Ipari technológiák
Dr. Német Béla (2013)
Pécsi Tudományegyetem
Vitruvius habarcskészítés technológiája; római cement = égetett mész+ téglaliszt; vagy égetett mész + trasz(tufaőrlemény)
1724-1792, Smeaton angol mérnök kimutatta, hogy az agyagtartalmú mész jobb kötőanyag a tiszta mésznél
1796 Parker szabadalmaztatta a nagy agyagtartalmú márga égetésével nyert román/római cement előállítást
1851 húzó és nyomó vizsgálat
1861 Langen kohósalak rejtett hidraulikus tulajdonságok
1878 első cementszabvány
1886 Tetmayer kohósalak pc-gyártás leírása
1887 cementszilárdulás kristályelmélete
1893 Dyckerhoff MgO< 5m%
1898-tól gipszkő kötésszabályozáshoz
1945 Powers a két elmélet egyesítése
1972 képlékeny habarcsvizsgálat
1977 Tamás Ferenc professzor (Veszprémi Egyetem) kidolgozta a cement-hidratáció polimerizációs folyamatának elméletét
A cement, ill. beton elterjedésének oka:
időállóság, nagy nyomószilárdság
tűzzel szembeni kedvező viselkedés
(Cement mill http://en.wikipedia.org/wiki/Cement_mill)
Cement összetétel: 75-80 m% mészkő+20-25 m% egyéb agyag
A gyártás lépései:
előkészítés, előmelegítés
égetés
szárítás
Az ábra a portland-klinker, a portland-cement gyártás félkésztermékének az aprítását és cementté történő őrlését végző a cementmalmot mutatja be.
http://en.wikipedia.org/wiki/Cement_mill
7. Táblázat. A potlandcementben előforduló klinkerásványok tömegszázalékos aránya
|
Klinkerásványok és jelölésük |
tömegszázalék (m/m%) |
|
CaO (=C) |
60-67 |
|
SiO2 (=S) |
19-24 |
|
Al2O3 (=A) |
2-8 |
|
Fe2O3 (=F) |
2-6 |
|
MgO |
1-5 |
|
CaO (szabad) |
0-4 |
|
H2O( =H) |
0-4 |
|
egyéb: Na2O, K2O,TiO2, SO3 |
0-3 |
8. Táblázat. A portlandcement-klinker ásványi összetétele
|
ALIT |
C3S = 3CaO SiO2 |
|
BELIT |
C2S = 2CaO SiO2 |
|
TRIKALCIUM-ALUMINÁT |
C3A = 3CaO Al2O3 |
|
CELIT |
C4AF = 4CaO Al2O3 Fe2O3 |
A portlandcement kötése és szilárdulása
2 C3S + 6H → C3S2H3 + (CH)3
2 C3S + 4H → C3S2H3 + CH
klinker víz kalcium - mész, ásvány szilikát-hidrát
tobermorit portlandit, fő szilárdsághordozó
A cement kötésének befolyásolása (gipsz adagolás)
C3A + CH + 12H → C4AH13 (instabil)
C3A + 6H → C4AH6 (stabil) hidrátok keletkeznének gyors reakció, gyors kötés)
A gyors kötés megakadályozására gipszadagolás történhet:
C3A + 3Cs + 32H → C3A •3 Cs•H32 (ettringit)
C3A + Cs + 12H → C3A • Cs •H12 (monoszulfát)
|
1. A PC klinker ásványi összetétele |
2. A PC klinker ásványi összetétele |
|
Le Chatelier 1883 Törnebohm 1897 ALIT C3S = 3CaOSiO2hatszögletes kristály kevés Al3+, Mg2+ és vasionok, 30-60 m%, nagy kezdőszilárdság nagy kötési hő |
BELIT βC2S=2CaOSiO2 kerekded kristály legfontosabb β módosulat, lassú szilárdulás nagy utószilárdulás, kis kötés hő, 15-37% TRIKALCIUM-ALUMINÁT C3A =3CaO• Al2O3, gyors kötés - lassítva gipszkővel, nagy hőfejlesztés, kis szilárdság, 0-15% |
|
3. A PC klinker ásványi összetétele |
CELIT C4AF = 4CaO•Al2O3Fe2O3 kis szilárdság, lassú kötés, jó szulfátállóság van benne üvegfázis is |
Mészduzzadás: 1500°C-on túlégetett mész keletkezik; lassan oltódik, mikor a beton szilárd duzzadás nincs,ha a szabad CaO <1%
Magnéziaduzzadás: túlégetett magnézia jön létre; igen lassan oltódik, duzzadást okoz. Nem következik be, ha szabad MgO <5%
Gipszduzzadás: fölös gipsz marad C3A -hoz képest
Alkáli duzzadás: alkáli + oldható SiO2 (amorf szilikát, hidrogél)
SiO2 +n H2O+ 2Na(OH)+CaCO3 ->Na2SiO3•(n-x+1) H2O + H2O
Cementek hidraulikus kiegészítő anyagai: kohósalak, pernye, nyersvasgyártás mellékterméke, szilárdulása a β C2S klinkerhez hasonló, adagolása max 80%
Traszkohósalak: Minimum 70 % SiO2 -t tartalmazó vulkáni tufa finom őrleménye, benne lévő kovasav a cement szilárdulása során fölszabaduló Ca(OH)2-vel C3S2H3-t alkot. Adagolása max. 20 %.
