A Cement a cementpaszta fő összetevője-a Portlandcement beton (PCC) kötőanyaga. Ez egy hidraulikus cement, amely vízzel kombinálva szilárd masszává keményedik. Egy aggregált mátrixban metszve PCC-t képez. Anyagként a portlandcementet jóval több mint 175 éve használják, empirikus szempontból viselkedése jól érthető. Kémiailag azonban a Portlandcement olyan összetett anyag, amelynek mechanizmusait és kölcsönhatásait még nem határozták meg teljesen. Az ASTM C 125 és a Portlandcement Szövetség (PCA) a következő pontos meghatározásokat biztosítja:

• hidraulikus cement: szervetlen anyag vagy szervetlen anyagok keveréke, amely hidrátok képződésével kémiai reakcióval állítja be és fejleszti az erőt vízzel, és képes erre víz alatt.
• Portland cement: elsősorban hidraulikus kalcium-szilikátokból álló hidraulikus cement.

Background

bár a cementek (mind hidraulikus, mind nem hidraulikus) használata több ezer évre nyúlik vissza (az ókori egyiptomi időkig legalább), a “Portland cement” első előfordulása a 19. 1824-ben Joseph Aspdin, egy Leeds-i kőműves szabadalmaztatott egy hidraulikus cementet, amelyet “Portland” cementnek (Mindess and Young, 1981) készített. A cementet azért nevezte el, mert olyan betont készített, amely hasonlított a Portland-szigeten, a La Manche-csatorna félszigetén bányászott természetes mészkő színére (lásd az 1.és 2. ábrát). Azóta a” portland cement ” név beragadt, és minden alsóbb esetben meg van írva, mert most egy Anyagtípus kereskedelmi neve, nem pedig az angliai Portlandre való konkrét hivatkozás.

Ma, portland cement a legszélesebb körben használt építőanyag a világon körülbelül 1.56 milliárd tonna (1,72 milliárd tonna) termelt évente. A Portlandcement-beton éves globális termelése évente mintegy 3, 8 millió köbméter (5 milliárd köbméter) (Kanadai Cementszövetség, 2002). Az Egyesült Államokban a merev járdák jelentik a legnagyobb egyszeri portlandcement-és portlandcement-betont (ACPA, 2002).

Manufacturing

bár a kereskedelmi forgalomban gyártott portlandcement számos változata létezik, mindegyikben ugyanazok az alapanyagok és kémiai összetevők vannak. A Portlandcement fő kémiai összetevői a kalcium, a szilícium-dioxid, az alumínium-oxid és a vas. A kalcium mészkőből, marlból vagy krétából származik, míg a szilícium-dioxid, alumínium-oxid és vas a homokból, agyagokból és vasércforrásokból származik. Egyéb nyersanyagok lehetnek pala, kagyló és ipari melléktermékek, mint például a malom skála (Ash Grove Cement Company, 2000).

az alapvető gyártási folyamat ezeket az anyagokat kemencében körülbelül 1400-1600°C – ra (2600-3000°F) melegíti – a hőmérsékleti tartomány, amelyben a két anyag kémiailag kölcsönhatásba lép, hogy kalcium-szilikátokat képezzen (Mindess and Young, 1981). Ez a fűtött anyag, az úgynevezett “klinker”általában kis szürke-Fekete pellet formájában körülbelül 12.5 mm (0,5 hüvelyk) átmérőjű. A klinkert ezután lehűtjük és finom porrá porlasztjuk, amely majdnem teljesen áthalad egy 0,075 mm-es (200-as számú) szitán, majd kis mennyiségű gipszel dúsítjuk. Az eredmény portland cement. A Portland Cement Association (PCA) kiváló interaktív illusztrációja ennek a folyamatnak a saját honlapján.

kémiai tulajdonságok

a Portland cementeket kémiai összetételük jellemzi, bár ritkán vannak járda alkalmazásokhoz. Azonban a Portlandcement kémiai tulajdonságai határozzák meg fizikai tulajdonságait és gyógyulását. Ezért a Portlandcement-kémia alapvető megértése segíthet megérteni, hogyan és miért viselkedik úgy, ahogy. Ez a szakasz röviden leírja egy tipikus portlandcement alapvető kémiai összetételét, valamint azt, hogy hogyan hidratál.

alapösszetétel

az 1.táblázat és a 3. ábra a Portlandcement fő kémiai összetevőit mutatja.

1. táblázat. Main Constituents in a Typical Portland Cement (Mindess and Young, 1981)

hidratáció

amikor a Portlandcement vízzel keveredik, kémiai összetett összetevői kémiai reakciók sorozatát végzik, amelyek megkeményednek (vagy beállítódnak). Ezek a kémiai reakciók mindegyike magában foglalja a víz hozzáadását az 1. táblázatban felsorolt alapvető kémiai vegyületekhez. Ezt a kémiai reakciót vízzel “hidratációnak”nevezik. Ezen reakciók mindegyike más időpontban és sebességgel történik. Ezeknek a reakcióknak az eredményei együttesen határozzák meg, hogy a Portlandcement hogyan keményedik meg és erősödik.

• trikalcium-szilikát (C3S). Hidrátok és keményedik gyorsan, és nagyrészt felelős a kezdeti készlet és a korai erő. A magasabb C3-as százalékos Portland cementek nagyobb korai szilárdságot mutatnak.
• dikalcium-szilikát (C2S). Hidrátok és keményedik lassan, és nagyrészt felelős erő növekszik egy hét után.
• trikalcium-aluminát (C3A). Hidratálja és keményíti a leggyorsabban. Szinte azonnal nagy mennyiségű hőt szabadít fel, ami némileg hozzájárul a korai szilárdsághoz. Gipszet adnak a portlandcementhez, hogy megakadályozzák a C3A hidratációját. Gipsz nélkül a C3A hidratálása a portlandcementet szinte azonnal víz hozzáadása után állítja be.
• Tetracalcium aluminoferrit (C4AF). Gyorsan hidratál, de nagyon keveset járul hozzá az erőhöz. Használata lehetővé teszi az alacsonyabb kemence hőmérsékletét a portlandcementgyártásban. A legtöbb portlandcement színhatást a C4AF okozza.

A 4. ábra a hőfejlődés sebességét mutatja, amely közelítő képet ad a hidratációs időkről, és amikor egy tipikus portlandcement először beállít.

2.ábra. A hőfejlődés mértéke egy tipikus portlandcement hidratálása során.A két szilikát hidrát eredménye egy kalcium-szilikát-hidrát kialakulása (gyakran C-S-H-t írnak az is változó sztöchiometria miatt). A C-S – H a hidratált paszta (víz + cement) térfogatának körülbelül 1/2-2/3-át teszi ki, ezért uralja viselkedését (Mindess and Young, 1981).

a Portlandcement típusai

ismerve a Portlandcement alkotó kémiai vegyületeinek alapvető jellemzőit, lehetőség van tulajdonságainak módosítására az egyes vegyületek mennyiségének beállításával. Az USA-BAN., AASHTO M 85 és ASTM C 150, Standard specifikáció Portland Cement, ismeri nyolc alapvető típusú portland cement beton (2.táblázat). Vannak még sok más típusú kevert és szabadalmaztatott cementeket, amelyek nem említik itt.

2. táblázat. ASTM típusú Portland Cement

fizikai tulajdonságok

a Portland cementeket általában fizikai tulajdonságaik jellemzik minőségellenőrzési célokra. Fizikai tulajdonságaik segítségével osztályozzák és összehasonlítják a portland cementeket. A fizikai tulajdonság jellemzésének kihívása olyan fizikai tesztek kidolgozása, amelyek kielégítően jellemzik a kulcsfontosságú paramétereket. Ez a szakasz, amelyet nagyrészt a PCA-ból (1988) vettek fel, felsorolja a vizsgált gyakoribb amerikai portlandcement fizikai tulajdonságokat. Specifikáció értékek, ahol adott, veszik ASTM C 150, Standard specifikáció Portland Cement.

ne feledje , hogy ezek a tulajdonságok általában a “tiszta” cementpasztákra vonatkoznak – vagyis csak portlandcementet és vizet tartalmaznak. A finom cementpasztákat jellemzően nehéz kezelni és tesztelni, így nagyobb változékonyságot vezetnek be az eredményekbe. A cementek eltérő módon is teljesíthetnek, ha “habarcsban” (cement + víz + homok) használják. Az idő múlásával a habarcsvizsgálatok jobban jelzik a cement minőségét, így a tiszta cementpasztákon végzett teszteket általában csak kutatási célokra használják (Mindess and Young, 1981). Ha azonban a homokot nem gondosan határozzák meg a habarcsvizsgálatban, az eredmények nem átruházhatók.

• Finomsága
• Megalapozottsága
• az Idő Beállítása
• Szilárdság
• fajsúly
• Hő Hidratálás
• Veszteség Gyújtás