Proč se do cementu přidávají hydráty síranu železnatého

Železný síran je anorganická sloučenina, kterou lze použít při produkci cementu. Jeho funkce spočívá v podpoře procesu tvrdnutí cementu a snížení stupně krystalizace cementu.

Role síranu železnatého při tvrdnutí cementu

Přidání síranu železitého může podpořit tvrdnutí a zrání cementu. Síran železitý je rozložen na hydroxid a divalentní železné ionty za vzniku komplexu, který reaguje s ternární sloučeninou v cementovém slínku za vzniku cementového slínku s vysokým obsahem triferritu nebo s vysokým průměrným obsahem železa. Kromě toho hraje sulfát železnice důležitou roli při tvrdnutí cementu ve vlhkém prostředí. Železný síran může absorbovat ionty vodíku v cementu a tyto ionty vodíku použít k podpoře rychlosti, při které cement ztuhne ve vlhkém prostředí.

Vliv na krystalizaci a homogennost cementu

Kromě podpory tvrdnutí může síran železnice také snížit stupeň krystalizace cementu v důsledku přítomnosti železných iontů v hydrátech generovaných během procesu tvrdnutí. Tyto železné ionty mohou reagovat s vápníkovými ionty v cementovém slínku, takže složení v cementu je homogennější.

Celkový dopad na vlastnosti cementu

Závěrem lze říci, že sulfát železnice má při výrobě cementu velmi důležitou roli a použití. Může podpořit proces tvrdnutí cementu a snížit stupeň krystalizace cementu, čímž se cement stává odolnějším. Kromě toho může síran železnatý také pomoci cementu ztuhnout ve vlhkém prostředí, čímž se rozšíří jeho rozsah aplikací a efektů.

Složení a vlastnosti betonu

Beton je kompozitní materiál připravený smísením cementu, kameniva a vody. Hydratovaný cement ve ztvrdlém betonu je složen z hydratovaných slínkových minerálů a hydroxidu vápenatého, který je velmi důležitou součástí betonu z hlediska vytvoření příznivého prostředí pro ochranu ocelové výztuže před korozí. Složky cementového tmelu jsou sloučeniny zásaditého charakteru, ty jsou náchylné k reakci s kyselinotvornými plyny a kyselinami. Na průběh reakcí, které mohou způsobit degradaci betonu, má vliv složení betonu, tj. množství cementu, poměr cementu ke kamenivu, granulometrická skladba kameniva, množství záměsové vody a porozita cementového tmelu v betonu.

Čtěte také: Pes a lamino: Tipy pro pohodlnější chůzi

Typy cementů a jejich složky

Základní druh cementu je portlandský, označovaný jako jednosložkový (CEM I), s obsahem slínku 95-100 %. Ostatní druhy cementů (CEM II až V) jsou od portlandského cementu odvozeny, obsahují 20-94 % slínku, zbytek jsou reaktivní nebo nereaktivní příměsi. V normě uvedené příměsi jsou vysokopecní struska, křemičitý úlet, pucolány, popílky, kalcinovaná břidlice a vápenec. Portlandský slínek je hydraulická látka, která musí sestávat nejméně ze dvou třetin hmotnosti z křemičitanů vápenatých (3CaO · SiO2 a 2CaO · SiO2). Ve zbytku jsou pak obsaženy slínkové fáze obsahující hliník a železo a jiné sloučeniny. Granulovaná vysokopecní struska vzniká rychlým ochlazením vhodně složené struskové taveniny vznikající při tavení železné rudy ve vysoké peci. Struska musí být nejméně ze dvou třetin hmotnosti sklovitá a při vhodné aktivaci musí vykazovat hydraulické vlastnosti. Granulovaná vysokopecní struska musí sestávat nejméně ze dvou třetin hmotnosti z oxidu vápenatého (CaO), oxidu hořečnatého (MgO) a oxidu křemičitého (SiO2).

Význam hydroxidu vápenatého

Při hydrataci cementu vznikají hydratované křemičitany a hlinitany vápenaté (CSH a CAH), nedílnou složkou hydratovaného cementu je hydroxid vápenatý, Ca(OH)2, který je příčinou vysoké zásaditosti cementového tmelu v betonu (pH ~ 12). Použitím směsných cementů, nebo přídavek reaktivních příměsí do směsi pro výrobu betonu se obsah hydroxidu vápenatého, vzniklého při hydrataci cementu snižuje. Z pohledu koroze betonu je nižší obsah hydroxidu výhodný, protože není k dispozici sloučenina, která je nejvíce napadána korozí způsobujícími látkami z okolního prostředí, beton je více chráněn před degradací, než v případě použití portlandského cementu. Snížení obsahu hydroxidu vápenatého je však negativní z pohledu koroze ocelové výztuže.

Pórová struktura betonu

Velmi důležitým faktorem v odolnosti betonu proti působení korozních látek je jeho pórová struktura, která se odvíjí od složení čerstvého betonu. Póry obsažené v cementovém tmelu ztvrdlého betonu umožňují transport korozních látek do jeho struktury. Množství a velikost pórů jsou závislé na množství záměsové vody, použité pro přípravu směsi.

Vlivy prostředí na degradaci betonu

Koroze betonu je významnou oblastí, kterou nelze pominout při návrhu složení betonu pro výrobu betonových konstrukcí. Je nutno zohlednit prostředí, ve kterém bude probíhat životní cyklus konstrukce. Limity dalších kyselých plynů, které se mohou vyskytovat v atmosféře, jsou stanoveny normami.

Chemické vlivy

Chemické vlivy způsobující degradaci betonu lze rozdělit na působení agresivních plynů z atmosféry, pak se probíhající korozní děje zařazují do atmosférické koroze, a na vlivy způsobené kapalným agresivním prostředím probíhající u podzemních konstrukcí a u vodních staveb.

Čtěte také: Štěrk pod skalku

Karbonatace

Nejvíce prostudovaným typem atmosférické koroze je tzv. karbonatace, tj. reakce s oxidem uhličitým (CO2) obsaženým v běžné atmosféře (uvádí se průměrná hodnota 0,038 obj. %). Karbonatace betonu probíhá v několika krocích. Vzniklý jemnozrnný produkt částečně zaplňuje póry, cementový tmel je hutnější, zlepší se i mechanické vlastnosti. Ve druhém stádiu reaguje CO2 s hydratovanými slínkovými minerály, vznikají různé modifikace CaCO3 (kalcit, vaterit, aragonit), ve velmi jemné formě zůstávají v pseudomorfózách po hydratačních produktech cementu. Ve třetím stádiu dochází k rekrystalizaci již vzniklého CaCO3 vlivem působení CO2 a vlhkosti. Reakcí CO2 s hydroxidem vápenatým se snižuje koncentrace OH− iontů v cementovém tmelu, a tím je korozí ohrožena ocelová výztuž.

Koroze kapalným agresivním prostředím

Korozi kapalným agresivním prostředím popsal Moskvin, který rozdělil korozní pochody v betonu do 3 skupin.

  • Koroze I. druhu: Principem koroze I. druhu je vyluhování hydroxidu vápenatého z betonu. Rychlost vyluhování hydroxidu vápenatého (rozpustnost Ca(OH)2 je 160 mg/100 g vody při 20 °C) závisí na propustnosti betonu pro vodu, u náporové vody navíc na jejím hydrostatickém tlaku. Vyloužením hydroxidu se sníží koncentrace hydroxidových iontů, tedy sníží se hodnota pH pórového roztoku. Při vyluhování jsou účinné vody s nízkým obsahem vápenatých a hořečnatých iontů. Jedná se o vody srážkové, říční a rybniční.
  • Koroze II. druhu: Koroze II. druhu spočívá v tvorbě nerozpustných nebo rozpustných vápenatých sloučenin, které vznikají reakcí kyselin, CO2agr a některých solí s hydroxidem vápenatým. Vzniklé produkty nemají vazebné vlastnosti a obvykle nejsou expanzivní. Kyseliny, a také koncentrované alkalické hydroxidy, reagují s hydratovanými produkty slínkových minerálů, kdy výsledkem jsou více nebo méně rozpustné soli.
  • Koroze III. druhu: Koroze III. druhu zahrnuje především reakci síranových iontů s cementovým tmelem v betonu. Tento typ koroze je spojen s tvorbou sloučenin s velkým molárním objemem. Současně dochází k úplnému rozkladu hydratovaných slínkových minerálů. Přítomná vlhkost způsobuje rekrystalizaci sádrovce a vznik větších krystalů. Kyselina sírová reaguje se složkami cementového tmelu.

Biologické působení

Biologické působení, spojené s poškozením betonu, je spojeno se vznikem napětí v důsledku růstu kořenů rostlin, a dále s chemickým působením produktů metabolických procesů rostlin a živočichů. Významné místo v tomto směru zaujímá poškození kanalizačních stok a jejich příslušenství působením bakterií, oxidujících sirné a dusíkaté sloučeniny, které pocházejí z rozkladu látek bílkovinného charakteru.

Normy a specifikace cementů

Normy ČSN EN 206 a doplňující ČSN P 73 2404 se zabývají stupni vlivu prostředí na degradaci betonu. Evropská norma ČSN EN 197-1 specifikuje celou skupinu portlandských cementů směsných CEM II, které obsahují kromě portlandského slínku jedinou hlavní složku. Portlandské směsné cementy další skupiny obsahují kromě slínku více než jednu hlavní složku. V českých podmínkách jde hlavně o strusku (S), vápenec (L, LL) a popílek (V).

Typy a třídy cementů

Norma definuje a určuje specifikace pro 27 jmenovitých cementů pro obecné použití, 7 síranovzdorných cementů pro obecné použití, jakož i pro 3 jmenovité vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a 2 síranovzdorné vysokopecní cementy s nízkou počáteční pevností a pro jejich složky. Definice každého cementu zahrnuje poměry složek, jejichž kombinací je možno vyrobit určitou skupinu výrobků v rozsahu devíti pevnostních tříd. Rozeznávají se tři třídy normalizované pevnosti: třída 32,5, třída 42,5 a třída 52,5.

Čtěte také: původ modrých střech na řeckém ostrově Santorini

Tabulka níže uvádí přehled tříd normalizované pevnosti a počáteční pevnosti cementů.

Třída normalizované pevnosti Počáteční pevnost po 2 dnech (MPa) Počáteční pevnost po 7 dnech (MPa) Normalizovaná pevnost po 28 dnech (MPa) Značení počáteční pevnosti
32,5 - ≥ 16 32,5 - 52,5 N
32,5 ≥ 10 - 32,5 - 52,5 R
42,5 ≥ 10 - 42,5 - 62,5 L
42,5 ≥ 20 - 42,5 - 62,5 N
42,5 ≥ 20 - 42,5 - 62,5 R
52,5 ≥ 20 - ≥ 52,5 L
52,5 ≥ 30 - ≥ 52,5 N
52,5 ≥ 30 - ≥ 52,5 R

Doplňující složky a přísady

Síran vápenatý se přidává k ostatním složkám cementu v průběhu jeho výroby za účelem úpravy tuhnutí. Síran vápenatý může být přidáván ve formě sádrovce (dihydrát síranu vápenatého, CaSO4 · 2H2O), hemihydrátu síranu vápenatého (CaSO4 · 1/2H2O) nebo anhydritu (bezvodý síran vápenatý CaSO4) popřípadě jejich směsi. Sádrovec a anhydrit jsou přírodního původu. Přísady jsou přidávány pro usnadnění výroby nebo pro úpravu vlastností cementu. Celkové množství přísad nesmí překročit 1,0 % hmotnosti cementu (s výjimkou pigmentů).

tags: #proc #se #do #cementu #pridavaji #hydraty

Oblíbené příspěvky: