Jak powstał cement portlandzki

Historia

W 1824 roku angielski murarz Joseph Aspdin uzyskał patent na cement portlandzki. Nazwa pochodzi od miejscowości Portland, w której wydobywano naturalny kamień budowlany, do którego nowo uzyskany materiał był podobny. Przeprowadzenie procesu wyprażania w odpowiednio wysokiej temperaturze przypisuje się I. Johnsonowi w 1845 r. W Polsce pierwsza cementownia została uruchomiona przez J. Ciechanowskiego w Grodźcu k. Będzina w 1854 r. 35 lat później rozpoczęto produkcje cementu w USA.

Czytaj również: Dekoracyjna i ochronna fuga

Otrzymywanie cementu portlandzkiego

Podstawowymi surowcami do wyrobu cementu portlandzkiego są wapień i glina lub margle, czyli skały będące mieszaniną tych dwóch składników. Składniki te oraz dodatki korekcyjne dla uzupełnienia ewentualnego niedoboru SiO2 miele się i miesza dla otrzymania tzw. mączki surowej. Dopuszczalna zmienność składu materiałowego jest stosunkowo niewielka, określona przez równowagę fazową CaO-Al2O3-SiO2.

Podstawowe operacje technologiczne to:

- urabianie i rozdrabnianie surowców skalnych

- odważanie i mielenie surowców

- wypalanie w piecu obrotowym

- mielenie produktu wypalania – klinkieru cementowego z domieszką gipsu.

Najważniejsze przemiany chemiczne przebiegają stopniowo wraz ze wzrostem temperatury w piecu obrotowym. Początkowo w temperaturze poniżej 200 stopni Celsjusza wydziela się woda, następnie w wyniku dalszego ogrzewania do 1300 stopni, następuje rozkład gliny oraz rozkład wapieni. Przedostatni proces, tj. wytworzenie fazy ciekłej – klinkieryzacja oraz wiązanie nadmiaru węgla następuje w temperaturze do 1450 stopni. Ostatnia faza to ochładzanie gdzie następuje rozrost kryształów krzemianu dwu i trójwapniowego oraz krystalizacja fazy ciekłej.

Czytaj również: Dobór fugi do płytek

Procesy wiązania i twardnienia cementu

    Hydratacja w znaczeniu chemicznym jest to reakcja przyłączania wody (uwodnienie). W technologii cementu natomiast hydratacja jest rozumiana jako zbiór reakcji chemicznych i procesów fizycznych zachodzących po zmieszaniu cementu z wodą. W początkowej fazie zaczyn cementowy tworzy układ będący zawiesina ziaren cementu w wodzie zarobowej. Następnie składniki cementu zawarte w zaczynie zaczynają reagować z wodą. Poszczególne składniki cementu reagują z wodą z różną szybkością, przy czym procesy hydratacji jednych faz oddziałują na hydratacje innych faz.

Najszybciej ulega hydratacji glinian trójwapniowy C3A. Drugim co do szybkości reakcji z wodą jest krzemian trójwapniowy C3S (alit). Im większa jest zawartość tych składników w cemencie, tym proces wiązania jest szybszy. W celu przyspieszenia wiązania zaczynu cementowego, szczególnie w odniesieniu do wielkowymiarowych prefabrykatów betonowych stosuje się obróbkę cieplną betonu w temperaturze do 1000C w parze wodnej pod ciśnieniem atmosferycznym (naparzanie) oraz w wyższej temperaturze – 150 - 2000C i przy wyższym ciśnieniu, odpowiadającym prężności nasyconej pary wodnej (autoklawizacja).