Procesele fizico-chimice la tratarea termică a cimentului Portland

1. Introducere.

1.1. Idei principale despre materiale liante.

In prezent se cunosc diverse tipuri de materiale liante. Dar in practica se utilizeaza doar o parte din aceste produsi. Materialele liante se clasifica in doua grupe:

1. neorganice numite si minerale din care fac parte: ciment Portland si tipurile lui, ipsos

de constructie, var

2. organice in care se inscriu : petrol, bitum

Materialele liante sunt produse de origine minerala maruntite fin, care dupa amestecarea cu apa formeaza o pasta plastica, prezentind capacitatea de a se intari, si care treptat se intareste si trece intr-un material solid.

In procesul de intarire se deosebeste priza care se caracterizeaza prin inceput si sfirsit. Inceputul prizei se considera momentul la care pasta se indeseaza si pierde viscozitatea (pentru cimenturi timpul este de la 45min. – 3;4h). sfirsitul prizei se caracterizeaza prin trecerea pastei in corp solid. Pentru cimenturi sfirsitul prizei este intre 6 – 10h. Dupa trecerea pastei in corp solid se petrece intarirea liantului care se caracterizeaza prin 3 stadii:

1. Dezvoltarea

2. Coloidarea

3. Cristalizarea

Aceste produse se folosesc in cele mai multe cazuri in amestec cu apa si diferite adausuri minerale, constituite din granule si bucati de diferite dimensiuni. Liantii in amestec cu adaosuri maruntite fin (nisip) dau mortare, in amestec cu adaosuri marunte si bucati mai mari se obtin betoanele.

Utilizarea produselor liante in compozitie cu diferite adaosuri se face din cauza ca: in primul rind, pretul materialelor liante este foarte inalt, si de aceea pentru a scadea din pretul produselor sau constructiilor este necesar de a le obtine cu un consum minim de lianti. Pentru fiecare tip de produs consumul de lianti se determina in conformitate cu necesitatile cerute, rezistenta necesara constructiei vizate, fiabilitatea si durata de exploatare a constructiei;

in al doilea rind, materialelle liante in forma de pasta fara adausuri au un procent mai ridicat la compactare si umflare atit in timpul intaririi, cit si la aparitia modificarilor diferitor fenomene naturale (temperature, umeditate, presiune). Aceasta duce la aparitia fisurilor si distrugerea rapida a constructiei.

Producerea materialelor liante prezinta un complex de activitati chimice si fizico-mecanice asupra materialelor, obtinute intr-o oarecare succesivitate.

La momentul actual materialele liante se utilizeaza pe larg la producerea tencuelilor si mortarelor de zidarie. Sunt destinate legarii materialelor granulare (agregatelor) pentru a forma conglomerate artificiale (betoane si mortare).

1.2. Scurt istoric despre producerea si dezvoltarea cimentului portland.

Traditional, liantii anorganici reprezinta substante minerale, in forma pulverulenta, cu sau fara adaosuri, care, care amestecate cu apa sau alte lichide prezinta proprietatea de a se intari, fie in mediu umed, fie in mediu aerian, fie in ambele conditii.

Din epoca romana dateaza si prima lucrare, in care erau descrisi si se prezinta modul de formare si intarire a liantilor cunoscuti in acea vreme, este vorba de lucrarea lui Vitruvius – Arhitectura.

In perioada care a urmat, pina in epoca moderna descoperiri importante nu s-au facut. Pentru inceput se fac observatii si se string unele date, mai tirziu se fac incercari de a se scrie lucrari in care sa se sistematizeze aceste date. Ca o concluzie, apare idea utilizarii, la ardere, a rocilor calcaroase cu continut ridicat de argila arsa si diverse tipuri de minerale vulcanice (tuf, praf in forma maruntica). In acest mod se face un mare pas inainte catre cunoasterea si obtinerea liantilor hidraulici. In principiu, la arderea marnelor au loc reactii intre oxidul de calciu si oxizii din argila, care conduc la aparitia unor minerale cu proprietati hidraulice. Aceasta idée a avut o mare importanta, ea stind la baza dezvoltarii industriei si chimiei cimentului Portland in perioada care a urmat.

Primul care a descoperit procedeul de fabricatie a liantului hidraulic, rezultat din arderea unui amestec artificial de calcar si argila a fost zidarul englez Djozef Aspdin, in anul 1822 in orasul Portland (Anglia). In 1824 el a primit certificatul pentru obtinerea primului material liant care mai tirziu a fost considerat o varietate a romancimentului.

Mai tirziu, in 1825, in Rusia primul producator a cimentului Portland a fost Egor Gherasimovici Celiev care a imbunatatit producerea cimentului Portland, datorita faptului ca a primit ciment Portland pe calea arderii materialelor dozate pina la coacere. Tot in aceasta perioada apare lucrarea lui, cu titlul : “Indrumari complete de cum se prepara un mortar sau ciment, bun si ieftin, foarte trainic pentru constructii sub apa, canale, poduri, bazine, baraje, beciuri si pentru tencuielile la constructii de zidarie si lemn”.

Un fapt deosebit de important in dezvoltarea chimiei si a industriei cimentului a fost dezvaluirea lui Johnson, in 1844, a rolului pe care il prezinta vitrifierea in formarea clincherului de ciment Portland. Acum are loc un progress rapid al industriei cimentului, o perfectionare a utilajelor si procesului tehnologic.

Mai tirziu, au loc cercetari ample cu privire la compozitia chimica si mineralogica a cimentului si la mecanismul procesului de intarire, se fac, de asemenea, studii cu privire la echilibrele termice si cinetica chimica a reactiilor in amestecuri de substante solide.

Cercetari deosebite in domeniul compozitiei mineralogice a cimentului au efectuat Le Chatelier, Rankin, Lea, Eitel, Toropov.