Škola za dizajn tekstila i kože Novi Pazar GRAĐEVINSKI TEHNIČAR ZA VISOKOGRADNJU PREDMET: GRAĐEVINSKI MATERIJALI 7. MINERALNA (NEORGANSKA) VEZIVA 7.3. CEMENT Predmetni nastavnik: Curić Enes

Definicija Mineralna veziva su materijali neorganskog porekla, najčešće u praškastom stanju, koji pomešani sa vodom daju plastična testa sposobna da nakon određenih fizičko – hemijskih procesa očvrsnu i poprime svojstva kamena. Prelazeći iz stanja plastičnog testa u čvrsto agregatno stanje, mineralna veziva su sposobna da međusobno spoje zrna peska, šljunka, drobljenog kamena i dr., pa ih ovo svojstvo preporučuje za primenu u oblasti proizvodnje maltera, betona i drugih veštačkih kamenih materijala.

Podela mineralnih veziva Nehidraulična (vazdušna) veziva mogu da očvršćavaju i da očuvaju čvrstoću samo na vazduhu. U ovoj grupi su: – Gips – Kreč – Magnezitna veziva – Vodeno (rastvorno) staklo Hidraulična veziva mogu da očvršćavaju i da očuvaju čvrstoću kako na vazduhu, tako i u vodi. U ovu grupu veziva spadaju: – Hidraulični kreč i – Razne vrste cemenata Autoklavna veziva su materijali koji očvršćavaju u autoklavnim uslovima, na bazi tzv. “autoklavne sinteze” (uslovi zasićenja vodenom parom, pod povećanom temperaturom i povećanim pritiskom). Tu spadaju različiti materijali u vidu kombinacija: Kreč – SiO2, Kreč – Zgura, Kreč – Pucolan i dr.

7.3. Cement- Dobijanje Cement je hidrauličko mineralno (neorgansko) vezivo koje se dobija mlevenjem tzv. portland cementnog klinkera – veštačkog kamenog materijala koji se stvara pečenjem mešavine krečnjaka i gline Pored portland cementnog klinkera, za čije se dobijanje, putem pečenja na 1350 – 1450 C , koristi mešavina krečnjak : glina = 3 : 1 (odnos masa), u cementu su redovno prisutne i manje količine sadre ili anhidrita, koji se dodaju radi regulisanja vremena vezivanja cementa Za dobijanje cementa u opštem slučaju postoji i mogućnost korišćenja laporca , prirodne mešavine krečnjaka i gline, kod koga se sadržaj krečnjaka kreće od 60 do 80%, uz eventualne korekcije.

Materijal koji se dobija isključivo od krečnjaka i gline (ili laporca odgovarajućeg sastava), uz dodatak malih količina sadre ili anhidrita, naziva se “portland cement” . Ovaj naziv potiče od imena poluostrva Portland u Engleskoj, gde postoji prirodan laporac povoljnog sastava za dobijanje cementa, koji se od davnina koristi za dobijanje ovog mineralnog veziva. Osnovni sastojci (osnovna jedinjenja) portland cementa su CaO (C), SiO2 (S), Al2O3 (A) i Fe2O3 (F). Simboli u zagradama su skraćene oznake sastojaka, koje se obično koriste u hemiji cemenata. Navedeni sastojci (jedinjenja) ne javljaju se kao slobodni, već su oni uvek u vidu kompleksih spojeva – tzv. veštačkih minerala portland cementnog klinkera.

Hidratacija cementa Vezivanje i očvršćavanje cementa Mešanjem PC sa vodom dobija se plastično cementno testo – cementna pasta (kaša) – koja vremenom počinje da menja agregatno stanje i da prelazi u čvrstu supstancu. Uzrok ove promene agregatnog stanja je hidratacija – jedan kompleksan fizičko–hemijski proces, čija suština još ni do danas nije u potpunosti rasvetljena. Hidratacija se odigrava u cementnoj pasti na relaciji cement – voda, pri čemu se u prvoj etapi (5–10 h od momenta mešanja vode i cementa) u cementnoj pasti zapaža pojava vezivanja, a nakon toga i pojava očvršćavanja, što dovodi do prelaza cementne paste u nov oblik i kvalitet – cementni kamen. Kao vreme vezivanja cementa obično se definiše vremenski period od mešanja cementa i vode do trenutka kada cementna pasta izgubi svojstvo plastičnosti.

Hidratacija cementa Vezivanje i očvršćavanje cementa Dok se vezivanje cementa završava relativno brzo, njegovo očvršćavanje je dugotrajan proces, koji traje od nekoliko meseci do nekoliko godina, pri čemu ovaj proces nije ravnomeran: u početku ja vrlo intenzivan (do oko 1 meseca), dok se docnije sve više i više usporava, težeći asimptotski nekoj konačnoj vrednosti Hidratacija se može razmatrati sa dva osnovna aspekta: – kao Prostorni (volumenski) proces i – kao Hemijski proces pri čemu u oba slučaja prisustvo vode ima odlučujuću ulogu. Drugim rečima, hidratacija cementa je i teorijski i praktično nemoguća bez vode.

Hidratacija cementa kao prostorni (volumenski) proces

Hidratacija cementa Vezivanje i očvršćavanje cementa Za potpunu hidrataciju cementa potrebna je tačno određena količina vode, koja uglavnom zavisi samo od sastava cementa. Ova količina iznosi (0,38-0,42) mc , pa se kao dovoljno tačno može usvojiti da iznosi 0,40 mc. Pri ovoj količini vode neće biti nehidratisanog cementa, tj. celokupna masa cementne paste biće transformisana u cementni gel. U procesu hidratacije se oslobađa toplota koju nazivamo toplota hidratacije. Kod masivnih elemenata konstrukcije ova temperatura može prekoračiti dozvoljene granice zbog čega se mogu pojaviti prsline i pukotine u konstrukciji. U tom slučaju se koriste cementi sa niskom toplotom hidratacije.

Klase cementa Cementi se razvrstavaju prema standardnoj i prema početnoj čvrstoći. Standardna čvrstoća cementa je čvrstoća pri pritisku 28 dana posle izrade epruveta. Razlikujemo 3 (tri) klase standardne čvrstoće: - klasa 32,5 (=32,5 MPa) - klasa 42,5 - klasa 52,5 Početna čvrstoća cementa je čvrstoća pri pritisku dva ili sedam dana posle izrade epruveta. Postoje 2 (dve) klase početne čvrstoće: N – cement sa običnom početnom čvrstoćom R – cement sa visokom početnom čvrstoćom

Cementi niske toplote hidratacije Cementniske toplote hidratacije može se dobiti na nekoliko načina: od PC klinkera sa malim sadržajem C3S i C3A, od PC klinkera uobičajenog sastava, kome će se tokom mlevenja dodati veća količina zgure i/ili pucolana (PC 35S, PC 35P, PC 35M i sl., ili, pak, metalurški (M), pucolanski (P) ili kompozitni (MP) cementi (videti Tabelu 1 – Vrste cementa i njihov sastav). Osim toga, finoća mliva cemenata niske toplote hidratacije ne sme biti suviše visoka; ovi cementi imaju niske vredn. S!). Isto tako, cementi niske toplote hidratacije, proizvode se u nižim klasama (klase 32,5 i retko kada i klasa 42,5). Cementi niske toplote hidratacije primenjuju se, i moraju se primeniti, kod proivodnje betona za masivne konstrukcije, kao što su potporni zidovi većih debljina, pristanišni dokovi i posebno sve vrste betonskih brana, koje su, svakako, najmasivnije betonske konstrukcije

Beli portland cement Proizvodi se od belog PC klinkera, koji se dobija pečenjem naročito odabranih sirovina – belih krečnjaka i kaolina, koji smeju da sadrže minimalan % primesa (pri mlevenju se dodaje i sadra). Označava se sa BPC k x (k – klasa, x – grupa beline: A – min 80%, B – min 75%, ili C – min 70% beline, što se proverava putem tzv. “refleksng fotometra”). Beli cement je istovremeno i sirovina za dobijanje obojenih cemenata, tako što se meša sa raznim pigmentima, metalnim oksidima i dr., pa se tako dobijaju cementi sledećih boja: - žute (primenom barijumhromata), - crvene (primenom crvenog oksida gvožđa), - zelene (primenom oksida hroma), - crne (primenom crnog oksida gvožđa), itd. Beli cement se, inače, proizvodi u svim klasama za PC

Specijalne vrste cementa Aluminatni (boksitni) cement – AC To je cement koji se dobija žarenjem mešavine krečnjaka i boksita na T=1500 – 1550 S, uz dodatak SiO2 i oksida gvožđa. Posle fine meljave može se odmah upotrebiti. Osnovni minerali koji ulaze u sastav AC su: CaO•Al2O3 (CA) i 2CaO•SiO ( C2S)β Uslovi za sastav: Al2O3 ≥ 35% ; Al2O3 : CaO = 0,90 – 1,15 AC ima crnkastu boju i kod nas se proizvodi u dve klase: AC65 i AC75 Otporan je u slanim morskim i sulfatnim vodama a neotporan je u vodama koje sadrže alkalije. Ne sme se mešati sa krečom i portland cementom

Specijalne vrste cementa Supersulfatni cement Supersulfatni cement je otporan na agresivno delovanje sulfata, slane morske vode, sone kiseline, lanenog ulja, fenola, organskih kiselina i dr. Ima široku primenu u industrijskim objektima.