w ilości od 1 do 5%. Inna metodą otrzymywania cementów kolorowych jest wytwarzanie klinkierów kolorowych.

Cementy ekspansywne

• Cement ekspansywny - cement, który pęcznieje w trakcie twardnienia. Istnieje kilka sposobów jego otrzymania: np. zmieszanie cementu portlandzkiego lub cementu glinowego z składnikiem ekspansywnym, użycie domieszek przyspieszających narastanie wytrzymałości, użycie gotowych mieszanek szybkotwardniejących oraz obróbka cieplna betonu

• Cement ekspansywny jest stosowany między innymi do zalewania ubytków, otworów na śruby w konstrukcjach betonowych. Dawniej używany był do zalewania pęknięć.

• Przemysłowo produkuje się cementy ekspansywne opierające się na reakcji powstawania ettringitu - znane jako cementy K, M i S.

1. cement K zawiera, jako źródło jonów glinu, fazę C4A3S, zwana kompleksem Kleina, a matryc ę stanowi cement portlandzki

2. cement M jest mieszanina cementu portlandzkiego z cementem glinowym lub żużlem glinowym i gipsem

3. cement S jest cementem portlandzkim o zwiększonej zawartości C3A i dużym dodatku gipsu

Cementy szybkotwardniejące i szybkowiążące Cementy szybkotwardniejące

powstają w wyniku mieszania odpowiednich składników, z których jest wypalany klinkier, względnie z dodania do gotowego cementu domieszek przyspieszających uzyskanie podwyższonej wytrzymałości.

Ich cel to uzyskanie produktu wiążącego, który można poddawać obciążeniom po stosunkowo krótkim czasie, nawet po jednym dniu.

Zastosowanie: Mogą być stosowane np. do

mocowania futryn, krat, poręczy, zawiasów.

Cementy szybkowiążące stosowane są do osuszania ścian zbiorników i mocowania uchwytów, osadzania okiennic oraz w pracach instalacyjnych.

Właściwości cementu szybkowiążącego:– odporny na działanie czynników

atmosferycznych– po stwardnieniu mrozoodporny– szybkowiążący (wysoka wczesna

wytrzymałość)– łatwy w przygotowaniu do użycia

Zastosowanie:– na zewnątrz i do wnętrz– do wszelkich robót montażowych– do osadzania kołków i kotew– do mocowania rur, bram garażowych,

drzwi, okien,– konstrukcji stalowych, instalacji

elektrycznych,– maszyn, balustrad