Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Katedra Technologii Materiałów Budowlanych Skład chemiczny i mineralny klinkieru portlandzkiego, a właściwości cementu Kraków, 2012 r.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Katedra Technologii Materiałów Budowlanych Skład chemiczny i mineralny klinkieru portlandzkiego, a właściwości cementu Kraków, 2012 r."— Zapis prezentacji:

1 Katedra Technologii Materiałów Budowlanych Skład chemiczny i mineralny klinkieru portlandzkiego, a właściwości cementu Kraków, 2012 r.

2 Plan prezentacji: 1. Wprowadzenie 3. Charakterystyka faz klinkierowych 2. Skład chemiczny i fazowy klinkieru portlandzkiego 4. Fazy występujące w małych ilościach w klinkierze 5. Wpływ faz klinkierowych na właściwości cementu 6. Podsumowanie

3 Klinkier – materiał hydrauliczny, składający się z krzemianów wapnia (alitu- C 3 S i belitu-C 2 S) oraz glinianów (C 3 A) i glinożelazianów wapniowych (C 4 AF). Wytwarzany jest przez spiekanie surowców zawierających: CaO, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 i niewielkie ilości innych materiałów. 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

4 SKŁAD KLINKIERU PORTLANDZKIEGO FAZOWYCHEMICZNY (TLENKOWY) C 3 S (3CaO. SiO 2 ) alit 55-65% CaO63-68% TLENKI PODSTAWOWE βC 2 S (β2CaO. SiO 2 ) belit 15-25% SiO % C 3 A (3CaO. Al 2 O 3 ) faza glinianowa 8-10% Al 2 O 3 4-7% C 4 AF (4CaO. Al 2 O 3. Fe 2 O 3 ) faza glinożelazianowa 8-10% Fe 2 O 3 2-4% Siarczany alkaliów: Na 2 SO 4, K 2 SO 4, KNa(SO 4 ) 2 MgO poniżej 5% TLENKI AKCESORYCZNE glinian dwunastowapniowy C 12 A 7 K2OK2O 0,1÷3% nie związany CaONa 2 O peryklaz MgO SO 3 nie związana krzemionkaTiO 2 0,2÷0,3% anhydryt CaSO 4 Mn 2 O 3 γC 2 S P2O5P2O5 faza szklista

5 Alit Oksyortokrzemian wapnia to najważniejsza faza klinkieru portlandzkiego. Jego reaktywność w stosunku do wody odpowiada za przebieg twardnienia zaczynu. Spotykane w literaturze wzory alitu przedstawiono poniżej: Ca 3 [SiO 4 ]O = Ca 2 [SiO 4 ]CaO = Ca 3 SiO 5 =3CaO. SiO 2 = C 3 S „extra” tlen zapewnia możliwość hydratacji (przyłączanie wody) Ca 3 [SiO 4 ]O = Ca 2 [SiO 4 ] + CaO alit belit tlenek wapnia CaO + H 2 O Ca(OH) 2 T I 620 º T II 920º T III 980º J I 990º J II 1060º J III 1070º R 1250º rozkład T- formy trójskośne J- formy jednoskośneR- forma romboedryczna

6 Belit Ortokrzemian wapnia to drugi (po alicie) co do ważności składnik mineralny klinkieru portlandzkiego. Dostępne w literaturze zapisy belitu są następującej postaci: Ca 2 [SiO 4 ] =2CaO. SiO 2 =C 2 S γ - Ca 2 [SiO 4 ] β - Ca 2 [SiO 4 ] formy niskotemeraturowe

7 Glinian trójwapniowy Faza glinianowa w zależności od stężenia jonów Na + w temperaturze pokojowej posiada następujące odmiany: do 1,9% mas. Na 2 O – faza regularna od 1,9 do 3,7% Na 2 O – współwystępowanie dwóch faz: regularnej i rombowej od 3,7% do 4,6% Na 2 O – faza rombowa od 4,6 do 5,9% Na 2 O – faza jednoskośna Spotykane w literaturze oznaczenia glinianu to: Ca 3 [Al 2 O 6 ]=C 3 A

8 Faza glinożelazianowa Faza ferrytowa (lub brownmilleryt) to roztwór stały, o składzie chemicznym opisanym wzorem: Ca 2 (Al x Fe 1-x ) 2 O 5, gdzie 0

9 Fazy występujące w małych ilościach w klinkierze  Peryklaz  Wolne wapno  Alkalia w klinkierze  Szkło  Domieszki

10 Peryklaz Sumaryczna zawartość tlenku magnezu w klinkierze wynosi 2%. MgO tworzy niewielkie bezbarwne kryształy regularne o sieci typu NaCl. Na duże zróżnicowanie zawartości peryklazu w produkowanych klinkierach portlandzkich wpływają dwa czynniki związane z rodzajem surowców: - stopień zdolomityzowania surowców wapiennych - stosowanie żużla wielkopiecowego jako surowca glinokrzemowego, zawierającego dużą ilość magnezu CaO bardzo powoli reaguje z wodą tworząc brucyt – Mg(OH) 2, którego objętość właściwa jest większa od objętości właściwej peryklazu, co wywołuje naprężenia w stwardniałym zaczynie cementowym Rys. 1. Ziarenka peryklazu

11 Zmiany zawartości MgO w fazach klinkierowych: alit ( ● ), belit (○), substancja wypełniająca (x), w zależności od ilości tlenku magnezu w klinkierze

12 Wolne wapno Powstaje w wyniku dekarbonatyzacji CaCO 3 i nie wchodzi w reakcje Chemiczne z innymi składnikami (SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 i SO 3 ) ze względu na błędy w przygotowaniu zestawu surowcowego np. duże uziarnienie wapienia, złe ujednorodnienie CaCO 3 T CaO + CO 2

13 Alkalia w klinkierze Alkalia występują w klinkierze głównie w formie Na 2 SO 4 (thenardyt) i K 2 SO 4 (arkanit) rzadziej jako 3K 2 SO 4. Na 2 SO 4 i 2CaSO 4. K 2 SO 4. Wykazują duże powinowactwo względem siarki, tworząc z nią siarczany. Źródłem alkaliów w klinkierze portlandzkim produkowanym w Polsce są minerały ilaste obecne w naturalnych skałach osadowych, przede wszystkim w glinach i marglach. Alkalia powodują wzrost ilości stopu klinkierowego i uwzględnianie są we wzorach na ilość fazy ciekłej w procesie klinkieryzacji

14 Szkło Faza szklista jest obecna w klinkierach portlandzkich w bardzo małych ilościach lub nie występuje wcale. Pojawia się gdy klinkieryzacja prowadzona jest w wysokich temperaturach (powyżej 1450ºC), a chłodzenie przebiega z bardzo dużą szybkością. Stwierdzono, że klinkiery zawierające mało MgO i alkaliów tworzą mniej szkła

15 Domieszki izomorficzne w fazach klinkierowych C 3 A – 13% C 4 AF – 11% C 2 S – 6% C 3 S – 4%  Na +, K +  Ca 2+, Ba 2+, Sr 2+  Cr 3+  Mn 2+  Ti 4+  P 5+  S 6+

16 SkładnikZawartość, % mas. KlinkierFaza alituFaza belituSubstancja wypełniająca V2O5V2O5 0,40,60,0 As 2 O 3 1,51,70,0 Cr 2 O 3 0,40,2-0,8 a P2O5P2O5 1,0 1,80,2 TiO 2 0,90,71,22,0 BaO0,70,31,40,2 b BaO0,30,25-0,79 c a obliczone jako różnica zawartości w klinkierze i w alicie; b w C 4 AF; c w C 3 A Rozmieszczenie składników akcesorycznych w fazach klinkierowych

17 Inne fazy występujące w klinkierze portlandzkim W klinkierach portlandzkich, obok wymienionych już faz, może występować w niewielkich ilościach: Krzemionka, stanowiąca nieprzereagowaną część ziaren kwarcu, Siedmioglinian dwunastowapniowy C 12 A 7 Fazy siarczanowe: arkanit – K 2 SO 4 thenardyt – Na 2 SO 4 langbeinit wapniowy – K 2 Ca 2 (SO 4 ) 3 aphtitalit (glaseryt) – K 6 Na 2 (SO 4 ) 4 anhydryt – CaSO 4 Związki sodu i potasu niekorzystnie wpływają na właściwości użytkowe cementów (pogorszenie właściwości transportowych, zbrylanie, fałszywe wiązanie, wykwity). Mogą w określonych warunkach stanowić również zagrożenie dla trwałości betonów.

18 Wpływ faz klinkierowych na właściwości cementu

19 Właściwości addytywne Ciepło hydratacji Szybkość wydzielania się ciepła Powierzchnia właściwa zhydratyzowanego cementu Woda biorąca udział w hydratacji Właściwości nieaddytywne Wytrzymałość Skurcz Pełzanie Zawartość składników daje pewne wskazówki co do wartości spodziewanych

20 Efekty cieplne hydratacji Ciepło hydratacji czystych składników mineralnych wynosi: Alit C 3 S: 500 J/g Belit C 2 S: 250 J/g Glinian trójwapniowy C 3 A:800 J/g Faza glinożelazianowa C 4 AF: 400 J/g

21 Ciepło hydratacji – wpływ zawartości C 3 S Wpływ zawartości C 3 S na wydzielanie się ciepła (zawartość C 3 A jest w przybliżeniu stała).

22 Ciepło hydratacji – wpływ zawartości C 3 A Wpływ zawartości C 3 A na wydzielanie się ciepła (zawartość C 3 S jest w przybliżeniu stała).

23 Wytrzymałość na ściskanie Wpływ niektórych czynników na wytrzymałość cementu portlandzkiego: Skład mineralny klinkieru Dodatki akcesoryczne (te które defektują np. Ba, Sr) Pokrój kryształów faz tworzących klinkier Stopień rozdrobnienia : - wielkość ziaren (frakcje) - powierzchnia właściwa

24 Wytrzymałość na ściskanie Przyrost wytrzymałości czystych składnik ó w wg Bogue ’ a Przyrost wytrzymałości czystych składników wg Beaudoina i Ramachandrana

25 Wpływ C 3 S na wytrzymałość na ściskanie Wpływ zawartości alitu na wytrzymałość cementu (powierzchnia właściwa cementu 3800 cm 2 /g)

26 Wpływ C 3 A na wytrzymałość na ściskanie

27 Wytrzymałość na ściskanie Przyrost wytrzymałości czystego C 3 S oraz C 3 S zawierającego dodatek 1% Al 2 O 3 w funkcji czasu Roztwory stałe: Roztwory stałe C 3 S z glinem, magnezem lub żelazem zapewniają lepszą wytrzymałość zapraw.

28 Szybkość hydratacji różnych faz C 3 A 1. C 3 A regularny 2. C 3 A + 2,4% Na 2 O regularny 3. C 3 A + 3,8% Na 2 O ortorombowy 4. C 3 A + 4,8% Na 2 O ortorombowy 5. C 3 A + 5,7% Na 2 O jednoskośny

29 Agresja siarczanowa siarczan sodu + wodorotlenek wapnia = gips V o 124 % siarczan sodu + uwodnione gliniany wapnia = ettringit V o 227 % zapobieganie ograniczenie zawartości C 3 A cement HSR niskie ciepło hydratacji maleje zdolność do wiązania chlorków

30 Agresja siarczanowa Wpływ zawartości C 3 A w cemencie na szybkość niszczenia betonu. Wymagania: np. CEM I Zawartość C 3 A ≤ 3% Al 2 O 3 ≤ 5%

31 Zdolność do wiązania chlorków Jony chlorkowe łączą się z glinianami wapniowymi tworząc sól Friedela: Chlorki (NaCl, CaCl 2 ) + C 3 A = sól Friedela (C 3 A·CaCl 2 ·10H 2 O) Chlorki wykazują znacznie mniejszą wymywalność z zaczynów o dużej zawartości C 3 A

32 Zestawienie zdjęć mikroskopowych preparatów przygotowanych z klinkierów portlandzkich

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42 Literatura: 1.W. Kurdowski – „”Chemia cementu i betonu”, PWN, Warszawa A. Neville – „Właściwości betonu”, Polski Cement, A. Bobrowski, M. Gawlicki, A. Łagosz, W. Nocuń – Wczelik – „Cement. Metody badań. Wybrane kierunki stosowania”, Wyd. AGH, Kraków 2010


Pobierz ppt "Katedra Technologii Materiałów Budowlanych Skład chemiczny i mineralny klinkieru portlandzkiego, a właściwości cementu Kraków, 2012 r."

Podobne prezentacje


Reklamy Google