Cimentul

1 Prezentarea generala a cimentului

Cimentul este un material de construcţie în formă de pulbere fină, obţinut prin prelucrarea materiei prime, care în contact cu apa face priză şi se întăreşte. După întarire îşi menţine stabilitatea chiar şi sub apa. Cimentul este un material complex obţinut prin arderea şi măcinarea unor argile speciale în amestec cu aditivi. Se obţine astfel un liant hidraulic cu rezistenţe mari după întărire. Întarirea se face în prezenţa apei, care în conbinaţie cu compuşi silicoşi duce la formarea unor geluri solide. Aderenţa faţă de agregatele minerale este foarte bună, putând astfel fi utilizat în producerea betonului. Gelurile rezultate au aderenţa foarte bună şi faţă de oţel, permiţând producerea de beton armat sau beton precomprimat. Bună rezistenţă la agresivitatea termică şi chimică.

1.1 Istoricul cunoaşteri cimentului-Portland

Se pare că inventatorul cimentului Portland este Louis Vicat ( 1876-1961), care în 1971 a avut preocupări în legatură cu amestecul de praf şi cenuşă vulcanică. Vicat este recunoscut ca fiind primul care a determinat proporţiile de calcar şi de silice în amestec şi aceasta prin folosirea de teste stiinţifice. De exemplu, un test pentru determinarea cosistenţei iniţiale şi a vitezei de întarire a pastei de ciment este bazată pe principiul „acul lui Vicat”, măsurându-se adâncimea de penetrare sub o anumită forţă. Testul este contestat de mulţi autori, dar acest lucru nu diminuiază meritele.

Joseph Asdin (1778-1855) a patentat cimentul Portland ca fiind o piatră asemănătoare unei roci din Portland (Anglia). În locul cenuşei vulcanice, Asdin foloseşte o argilă (puţin mai specială), argilă care conţine compuşi silicaţi ce respectă anumite proporţii.Compoziţia finală a cimentului Portland conţine în majoritate componenţi: C3A, C2S, C3S, C4AF. În notaţia anterioară C înseamnă oxid de calciu, cu S este notat boxid de siliciu, A semnifică trioxid de aluminiu, iar F este ferită. Mai există şi alţi compuşi în masa cimentului Portland, la fel cum mai există şi adaosuri.

Cimentul Portland este produsul obţinut prin măcinarea fină a clincherului de ciment Portland cu adaos de gips, necesar pentru reglarea timpului de priză. Clincherul de ciment Portland este produsul omogen, obţinut prin arderea până la început de vitrifiere a unui amestec intim şi fin macinat, de substanţe calcaroase şi argiloase sau de orice alte substanţe cu conţinut de dioxid de calciu, bioxid de siliciu trioxid de aluminiu şi trioxid de fier, astfel alcătuit cimentul rezultat după măcinare să satisfacă anumite condiţii date privind priza, întărirea, rezistenţele mecanice.

2 Proprietăţile cimentului

Principalele materii prime pentru producerea cimentului sunt calcarul şi argila. Acestea sunt extrase din cariere, unde după concasarea primară sunt trasportate pe amplasamentul fabricii pentru depozitare şi pregatire ulterioară. Argila are umiditate mare la exploatare astfel încât necesită uscare. Alte materii prime sunt: minereul de fier, cenuşa de pripită, zgura granulată de furnal. Amestecul de materii prime se face în proporţia stabilită prin reţetele de fabricare realizate în urma analizelor oxidice efectuate asupra materiilor prime.

Proprietăţile cimenturilor sunt impuse de utilizări şi depind de compoziţia chimică şi mineralogică. Cele mai importante proprietăţi sunt: priza şi timpul de priză, rezistenţa la compresiune, rezistenţa la încovoiere, comportarea la acţiunea substanţelor corozive, comportarea la tratamentele termice. Priza reprezintă procesul de transformare a lianţilor dintr-un material plastic într-unul rigid. Procesul de priză şi întărire a cimentului Portland are loc în prezenţa apei, când componenţii mineralogici se hidratează şi se descompun prin hidroliză, formând, în final, hidrosilicaţi, hidroaluminaţi, hidroferiţi şi hidroxid de calciu. Ultimul se află liber, în stare cristalină sau de gel. Hidrosilicaţii de calciu cu structură de gel au o capacitate liantă mare şi conduc la creşterea, în timp, a rezistenţei mecanice a cimentului.

Hidroaluminaţii şi hidroxidul de calciu cristalizează în faza de hidratare a cimentului, ceea ce determină rigidizarea masei de reacţie la începutul întăririi. Cei mai importanţi componenţi, în procesul de întărire, sunt silicaţii şi tricalcici. Convenţional se disting două momente ale prizei: începutul şi sfârşitul. Pentru cimentul portland începutul prizei trebuie să se producă după o oră, iar sfârşitul după maxim 10 ore. Timpul necesar acestui proces se numeşte timp de priză. El este micşorat de prezenţa aluminatului de calciu, de o ardere insuficientă, de mărirea temperaturii de ardere, de creşterea gradului de măcinare şi scăderea raportului apă/ciment. Timpul de priză poate fi reglat cu ajutorul unor substanţe denumite acceleratori (HCl, NaOH, CaCl2, Na2CO3 etc.) sau încetinitori de priză (H2SO4, ZnO, soluţii de zahăr etc.) Rezistenţa la compresiune, exprimată în N/mm2, este o caracteristică foarte importantă, fiind folosită la notarea mărcilor de ciment. Ea depinde de compoziţia chimică a cimentului şi creşte odată cu creşterea procentului de silicat tricalcic. Cimentul se fabrică sub mai multe mărci, care se simbolizează prin litere mari (P – ciment portland, A – ciment aluminos, Pz – ciment portland cu adaos de zgură) urmate de un număr ce reprezintă rezistenţa la compresiune a betonului măsurată în N/mm2. Dintre mărcile fabricate se pot enumera: cimentul cu rezistenţe iniţiale mari (RIM) caracterizat prin timp de priză mic şi rezistenţă mecanică mare; cimentul hidrofob, ce prezintă rezistenţă mare la umiditate; cimentul expansiv, care îşi măreşte volumul în timpul prizei, fiind folosit ca material de etanşare a unor construcţii speciale; cimentul alb, sărac în oxizi coloraţi; cimentul pentru sondă, rezistent la acţiune corosivă şi cu timpul de început de priză mare, la temperaturi ridicate, pentru a putea fi pompat; cimentul aluminos, ce conţine (35 ÷ 50)% , are rezistenţă mecanică şi la coroziune mare şi face priză rapid; cimentul mixt, ce conţine adaosuri active de zgură de furnal granulată, cenuşă de termocentrală, adăugate clincherului în timpul măcinării sale.