Właściwości cementu to cechy i składniki, które czynią go jednym z najbardziej wszechstronnych i cennych istniejących materiałów budowlanych. Właściwości obejmują właściwości fizyczne i chemiczne cementu.
Właściwości fizyczne obejmują takie elementy, jak wytrzymałość cementu na ściskanie i zdolność wiązania, które pozwalają budowniczym tworzyć mocne i trwałe konstrukcje. Właściwości chemiczne są związane ze sposobem, w jaki składniki cementu wpływają na jego imponujące właściwości fizyczne.
Właściwości fizyczne cementu
Składniki chemiczne cementu odgrywają znaczącą rolę w jego właściwościach fizycznych. Firmy cementowe dokonują pewnych modyfikacji składników cementu, jeśli chcą stworzyć specjalistyczne rodzaje cementu o unikalnych właściwościach.
Delikatność
Rozdrobnienie mieszanki cementowej odnosi się do rozkładu wielkości cząstek proszku cementowego. Ta właściwość wpływa na wydajność i urabialność cementu. Próbę mierzy się w metrach kwadratowych na kilogram (m2/kg) lub centymetrach kwadratowych na gram (cm2/g). Większa powierzchnia właściwa wskazuje na drobniejsze cząstki, a niższa powierzchnia właściwa wskazuje na grubsze cząstki.
Im drobniejsze cząstki cementu, tym większa interakcja między wodą a cząstkami cementu. Zwiększa to reaktywność chemiczną i późniejszą produkcję żelu hydratu krzemianu wapnia (CSH). Żel CSH tworzy matrycę, która zapewnia twardnienie i wytrzymałość cementu.
Solidność
Solidność cementu odnosi się do jego zdolności do zachowania swojej struktury po związaniu i stwardnieniu. Mierzy odporność cementu na zmiany objętości, takie jak skurcz i rozszerzanie, które mogą wystąpić z powodu opóźnionego hydratacji lub niestabilnych związków chemicznych. Niektóre niestabilne związki chemiczne obejmują nadmiar wapna lub tlenku magnezu, które z czasem mogą reagować z wodą, powodując ekspansję.
Producenci dbają o solidność cementu, dobierając odpowiednią mieszankę surowców, aby zachować zrównoważony skład chemiczny. Pozwala to zapewnić odpowiednią temperaturę pieca na etapie produkcji klinkieru i zmielić cząstki do akceptowalnego poziomu bez nadmiernego wytwarzania ciepła.
Konsystencja
Konsystencja cementu odnosi się do jego zdolności do płynięcia i utrzymania urabialności po zmieszaniu z wodą. Właściwość ta związana jest z plastycznością i płynnością zaczynu cementowego. Różne związki chemiczne zawarte w mieszance cementowej wpływają na konsystencję cementu ze względu na szybkość hydratacji i właściwości reologiczne. Na przykład krzemian trójwapniowy jest dość reaktywny i wymaga dużej ilości wody, aby uzyskać dobrą konsystencję. Krzemian dwuwapniowy charakteryzuje się krótszym czasem reakcji i nie wymaga dużej ilości wody do uzyskania optymalnej konsystencji.
Wytrzymałość
Wytrzymałość rodzaju cementu odnosi się do jego zdolności do wytrzymywania nacisku sił zewnętrznych przy jednoczesnym zachowaniu integralności strukturalnej. Ta krytyczna właściwość opisuje nośność i trwałość cementu. Eksperci określają wytrzymałość cementu, poddając cylindryczne próbki cementu lub betonu obciążeniu ściskającemu, aż do wystąpienia uszkodzenia. Krzemian trójwapniowy zapewnia wczesny wzrost wytrzymałości cementu, a krzemian dwuwapniowy zapewnia długoterminową wytrzymałość.
Czas wiązania
Czas wiązania cementu opisuje, ile czasu potrzeba, aby świeżo wymieszana pasta cementowa osiągnęła stały, twardy stan. Producenci cementu mierzą czas wiązania w dwóch kategoriach: początkowy czas wiązania i końcowy czas wiązania. Początkowy czas wiązania nie powinien być zbyt krótki, ponieważ utrudnia to dobrą urabialność. Ostateczny ustalony czas nie powinien być zbyt długi, ponieważ może to spowolnić postęp projektów.
Początkowy średni czas wiązania wynosi od 30 do 45 minut. Średni czas końcowego wiązania wynosi od 7 do 10 godzin. Czasy te będą inne w przypadku cementu specjalistycznego, takiego jak cement szybkotwardniejący lub cement niskotemperaturowy. Obecność krzemianu trójwapniowego prowadzi do szybszego wiązania. Dodatek krzemianu dwuwapniowego może opóźnić czas wiązania.
Ciepło nawodnienia
Ciepło hydratacji odnosi się do ilości ciepła wydzielanego podczas procesu hydratacji. Podczas tego procesu zachodzą egzotermiczne reakcje chemiczne, które mogą mieć wpływ na urabialność cementu. Produkcja ciepła w cemencie jest korzystna w zimnym klimacie, ale nie w ciepłym klimacie, gdzie zbyt duże wytwarzanie ciepła może powodować pęknięcia i/lub skurcz, które będą miały wpływ na wytrzymałość i trwałość konstrukcji.
Producenci cementu często podają potencjalną hydratację cieplną swojego cementu, chociaż wartości graniczne będą się różnić w zależności od warunków środowiskowych.
Utrata zapłonu
Właściwość utraty zapłonu (LOI) odnosi się do utraty wagi cementu pod wpływem wysokich temperatur. Właściwość ta mierzy ilość związków lotnych i materiałów organicznych w mieszance cementowej. Aby przeprowadzić ten test, producenci wystawiają pewną ilość cementu na działanie określonej temperatury, zwykle około 900o-1000o C. Po spaleniu wszystkich lotnych związków pozostają substancje nieorganiczne. Ubytek masy określa się jako procent masy początkowej próbki cementu.
Ta właściwość pomaga producentom cementu ocenić czystość i jakość składu cementu, co wpływa na rozwój wytrzymałości, trwałość i odporność cementu na ataki chemiczne.
Gęstość nasypowa
Właściwość gęstości nasypowej odnosi się do masy cementu na jednostkę objętości. Wyraża się to w kilogramach na metr sześcienny (kg/m3) lub gramach na centymetr sześcienny (g/cm3). Mierzy gęstość cementu, gdy jest on luźno upakowany, bez zagęszczenia. Średni zakres gęstości nasypowej zwykłego cementu wynosi 1000-1600 kg/m3.
Środek ciężkości
Właściwość ta mierzy gęstość cementu do gęstości wody w określonej temperaturze. Ciężar właściwy zwykłego cementu wynosi średnio 3,1-3,16. Pomiar ciężaru właściwego pomaga inżynierom dokładnie odmierzyć cement z właściwymi proporcjami kruszywa i wody, aby osiągnąć wymaganą gęstość betonu.
Właściwości chemiczne cementu
Właściwości chemiczne cementu zależą od jego składu. Cztery główne związki chemiczne występujące w cemencie to glinian trójwapniowy, krzemian trójwapniowy, krzemian dwuwapniowy i ferryt. Związki te ulegają przemianom chemicznym podczas hydratacji, co wpływa na właściwości fizyczne cementu.
Glinian trójwapniowy (C3A) – związek ten reaguje z wodą, rozpoczynając proces hydratacji. C3A prowadzi również do wzrostu wytrzymałości cementu. Krzemian trójwapniowy (C3S) – C3S odpowiada za szybkie uwodnienie i utwardzenie. Krzemian diwapniowy (C2S) – ten związek chemiczny pomaga cementowi uzyskać długoterminową wytrzymałość. Ferryt (C4AF) – Ferryt jest topnikiem, który pomaga obniżyć temperaturę topnienia surowców w piecu, co wspomaga proces produkcyjny. Magnezja (MgO) – Niewielka ilość magnezu pomaga cementowi zwiększyć wytrzymałość. Zbyt dużo magnezu w mieszance sprawi, że cement będzie ekspansywny i niesolidny. Trójtlenek siarki (SO3) – Trójtlenek siarki występuje w cemencie w postaci gipsu. Może działać jako przyspieszacz czasu wiązania. Zbyt dużo SO3 może sprawić, że cement będzie ekspansywny i niezdrowy. Tlenki żelaza (Fe2O3) – związek ten zwiększa wytrzymałość i twardość cementu. Nadaje również cementowi kolor. Alkalia – obecność zasad może pomóc zwiększyć szybkość hydratacji, ale także spowolnić czas wiązania cementu. Tlenek glinu – cement o dużej zawartości tlenku glinu może wytrzymać bardzo niskie temperatury. Pyły krzemionkowe – Opary krzemionki pomagają poprawić wytrzymałość na ściskanie, odporność na ścieranie i siłę wiązania cementu. Nadmierna ilość oparów krzemionki może opóźnić czas wiązania cementu.
Jeśli podoba Ci się nasza strona, udostępnij ją swoim znajomym & Facebook
