TEORIJA I TEHNOLOGIJA BETONA

2. i 3. predavanje

CEMENT

parametri temperatura pe?enja i kem. sastav sirovine

Cement

CEMENT (lat. caementum - zidarski kamen) skupno ime za sve vrste

hidrauli?nih veziva.

CEMENT je hidrauli?ko vezivo, to zna?i fino mljeveni anorganski materijal

koji, pomijean s vodom, daje cementno vezivo koje procesom hidratacije

vee i otvrdnjava, te nakon otvrdnjavanja ostaje postojanog volumena

??????????????????. (ENV 197-1 /2/)

PORTLAND CEMENT hidrauli?ni je cement proizveden mljevenjem

klinkera u prah, kojeg sa?injavaju uglavnom hidrauli?ki kalcij silikati

uz istovremeno mljevenje i homogenizaciju s jednim ili vie oblika

kalcijeva sulfata. (ASTM C 150-94 /1/)

Portland cement

PORTLANDSKI KAMEN

q 1756. god. John Smeaton - vezivo od vapna s dodatkom gline

q 1824. god. Joseph Aspdin - proizvodi cement kojeg naziva Portland cementom

q 1877. god. specifikacija proizvodnje u Njema?koj

PORTLAND CEMENT

Proizvodnja cementa u svijetu

1995. godina

1.420 mld. tona

2005. godina

2.310 mld. tona

2009. godina

3.074 mld. tona

Potronja cementa prema vrstama konstrukcija

20,8%

25,7%

25,6%

9,7%

9,9%

8,4%

?????????????

?????????

Odravanje i sanacije

Stambene zgrade

Ceste i mostovi

Poslovne zgrade

Ostalo

Sirovine za proizvodnju cementa

OSNOVNE SIROVINE

ZA PROIZVODNJU CEMENTA

vapnena komponenta

glinena komponenta

vapnenac (najvie CaO)

kreda

lapor

KALCIT

KREDA GLINA

glina

(najvie SiO2)

korekcijske komponente

piritna zgura

eljezna ruda

kvarcni pijesak

priprema sirovina

mljevenje i mijeanje

proces zagrijavanja

???????????????

skladitenje i pakiranje

portland cement

usitnjavanje, mljevenje, suenje, homogenizacija

Tehnologija proizvodnje portland cementa

1 1

2predgrijavanje, pe?enje u rotacijskoj pe?i2

3

4mljevenje, dodavanje gipsa, mijeanje

4

5

suhi postupak

mokri postupak

Tehnologija proizvodnje portland - cementa

DROBILICA SIROVINE

1. faza: priprema sirovina

SILOS SIROVINSKOG MATERIJALA

TORANJ ZA PREDGRIJAVANJE SIROVINSKOG BRANA

2. faza:

proces zagrijavanja

ROTACIJSKA PE?

3. faza: pro????????????

POSTROJENJE ZA ?????????????????

KLINKER

4. faza:

mljevenje i mijeanje klinkera

MLIN ZA KLINKERMLIN ZA KLINKER

5. faza: skladitenje i pakiranje

POSTROJENJE ZA PAKIRANJE CEMENTA

SILOSI ZA CEMENT

zapamti! sirovina PC klinker cement

Proizvodnja cementa

Zahtjevi za cement

Proizvodnja i primjena cementa mora biti pod stalnom kontrolom.

Kontrola obuhva?a sljede?a ispitivanja:

q kemijskog i mineralnog sastava (% oksida % minerala)

q mehani?kih svojstava

q fizikalnih svojstava

Sastav, svojstva, postupci uzimanja i pripreme uzoraka i ispitivanja

pojedinih svojstava dani su u normama.

Mehani?ki zahtjevi za cement ?vrsto?a

Normirana ?vrsto?a

q tla?na ?vrsto?a ispitana nakon 28 dana starosti prema normi HRN EN 196-1:2003

q osnovno svojstvo cementa prema ???????????????????????????vrsto?e

Razredi ?vrsto?e ovise o minimalnim tla?nim ?vrsto?ama cementa:

HRN EN 197-1/A1:2003

22,5; 32,5; 42,5; 52,5 [N/mm2]

Rana ?vrsto?a

q tla?na ?vrsto??????????????????2 i 7 dana starosti prema normi HRN EN 196-1:2003

q svaki razred normiranih ?vrsto?a obuhva?a dva razreda rane ?vrsto?e

q kod cemenata sa zgurom, niskih po?etnih ?vrsto?a, oznaka je L

obi?na (normal)brza

(rapid)

q ispituje se na 3 normirana uzorka (dim. 40 x 40 x 160 mm)??????????

prema normi HRN EN 196-1:2003

q najprije se ispituje vla?na ?vrsto?a savijanjem, a zatim se na 6 polovica

ispituje tla?na ?vrsto?a te utvrdi srednja vrijednost

????????????????

U KALUPE

ISPITIVANJE VLA?NE ?VRSTO?E

SAVIJANJEM

ISPITIVANJE TLA?NE ?VRSTO?E

Ispitivanje normirane ?vrsto?e cementa

Fizikalni zahtjevi za cement

Ispitivanje standardne konzistencije

q stanje cementne paste u kojemu ona

ima najmanje pora

q???????????????????????????ina vode

koja pomijeana sa standardnom

koli?inom cementa daje standardnu

konzistenciju

q koli?ina vode potrebna za standardnu

konzistenciju je 23 do 32% mase

cementa

STANDARDNA KONZISTENCIJA

Mjerenje standardne konzistencije

q?????????????????????????????(prodor

valjka promjera 10 mm u zamijeanu

cementnu pastu)

q 4 min nakon nultog vremena valjak se

otputa

q mjeri se poloaj valjka u cementnoj pasti

nakon 30 s prodiranja

q u cementnu pastu standardne

konzistencije, valjak prodre 6 mm 1 mm

od dna kalupa??????????????

Ispitivanje standardne konzistencije cementa

q ozna?ava prijelaz cementne paste iz teku?eg stanja u kruto stanje, ali

jo bez ?vrsto?e

q definirano po?etkom i krajem vezanja

q?????????????????????????????????????????????(povrine presjeka 1 mm2)

kroz cementnu pastu normirane konzistencije

q po?etak vezanja - vrijeme zaustavljanja igle 4 mm 1 mm od dna

kalupa

q kraj vezanja - vrijeme prodiranja igle max 0,5 mm od vrha

Ispitivanje vremena vezanja cementa

PO?ETAK VEZANJA KRAJ VEZANJA

Ispitivanje vremena vezanja cementa

max

0.5

mm

Tc.temperatura cementa, C

Tv.temperatura vode, C

mc.masa cementa (g)

mv.masa vode (g)

Cc.toplinski kapacitet cementa (~0,90 J/gC)

Cv. toplinski kapacitet vode (4,20 J/gC)

c c c v v vCP

c c v v

m T C m T CT

m C m C +

= +

Temperatura cementne paste (TCP)

q mjera postojanosti cementa tijekom

hidratacije i o?vr?ivanja

q uzroci nepostojanosti: zakanjela

hidratacija i kemijske reakcije u

o?vrsnulom cementnom kamenu

q??????????????????????????????

prstenovima ispunjenima cementnom

pastom standardne konzistencije ili

standardnim kola?i?ima (prema HRN

EN 196-3)

Ispitivanje postojanosti volumena cementa

Ispitivanje postojanosti volumena cementa

Le CHATELIERova TIKVICA

- ispuni se petrolejom do V1

- doda se uzorak cementa (65 g)

- izmjeri se nivo V2

V1

V2

???????????????

VOLUMENA V1 I V2 JE VOLUMEN UZORKA CEMENTA VC

3

2 1

2,9 3,15 /c ccc

m mg cm

V V V = = =

GUSTO?A CEMENTA:

Ispitivanje gusto?e cementa

1. Koje su osnovne sirovine za proizvodnju cementa?

2. Nabroji tri glavne faze proizvodnje cementa!

3. Gdje se pe?e sirovinsko brano pri proizvodnji cementa?

4. to nastaje sinteriranjem?

5. Zato se dodaje gips pri proizvodnji cementa?

6. Kada se, prema HRN, ispituje tla?na ?vrsto?a cementa

???????????????????????????????????vrsto?e cementa?

7. ???????????????????????????????????????????????????????????????

cementne paste?

8. Na kakvim se uzorcima ispituje postojanost volumena

cementne paste?

Pitanja:

Udio CaCO3 u sirovini za proizvodnju cementa

Sadraj CaCO3(mas.%)

Vrlo ?isti vapnenac 96 - 100

Laporasti vapnenac 90 - 96

Vapnena?ki lapor 75 - 90

Lapor 40 - 75

Glinasti lapor 10 - 40

Laporasta glina 4 - 10

Glina 0 - 4

vapnenac - mineralni oblik CaCO3

Kemijski sastav sirovina za portland - cement

mas. % Vapnenac Lapor Glina

CaO 52,46 30,12 7,27

SiO2 3,76 27,98 67,29

Al2O3 1,10 10,87 8,97

Fe2O3 0,66 3,00 4,28

K2O 0,18 0,20 1,20

Na2O 0,22 0,33 1,51

MgO 1,23 0,70 1,97

SO3 0,01 0,70 0,32

Kemijski sastav portland - cementnog klinkera

OKSID KRATICA mas. %

CaO C 54 - 68

SiO2 S 20 - 25

Al2O3 A 4 - 8

Fe2O3 F 2 - 5

K2O K 0 - 1

Na2O N 0 - 1

MgO M 1 - 5

TiO2 T 0 - 0,5

SO3 S 0,1 - 2,5

SPOREDNI OKSIDI

GLAVNI OKSIDI

Vrijednosti modula

HIDRAULI?NI MODUL32322 OFeOAlSiO

CaOMH ++

= ~ 1.7 do 2.2

< 1.7 niska ?vrsto?a

> 2.2 nepostojanost volumena, ve?a toplina hidratacije

SILIKATNI MODUL3232

2

OFeOAlSiO

MS += ~ 1.7 do 3.5

< 1.7 naslage talina na unutranjosti pe?i

> 2.2 sporije vezanje cementa

ALUMINIJSKI MODUL32

32

OFeOAl

MA = ~ 1.5 do 2.4

STUPANJ ZASI?ENJA 32322 65.02.18.2

100OFeOAlSiO

CaOSZ ++

= ~ 85 do 102

MA=1 niska toplina hidratacije

> 2.4 brzo vezanje

Mineraloki sastav klinkera i portland cementa

MINERALI NAZIV KRATICA

3CaOSiO2 Trikalcijski silikat (alit) C3S

2CaOSiO2 Dikalcijski silikat (belit) C2S

4CaOAl2O33Fe2O Tetrakalcijski aluminat ferit (celit) C4AF

3CaOAi2O3 Trikalcijski aluminat C3A

MINERALNE FAZE: alit, belit, aluminatna faza, feritna faza

Utjecaj mineralnih sastojaka na svojstva cementa

SASTOJAK UTJECAJ NA SVOJSTVO

C3S- vrlo brzo hidratizira i o?vr?ava

- doprinosi ranom razvoju ?vrsto?e cementnog kamena (7 dana)

C2S

- ?etiri kristalne modifikacije (C2S, C2S, C2S, C2S) ovisno o

??????????????????????????

- sporo hidratizira i o?vr?ava

- doprinosi kasnom razvoju ?vrsto?e (nakon 28 dana)

C4AF- nema zna?ajnijeg utjecaja na svojstva cementa

- utje?e na boju cementa

C3A- doprinosi ranoj ?vrsto?i (velika toplina hidratacije)

- reakcijom sa sulfatima stvara etringit (nepoeljno)

CementUtjecaj mineralnih sastojaka na svojstva

SASTOJAK UTJECAJ NA SVOJSTVO

Na2O i K2O- alkalije

- reagiraju s reaktivnim agregatima i uzrokuju razaranje betona

Gips- sprje?ava trenutni proces vezanja

- osigurava potrebne sulfate za reakciju s C3A

- stvara etringit u ranoj fazi o?vr?avanja (poeljno)

CaO i MgO- slobodno vapno i magnezij oksid

- izazivaju nepostojanost volumena cementa

????????????????????kog sastava cementa

1. Ra?unska metoda prema formulama Boguea:

)O85,2OFe43,1OAl72,6SiO60,7(CaO07,4SC 3323223 +++=

SC754,0SiO87,2SC 322 =

32323 OFe69,1OAl63,2AC =

324 OFe04,3AFC =

Cement A B C D

Oksidi (%)

CaO 66 65 62 61

SiO2 23 21 25 21

Al2O3 6 5 5 4

Fe2O3 2 3 2 7

Minerali (izra?unati po Bogueu) (%)

C2S 34 21 59 31

C3S 41 50 17 40

C3A 13 9 9 0

C4AF 6 9 6 20

324 OFe04,3AFC = 08,6AFC204,3AFC 44 ==

2. Metoda pomo?u opti?kog mikroskopa: ALIT

BELIT

FERITALUMINAT

EPOKSIDNA SMOLA

2. Metoda rendgenske ili radioloke difrakcije:

putanje polariziranih rendgenskih zraka kroz uzorak difrakcija snopa rendgenskih zraka?????????????????????nih razmaka kristala najpouzdanija metoda

Hidratacija konstituenata cementa

cementni minerali + voda HIDRATI

HIDRATACIJA

HIDRATACIJA u uem smislu

(minerali + voda)

HIDROLIZA

(rastvaranje mineralahidrati)

Hidratacija je egzoterman proces.

Osnovne kemijske reakcije pri hidrataciji

OH31CaSO3OAlCaO3aq)OH2CaSO(3OAlCaO3

OH12OAlCaO4)OH(CaaqOAlCaO3

)OH(CaOH3SiO2CaO3OH4)SiOCaO2(2

OxHSiOCaO2aqSiOCaO2

)OH(Ca3OH3SiO2CaO3OH6)SiOCaO3(2

)OH(CaOxHSiOCaO2aqSiOCaO3

24322432

232232

22222

222

22222

2222

+

++

++

+

++

++ALIT

BELIT ()

ALUMINAT

C-S-H !!!

Toplina hidratacije cementa

SASTOJAKTOPLINA

HIDRATACIJE (Q0)

C3S 500 kJ/kg

C2S 260 kJ/kg

C3A 870 kJ/kg

C4AF 420 kJ/kg

Toplina hidratacije cementa ovisi o kemijskom sastavu cementa i priblino je jednaka zbroju toplina hidratacije pojedinih minerala cementnog klinkera.

= ]kg/kJ[100

XQQ 0

gdje je X udio pojedinog materijala u sastavu cementnog klinkera [%]

Razred topline hidratacije Toplina hidratacije [J/g]

obi?na (MH) 320

niska (LH) 270

vrlo niska (VLH) 220

q adijabatski kalorimetar

Hidratacija alita (C3S)

Najve?i prirast rane ?vrsto?e i topline hidratacije.

22222

2222

)OH(Ca3OH3SiO2CaO3OH6)SiOCaO3(2

)OH(CaOxHSiOCaO2aqSiOCaO3

++

++

Hidratacija belita (C2S)

Ve?a kasnija ?vrsto?a.

22222

222

)OH(CaOH3SiO2CaO3OH4)SiOCaO2(2

OxHSiOCaO2aqSiOCaO2

+++

Hidratacija trikalcijskog aluminata (C3A)

OH31CaSO3OAlCaO3aq)OH2CaSO(3OAlCaO3

OH12OAlCaO4)OH(CaaqOAlCaO3

24322432

232232

+

++

q nastaje ETRINGIT

Hidratacija portland cementa

vrijeme ugradnje betona

q ugu?ivanje - smanjenje poroznosti

q o?vr?ivanje - razvoj mehani?kih svojstava

q dok ne ponestane reaktanata ili slobodnog prostora

q pra?enje procesa hidratacije - registriranje krivulje razvoja topline

??????????????????????????????

Vezanje portland cementa

Formiranje strukture cementne paste gledano elektronskim mikroskopom:

a) nakon 5 minuta od dodavanja vode

b) nakon 90 minuta od dodavanja vode

c) nakon 180 minuta od dodavanja vode

Mikrostruktura o?vrsle portland-cementne paste

Sastavni dioTipi?ne

dimenzije ?esticaMorfologija

C - S - H oko 0,1 ?m promjenljiva

Ca(OH)2 0,01 - 0,1 mm plo?asti kristali

etringit 10 x 1 ?m prizmi?aste iglice

monosulfat 1 x 1 ?mheksagonske

plo?ice

Sastavni dio Volumni udjeli

C - S - H 50%

Ca(OH)2 12%

pore 25%

monosulfat 13%

O?vrsla cementna pasta:

C - S - H

portlandit

etringit

monosulfat

pore

neproreagirani cement

voda

Potpuno hidratizirana cementna pasta:

C - S - H

q glavni produkt hidratacije cementa

q velika specifi?na povrina (100 - 700 m2/g)

q velika ?vrsto?a

q 50 - 67% volumena cementne paste

C - H - S

Ca(OH)2q Van der Waalsove sile

q koli?ina ovisi o mineralokom sastavu cementa i v/c omjeru

q 20 - 25% volumena cementne paste

Vrste cementa

S obzirom na sastav i tehnologiju proizvodnje:

q portlandski cement

q mijeani portlandski cement

q metalurki cement

q pucolanski cement

q mijeani cement

30% dodataka

> 30% dodataka

klinker + zgura

klinker + neki od sastojaka (zgura, silikatna praina, lete?i pepeo, pucolani, vapnenac)

klinker + neki od sastojaka (zgura, silikatna praina, pucolani, lete?i pepeli)

klinker + neki od sastojaka (zgura, lete?i pepeo, pucolani)

95% do 100% klinker

S obzirom na svojstva:

a) cement op?e namjene

b) cement sa zgurom niskih po?etnih ?vrsto?a

c) cement op?e namjene niske topline hidratacije

d) posebni cement vrlo niskih toplina hidratacije (masivni betoni, brane)

e) bijeli cement

f) sulfatnootporni cement (< 3,5% C3A, koli?ina zgure > 80%)

g) aluminatni cement

http://narodne-novine.nn.hr/clanci/sluzbeni/288742.html

Vrste cementa prema HRN EN 197

vapnenac + kaolinska glina bijeli cement

vapnenac + boksit (pe?enje na 1600C) aluminatni cement

Cement A (normalni)B (rane ?vrsto?e)

C (niske topline h.)

D (sulfatno otporni)

Oksidi (%)

CaO 66 65 62 61

SiO2 23 21 25 21

Al2O3 6 5 5 4

Fe2O3 2 3 2 7

Minerali (izra?unati po Bogueu) (%)

C2S 34 21 59 31

C3S 41 50 17 40

C3A 13 9 9 0

C4AF 6 9 6 20

Primjenasve

konstrukcijesanacije brane, kolnici

sulfatna okolina

Tipovi cementa

Vrste cementa prema sastavu i tehnologiji proizvodnje

Kratice glavnih sastojaka cementa

Glavni sastojci Oznaka

Portland cementni klinker K

Granulirana zgura visokih pe?i S

Pucolanski materijali P, Q

Pe?eni kriljevac T

Silikatna praina D

Lete?i pepeli V, W

Vapnenac L, LL

Mijeani dodatci M

P = prirodni pucolan

Q = prirodno kalcinirani pucolan

V = silicijski lete?i pepeo

W = kalcijski lete?i pepeo

Podjela cemenata - oznake

(prema HRN EN 197-1)Glavne vrste 27 vrsta cementa za op?e namjene

CEM I Portland cement CEM I

CEM II

Portland cement s dodatkom zgureCEM II/A-S

CEM II/B-S

Portland cement s dodatkom SiO2 praine CEM II/A-D

Portland cement s dodatkom pucolana

CEM II/A-P

CEM II/B-P

CEM II/A-Q

CEM II/B-Q

Portland cement s dodatkom pe?enog kriljevcaCEM II/A-T

CEM II/B-T

Portland cement s dodatkom vapnenca

CEM II/A-L

CEM II/B-L

CEM II/A-LL

CEM II/B-LL

Portland mijeani cementCEM II/A-M

CEM II/B-M

Glavne vrste 27 vrsta cementa za op?e namjene

CEM III Metalurki cement

CEM III/A

CEM III/B

CEM III/C

CEM IV Pucolanski cementCEM IV/A

CEM IV/B

CEM V Mijeani cementCEM V/A

CEM V/B

Podjela cemenata - oznake

(prema HRN EN 197-1)

Primjer

Zna?enje oznaka cementa:

CEM I 42,5 Rportlandski cement

razreda ?vrsto?e 42,5

s brzim ranim o?vr?ivanjem

Primjer

Objasniti zna?enje oznaka cementa:

CEM V/A-(S-V) 32,5 Nmijeani cement

razreda ?vrsto?e 32,5

s obi?nim ranim o?vr?ivanjem

sadr?????????18% i 30% masenog udjela

zgure i silicijskog lete?eg pepela

???????????????????????????????????????????

q Zakon o gradnji -?????????????????????????e staviti u

??????? ?? ??????????????? ????? ???? ??? ?????????? ????????

sukladnost

q Sukladnost - tehni?ka su svojstva sukladna svojstvima

??????????? ??????? ??? ????? ????uje tehni?ki propis,

tehni?ko doputenje ili tehni?ki propis

q Tehni?ki propis za cement za betonske konstrukcije

(NN 64/05) -????????????????ka svojstva, druge zahtjeve

za cement i na???????????????????????????????????????

???????????????????????????????????????????

q Pravilnik o ocjenjivanju sukladnosti - ispravama o sukladnosti

i ozna???????? ?????????? ?????????? ?????????? ???????

?????????????????????????1+ za sve vrste cementa

q???????? ????????????? ???????????? 1+ - obuhva?a skup radnji

????? ???????? ?????????? (tvornica cementa) i certifikacijsko

tijelo (ovlatena osoba)

???????????????????????????????????????????

(radnje u sustavu 1+)

RadnjeObveze ??????????a

Obveze certifikacijskog tijela

Po?etni pregled proizvodnje i tvorni?ke kontrole proizvodnje

+Certifikat

sukladnostiPo?etno ispitivanje tipa +

Stalna unutarnja kontrola proizvodnje

+

Ispitivanje uzoraka iz ????????????????????????????

planu ispitivanja+

Ispitivanje slu?ajnih uzoraka uzetih iz proizvodnje

+ Odravanje valjanosti certifikata

sukladnosti

Stalni nadzor, procjena i ocjena unutarnje kontrole proizvodnje

+

Kontrola kvalitete cementa

Laboratoriji u kojima se kontrolira cement:

Proizvodnja

cementa

- tvorni?ki laboratorij

- dravna kontrola (ovlateni laboratorij)

CERTIFIKAT SUKLADNOSTI

Primjena- laboratorij betonare

- laboratorij gradilita

1. Nabroji ?etiri glavna minerala cementa!

2. ????????????????????????????????????????kog sastava

cementa!

3. to nastaje reakcijom minerala cementa i vode?

4. ?????????????????????????????????????????????????????e topline?

Pitanja: