Modul 2 - hlavní věci

O


- výsledné vlastnosti - zejm. pevnosti a odolnost proti působení vody jsou závislé na poměru obsahu volného CaO a hydraul. složek
- hydraulická vápna podle pevnosti po 28 dnech:
HL 2 v tlaku 2 MPa
HL 3,5
HL 5
Vysoce hydraulická vápna vykazují vyšší pevnosti, vyšší přilnavost k podkladu a lepší odolnost ve vodním prostředí.
Pucolány - spolu s vápnem vytvářejí pojivo, které je po zatvrdnutí stálé ve vlhkém i vodním prostředí
- pucolán = křemičitý nebo křemičito-hlinitý materiál, který sám o sobě má malé nebo žádné pojivé vlastnosti, ale pokud je v jemně mleté formě a v přítomnosti vlhkosti, reaguje s Ca(OH)2 při běžných teplotách za tvorby sloučenin s významnými pojivými vlastnostmi
pucolány podle původu vzniku: a) přírodní
b) technogenní

přírodní pucolány - buď vulkanického (tufy) nebo sedimentárního (tufity, křemelina) původu, vyvřeliny
technogenní - jemně mlety
- cíleně připravovány pálením jílových surovin kaolinitického typu - nejčastěji používám kaolin
pucolánová aktivita = schopnost reakce pucolánového materiálu s Ca(OH)2 za běžných teplot (20oC)

- pucolány neobsahují žádné nebo jen velmi malé množství CaO, tím se liší od hydraulických příměsí, které vápenaté sloučeniny obsahují, např. vysokopecní struska
Portlandský cement (p-cement)
- práškové hydraulické pojivo, tvořené jemně mletým křemičitanovým slínkem a zpomalovačem tuhnutí
- tvrdne za vzniku velmi pevné hmoty, která je stálá na vzduchu i pod vodou
- vysoká pevnost v tlaku
- malá pevnost v tahu za ohybu a malá odolnost proti působení agresivních látek
- založen na křemičitanovém slínku
suroviny - omezen obsah MgO - max. 6% - nebezpečí hořečnatého rozpínání
- poměr složek CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 musí být takový, aby veškerý přítomný CaO zreagoval na sloučeniny schopné hydraulického tvrdnutí, tzv. slínkové minerály
výroba: „mokrý“ způsob - vytvoření surovinového kalu s 33-40% vody
- způsob je energeticky náročný ( vodu je nutno odpařit
„suchý“ způsob - zavlhlá směs se před vstupem do pece vysuší
- v současné době všechny naše cementárny pracují v režimu suchého zp. výroby

rotační pec - ocelová roura s žáruvzdornou vyzdívkou o délce asi 120 - 180m, průměr=6m a sklon 7o

těžba surovin ( vápenec, jíly ( příprava směsi, zákl. suroviny + korekční složky ( pálení suroviny na 1470oC, výroba slínku ( chlazení a odležení slínku ( mletí slínku - se sádrovcem (portlandský cement), s dalšími složkami (směsné cementy) ( portlandský nebo směsný cement
- 1350oC = mez slinutí - slinování a tvorba C3S
- chlazení slínku musí být velmi rychlé
- následně se mele se sádrovcem, který je regulátorem tuhnutí cementu
- o vlastnostech cementu nerozhoduje chem. složení, ale obsah slínkových minerálů
chemické složení portlandského slínku:
CaO + SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 ( C3S + C2S + C3A + C4AF
z vápence z jílů z hlín slínek
- ALIT - C3S - vysoká hydraulická aktivita, rychlá reakce s vodou
- nositelem počátečních i konečných pevností
- BELIT - β-C2S - opožděná reakce s vodou, přispívá ke konečným pevnostem
- TRIKALCIUMALUMINÁT - C3A - ve skelné fázi, nejrychlejší reakce s vodou
- BROWNMILLERIT - C4AF - ve skelné fázi
- VOLNÉ CaO
tuhnutí a tvrdnutí cementu
fyzikální děje - změna stavu z plastického do pevného
- vznik pevného produktu - cementový tmel
chemické děje - hydrolýza s následnou hydratací
- slínkové minerály hydratují za vzniku CSH gelů + CAH sloučenin

- trikalciumsilikát C3S (3CaO.SiO2)
2(3CaO.SiO2) + 6H2O ( 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
CSH gel
- dikalciumsilikát C2S (2CaO.SiO2)
2(2CaO.SiO2) + 4H2O ( 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
- trikalciumaluminát C3A (3CaO.Al2O3)
3CaO.Al2O3 + 6H2O ( 3CaO.Al2O3.6H2O
- reakci je nutno zpomalit - požívá se sádrovec:

ettringit
kinetika hydratace (tuhnutí) - závisí na teplotě, velikosti částic, přísadách
teplota - zvýšením se zvyšuje rychlost reakce
- pod 5oC se hydratační reakce téměř zastavují, z toho důvodu se nedoporučuje provádět betonářské práce
velikost částic cementu - ovlivňuje měrný povrch
- jemně mleté cementy mají k dispozici pro reakci větší povrch ( reakce probíhá rychleji, zrna cementu zcela hydratována
- u hrubě mletých cementů nacházíme zbytky nereagovaných zrn i po 50 letech
přísady - ke zpomalení hydratace je možno použít řadu org. látek
- urychlení hydratace - CaCl2, CaNO3
- CaCl2 se nesmí používat do ocelí vyztuženého betonu kvůli možnosti koroze
hydratační teplo - každý ze slínkových minerálů vyvíjí jiné množství hydratačního tepla
C3A 1144
C3S 517
C4AF 418
β-C2S 262
volné vápno CaO 1160
- průběh vývinu hydratačního tepla p-cementu:

- cementy s vyšším hydr. teplem se využívají pro betonování při nízkých teplotách
- pro aplikace betonu, kdy se v krátké době betonují velké bloky je velký vývin hydr. tepla závadný
- hydratační teplo lze ovlivnit: - úpravou mineralogického složení cementu, měrným povrchem, vodním součinitelem, přísadami a příměsemi, teplotou
- snížení množství hydratačního tepla lze dosáhnout snížením obsahu minerálu C3A, který vyvíjí nejvíce tepla
- některé druhy cementů mají obsah tohoto minerálu snížen (silniční cement, C3A < 8%)
- velikost měrného povrchu ovlivňuje průběh reakce, tedy i vývin hydr. tepla za 28 dní
- s rostoucím vodním součinitelem klesá rychlost vývinu hydr. tepla
- použitím urychlujících přísad se vývin hydr. tepla zrychlí, zpomalující přísady jej zpomalí
- nahradí-li se část cementu příměsemi (struska, popílek), vyvine se jen takové množství hydr. tepla, které odpovídá přítomnému množství cementu
vodní součinitel - poměr záměsové vody k cementu
v/c pohybuje se okolo 0,20
- běžná hodnota je při použití plastifikátorů 0,4-0,5
- bez 0,55-0,65
složení cementového tmelu:
pevná fáze - hydratované slínkové minerály, krystaly Ca(OH)2 [portlandit], zbytky hydratovaných cementů
kapalná fáze - roztok, obsahující rozpuštěný Ca(OH)2 (pH=12,45)
plynná fáze - vzduch uzavřený v kapilárních a technologických pórech
póry v cementovém tmelu:
gelové (2-4 nm) - neprůtočné pro vodu
kapilární (0,01-10 ) - vznikají odpařením vody, která se nespotřebovala na hydrataci
technologické (0,05-2 mm) - vytvářejí se uzavřením vzduchu při technolog. zpracování
- někdy tvořeny záměrně
- při výrobě 1 t p-cementu se uvolní do atmosféry při mokrém způsobu výroby 1,1 t CO2 a při suchém 0,89 t ( asi 7% světové produkce emisí CO2 připadá na výrobu cementu
Hlinitanový cement - hydraulické pojivo s vysokým obsahem hlinitanů vápenatých
- obsahuje čisté vápence a bauxit
- výpal při 1600oC
hlavní slínkové minerály - CA, CA2
- velmi rychle reagují s vodou, hydratované sloučeniny poskytují vysoké počáteční pevnosti
- uvolňuje se velké množství hydr. tepla
- tuhé produkty zaujmou pouze 38% původního objemu
- výrazné snížení pevností
- nesmí se používat jako konstrukční materiál
- vysoká odolnost v žáru




BC01 M02