The Chemical Composition of Concrete

By Isabelle Robinson, M.Sc.Mar 4 2019

/Bannafarsai_Stock

Beton jest ważną częścią nowoczesnej infrastruktury. Stosowany jest w budynkach, drogach, mostach i zaporach. Jest znany ze swojej wysokiej wytrzymałości na ściskanie i wszechstronności, co czyni go idealnym materiałem na podstawę większości konstrukcji.

Beton jest w rzeczywistości mieszaniną cementu (spoiwa), wody i pewnego rodzaju kruszywa (wypełniacza). Oznacza to, że beton jest materiałem kompozytowym. Ponadto, cement jest również materiałem złożonym, ponieważ jest to mieszanina wapienia i gliny. Wytwarza się go poprzez spalanie tych dwóch związków w bardzo wysokich temperaturach, od 1400 do 1600°C.

Cement jest dostępny na rynku w wielu różnych rodzajach – oprócz nowych badań nad zrównoważonymi alternatywami – jednak najpopularniejszym rodzajem cementu jest cement portlandzki. Cement portlandzki wykorzystuje kruszony CaCO3 (znany również jako wapień), zmieszany z gliną, piaskiem i rudą żelaza, tworząc jednorodny proszek.

Ten proszek jest podgrzewany do wysokich temperatur, o których była mowa wcześniej. Aby osiągnąć te temperatury, mieszanina jest wlewana do pieców, które składają się z długich stalowych cylindrów obracających się na pochyłości. W zależności od wielkości pieca, powolne przechodzenie materiału przez cylinder może trwać do 2 godzin. Ten powolny proces pozwala na reakcję różnych elementów materiału. Reakcja tych materiałów obejmuje następujące procesy:

1. Parowanie – pierwszym etapem procesu jest utrata wody z mieszaniny w wyniku parowania.
2. Kalcynacja – w suchej mieszaninie następuje rozkład w wyniku utraty wody i dwutlenku węgla.
3. Klinowanie – mieszanina przechodzi następnie transformację, w której powstają krzemiany wapnia. Są to kawałki wielkości marmuru.
4. Studzenie – po opuszczeniu pieca, mieszanina jest chłodzona do temperatury roboczej.

Schłodzony klinkier jest ponownie mielony, a do mieszaniny dodaje się związek zwany gipsem. Ma to na celu regulację procesu wiązania mieszanki. W cemencie portlandzkim 5% składu chemicznego stanowi minerał gips.

Głównymi związkami wchodzącymi w skład cementu portlandzkiego są krzemian trójwapniowy, krzemian dwuwapniowy, glinian trójwapniowy, glinoferryt tetracalcium i gips. Po zakończeniu tego procesu cement jest pakowany i przechowywany do użycia w betonie w późniejszym terminie.

Beton może być wytwarzany na miejscu za pomocą obracającego się metalowego bębna, zwanego trafnie mieszanką cementową. Cement jest nawadniany wodą, aby uzyskać gęstą konsystencję, a duże lub drobne kruszywo jest dodawane w zależności od jego przeznaczenia.

Kruszywa są ważną częścią mieszanki betonowej, ponieważ określają pożądane właściwości betonu. Wszystkie kruszywa są znane jako chemicznie obojętne, ale różnią się kształtami, rozmiarami i materiałami. Najczęściej używane są mieszaniną drobnego piasku i grubego kamienia. Stanowią one również największą część składu materiałowego betonu, najlepiej między 70-80% objętości. Beton następnie musi być wibrowany, w celu uwolnienia wszelkich pęcherzyków powietrza, które mogą zagrozić integralności strukturalnej materiału. Po wylaniu, beton potrzebuje co najmniej 28 dni na utwardzenie się do pełnej wytrzymałości.

• Bye, G. C. Portland Cement: Skład, produkcja i właściwości. Pergamon Press, NY, 1983.
• Hewlett, P. C., and Young, J. F. „Physico-Chemical Interactions Between Chemical Admixtures and Portland Cement,” Journal of Materials Education. Vol. 9, No. 4, 1987.
• Roy, D. Instructional Modules in Cement Science. Pennsylvania State University, PA, 1985.

Zrzeczenie się odpowiedzialności: Poglądy wyrażone tutaj są poglądami autora wyrażonymi w jego prywatnym imieniu i niekoniecznie reprezentują poglądy AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, właściciela i operatora tej strony internetowej. Niniejsze zastrzeżenie stanowi część Warunków korzystania z tej strony internetowej.

Cytowania