background image

Spoiwa hydrauliczne 

Cement-  spoiwo  hydrauliczne,  czyli  drobno  zmielony  materiał  nieorganiczny, 
który  po  zmieszaniu  z  wodą  tworzy  zaczyn  wiążący  i  twardniejący,  w  wyniku 
procesów  hydratacji,  a  który  pozostaje  po  stwardnieniu  wytrzymały  i  trwały 
także pod wodą. 
Procesy wiązania spoiw są nieodwracalne. 
Spoiwa  hydrauliczne  po  zarobieniu  wodą  wiążą  i  twardnieją  zarówno  na 
powietrzu jak i w wodzie. 
O hydrauliczności danego spoiwa decyduje skład spoiwa, na podstawie którego 
wylicza się określone moduły. 
Podstawowe  tlenki  znajdujące  się  w  klinkierze  cementowym  uszeregowane  w 
kolejności od największej do najmniejszej zawartości procentowej: 
CaO+MgO, SiO

2

, Al

2

O

3

, Fe

2

O

3

 

Moduł hydrauliczny: 

M

H

 

M

h

>4.5  dla  spoiw  wapiennych.  Dla  spoiw  hydraulicznych,  w  tym  cementu 

powszechnego użytku 
M

h

 teoret. <4.5 a prakt. 1.7-2.3 

Moduł krzemianowy: 

M

k

=

 

Teoret. 2,0 – 3,5 
Prakt. 2,4 – 2,71 
Moduł glinowy: 

M

g

=

 

 
Wartości  modułów  zależą  od  składu  cementu.  Są  ustalone  dla  klinkieru 
cementowego, a nie gotowego wyrobu.  
Klinkier  cementowy  jest  to  taka  ,,esencja  cementowa”,  bo  gotowy  cement 
zawiera dodatki w postaci popiołu, żużla i inne w znacznych ilościach (nawet do 
kilkudziesięciu procent). 
Klinkier  cementowy  jest  tym,  co  najbardziej  istotne  w  cemencie.  Powstaje                  
w  czasie  wypalania  surowców  w  maksymalnej  temperaturze,  czyli  1400,  a 
nawet 1450

o

Procentowe  proporcje  poszczególnych  tlenków,  czyli  moduły  mają  wyraźny 
wpływ na właściwości techniczne gotowych cementów. 
Moduł hydrauliczny M

h

 zawarty w górnych granicach: 

- szybszy przyrost wytrzymałości na ściskanie f

ci

 

- ogólnie wzrost wytrzymałości f

cm

, szczególnie w początkowym okresie 

- obniżenie odporności na korozję siarczanową 
Moduł krzemianowy M

k

- przy niskim M

k

 wzrost szybkości wiązania 

- przy wysokim M

k

 mała szybkość wiązania 

background image

Moduł glinianowy M

g

- mała wartość modułu ok. 1 – obniża skurcz, jest to cecha pozytywna 
- zwiększa odporność na korozję siarczanową 
-  większa  wartość  modułu  M

g

  powoduje  wzrost  szybkości  wiązania-  cement 

kaloryczny- wydziela dużo ciepła w czasie wiązania. 
Moduły mają wyraźny wpływ na właściwości techniczne gotowych cementów. 
Surowce do produkcji cementu portlandzkiego: 
- podstawowe- 80-85% wapienie i 10-20% glina lub margle- czyli skały będące 
mieszaniną wapieni i glin, 
- SiO

2

 

- Fe

2

O

3

 

Podstawowe operacje technologiczne to: 
- urabianie i rozdrabnianie wstępne surowców skalnych i mieszanie składników 
- odważanie poszczególnych składników i powtórne mielenie 
- wypalanie w piecu obrotowym 
- mielenie produktu wypalanego- klinkieru z domieszką gipsu (do 5%) 
Dobry gips do produkcji cementu to: 
CaSO

4

∙2H

2

O- kamień gipsowy lub CaSO

4

- anhydryt 

Niedobry gips do produkcji cementu to: 
CaSO

4

∙1/2 H

2

O- gips budowlany 

Proces produkcyjny może być prowadzony dwiema metodami: 
- suchą- wady to pylenie, większa alkaliczność cementu, więcej ∑ K

2

O+Na

2

-  mokrą-  zalety  to  łatwość  mieszania  i  transportu,  ale  kosztowne-  dużo  energii 
na odparowanie wody, czyli energochłonne 
W procesie wypalania powstają minerały bezwodne, które zawierają w/w tlenki 
związane w postaci minerałów. Minerały: 
- krzemiany wapnia 
- gliniany wapniowe 
- glinożelaziany wapniowe 
Wzory  minerałów  są  przedstawione  w  postaci  tlenkowej,  którym  w  technice 
nadano symbol: 
CaO – C ; SiO

2

 – S ; Al

2

O

3

 – A ; Fe

2

O

3

 – F ; H

2

O – H ; SO

3

 – Š ; Ca(OH)

2

 – CH 

Wiązanie cementu zachodzi w czasie reakcji hydratacji i hydrolizy. 
Hydroliza-  reakcja  podwójnej  wymiany  między  solą  i  wodą,  w  wyniku  czego 
powstaje  kwas  i  zasada,  roztwór  przyjmuje  odczyn  tego  związku,  który  jest 
bardziej  zdysocjowany.  W  cemencie  po  przyłączeniu  wody  powstają  nowe 
produkty  zasady.  Odczyn  jest  zasadowy,  bo  powstaje  Ca(OH)

2

-  dobrze 

zdysocjowany. 
Hydratacja- uwodnienie, łączenie wody z cementem. 
Wiązanie  cementu  to  głównie  reakcja  hydratacji  i  hydrolizy  głównych 
minerałów z wodą. Reakcje wiązania są samorzutne i egzotermiczne. 

1)

 

2x C

3

S + 6H → C

3

S

2

H

3

 + 3CH + Q

1

 

2)

 

2x C

2

S + 4H → C

3

S

2

H

3

 + CH + Q

2

 

background image

3)

 

C

3

A + 6H → C

3

AH

6

 + 3FH + Q

3

 

4)

 

C

4

AF + 7H → C

3

AH

6

 + CFH + Q

4

 

Podczas wiązania wydzielają się różne ilości ciepła. Q

3

>Q

1

>Q

4

>Q

2

 

Gips reaguje z glinianem trójwapniowym i powstaje ettringit (sól Candlota)  
3CaO∙ Al

2

O

3

+ 3CaSO

4

∙ 2H

2

O+ 26H

2

O→ 3CaO∙ Al

2

O

3

∙ 3CaSO

4

∙ 32H

2

Ilość  ∑Na

2

O+  K

2

O-  powinna  być  ograniczona,  mniejsza  od  1%,  bo  powoduje 

tzw. korozję alkaliczną kruszywa w betonie. Jeżeli stosuje się takie kruszywa to 
∑Na

2

O+ K

2

O< 0,6% 

Jednym z cementów użytku powszechnego jest cement hutniczy. 
Właściwości techniczne cementu hutniczego zależą od jego modułów. 
Moduł zasadowy: 

M

z

=

> 0,95 

Moduł krzemianowy: 

M

k

=

= 2 ÷ 5 

Podstawowym tlenkiem zawartym w żużlach jest CaO- ok. 50% 
Właściwości cementu hutniczego: 
- wolniej twardnieje w czasie pierwszych dni i tygodni (wada) 
- ma większą odporność na korozję kwasową i siarczanową (zaleta) 
- jest nieodporny na wysychanie, betony wymagają dłuższej pielęgnacji wodą 
- nie można go stosować w temp. 5

o

C i naparzać, ale jest tańszy (zaleta) 

Cement  glinowy.  W  Polsce  produkuje  się  tylko  1%  tego  cementu.  Głównymi 
składnikami są gliniany wapnia: 
3CaO∙ Al

2

O

3

 ; CaO∙ 2Al

2

O

3

 ; 5CaO∙ 3Al

2

O

3

  

W cemencie portlandzkim jest tylko 3CaO∙ Al

2

O

3

 

Cechy charakterystyczne cementu glinowego: 
-  czas  twardnienia  krótszy  niż  portlandzki,  bo  hydratacja  glinianów  bardziej 
kaloryczna 
- po 24 h uzyskuje się 70-80% wytrzymałości 28-dniowej 
- odporny na działanie wód agresywnych zawierających jony siarczanowe 
-  nie  zawiera  alitu  ani  belitu,  czyli  w  procesie  wiązania  nie  wydziela  się 
Ca(OH)

2

,  który  jako  związek  silnie  zasadowy  jest  nieodporny  na  działanie 

kwasów. 
Cement  glinowy  ma  charakter  amfoteryczny,  tzn.  jest  odporny  na  działanie 
kwasów i zasad o niewielkich stężeniach. 
Do  spoiw  hydraulicznych  należy  wapno  hydrauliczne  (odróżnić  od 
hydratyzowanego Ca(OH)

Cementy mają M

h

= 2-2,4 

Wapno hydrauliczne M

h

<3,5 

Wytrzymałość na bazie wapna hydraulicznego od kilku do 12MPa. 
Cement hydrotechniczny- ekspansywny. 
Rozszerzanie cementów hydrotechnicznych wynika z reakcji: 
3CaO∙Al

2

O

3

+ 3CaSO

4

∙2H

2

O→ 3CaO∙Al

2

O

3

∙ 3CaSO

4

∙ 32H

2

background image

Powstaje związek o zwiększonej objętości. 
Cementy  hydrotechniczne  w  procesie  wiązania  rozszerzają  się,  co  wynika  z 
określonego  ściśle  regulowanego  większego  od  5%  dodatku  gipsu  i  kaolinu 
wypalonego w temperaturze 800

o

C. 

Gips  jest  regulatorem  wiązania  większości  cementów,  co  powoduje  powyżej 
zachodząca  reakcja,  a  w  cementach  hydrotechnicznych  reguluje  też  wzrost 
objętości.  
Jest  to  cecha  szczególnie  ważna  przy  usuwaniu  uszkodzeń  betonu  (plomby 
betonowe).  Gdyby  ten  element  w  czasie  wiązania  się  kurczył  to  betonowe 
plomby wypadłyby z konstrukcji. 
Właściwości techniczne cementu. Rodzaje cementu powszechnego użytku. 
Z cementu można otrzymać materiały: 
Zaczyn= cement+ woda 
Zaprawa= cement+ woda+ kruszywo drobne (piasek 0-2) 
Mieszanka  betonowa  po  stwardnieniu-    BETON=  cement+  woda+  kruszywo 
drobne+ kruszywo grube 
Cementy dzielą się na: 

1)

 

Rodzaje  zależą  od  składu  chemicznego,  jakościowego  i  ilościowego 
cementu.  Wyróżnia  się  4  rodzaje  cementu  powszechnego  użytku  o 
symbolach: CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV, CEM V 

Dodatkowe symbole w cemencie: 
NA- niskoalkaliczny- o niskiej zawartości tlenków 
HSR- cementy odporne na siarczany 
LH- cementy o niskim cieple hydratacji 
Pucolana-  materiał  pochodzenia  naturalnego  (np.  wulkanicznego)  lub  skały 
osadowe, składający się w przeważającej ilości z aktywnej krzemionki. 
Pucolany  zarówno  naturalne  jak  i  przemysłowe  same  nie  wiążą,  ale  po 
zmieszaniu  z  H

2

O  i  cementem  reagują  z  Ca(OH)

2

  powstającym  w  czasie 

wiązania alitu i belitu dając związek o określonej wytrzymałości.  

2)

 

Klasa cementu- wytrzymałość na ściskanie próbek zaprawy normowej po 
28 dniach wiązania i twardnienia. Rozróżnia się 6 klas cementu: 

32,5  32,5R   

42,5   

42,5R  

52,5   

52,5R 

Przygotowanie  zaprawy  normowej  i  próbek  do  badania  na  wytrzymałości  na 
ściskanie do oceny klasy cementu. 
Skład  ilościowy  zaprawy  normowej  jest  stały  i  ściśle  określony  we  wszystkich 
laboratoriach UE. 

Cement : kruszywo : woda 

      450    :  1350       : 225 

Kruszywo normowe= piasek normowy 0-2, zawiera 98% SiO

2

 

Zastosowanie: 

1)

 

Do wyrobu prefabrykatów- płyt gipsowych. 

2)

 

Do  tynków  wewnętrznych.  Do  zewnętrznych  nie  używa  się,  bo  jest 
wrażliwy na wilgoć. 

background image

3)

 

Jako materiał sztukatorski, rzeźbiarski. 

4)

 

Do wyrobów sztucznych marmurów, tzw. STIUKÓW. 

5)

 

Do napraw rys i pęknięć, bo zwiększa swoją objętość. 

Stiuk-  masa  wykonana  z  zaprawy  gipsowo-  wapiennej  z  dodatkiem  pyłu 
marmurowego  i  piasku,  jedno  lub  wielobarwna  i  stosowana  do  detali 
architektonicznych i sztukaterii. 
Barwa-  dodatek  różnych  tlenków  barwnych  np.  żelaza,  kobaltu,  niklu  lub 
chromu. 

6)

 

Do zapraw murarskich nienarażonych na działanie wody. 

7)

 

Do układania jastrychowych posadzek lub bezspoinowych podkładów.