ARTYKUL Wspolczesne cementy - rodzaje i zastosowanie.pdf - drogowe budowle inzynierskie I, II - poranek01

XVII OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA WARSZTAT PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI

Ustroń, 20

23 lutego 2002 r.

Wiesław Kurdowski

WSPÓŁCZESNE CEMENTY - RODZAJE, ZAKRESY

ZASTOSOWAŃ

1. Wstęp

Na właściwości dobrego betonu decydujący wpływ mają właściwości zaczynu

cementowego. Szczególnie wyraźnie zaznacza się wpływ zaczynu cementowego na

właściwości mieszanki betonowej, a mianowicie na jej właściwości reologiczne. Od nich

zależy urabialność mieszanki betonowej, jej konsystencja przy stałej zawartości w/c oraz

wzrost wytrzymałości w czasie, a więc proces wiązania i twardnienia. Wszystkie te

właściwości mają swoje odpowiedniki w charakterystyce zaczynu, która z kolei jest

zdeterminowana składem fazowym klinkieru i rodzajem cementu, a więc przede wszystkim

rodzajem i ilością dodatków hydraulicznych lub pucolanowych .

W następnej kolejności wymienić należy inne właściwości, jakimi są samonagrzewanie

się betonu w procesie twardnienia oraz skurcz w procesie suszenia, które także pozostają w

ścisłym związku z odpowiednimi cechami cementu i zaczynu, w tym przypadku ciepłem

twardnienia cementu oraz skurczem zaczynu.

W końcu odporność korozyjna betonu jest uzależniona od odporności na czynniki

korozyjne zaczynu cementowego, bowiem kruszywo należy do materiałów znacznie

odporniejszych na wpływy zewnętrzne.

2. Czynniki decydujące o właściwościach zaczynu

Omawiając czynniki, które decydują o właściwościach zaczynu cementowego trzeba w

pierwszej kolejności wymienić skład fazowy klinkieru i jego stopień rozdrobnienia.

Główny składnik klinkieru, to jest ortokrzemian trójwapniowy, określa tempo przyrostu

wytrzymałości oraz wytrzymałość po 28 dniach twardnienia zaprawy, a więc klasę cementu.

Natomiast belit ma duży wpływ na wytrzymałość późniejszą, zwłaszcza po 90 i 180 dniach

(rys. 1).

Rys. 1. Wpływ zawartości alitu na wytrzymałość zapraw

Gliniany i gliniano-żelaziany nie mają znaczącego wpływu na wytrzymałość zaczynu,

aczkolwiek niektórzy uważają, że glinian trójwapniowy wywiera korzystny wpływ na

wytrzymałość początkową.

Natomiast glinian trójwapniowy wpływa decydująco na reologiczne właściwości

zaczynu, bowiem szybko tworzy z gipsem, drugim składnikiem cementu, ettringit. Daje on

zwiększenie lepkości zaczynu pociągając za sobą konieczność zwiększenia w/c w związku z

efektem flokulacji wywołanym powstawaniem ettringitu (rys. 2).

Można rozwiązać ten problem stosując inny opóźniacz wiązania, na przykład kombinację

kwaśnego węglanu potasowego i ługu posulfitowego, tego ostatniego oczyszczonego z

domieszek cukru. Fazą hamującą reakcję C 3 A z wodą jest w tym przypadku karboglinian

wapniowy C 3 ACaCO 3 11H 2 O. Taki regulator wiązania pozwala na znaczne zwiększenie

wytrzymałości betonu.

Rys. 2. Zmiany granicy płynięcia w funkcji zawartości siarczanów

Ważne znaczenie dla reologii mieszanki betonowej mają te składniki cementu, które

modyfikują wpływ superplastyfikatorów. C 3 A odrywa tutaj ważne znaczenie i jego wzrost

wymaga zwiększenia dodatku superplastyfikatora. Cementy bogate w C 3 A lub o większym

stopniu rozdrobnienia wykazują większy wzrost lepkości mieszanki betonowej, aczkolwiek

ścisłych korelacji nie udało się uzyskać.

Poza C 3 A trzeba tutaj wymienić trzy czynniki związane z cementem:

zawartość wolnego tlenku wapniowego,

zawartość siarczanu potasu,

zawartość węgla w popiele lotnym dodawanym do cementu.

Pewna zawartość wolnego tlenku wapniowego ma korzystny wpływ na reologię

mieszanki betonowej, eliminując opóźniający wpływ plastyfikatorów na wczesny przyrost

wytrzymałości betonu.

Siarczan potasowy może wywołać przejściowy wzrost lepkości mieszanki betonowej,

związany prawdopodobnie z chwilowym powstawaniem syngenitu.

Wpływ węgla w popiele lotnym jest czysto fizyczny. Porowaty koksik, gdyż pod taką

postacią występuje węgiel w popiele, adsorbuje cząsteczki superplastyfikatora, co wiąże się

z koniecznością zwiększenia jego dodatku. Z tego względu w normach ogranicza się

zawartość węgla w popiołach lotnych do 5%.

3. Rodzaje cementów według normy PN-B-19701

W roku 1998 została wprowadzona nowa norma, która jest odpowiednikiem europejskiej

normy EN 197-1.

Dzieli ona cementy na sześć klas na podstawie wytrzymałości zaprawy normowej po 28

dniach twardnienia oraz tempa narastania wytrzymałości, które rozróżnia klasę zwykłą i

szybkotwardniejącą (litera R). Podział cementów na klasy podano w tablicy 1.

Tablica 1. Szczegółowe wymagania dotyczące właściwości fizycznych cementów wg

PN-B-19701

Wytrzymałość na ściskanie, MPa

Czas wiązania

Stałość

Klasa

wczesna po:

normowa po

początek

Koniec

objętości

dniach

7 dniach

28 dniach

min

32,5

52,5

32,5 R

42,5

62,5

42,5 R

52,5

52,5 R

Jak wynika z tej tablicy wszystkie klasy poczynając od klasy 32,5 R mają

znormalizowaną wytrzymałość po 2 dniach twardnienia. Szczególnie wysoką wytrzymałość

po tym okresie powinien osiągać cement 52,5 R, a mianowicie więcej niż 30 MPa (rys. 3).

Tylko cement 32,5 na znormalizowaną wytrzymałość po 7 dniach wynoszącą 16 MPa.

Rys. 3. Krzywa przyrostu wytrzymałości zaprawy z Cem I 52,5 i 52,5 R

Wszystkie cementy, z wyjątkiem klasy 52,5 i 52,5 R, powinny wykazywać początek

wiązania dłuższy od 1 godziny, a koniec wiązania nie powinien przekraczać 12 godzin.

Klasy o najwyższej wytrzymałości mogą osiągać krótszy czas wiązania, jednak nie krótszy

niż 45 minut, a koniec wiązania nie dłuższy od 10 godzin.

Podział cementów na rodzaje podano w tablicy 2. Podział ten wyróżnia cztery rodzaje

cementów:

•

cement portlandzki bez dodatków: Cem I,

cement portlandzki z dodatkami: Cem II,

cement hutniczy: Cem III,

cement pucolanowy: Cem IV.

Cement portlandzki z dodatkami hydraulicznymi i pucolanowymi ma właściwości

pośrednie pomiędzy cementem bez dodatków a cementami hutniczymi i pucolanowymi,

zawiera bowiem mniejszą zawartość dodatków od tych ostatnich.

Wszystkie te rodzaje cementów dzielą się na dwa podrodzaje oznaczone literami A i B, o

mniejszej i większej zawartości dodatków. I tak:

Cem II/A zawiera od 6 do 20% dodatku,

Cem II/B zawiera od 21 do 35% dodatku.

Wyjątek stanowi cement Cem II/A-D, który może zawierać jedynie od 6 do 10% dodatku

pyłów krzemionkowych. Nie ma podrodzaju B.

Większe ilości dodatków zawierają cementy hutniczy i pucolanowy. I w tym przypadku

wyróżniamy dwa podrodzaje:

Cem III/A zawiera od 36 do 65% żużla,

Cem III/B zawiera od 66 do 80% żużla,

Cem IV/A zawiera od 11 do 35% dodatku pucolanowego,

Cem IV/B zawiera od 36 do 55% tego dodatku.

Jak widać cement Cem IV/A obejmuje swoistym zakresem cementy Cem II/A i Cem II/B

z tym, że może on zawierać wszystkie rodzaje pucolan, podczas gdy w przypadku rodzajów

Cem II musi być to oznaczone odpowiednią literą. Na przykład Cem II/B - SV cement

portlandzki żużlowo-popiołowy, a udział ilościowy każdego z tych dodatków jest określony.

Osobnego omówienia wymaga dodatek wapienia. Cement z tym dodatkiem był od dawna

wytwarzany we Włoszech, a następnie we Francji. W Norwegii rozpoczęto wytwarzanie

tego cementu w celu zwiększenia odporności betonu na działanie wody morskiej. Bardzo

ważne znaczenie ma bardzo mała zawartość zanieczyszczeń w wapieniu, który nie powinien

zawierać gliny, bowiem występujące w niej kwasy humusowe mają szkodliwy wpływ na

proces hydratacji cementu. Wapień nie powinien zawierać także dolomitu, który reaguje z

alkaliami:

Mg(OH) 2 + CaCO 3 + K 2 CO 3

K 2 CO 3 + Ca(OH) 2

CaCO 3 + 2KOH

CaMg(CO 3 ) 2 + 2KOH

ARTYKUL Wspolczesne cementy - rodzaje i zastosowanie.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: