Sement

Sement er et konglomerat dannet av en blanding av kalsinert og deretter malt kalkstein og leire , som har egenskapen til å herde etter å ha kommet i kontakt med vann. Produktet som oppstår ved sliping av disse bergartene kalles klinker , og det blir til sement når en liten mengde gips tilsettes for å forhindre at blandingen trekker seg sammen når den stivner når vann tilsettes og senere herder. Blandet med steintilslag ( grus og sand ) og vann, skaper det en jevn, formbar og plastisk blanding som stivner og stivner, og får en steinete konsistens, kalt betong eller betong . Bruken er svært utbredt innen bygg og anlegg .

Sement selges vanligvis i sekker eller poser, som, avhengig av regelverket i hvert land, har en bestemt vekt og volum. Vanligvis har en sementpose en vekt på 42,5 kg og et volum på 1 kubikkfot . [ 1 ] Det er også av denne grunn at "sekk" eller "pose" i konstruksjon ofte brukes som en volumenhet av sement.

Historikk

Siden antikken har pastaer og mørtler laget av leire eller kritt , gips og kalk blitt brukt til å sammenføye murverk i bygninger. Sement begynte å bli brukt i antikkens Hellas ved å bruke vulkansk tuff utvunnet fra øya Santorini , de første naturlige sementene.

I det 1. århundre f.Kr. C. begynte å bli brukt i det gamle Roma , en naturlig sement, som har motstått nedsenking i sjøvann i årtusener, mens Portland-sementer ikke varer mer enn 60 år under disse forholdene; vulkansk aske oppnådd i Pozzuoli , nær Vesuv , var en del av sammensetningen . Hvelvet til Pantheon er et eksempel på dette.

På 1700-tallet bygde John Smeaton grunnlaget for et fyrtårn på Eddystone-klippen, på den korniske kysten , ved å bruke en kalsinert kalkmørtel. På 1800-tallet patenterte Joseph Aspdin og James Parker Portland-sement i 1824 , oppkalt etter sin mørkegrønn-grå farge som ligner på Portland-stein . Isaac Johnson, i 1845, får prototypen til moderne sement, med en blanding av kalkstein og leire kalsinert ved høy temperatur. På 1900-tallet oppsto fremveksten og generaliseringen av sementindustrien, på grunn av eksperimentene til de franske kjemikerne Vicat og Le Chatelier og tyske Michaélis, som oppnådde sement av homogen kvalitet; oppfinnelsen av roterovnen for kalsinering og rørmøllen og metodene for å transportere fersk betong ble utviklet av Juergen Heinrich Magens, som patenterte dem mellom 1903 og 1907.

Sementtyper

To grunnleggende typer sement kan etableres:

  1. av leireopprinnelse: hentet fra leire og kalkstein i en andel på omtrent 1 til 4.
  2. av puzzolanisk opprinnelse: puzzolanen til sementen kan være av organisk eller vulkansk opprinnelse.

Fra et kjemisk synspunkt er det vanligvis en blanding av kalsiumsilikater og aluminater, oppnådd gjennom brenning av kalk, leire og sand. Det oppnådde materialet, malt veldig fint, når det først er blandet med vann , hydrerer og stivner gradvis. Siden den kjemiske sammensetningen av sementer er kompleks, brukes spesifikke terminologier for å definere sammensetningene.

Portland sement

Det er den typen sement som brukes mest som bindemiddel for fremstilling av betong , et produkt oppnådd ved å pulverisere portlandklinker med tilsetning av en eller flere former for gips ( kalsiumsulfat ). Tilsetning av andre produkter er tillatt så lenge inkluderingen av dem ikke påvirker egenskapene til den resulterende sementen. Alle tilleggsprodukter skal sprayes sammen med klinken. Når portlandsement blandes med vann, oppnås et produkt med plastiske egenskaper og vedheftende egenskaper som stivner på noen få timer og gradvis herder over en periode på flere uker til det får sin karakteristiske motstand . Størkningsprosessen skyldes en kjemisk prosess som kalles mineralhydrering .

Ved tilsetning av spesielle materialer til sementen (kalkholdig eller kalk) oppnås plastsementen , som stivner raskere og er lettere å bearbeide. Dette materialet brukes spesielt til utvendig kledning av bygninger.

Normativ

Portlandsementkvaliteten må være i samsvar med ASTM C 150. I Europa må den være i samsvar med EN 197-1. I Spania er sementer regulert av RC-08 Instruksjon for mottak av sementer, godkjent ved kongelig resolusjon 956/2008 av 6. juni.

Portland spesialsementer

Spesielle portlandsementer er sementer som oppnås på samme måte som portland, men som har ulike egenskaper på grunn av variasjoner i prosentandelen av komponentene som utgjør den.

Iron Portland

Ferric Portland er preget av en fluksmodul på 0,64. Dette betyr at denne sementen er svært rik på jern. Faktisk oppnås det ved å introdusere pyrittaske eller pulveriserte jernmineraler. Denne typen sammensetning innebærer derfor, i tillegg til en større tilstedeværelse av Fe 2 O 3 (jernoksid), en lavere tilstedeværelse av 3CaOAl 2 O 3 hvis hydrering er det som utvikler mer varme. Av denne grunn er disse sementene spesielt egnet for bruk i varmt klima. De beste jernsementene er de med lav kalkmodul , faktisk inneholder de en lavere mengde 3CaOSiO 2 , hvis hydrering produserer den største mengden fri kalk (Ca(OH) 2 ). Siden fri kalk er den komponenten som kan angripes mest av aggressivt vann , er disse sementene, som inneholder en mindre mengde, mer motstandsdyktige mot aggressivt vann enn plast.

Hvite sementer

I motsetning til jernsement har hvite sementer en svært høy fluksmodul, omtrent 10. De inneholder derfor en svært lav prosentandel Fe 2 O 3 . Den hvite fargen skyldes mangelen på jern som gir normal Portland en gråaktig nyanse og en mørkere grå til jernsement. Reduksjonen av Fe 2 O 3 kompenseres med tilsetning av fluoritt (CaF 2 ) og kryolitt (Na 3 AlF 6 ), nødvendig i produksjonsfasen i ovnen for å senke kvaliteten på sementtypen som eksisterer i dag 4: som er type I 52.5, type II 52.5, type II 42.5 og type II 32.5; Også kalt pavi) tilsettes vanligvis en ekstra mengde kalkstein, som kalles klinkeritt for å senke typen, siden normalt klinkermalen med gips vil være type I.

Blandingsementer

Blandingsementer oppnås ved å tilsette andre komponenter som pozzolan til vanlig Portland-sement . Tilsetningen av disse komponentene gir disse sementene nye egenskaper som skiller den fra vanlig Portland.

Pozzolansement

Pozzolan kalles en fin vulkansk aske som sprer seg hovedsakelig i regionene Lazio og Campania, navnet stammer fra byen Pozzuoli , nær Napoli , i skråningene til Vesuv . Den har senere blitt generalisert til vulkansk aske andre steder. Vitruvio har allerede beskrevet fire typer puzzolana: svart, hvit, grå og rød.

Blandet med kalk (i forholdet 2 til 1) oppfører den seg som puzzolan-sement, og tillater fremstilling av en god blanding med en grad av herding selv under vann;

Denne egenskapen tillater nyskapende bruk av betong, slik romerne allerede hadde forstått: Den gamle havnen i Cosa ble bygget med puzzolana blandet med kalk like før bruk og helt under vann, sannsynligvis ved hjelp av et rør, for å avsette den på bunnen uten å løses opp i sjøvann. De tre bryggene er fortsatt synlige, med den nedsenkede delen i god stand etter 2100 år.

Pozzolana er en stein av sur natur, veldig reaktiv, er svært porøs og kan fås til en lav pris. En puzzolansement inneholder omtrent:

  • 55-70% Portland klinker
  • 30-45 % puzzolan
  • 2-4% gips

Siden puzzolanen er kombinert med kalk (Ca(OH) 2 ), vil det være mindre av sistnevnte. Men nettopp fordi kalk er komponenten som angripes av aggressivt vann , vil puzzolansement være mer motstandsdyktig mot angrep fra disse. På den annen side, siden 3CaOAl 2 O 3 bare er tilstede i komponenten som består av Portland-klinker, vil puzzolan-sementstøpingen utvikle mindre reaksjonsvarme under herding. Denne sementen er derfor egnet for bruk i spesielt varmt klima eller til store støpegods.

Den brukes hovedsakelig i elementer hvor høy ugjennomtrengelighet og holdbarhet er nødvendig.

Jern og stålsement

Pozzolana er i mange tilfeller erstattet av kullaske fra kraftverk, smelteverkslagg eller avfall fra oppvarming av kvarts . Disse komponentene introduseres mellom 35 og 80%. Prosentandelen av disse materialene kan være spesielt høy, siden den stammer fra silikater, det er et potensielt hydraulisk materiale. Den må imidlertid aktiveres i et alkalisk miljø, det vil si i nærvær av OH - ioner . Det er av denne grunn at minst 20 % normal Portland-sement må være tilstede. Av samme grunner som puzzolansement har jern- og stålsement dårlig motstand mot aggressivt vann og utvikler mer varme under herding. Et annet kjennetegn ved disse sementene er deres høye naturlige alkalitet, noe som gjør dem spesielt motstandsdyktige mot atmosfærisk korrosjon forårsaket av sulfater.

Den har høy kjemikalie-, syre- og sulfatbestandighet, og en høy innstillingstemperatur.

Hurtigherdende sement

Hurtigherdende sement , også kjent som "romersk sement eller naturlig prompt ", kjennetegnes ved at den begynner å stivne innen få minutter etter tilberedning med vann. Den produseres på en lignende måte som Portland-sement, men med ovnen ved lavere temperatur (1000 til 1200 °C). [ 2 ]​ Det er egnet for mindre jobber, innfestinger og reparasjoner, det er ikke egnet for store arbeider fordi det ikke ville være tid til å lage en god søknad. Selv om kontrollert innstilling kan startes ved hjelp av naturlige retardere (E-330) som sitronsyre, starter den fortsatt herding etter ca. 15 minutter (ved 20 °C). Fordelen er at når det har gått ca. 180 minutter fra starten av setting, oppnås en meget høy motstand mot kompresjon (mellom 8 til 10 MPa ), som er grunnen til at det oppnås god ytelse for raske og definitive intervensjonsarbeider. Det finnes hurtigsementer som etter 10 år får en trykkfasthet som er høyere enn for enkelte armerte betonger (større enn 60 MPa).

Aluminiumssement

Aluminiumssement produseres hovedsakelig av bauxitt med urenheter av jernoksid (Fe 2 O 3 ), titanoksid (TiO 2 ) og silisiumoksid (SiO 2 ). Kalsiumoksid eller kalsiumkarbonat tilsettes i tillegg . Aluminiumssement kalles også "smeltet sement", siden temperaturen på ovnen når opp til 1600 °C, med hvilken sammensmeltingen av komponentene oppnås. Den smeltede sementen helles i former for å danne blokker som avkjøles og til slutt males for å oppnå sluttproduktet.

Aluminiumssement har følgende oksidsammensetning:

  • 35-40% kalsiumoksid
  • 40-50% aluminiumoksid
  • 5% silisiumoksid
  • 5-10 % jernoksid
  • 1 % titanoksid

Dens komplette sammensetning er:

  • 60-70 % CaOAl2O3 _
  • 10-15 % 2CaOSiO 2
  • 4CaOAl2O3Fe2O3 _ _ _ _ _ _ _
  • 2CaOAl2O3SiO2 _ _ _ _ _

Når det gjelder silisiumoksyd, må dets tilstedeværelse som en urenhet være mindre enn 6 %, fordi komponenten det gir opphav til, det vil si (2CaOAl 2 O 3 SiO 2 ), har få hydrofile egenskaper (lite vannabsorpsjon ) .

Hydreringsreaksjoner

CaOAl 2 O 3 + 10 H 2 O → CaOAl 2 O 3 10 H 2 O (heksagonale krystaller)
2(CaOAl 2 O 3 )+11 H 2 O → 2CaOAl 2 O 3 8H 2 O + Al(OH) 3 (krystaller + gel)
2(2CaOSiO 2 )+ (x+1)H 2 O → 3CaO2SiO 2 xH 2 O + Ca(OH) 2 (krystaller + gel)

Mens portlandsement er en sement av grunnleggende natur, takket være tilstedeværelsen av kalk Ca(OH) 2 , er aluminiumssement i det vesentlige nøytral i naturen. Tilstedeværelsen av aluminiumhydroksid Al(OH) 3 , som i dette tilfellet oppfører seg som en syre, noe som får de to komponentene til å nøytralisere og resulterer i en nøytral sement.

Aluminiumssement bør brukes i kaldt klima, med temperaturer under 30°C. Faktisk, hvis temperaturen var høyere, ville den andre hydratiseringsreaksjonen endret seg og det ville være dannelse av 3CaOAl 2 O 3 6H 2 O (kubiske krystaller) og en større produksjon av Al(OH) 3 , noe som ville føre til en økning i volumet og kan forårsake sprekker.

Generelle egenskaper til sement

  • God motstand mot kjemisk angrep.
  • Motstand mot forhøyede temperaturer. Ildfast .
  • Høy initial styrke som avtar over tid.
  • Bruk av rustning bør unngås. Over tid øker porøsiteten.
  • Passende bruk for lave temperaturer fordi den er veldig eksoterm.

Bruk av aluminiumssement i spennbetong er forbudt. Levetiden til armerte betongkonstruksjoner er kortere.

Konverteringsfenomenet (økning i porøsitet og fall i styrke) kan ta tid før det oppstår under forhold med lav temperatur og fuktighet.

Prosjekterende må som designverdi ikke vurdere maksimal motstand, men restverdi, etter konvertering, og denne vil ikke være større enn 40 N/mm².

A/C-forhold ≤ 0,4, høy mengde sement og økte belegg (på grunn av lavere pH) anbefales.

Fysiske egenskaper til kalsiumaluminatsement

  • Innstilling: Normal 2-3 timer. Ligner på Portland sement.
  • Herding: veldig rask. På 6-7 timer har den 80 % av motstanden.
  • Volumstabilitet: Ikke ekspansiv.
  • Hydratiseringsvarme: veldig eksotermisk, avgir raskt store mengder varme.
  • Meget motstandsdyktig mot sulfater og meget god holdbarhet og motstandsdyktig mot syreforbindelser
  • Gode ​​ildfaste egenskaper, tåler 1500-1600 °C og opprettholder motstand og fysiske egenskaper.
  • Utsatt for forhold med høy temperatur og høy luftfuktighet (for eksempel et kystområde) gjennomgår den en endring i sin kjemiske sammensetning:
3CAH10 = > C3AH6 + 2AH3 + 18H _

Den mister 18 vannmolekyler og etterlater porer når den fordamper, og dermed mister den all motstand (den går fra en sekskantet krystall til en kubisk)

  • Herding må være veldig forsiktig (varer en dag)

Applikasjoner

Kalsiumaluminatsement er svært egnet for:

  • solid betong
  • Raske nødreparasjoner.
  • Midlertidige fundamenter og benker.

Når bruken er forsvarlig, kan den brukes i:

  • Arbeider og prefabrikkerte elementer, laget av massebetong eller ikke-strukturbetong.
  • Visse tilfeller av massebetongfundamenter.
  • Sprøytebetong.

Ingenting er angitt for:

  • Strukturell armert betong.
  • Masse eller armert betong med store volumer (veldig eksotermisk)

Det er forbudt å:

  • Forspent betong i alle tilfeller.

Vanlige bruksområder for kalsiumaluminatsement

  • Kloakk.
  • Industrielle utslippsområder.
  • kloakkrenseanlegg
  • Sulfaterte jordarter.
  • marine miljøer.
  • Som bindemørtel i ildfaste konstruksjoner.
  • Veier.

Produksjonsprosess

Sementproduksjonsprosessen består av fire hovedtrinn:

  1. Utvinning og maling av råstoffet
  2. Homogenisering av råstoffet
  3. Klinkerproduksjon _
  4. sementsliping

Råmaterialet for fremstilling av sement ( kalkstein , leire , sand , jernmalm og gips ) utvinnes fra steinbrudd eller gruver og, avhengig av hardheten og plasseringen av materialet, brukes visse utnyttelsessystemer og utstyr. Når råmaterialet er utvunnet, reduseres det til størrelser som kan bearbeides av råoljefabrikkene.

Homogeniseringstrinnet kan være vått eller tørt, avhengig av om luft- eller vannstrømmer brukes til å blande materialene. I den våte prosessen pumpes råstoffblandingen til homogeniseringsbassenger og derfra til ovnene hvor klinker produseres ved temperaturer over 1500 °C . I den tørre prosessen homogeniseres råstoffet i råvaregårder ved bruk av spesialmaskineri. I denne prosessen er kjemisk kontroll mer effektiv og energiforbruket er lavere, siden ved å slippe å eliminere det tilsatte vannet for å blande materialene, blir ovnene kortere og klinkeren krever kortere tid utsatt for høye temperaturer.

Klinkeren som oppnås, uavhengig av prosessen som brukes i homogeniseringstrinnet, males deretter med små mengder gips for til slutt å oppnå sement.

Reaksjon av sementpartikler med vann
  1. Innledende periode: partiklene med vannet er i oppløsningstilstand, med en intens innledende eksoterm reaksjon. Det varer omtrent ti minutter.
  2. Sovende periode: en gelatinøs film produseres på partiklene, som hemmer hydratiseringen av materialet i omtrent en time.
  3. Begynnelsen av stivhet: ettersom hydreringen av sementpartiklene fortsetter, begynner den gelatinøse filmen å vokse, og genererer kontaktpunkter mellom partiklene, som sammen immobiliserer sementmassen. Det kalles også innstilling. Derfor vil innstillingen være økningen i viskositeten til en blanding av sement med vann.
  4. Styrkeøkning: ettersom hydratiseringen av sementpartiklene fortsetter, og i nærvær av CaOH 2 -krystaller , utvikler den gelatinøse filmen (som er mettet på dette tidspunktet) rørformede filamenter kalt «fusiforme nåler», som når de øker i antall, genererer et nett som øker den mekaniske motstanden mellom de allerede hydrerte sementkornene.
  5. Herding og herding: begynnelsen av herdingen er tidspunktet for en sementpasta med vanskelig støping og høy viskositet. Pastaen stivner deretter til et sterkt fast stoff som ikke kan deformeres. Tiden da den når denne tilstanden kalles "setting end".
Oppbevaring

Hvis det er sement i poser, bør det oppbevares på trestativer eller brettgulv; Den vil ikke bli stablet i overlappende rader med mer enn 14 poser høye for lagring i 30 dager, og heller ikke mer enn 7 poser høye for lagring i opptil 2 måneder. For å forhindre at sementen eldes unødig, etter at den ankommer byggeplassen, må entreprenøren bruke den i samme kronologiske rekkefølge etter ankomst. Det skal ikke benyttes sement sement som har vært lagret i mer enn to måneder på arbeidsområdet, med mindre nye prøver viser at den er i tilfredsstillende stand.

Sementproduksjon i Spania

Sementproduksjon i Spania er et godt eksempel på den økonomiske utviklingen i landet. Fra 1973 til i dag indikerer grafene en konstant utvikling, med et gulv i 2013 etter en syv år lang produksjonskrise som startet i 2007 . [ 3 ]

Sementproduksjon i Spania mellom 1973 og 1986 (i tusenvis av tonn) [ 4 ]
Kilde: Oficemen
Graf laget av: Wikipedia
Sementproduksjon i Spania mellom 1987 og 1999 (i tusenvis av tonn) [ 4 ]
Kilde: Oficemen
Graf laget av: Wikipedia
Sementproduksjon i Spania mellom 2000 og 2013 (i tusenvis av tonn) [ 4 ]
Kilde: Oficemen
Graf laget av: Wikipedia

Se også

Referanser

  1. ↑ Peruansk teknisk standard NTP 334.090
  2. ↑ Sikkerhetsdatablad. CNP PM NF (prompt naturlig sement), VICAT (2002)
  3. ^ "Sementforbruket vokser for første gang på syv år, i Diarioabierto.es, 01/20/2015" . Hentet 31. mars 2017 . 
  4. ↑ a b c Oficemen (Spania) (red.). «Historisk sementproduksjon i Spania. Data fra Oficemen-foreningen." . Arkivert fra originalen 19. desember 2014 . Hentet 18. desember 2014 .  

Eksterne lenker