11. Cimentul Portland Sunt cimenturi silicate ce se obtin prin macinarea clincherului de ciment cu adaosul strict necesar deghips(pt reglarea timpului de priza) si cu eventuale alte adaosuri. Clincherul de ciment este un material compact cu o porozitate sub 8% si care este foarte dur. Se obtine prin arderea materiilor prime la temperatura de 1450-1500 gr C cand apare si o faza de topitura, aceasta reprezentand procesul de clincherizare. Materiile prime pt obtinerea 16116g62q clincherului sunt calcarul in proportie de 7577% si argila impurificata cu oxizi de fier 23-25%. Pt corectarea compozitiei argilei se vor folosi adaosuri corespunzatoare. Bauxita pt Al2O3 si diversi oxizi de fier pt a corecta conturul in oxizi de fier ai argilei. Procesul tehnologic cuprinde urmatoarele etape:-extragerea materiilor prime, pregatitul lor prin concasare si macinare, dozarea, arderea pana la obtinerea clincherului, racirea clincherului, macinarea lui cu adaosul de ghips necesar si cu eventuale alte adaosuri, insacuirea lor. Fabricarea cimenturilor Portland se face in cuptoare rotative cu diametru de 4-6 mm, lungime pana la 250m asezare usor inclinata 3,5-4 gr si care executa 0,5-1,5 rot/min. Materialele prime avanseaza in sens invers gazelor de ardere ce produc astfel o preincalzire a lor. Arderea se poate face prin procedeul uscat, umed sau mixt si se alege in functie de umiditatea naturala a materiilor prima si pe considerente economice. Clincherul de ciment Portland are o compozitiei complexa, compusii rezultati nu sunt compusi chimici puri, ei se prezinta in general ca solutii solide care includ si alti oxizi, de aceea se numec in general componenti mineralogici, unii dintre ei cu o compozitie care nu se regaseste in natura. Componentii de baza sunt silicatii de Ca si aluminatii de Ca. Silicatii de Ca intra in proportie de aprox 75%, iar aluminatii si feritii de Ca in proportie de aprox 25%. Compozitia chimica a clincherului de ciment Portland se poate exprima sub forma de compozitie oxidica sau sub forma de compozitie mineralogica. Compozitia oxidica CaO(58-68%)-SiO2(17-26%)-Al2O3(10-15%)-Fe2O3(6-10%) Cel mai adesea insa, compozitia clincherului se exprima sub forma compozitiei mineralogice. Componentii mineralogici au notatii prescurtate si denumiri tehnice.In afara de oxizii principali, sub forma componentiilor mineralogici, mai pot sa apara si alti oxizi care provin din impuritatiile materiilor prime. Acestia pot fi:-Na2O -K2O MgO -Oxizii metalelor grele Na2O si K2O sunt nedoriti deoarece formeaza hidroxizi alcalini care impreuna cu unele agregate silicioase active, dau nastere la reactii cu importante cresteri de volum; de aceea prezenta lor se limiteaza prin normele de fabricare a cimentului. De

asemenea in compozitia clincherului nu trebuie sa existe CaO (oxid de Ca) liber deoarece acesta este obtinut la temperaturi inalte, este supraars, cristalizat in sitemul cubic, reactioneaza foarte greu cu H2O, provocand expansiuni in piatra de ciment. MgO (oxidul de Mg) are aceeasi comportare Dintre componentii mineralogici, silicatul tricalcic(C3S) se prezinta intr-o forma cristalina ca o solutie solida care include si alti oxizi. El este componentul cel mai valoros in evolutia proceselor care au loc la amestecarea cu H2O si rolul cel mai important in asigurarea rezistentelor mecanice ale pietrei de ciment. Silicatul bicalcic (C2S) este cristalin sub forma polimorfa B(beta) si este de asemenea activ in prezenta H2O in faza de topitura, umple spatiile dintre cristalele de silicate. In concluzie, clincherul de ciment Portland se prezinta ca un material compactat cu o porozitate 6% se numesc cimenturi cu adaosuri(sau cimenturi amestecate sau cimenturi compozite). 12. TIPURI DE CIMENT 1) Cimenturi portland normale C3S 37.5-60%---C2S 37,5-15%---C3A 7-15% Aceste cimenturi se caracterizeaza prin priza si intarire normale, proprietati mecanice bune si o 20120x2322u evolutie buna a rezistentelor mecanice si se utilizeaza la o gama larga de lucrari de betoane simple, betoane armate, betoane precomprimate, betoane turnate monolit sau prefabricate 2) Cimenturi portland alitice C3S>60%; C2S18% ; C3A Ca2+ > NH4+ >K+ > Na+ adica ionii cu un numar mai mare de valente libere, inlocuiesc ionii monovalenti. Cationii au tendinta de a se hidrata, fixand moleculele polare de apa. Grosimea peliculei de apa legata de cationi, se reduce odata cu cresterea valentei ionilor, deci seria va avea semnul inegalitatii invers. Stabilizarea prin schimb ionic se bazeaza pe proprietatea argilelor de a inlocui in structura lor cationii monovalenti care se hidrateaza puternic si formeaza pelicule groase de apa, cu cationi bivalenti care se hidrateaza mai putin.

Astfel se reduce sensibilitatea argilelor la actiunea apei si se micsoreaza contractia lor si tendinta de fisurare. In practica se folosesc materiale sau substante chimice care pun in libertate cationii de calciu Ca2+ (CaCl2, var gras, cenusi bazice, ciment). In cazul in care cu astfel de argile se executa straturi orizontale, se recomanda presararea de CaCl2 pentru a se evita producerea fenomenului de destabilizare prin desorbtia ionului de Ca2+ si levigarea lui sub forma de Ca(OH)2. 4.2.3.d. Stabilizarea cu lianti se realizeaza prin amestecarea intima a argilei cu liantul de adaos, obtinandu-se in principal doua efecte: 1. prin intarirea liantului de adaos rezulta un schelet de rezistenta; 2. intre componentii chimici din lianti si cei din argila se produc schimburi de ioni (stabilizare prin schimb de ioni) sau se produc reactii chimice cu formare de compusi ce au proprietatea de a se intari. Stabilizarea cu ciment silicatic se realizeaza prin amestecarea initial uscata a argilei cu cimentul (5 - 15%), dupa care se amesteca cu apa si se compacteaza, actiunea cimentului manifestandu-se prin ionii de calciu pe care ii pune in libertate in solutie si prin structura proprie de rezistenta. Se utilizeaza: - ca strat de uzura a drumurilor cu trafic redus; - ca strat de fundatie a drumurilor intens circulate; la baraje de pamant;

impermeabile edilitare.

ca pentru

ecrane lucrari

Fig.4.4 Schema stabilizarii cu sticla solubila

Stabilizarea cu silicat de sodiu (Na2O . SiO2) - se realizeaza prin amestecare sau injectarea solutiei de silicat de sodiu in masivul argilos, difuzia solutiei fiind asigurata prin realizarea unui camp electric (electro-silicatizare);

Se aplica argilelor care contin calcare fin divizate, stabilizarea avand loc conform reactiilor: Na2SiO3 + 3H2O --> Si(OH)4 + 2NaOH Ca(OH)2 + Si(OH)4 --> CaO . SiO2 + H2O (4.4) (4.5)

Silicatul de calciu rezultat este rezistent la actiunea apei si are rezistente mecanice mari. 4.2.3.e. Stabilizarea cu compusi macromoleculari consta in tratarea argilei cu un monomer sau cu un amestec de monomeri, care ulterior amestecarii polimerizeaza si formeaza in masa argilei o structura de rezistenta, putand produce in acelasi timp schimb ionic si hidrofobizare. Se folosesc de obicei compusi epoxidici, ureoformaldehidici, latex de cauciuc. Se utilizeaza in special la lucrari hidrotehnice de impermeabilizare foarte importante. 4.2.4. Domenii de utilizare a argilelor In constructii argila se foloseste ca: - liant; - plastifiant. Argila ca liant - se foloseste pentru elemente de constructie mai putin solicitate: imbracaminti rutiere pentru drumuri cu trafic redus, infrastructuri pentru drumuri cu trafic intens (beton argilos), con 444b16e solidarea terenurilor in jurul pistelor de aterizare, pentru diguri si baraje de pamant, pentru lucrari de impermeabilizare la constructii funciare, pentru realizarea blocurilor de zidarie -

chirpici - (pentru constructii agrozootehnice si cladiri in mediul rural), ca mortar pentru zidaria de chirpici, ca material de umplutura pentru impletitura din nuiele pentru realizarea peretilor din paianta, realizarea pardoselilor din pamant (realizate prin compactare energica) etc. Argila ca adaos plastifiant se foloseste la mortare de ciment pentru a le mari plasticitatea (sa nu contina acizi humici, sulfati, sulfuri si saruri solubile, care sunt daunatoare pentru ciment), putand inlocui varul folosit ca plastifiant, cantitatea de argila variind functie de marca mortarului si felul lucrarii. Argila ca plastifiant trebuie sa fie sub forma de pulbere cu granula maxima < 3mm. 4.3. Lianti pe baza de gips 4.3.1. Generalitati Ipsosul este un liant nehidraulic care poate fi obtinut prin deshidratarea partiala a gipsului ( cu formula chimica CaSO4 .2H2O). Acest material a fost cunoscut inca din antichitate, fiind folosit de catre asirieni si egipteni si mai tarziu de catre greci si romani. Acestia foloseau un ipsos de calitate superioara pe care il obtineau prin arderea si macinarea alabastrului. 4.3.2. Materia prima Sulfatul de calciu dihidratat utilizat la obtinerea ipsosului se gaseste in natura sub doua forme: gipsul si alabastrul. Gipsul este o roca de precipitatie mai mult sau mai putin impurificata, de culoare deschisa aproape de alb, cu nuante provocate de impuritati. Astfel, impuritatile organice ii confera gipsului culoarea cenusie, oxizii de fier il coloreaza de la roz pana la brun in functie de concentratie. Gipsul mai poate fi impurificat cu silice, calcar, argila. Natura acestor impuritati poate influenta calitatea produsului finit, facand prin aceasta ca materia prima sa fie proprie sau improprie fabricarii ipsosului. Impuritatile de natura organica influenteaza doar culoarea produsului, culoare ce se pastreaza si dupa ardere, datorita temperaturii coborate de deshidratare. Impuritatile de calcar si silice influenteaza doar continutul de material activ (semihidrat) din produsul finit. Cand materia prima cu impuritati de calcar este destinata obtinerii varietatilor anhidre de ipsos, arderea la temperaturi inalte provoaca disocierea calcarului si formarea CaO, care in anumite conditii (temperatura de ardere, dimensiune maxima a granulelor) se poate stinge greu in prezenta apei, producand defecte in produsul intarit.

Impuritatea cea mai daunatoare este totusi argila. Aceasta, cand se gaseste peste anumite limite in materia prima, poate transforma intr-o masura semnificativa calitatile si la produsul finit, ceea ce face ca materia prima respectiva sa fie inutilizabila in acest domeniu. Alabastrul - este o varietate foarte pura de gips. Aceasta roca are un aspect compact si are culoarea alba, asemanandu-se foarte mult cu marmura. 4.3.3. Tehnologia de fabricatie Procesul de fabricatie al liantilor pe baza de gips (ipsosurile) cuprinde mai multe etape: 1. extragerea materiei prime din zacamantul atestat a fi corespunzator din punct de vedere al impurificarii, dar si din punct de vedere economic, avand in vedere pretul transportului; 2. transportul materiei prime de la zacamant la fabrica, ce poate fi realizat cu vagoneti direct din zacamant, cu banda transportoare, cu auto sau vagonabil; 3. concasarea gipsului pana la dimensiuni la care procesele provocate prin ardere sa fie uniforme si omogene in masa granulelor de materie prima si urmarind in acelasi timp maruntirea impuritatilor de calcar; 4. arderea materiei prime in vederea obtinerii unui anumit produs finit; 5. macinarea produsului finit in vederea uniformizarii granulatiei si maririi activitatii produsului finit; 6. ambalarea produsului finit in saci de hartie, datorita faptului ca este un material puternic hidrofil si deci usor alterabil in conditii de depozitare in vrac. Etapa cea mai importanta la fabricarea ipsosurilor este arderea gipsului, aceasta avand loc prin incalzirea progresiva (gipsul pierzand treptat apa de cristalizare), astfel: a - la 95 - 1500C are loc transformarea: CaSO4 . 2 H2O --> CaSO4 . 0,5 H2O + 1,5 H2O in care CaSO4 . de semihidrat sau hemididrat; 0,5 H2O poarta (4.6) denumirea

b - la 150.2000C are loc transformarea: CaSO4 . 0,5 H2O --> a CaSO4 + 0,5 H2O (4.7)

in care aCaSO4 poarta denumirea de a-anhidrit, este solubil si este cristalizat in sistem monoclinic;

Fig. 4.5 Variatia solubilitatii pe etape de fabricatie

c - de la 2000C la 3000C incepe transformarea: a CaSO4 -->b CaSO4 (4.8)

in care b CaSO4 (b-anhidrit), este o alta varietate de anhidrit dar insolubil si cristalizat in sistem rombic; d - la temperaturi mai mari de 3000C se generalizeaza transformarea in b- anhidrit, insolubil in apa si care mai poarta denumirea de ipsos mort; e - la temperaturi mai mari de 8000C anhidritul insolubil disociaza termic formand: b CaSO4 --> CaO + SO3 in care oxidul de calciu actioneaza ca activator, marind solubilitatea anhidritului; (4.9)

f - la temperaturi mai mari de 12000C anhidritul insolubil ramas nedisociat, isi modifica caracteristicile cristalografice devenind insensibil la actiunea activatorilor. Corespunzator etapelor de transformare, variaza solubilitatea in apa a produselor obtinute, astfel: - solubilitatea creste de la forma dihidrat la forma hemihidrat (de 5 ori); - creste solubilitatea in continuare (mai putin) pana la forma a - anhidrit ; - se reduce aproape total la forma b - anhidrit ; - CaO rezultat prin disociere, reactiveaza b anhidritul rezultand o crestere a solubilitatii. 4.3.4. de ardere 4.3.4.a. Arderea in cuptoare verticale - are focar la partea inferioara si alimentarea se realizeaza pe la partea superioara (ca la varul gras). 4.3.4.b. Arderea in cuptoare rotative - alcatuite din tamburi metalici inclinati cu un unghi a = 2-50 fata de orizontala si lungimi de 10-20 m(fig. 4.6). Alimentarea cu materia prima se face pe la partea mai ridicata, evacuarea produsului ars facanduse pe la partea mai coborata unde se afla amplasate arzatoarele. 4.3.4.c. Arderea in cazane fierbatoare cu fund Fig. 4.7 Cazane fierbatoare cu fund boltit boltit - gipsul se introduce in stare macinata si este omogenizat pe toata durata procesului de ardere pentru a realiza uniformitatea procesului de ardere, cu un agitator tip pieptene, dupa care produsul finit este evacuat in camera de depozitare. Procedee

Fig. 4.6 Cuptoare rotative

4.3.4.d. Instalatii de ardere in strat fluidizat Gipsul fin macinat este antrenat in ciclon de curenti de aer cald care il deshidrateaza, rezultand un produs cu priza rapida, ce are in compozitie si hemididrat si dihidrat si anhidrit solubil. 4.3.5. Mecanismul prizei si intaririi ipsosului Prin amestecarea cu apa (60-80%), anhidritul solubil ( CaSO4) se hidrateaza repede trecand in hemihidrat, in solutie. Starea de hemihidrat la temperatura obisnuita este instabila, incat acesta continua in stare dizolvata hidratarea pentru a ajunge in stare de dihidrat. Se formeaza astfel solutii suprasaturate de dihidrat din care incep sa precipite cristale de dihidrat. Fig.4.8 Instalatie de ardere in strat fluidizat La inceput cristalele de dihidrat sunt mici, de marimea dispersoizilor coloizi, incat amestecul ipsos-apa este o pasta de consistenta plastica. Datorita cresterii rapide a cristalelor, acestea iau forma aciculara si se impaslesc, plasticitatea pastei se reduce, transformandu-se in final intr-o masa rigida si friabila. In acest moment s-a consumat faza de priza a ipsosului. Structura ipsosului cu priza terminata, va fi constituita dintr-o retea de cristale aciculare de dihidrat in ochiurile careia se afla solutie saturata de dihidrat. Apa din solutia saturata se evapora, iar dihidratul continua sa precipite pe reteaua deja formata producand sudarea cristalelor si transformarea structurii intr-o masa de cristale concrescute. Cand intreaga cantitate de apa din solutia saturata de dihidrat s-a evaporat, intarirea se considera terminata, iar rezistentele mecanice ajung la valoare maxima (la 7 zile). Factorii ce influenteaza priza sunt: - calitatea materiei prime pe baza de CaSO4 - cu cat este mai pur, cu atat timpul de priza este mai scurt; - conditiile de ardere - daca a fost incompleta si exista cantitati apreciabile de dihidrat, priza este mai scurta; - finetea de macinare - cu cat este mai fin macinat, reactioneaza mai rapid cu apa;

- prezenta unor adaosuri - provoaca accelerarea prizei (sulfati sau cloruri). Reactia de hidratare a sulfatului de calciu este exoterma, ceea ce face ca pasta sa se incalzeasca. In acelasi timp formarea cristalelor si marimea lor face ca volumul pastei sa creasca in timpul prizei cu aproximativ 1%, dupa intarire volumul ramanand constant. 4.3.6. Varietati de lianti pe baza de gips. Caracteristici tehnice si utilizari Aceste varietati se obtin in functie de temperatura de ardere a materiei prime si de tratamentele chimice, eventual aplicate, in vederea obtinerii unor caracteristici dorite. 4.3.6.a. Ipsosul de constructii Se obtine prin arderea gipsului la 150 - 2000C si are in compozitie hemihidrat si partial a-anhidrit. Caracteristicile tehnice, incercari si conditii de calitate Ipsosul are priza rapida, durata maxima (determinata cu aparatul Vicat) fiind 30 minute de la amestecarea acestuia cu apa, inceputul prizei fiind la cateva minute. In aceste conditii punerea in lucrare se va face pana la inceputul prizei, deci in 4-5 minute de la amestecarea cu apa si in cantitati adaptate la viteza de punere in lucrare a pastei. Prin introducerea unor aditivi se poate intarzia inceputul prizei (borax, lapte de var, zahar, alcool, clei de gelatina etc.) si in consecinta se pot mari cantitatile de amestec. Actiunea aditivilor consta in reducerea vitezei de dizolvare a hemihidratului prin acoperirea sa cu o pelicula de substanta hidrolizata, care impiedica difuzia moleculelor de apa. Deoarece la preparare se foloseste o cantitate mai mare de apa decat cea necesara hidratarii ipsosului, produsul intarit ramane poros (p = 50%) si in consecinta rezistentele mecanice sunt mici (Rc < 10 N/mm2; Rti < 4,5 N/mm2). Produsele din ipsos intarit, datorita porozitatii mari au bune calitati de izolare termica si fonica. Ipsosul intarit este solubil in apa si din aceasta cauza produsele din ipsos trebuiesc ferite de actiunea apei. In acest sens se folosesc procedee de micsorare a solubilitatii si porozitatii prin amestec cu anumite substante (rasini sintetice, ciment silicatic - max.10%) sau tratamente superficiale cu pelicule impermeabilizante de bitum, parafina, vopsele, rasini sintetice. In functie de compozitie si caracteristicile fizico-mecanice ipsosul de constructii se livreaza in mai multe calitati (C I; C II; C III).

Caracteristicile care departajeaza ipsosurile pe calitati, sunt: Gradul de alb exprima culoarea ipsosului determinata cu ajutorul unui aparat denumit leucometru, exprimata in (%) si comparata cu un etalon. Un ipsos de calitate superioara va avea un grad de alb mai mare. Finetea de macinare este o caracteristica tehnica ce apreciaza suprafata specifica a unui material pulverulent, in cazul de fata ipsosul si se determina prin cernere, astfel: - proba de material uscat de masa m = 100g, se supune cernerii succesive prin sitele nr. 0,75 si 0,20, respectand tehnica standardizata; - cernerea se considera terminata atunci cand dupa un minut de cernere nu se separa mai mult de 0,1g material si se noteaza masele rezultate, m 1 si m2. Cu valorile astfel determinate se fac calcule conform cu relatiile de mai jos:

Rs1 =

x 100

[%]

( 4.10 )

Rs2 = 100 %]

x [

( 4.11 ) in care: Rs1 = restul pe sita S1;

Rs2 = restul pe sita S2;

m, m1, m2 = au semnificatiile mentionate anterior. Se realizeaza determinari pe doua probe si media se compara cu valori normate. Cantitatea de apa de amestecare (A) pentru pasta de consistenta normala se determina pe o proba de m = 200 g ipsos de incercare. Folosind tehnica standardizata de preparare a pastei de ipsos, adica: intr-un castron cu apa ( de volum V)se presara ipsosul timp de 30s, se lasa 30s fara a-l amesteca, dupa care se realizeaza amestecarea cu ajutorul unui spaclu timp de 1 minut. Pasta astfel formata

se introduce intr-un tub de forma cilindrica si dimensiuni standardizate, asezat pe o placa de sticla. Se ridica tubul cu o miscare rapida pe verticala si se masoara diametrul turtei formate. Pasta este de consistenta normala cand diametrul turtei formate este de 78-80mm, in caz contrar se refac amestecurile cu cantitati modificate de apa, pana cand se obtine diametrul turtei dorit. Se calculeaza apa de amestecare cu relatia:

A=

x 100

[%]

(4.12)

in care termenii din relatie au semnificatiile enuntate anterior. Toate celelalte caracteristici se vor determina pe paste sau probe din paste de consistenta normala. Timpul de priza se determina pe o proba de pasta de consistenta normala, confectionata din 200 g ipsos. Pasta se introduce in inelul aparatului Vicat, uns in prealabil cu ulei mineral si se lasa sa patrunda acul aparatului Vicat in pasta din inel, din minut in minut, schimband locul de penetrare de fiecare data. Se apreciaza inceputul prizei durata in minute din momentul in care se amesteca ipsosul cu apa si pana cand acul nu mai patrunde pe intreaga inaltime a pastei din inel, ci pe maximum 30mm. Se apreciaza sfarsitul prizei durata in minute din momentul amestecarii ipsosului cu apa si pana cand acul aparatului Vicat nu mai patrunde in pasta de ipsos, lasand o amprenta usoara pe suprafata acesteia. Expansiunea (E) in timpul prizei si intaririi ipsosului se determina pe o proba confectionata din pasta de consistenta normala, astfel: din ipsosul de incercat se cantaresc 200g si se confectioneaza o pasta de consistenta normala; pasta astfel formata, se introduce in jgheabul in forma de V al dilatometrului; la ceasul microcomparator al dilatometrului se citeste variatia in timp a lungimii probei (C1 = citirea initiala, C2 = citire la durata de timp normata), la termenele impuse, alungirea probei fiind preluata de peretele mobil al dilatometrului si fiind transmisa la ceasul microcomparatorului. Relatia pentru calculul expansiunii este urmatoarea:

E=

x 100

[%]

(4.13)

in care singurul termen neexplicitat este L0 si reprezinta lungimea initiala a probei. Rezistentele mecanice se determina pe probe de forma prismatica, cu dimensiuni de 40x40x160mm, confectionate din pasta de ipsos de consistenta normala. Pasta de ipsos se introduce in matrita prevazuta cu trei compartimente pentru probe. Dupa doua ore de la turnare se decofreaza, se introduc probele in cutia cu aer umed unde se tin pana la data incercarii. Inaintea incercarii probele se usuca in etuva la masa constanta. Rezistenta la intindere din incovoiere (Rti) se determina la aparatul Frhling-Michaelis, care este prevazut cu un sistem de parghii ce poate amplifica incarcarea necesara ruperii probelor de 10 sau 50 de ori, un rezervor cu alice si o galetusa agatata la capatul lantului de parghii, cu rolul de a asigura cresterea uniforma a sarcinii, un dispozitiv de rezemare pentru probe, ce asigura conditii standard de incercare. Relatia de calcul a Rti, este urmatoarea:

Rti =

[N/mm2]

(4.14)

in care: - P = 50 G, este forta de incercare (G fiind greutatea galetii cu alice); -L = distanta intre reazeme; -B, H dimensiunile sectiunii de incercat. Rezistenta la compresiune (Rc) se determina pe resturile de prisma rezultate de la ruperea la incovoiere. Capetele respective se introduc intre doua placute metalice ce delimiteaza sectiunea de incercare si paralelismul muchiilor verticale. Respectand o anumita viteza de incercare se obtine forta de rupere (P) cu care se calculeaza Rc, cu relatia:

Rc =

[N/mm2]

(4.15)

in care termenii din relatie au semnificatiile enuntate anterior. Caracteristicile astfel determinate se compara cu valorile normate prezentate spre exemplificare pentru ipsosul de constructii in tabelul 4.1:

Tabel 4.1. Caracteristicile ipsosului de constructii

Tipul de ipsos Caracteristica Continutul de hemihidrat (%, min.) CaCO3 + MgCO3 (%, max.) Grad de alb (%, min.) Rest pe sita 071 (%, max.) Rest pe sita 02 Inceput de priza (minute, min.) (minute, min.) Sfarsit de priza (minute, max.) Rezistenta la la 2 ore compresiune la 7 zile 2 (N/mm , min.) Rezistenta la intindere la 2 ore 2 din incovoiere (N/mm , la 7 zile min.) Domenii de utilizare

CI 80

4,0 9,0 1,8 3,5

De constructii CII 75 2 15 5 10 30 3,5 8,0 1,5 3,0

CIII 65

4 17 4 6 3,0 7,0 1,0 2,0

Ipsosul de constructii fiind un liant aerian poate fi folosit numai pentru lucrari interioare cu umiditate redusa (urel < 60%) si in amestec cu varul pentru a lega o cantitate mai mare de nisip. Principalele domenii de utilizare sunt : - ca liant, ipsosul se poate folosi pentru mortare de zidarie si tencuiala cu rol de: - protectia lemnului impotriva focului; - finisarea tencuielilor (glet de ipsos); - tencuieli pe plasa de rabit; - monolitizarea prefabricatelor in zidarii interioare; - pentru realizarea de elemente prefabricate sub forma de: - placi pline si cu goluri (la pereti despartitori); - fasii pline si cu goluri (la pereti interiori cu bune proprietati izolatoare termice si fonice);

- panouri sau elemente fono si termoizolante din ipsos celular (la amestecare cu apa se introduc substante generatoare de gaze) sau ipsos macroporos (folosesc 100-200% apa de amestecare). Pentru realizarea prefabricatelor ipsosul poate fi folosit singur sau in amestec cu agregate vegetale (talas, rumegus), agregate artificiale (zgura expandata), fibre de sticla etc. 4.3.6.b. Ipsosul de modelaj Are caracteristici asemanatoare ipsosului de constructii, dar este fabricat din alabastru, este mai pur si se macina mai fin. Domenii de utilizare: Principalele domenii de utilizare sunt: 1. pasta de copiat obiecte prin mulaje negative; 2. tipare pentru elemente decorative in industria ceramica; 3. elemente decorative interioare. In toate aceste domenii se exploateaza proprietatea ipsosului de a-si mari volumul pana la intarire si de a-si mentine volumul constant dupa intarire. 4.3.6.c. Cimentul de anhidrit - are in compozitie aproape in totalitate anhidrit insolubil, obtinut prin uscarea si macinarea anhidritului natural sau prin arderea gipsului la 600 - 7500C si macinarea ulterioara a produsului ars. Anhidritul format este insolubil in apa, nu are capacitate proprie de intarire si pentru activare, in vederea utilizarii ca ciment de anhidrit, se folosesc o serie de substante cum ar fi: NaHSO4, KHSO4 .Cimentul de anhidrit se caracterizeaza prin priza lenta (4 - 7 ore), rezultand produse cu rezistente mecanice mari si stabilitate chimica la acizi, baze, saruri. Se utilizeaza pentru realizarea de: - mortare pentru zidarii; - mortare pentru tencuieli pe lemn; - prefabricate pentru zidarie; - placi ornamentale; - materiale fono si termoizolante.

4.3.6.d. Ipsosul de pardoseala - se obtine prin arderea gipsului la temperaturi de 800 - 10000C si ca urmare are in compozitie b anhidrit si oxid de calciu (cu rol de activare), care confera produsului capacitate proprie de intarire, priza lenta (12 - 14 ore) ce poate fi modificata si controlata prin adaos de sulfati (de Na, K, Cu, Zn). Rezistentele finale sunt relativ mari (Rc = 30 N/mm2 si Ri = 1,52,0 N/mm2), este mai compact, avand densitatea aparenta ra = 280 - 300 kg/m3, este rezistent la uzura pastrandu-si conductivitatea fonica si termica la valori reduse. Se utilizeaza pentru realizarea de: - pardoseli calde fara rosturi de contractie; - mortare de zidarie si tencuiala in medii cu umiditate redusa. 4.3.6.e. Ipsosul de mare rezistenta - se obtine prin arderea gipsului in autoclave la temperaturi de 100 - 1200C si presiunea de 3 atm. In aceste conditii, cristalele de hemihidrat rezultat au forma mai plina si mai compacta decat la presiune normala, iar cantitatea de apa de amestecare necesara pentru obtinerea unei plasticitati prestabilite este mult mai mica. Rezulta produse mai compacte, cu rezistente mecanice mai mari (Rc 35 N/mm2). Se utilizeaza la realizarea de elemente prefabricate sub forma de blocuri, placi, panouri. 4.3.6.f. Ipsosul alaunat se obtine prin arderea gipsului, in doua faze: - in prima faza se realizeaza arderea la 150 - 2000C si se amesteca cu solutie de alaun [KAl(SO4)2] cu care face priza; - in faza a doua, produsul initial intarit se recalcineaza la temperaturi mai mari de 6000C dupa care se macina fin (ca la ciment de anhidrit). Rezulta un material care in prezenta apei face priza si se intareste, iar produsul intarit se poate lustrui. Se utilizeaza pentru lucrari decorative, unde in amestec cu pigmenti minerali da materiale ce imita marmura. 4.4. Varul pentru constructii (varul gras) 4.4.1. Generalitati Varul pentru constructii este un liant nehidraulic obtinut prin decarbonatarea totala a calcarului care contine 95% CaCO3 si 5% MgCO3. Ca material de constructii varul a fost cunoscut inca din antichitate, dar din punct

de vedere al tehnologiei de fabricatie progrese remarcabile au fost obtinute de abia in epoca moderna. Desi varul prezinta unele dezavantaje (rezistenta mica, instabilitate la apa), el este utilizat in mai multe ramuri ale economiei cunoscandu-se peste 100 de produse pe baza de var in care acesta este componentul cel mai important si de neinlocuit. Industria constructiilor totusi consuma cea mai mare parte din varul fabricat fie ca liant in mortare, fie ca materie prima la fabricarea liantilor amestecati. 4.4.2. Materii prime Materia prima de baza pentru fabricarea varului o constituie calcarul care se Tabel 4.2. Compozitia materiilor prime Nr. Compozitia materiilor prime [%] crt. CaCO3 MgCO3 Alti compusi Varietati de materii Prime Calcit 1 100 Urme urme Aragonit Marmura foarte pura Calcar pur 2 90-100 0-10 0-5 Creta Calcar tufos 3 90-100 0-5 5-10 Var gras in bulgari (var pentru constructii) Var caustic CaO Produsele arderii

Calcar cu procent Var slab in bulgari mare de CaCO3 Calcar marnos Var hidraulic Calcar silicizat Var cenusiu (impuritati de SiO2) Calcar magnezian Var magnezian Calcar dolomitic Var dolomitic Dolomit Dolomit caustic

4

70-90

0-10

10-30

5

60-90

10-40

0-10

6

50

40-50

0-10

poate gasi in natura sub forma de roci diferite: calcit, aragonit, calcar sau marmura. Cum in natura se gaseste mai rar carbonat de calciu in stare pura, pentru obtinerea varului se folosesc varietati impurificate. Materialele impurificatoare pot fi: argila, nisipul cuartos si MgCO 3. Aceste impuritati vor influenta considerabil atat procesul de ardere, cat si caracteristicile produsului finit. Cantitati relativ mici pot determina limitari riguroase ale temperaturii de ardere. In acest sens se impune o cunoastere cat mai exacta a compozitiei materiei prime, natura si proportiile impuritatilor, care vor determina obtinerea anumitor varietati de var, asa cum rezulta din tabelul 4.1. Rubrica alti compusi reprezinta impuritatile argiloase constituite din siliciu, alumina si oxizi de fier. Analiza datelor prezentate in acest tabel, permite unele concluzii referitoare la conditiile obtinerii unor anumite varietati de var. O materie prima deosebit de pura, cand procesul de fabricatie este riguros controlat, conduce la obtinerea CaO pur, care la stingere trece in totalitate in Ca(OH)2. Cand materia prima nu este pura, produsul arderii nu mai poate fi numit oxid de calciu ci var (variantele 2 si 3), in care impuritatile de argila mai mari de 5% pot conduce la obtinerea varietatilor de var, de la var gras la var slab. Aceasta se datoreaza legarii oxidului de calciu in impuritatile argiloase sub forma de combinatii greu hidratabile. In varianta 4, procentul de argila sau cuart fiind de 10-30%, proportia mai mare de CaO legata in combinatii complexe cu compusii argilei sau cuartului (la ardere), confera bulgarilor de var capacitate de a se stinge cu atat mai mica, cu cat procentul de impuritati este mai mare. In aceste conditii, granulele cu continut ridicat de silicati, care sunt de duritate mare in raport cu cele cu continut redus de silicati, se sorteaza, se supun macinarii in mori cu bile si constituie o alta varietate de var - varul hidraulic. Varianta 5 prezinta o materie prima cu continut redus de impuritati argiloase, dar cu procent mare de MgCO3. Arderea acestui amestec conduce la obtinerea varului magnezian care se poate stinge cu apa daca este bine ars, insa stingerea se face timp indelungat, cu atat mai lung cu cat continutul de MgO este mai mare. Varianta 6 de materie prima o constituie dolomitul, care daca are procesul de ardere riguros controlat formeaza varul dolomitic sau dolomita caustica, cu caracteristici similare cimentului magnezian cu conditia ca procentul de impuritati de argila sa fie spre limita superioara, in caz contrar se obtine un dolomit ars, mort, care nu are capacitatea de a se stinge si deci nu poate fi folosit ca liant.

4.4.3. Tehnologia de fabricatie Procesul tehnologic de fabricatie cuprinde mai multe faze: 1.- exploatarea zacamantului, care presupune indepartarea rocii sterile si extragerea propriu-zisa a materiei prime; 2.- sortarea - sub aspectul marimii bulgarilor si al calitatii materiei prime; 3.- transportul materiei prime de la zacamant la fabrica, cu mijloace adaptate in functie de distanta; 4.- arderea materiei prime; 5.- depozitarea produsului finit. Etapa cea mai importanta in obtinerea varului pentru constructii (varul gras), o constituie arderea materiei prime, cand are loc transformarea: CaCO3 --> CaO + CO2 (4.10)

Daca materia prima (de fapt piatra de var) ar fi fin macinata, incat disocierea termica sa se produca uniform in toata granula, atunci disocierea ar fi terminata la 9080C. In conditii industriale insa, piatra de var se afla sub forma de granule de dimensiuni 520 cm, astfel ca disocierea se produce succesiv, pe straturi din exterior spre interior. La suprafata se formeaza un strat izolator de CaO (poros) care impiedica transmiterea caldurii spre interiorul granulelor. In aceste conditii se depaseste temperatura de 9080C proprie disocierii materiei prime fin divizate si se continua cresterea temperaturii pana la 1100-12000C. Daca se depaseste aceasta temperatura, CaO sufera o transformare polimorfa trecand din sistem de cristalizare hexagonal in sistem cubic, care ii confera produsului o compactitate mai mare si o mai mica reactionabilitate fata de apa (varul supraars). In acelasi sens actioneaza si impuritatile argiloase din calcar care se topesc si dau aluminati de calciu, ce colmateaza porii oxidului de calciu, ingreunand reactia acestuia cu apa, la punerea in opera. Un factor important pentru asigurarea calitatii produsului il constituie si durata de ardere, care este strict precizata, prin reducerea ei rezultand produse incomplet decarbonatate a caror reactie cu apa poate fi foarte lenta.

4.4.4. Procedee de fabricatie Dupa modul de functionare a cuptoarelor de var, distingem: 1.- cuptoare cu functionare discontinua cuptoare de camp (fig.4.1, manuale, cu pierderi mari de caldura) ce se folosesc pentru sarje mici; 2.- cuptoare functionare continua Fig. 4.9 Cuptor de camp - cuptoare circulare; - cuptoare rotative; verticale. 4.4.4.a.Functiona rea cuptorului de camp se asigura prin arderea combustibilului. La terminarea arderii acestuia se obtine produsul finit, de calitate inferioara, datorita neasigurarii arderii uniforme. 4.4.4.b.Function area cuptorului vertical este asigurata prin alimentarea pe la partea superioara in straturi succesive de calcar si combustibil (carbune), iar pe la partea inferioara se cuptoare cu

Fig. 4.10 Cuptor vertical evacueaza varul in bulgari.

Se disting trei zone de lucru ale cuptorului vertical: - zona a - in care materia prima se preincalzeste de la gazele de ardere;

- zona b - in care are loc decarbonatarea asigurata de gazele fierbinti injectate si intretinand arderea cu aerul absorbit din zona de evacuare; - zona c - in care se face racirea si evacuarea produsului finit. 4.4.5. Forme de livrare a varului pe santier 4.4.5.a. Varul bulgari nestins rezultat din calcinare, nu poate fi stocat mult timp intrucat reactioneaza cu apa si dioxidul de carbon din atmosfera: CaO + H2O --> Ca(OH)2 + 270 Kcal / Kg CaO Ca (OH)2 + CO2 --> CaCO3 + H2O Din aceasta cauza varul in bulgari se prelucreaza astfel: 1. se macina in mori cu bile, rezultand var nestins macinat; 2. se supune operatiei de stingere cu apa. 4.4.5.b. Varul nestins macinat - a carui finete de macinare este foarte importanta deoarece acesta se stinge chiar in mortar (deci cu putin timp inainte de punerea in opera). Se asigura astfel o stingere completa, iar tencuielile executate nu vor prezenta defecte. Se mai utilizeaza pentru obtinerea de prefabricate autoclavizate. Se ambaleaza in saci de hartie bitumata, butoaie, containere. Se depoziteaza maximum 20 de zile (este un produs nestandardizat). 4.4.5.c. Varul stins pasta - rezulta prin stingerea bulgarilor de var cu exces de apa (200 - 250 % apa). Stingerea in pasta se poate face functie de dotari: - manual; - mecanic. Fig.4.11 Groapa de var si varnita Stingerea manuala - se face intr-o groapa (groapa de var), cu peretii si fundul din pamant (sau cu pereti inziditi), iar pe malul gropii se amenajeazavarnita ce are prevazuta o fereastra cu sibar spre groapa, iar in dreptul acesteia o sita. (4.11) (4.12)

In varnita se toarna apa si apoi varul bulgari amestecandu-se cu sapa de var (cocioarba), pana cand fierberea apei inceteaza. Se deschide sibarul si laptele de var se scurge prin sita in groapa de var. Granulele nestinse sunt retinute de sita si indepartate, reluandu-se operatia pana la umplerea gropii de var. Materialul se lasa in groapa cel putin doua saptamani (se recomanda 2 luni), timp in care granulele mici nestinse trecute prin sita, se sting sau se depun pe fundul gropii, iar apa in exces difuzeaza in pamant, rezultand pasta de var. Pentru a o proteja impotriva uscarii sau inghetului, aceasta se acopera cu un strat gros de nisip. Fig. 4.13 Instalatie industriala de stins var Fig. 4.12 Sapa de var

Stingerea mecanica - se face in instalatii industriale alcatuite dupa urmatorul principiu: - instalatia este alcatuita din doi cilindri metalici coaxiali, din care cel interior este perforat; - pe la capatul superior se introduce in cilindrul interior varul bulgari odata cu apa dozata corespunzator modului de stingere (praf sau pasta); - varul stins trece prin gaurile cilindrului interior si este colectat la capatul inferior al cilindrului exterior si separat granulele nestinse sunt colectate la capatul inferior al cilindrului interior.

4.4.5.d. Varul stins sub forma de praf (varul H sau hidratat) - se obtine prin stingerea cu cantitate limitata de apa (60 - 70%), din care o parte se pierde prin evaporare. Volumul creste de cca. 1,5 - 2 ori. Granulele nestinse se indeparteaza pe cale mecanica, astfel ca varul sa nu contina impuritati si parti nestinse. Acest sortiment se manevreaza mai usor si se dozeaza mai exact fata de varul pasta. Se foloseste la realizarea mortarelor de zidarie si tencuiala. 4.4.6. Mecanismul formarii varului pasta La contactul cu apa, in masa varului au loc fenomene fizice si reactii chimice care duc la formarea pastei de var. Astfel, la temperatura de 200C are loc dizolvarea CaO in H2O si reactia dintre acestea. Rezulta Ca(OH)2 care este putin solubil in apa si solubilitatea lui scade pe Fig. 4.14 Structura micelara a varului pasta masura cresterii temperaturii. Solutia de Ca(OH)2 devine suprasaturata si din ea apar germeni cristalini de Ca(OH) 2 sub forma aciculara. Acestea se acopera cu o pelicula de apa si constituie micelele unui sistem coloidal (fig.4.14) La inceput, cand apa este in exces, sistemul este in stare de sol, adica o dispersie de solid in lichid (lapte de var). Treptat, prin pierderea apei se trece in stare degel, adica se formeaza pasta de var cu o retea tridimensionala de cristale de Ca(OH)2, in ochiurile careia se gaseste solutie de Ca(OH)2 in stare saturata. Procesul de intarire a varului pasta, ca liant, cuprinde doua faze: 1- prima faza - reprezinta un proces fizic, in care apa din gel este absorbita de stratul suport pe care se aplica sau se evapora, ceea ce produce rigidizarea gelului, proces de scurta durata; 2- faza a doua - reprezinta un proces chimic, de lunga durata, in care CO2 din atmosfera reactioneaza cu Ca(OH)2 (recarbonatare):

Ca(OH)2 + CO2 -->CaCO3 + H2O

(4.13)

Varul pentru constructii (varul gras) nu prezinta fenomen de priza.

4.4.7. Domeniile de utilizare ale varului Domeniile de utilizare ale varului gras sunt determinate de sortimentul de var si de caracteristicile acestuia si anume: - ca liant la prepararea mortarelor de zidarie si tencuiala pentru parti aeriene ale constructiilor executate din materiale poroase; - ca adaos plastifiant la prepararea mortarelor de ciment, intrucat gelul de Ca(OH)2 este foarte plastic, in conditiile unei cantitati reduse de apa de amestecare; - la spoieli si finisari de tencuieli (glet de var) interioare, in care se mizeaza pe structura coloidala si plasticitatea varului pasta; - la stabilizarea argilelor prin schimb ionic, iar in cazul utilizarii varului viu se realizeaza si uscarea argilei prin mobilizarea unor importante cantitati de apa in reactia de stingere si prin caldura de hidratare ce se degaja; - la fabricarea produselor silico-calcare - caramizi si blocuri mici de zidarie refractara; - ca adaos la obtinerea unor lianti hidraulici de amestec in care se mizeaza pe capacitatea de a pune in libertate ioni de Ca 2+(tras-var, cenusa-var, zgura-var). Acesti lianti se obtin prin macinarea impreuna a 70 - 80% tras, sau 80 85% zgura cu var si sunt lianti cu intarire inceata, exclusiv in mediu umed. Se utilizeaza la fabricarea inlocuitorilor de caramida. In toate cazurile de utilizare a varului, se va avea in vedere ca acesta sa nu contina parti nestinse, care ar putea sa se stinga dupa punerea in lucrare si prin marirea de volum ce se produce (2 - 3 ori), pot provoca defecte (puscaturi) in structura produsului finit. Caldura de hidratare este exploatata prin utilizarea varului nestins in praf la executarea lucrarilor pe timp friguros, evitand inghetarea compozitiei. 4.4.8. Caracteristici tehnice, incercari si conditii de calitate Incercarile de laborator stabilesc calitatea varului sub aspectul continutului de CaO, al continutului de impuritati si arderea corecta a pietrei de var si masoara caracteristicile tehnice necesare punerii in opera a acestuia. Incercarile difera functie de formele de livrare a varului, astfel: 1. La varul nestins in bulgari

Viteza de stingere se reprezinta prin curba temperaturii de reactie varapa functie de timp, exprima gradul de activitate al varului si este functie de conditiile de ardere, de durata si conditiile de pastrare (grad de alterare). In conditii de laborator pentru aceasta determinare se foloseste un vas special izolat termic, cu dop de cauciuc prin care trec un termometru si axul unui agitator cu palete. In acest vas se introduc o cantitate m de var bulgari si un volum V de apa conform normativelor si metodei de lucru folosite. Amestecul se agita continuu si se inregistreaza temperaturile in primele 10 minute din minut in minut, iar in continuare din 5 in 5 minute pana cand temperatura incepe sa scada. In continuare se traseaza graficul de variatie al temperaturii in timp. Reziduul la stingere (Rs) reprezinta cantitatea in procente din granulele de impuritati (calcar nedecarbonatat, var supraars etc.) care nu reactioneaza cu apa, sau reactioneaza greu producand defecte in produsele finite. In conditii de laborator se va proceda astfel: in vasul de stingere se introduce o cantitate m = 200g var bulgari; se adauga apa necesara stingerii, dupa care, in urma stingerii se adauga apa in exces si se amesteca pana la formarea unui lapte de var; laptele de var se trece printr-o sita standardizata, separandu-se pe aceasta reziduul ce se spala sub jet de apa; reziduurile astfel rezultate se usuca in etuva, se cantaresc m1.

-

-

Se apreciaza reziduul la stingere cu relatia:

Rs =

x 100

[%]

(4.16)

in care termenii din relatie au semnificatiile enuntate anterior. Cantitatea de apa necesara stingerii (As) este o caracteristica tehnologica pentru obtinerea produsului hidratat cu calitati superioare, astfel incat stingerea cu cantitati mici de apa conduce la hidratarea superficiala a granulelor de var impiedicand hidratarea in interior, iar cantitatile prea mari conduc la incetinirea procesului de formare cristalelor de Ca(OH)2, influentand calitatea produsului. Stingerea in conditii de laborator se face intr-un vas standardizat, in care se introduce o cantitate m = 200g var bulgari si un volum V de apa. Se pune un capacul dupa ce in prealabil s-a realizat agitarea pana la inceperea fierberii si formarea pastei de var. Se asteapta 24ore, dupa care se examineaza suprafata

pastei din vasul de stingere. Apa eventual in exces se colecteaza si i se masoara volumul (V1). Se asteapta 3 ore, dupa care se calculeaza apa de stingere cu relatia:

As =

[l/kg]

(4.17)

in care termenii din paranteza au semnificatiile prezentate anterior. Randamentul in pasta (Rp) reprezinta raportul dintre volumul pastei de var rezultat din stingere si masa de var bulgari folosita - este o caracteristica tehnologica, necesara efectuarii calculelor de consum si aprovizionare, dar si de calitate, exprimand gradul de activitate al varului. Se determina pe aceeasi proba pe care s-a determinat apa necesara stingerii, astfel: dupa efectuarea masuratorilor aferente apei de stingere, cu o rigla gradata se masoara in mm grosimea stratului de var pasta format (h); se masoara aria cutiei de stingere (A).

-

Se calculeaza randamentul in pasta cu relatia:

Rp =

[l/kg]

(4.18)

in care termenii din paranteza au semnificatiile enuntate anterior. 2. La varul nestins macinat Finetea de macinare (F) da indicatii asupra suprafetei specifice a varului praf si implicit asupra caracteristicilor pe care aceasta le influenteaza (viteza de stingere, apa de stingere, randament in pasta). Se determina prin cernere a unei cantitati m = 100g, prin sita nr. 0,02, aprecierea restului cernerii (m1) facandu-se in concordanta cu normele impuse. Finetea de macinare se calculeaza cu relatia:

F=

x 100

[%]

(4.19)

in care termenii din relatie au semnificatiile specificate anterior. 3. La varul stins in pasta

Densitatea aparenta (ra) este o caracteristica necesara dozarii precise a pastei de var, in produsele enumerate anterior si in acelasi timp necesara dimensionarii mijloacelor de transport. Se determina ca la materialele granulare, prin cantarirea masei m unui volum de pasta de 1dm3 care este introdus intr-un vas cu volumul mentionat, V = 1dm3. Relatia de calcul este urmatoarea:

ra =

[kg/m3]

(4.20)

in care termenii din relatie au semnificatiile precizate anterior. Consistenta ( C ) se determina in paralel cu densitatea aparenta a varului pasta si este in concordanta cu aceasta. Pentru determinarea acesteia se foloseste vasul tronconic si conul etalon. Varul ce urmeaza a fi verificat se amesteca cu o lopatica pentru omogenizare, dupa care se introduce in vasul tronconic. Se niveleaza la partea superioara pasta din vas, se aduce conul etalon cu varful la nivelul pastei si se lasa sa patrunda in aceasta prin greutate proprie. Se citeste pe generatoarea conului adancimea de patrundere in pasta, care exprimata in cm reprezinta consistenta varului pasta. Caracteristicile determinate in conditii de laborator se compara cu valori normate, ca cele din tabelul 4.3.: Tabel 4.3. Caracteristicile varului de constructii TIPUL DE VAR CALITATEA CARACTERISTICA Oxid de calciu si de magneziu activi(%, min.) Oxid de magneziu (%, max.) Reziduu la stingere (%, max.) Randament in pasta (dm3/kg, max.) Rest pe sita 009 (%, max.) Rest pe sita 063 (%, max,) S 90 bulgari macinat I 85 5 5 2,4 10 2,2 15 1,6 8 II 75 80 stins in praf (H) S 70 4 10 0 15 0 65 5 I

4.5. Lianti (cimenturi) pe baza de oxisaruri

Aceste cimenturi se obtin prin amestecarea oxidului unui metal cu o solutie concentrata de sulfat sau clorura a aceluiasi metal. Daca amestecul se face vartos, el face priza si se intareste. Dintre metale aceasta proprietate o au Pb, Zn si Mg (in practica se foloseste numai cimentul 'Sorel' de tip magnezian). Cimentul magnezian - se prezinta sub forma unei pulberi fine de MgO rezultat prin arderea magnezitei la 750 - 8500C: MgCO3 --> MgO + CO2 (4.21)

Priza se datoreaza solubilitatii foarte mici a Mg(OH)2 rezultat din reactia MgO cu H2O, astfel ca din solutia suprasaturata de Mg(OH)2, acesta precipita sub forma de gel, care leaga intre ele granulele nehidratate de MgO. Prin contact MgO absoarbe apa din gel transformandu-se in Mg(OH)2, iar Mg(OH)2 sub forma gelica prin deshidratare se intareste. MgCl2 actioneaza catalitic, accelerand reactia de hidratare si reactionand cu Mg(OH)2 formeaza produsi cristalini care maresc rezistentele mecanice finale. Cimentul magnezian are practic volumul constant in timpul prizei si intaririi, de asemenea prezinta o aderenta buna la materialele fibroase. Se utilizeaza la: - turnarea de elemente de suprafata fara rosturi; - fabricarea pietrelor abrazive; - materiale fono si termoizolatoare (xilolit, fibrolit etc.). 4.6. Lianti silicatici 4.6.1. Definitie, materii prime Lianti silicatici - sunt lianti hidraulici rezultati din macinarea fina a clincherului obtinut prin arderea pana la aparitia topiturilor, a unui amestec determinat de calcar si argila. . Clincherizarea reprezinta cel mai important proces in obtinerea clincherului de ciment si marcheaza aparitia topiturilor partiale in masa de material supus arderii si odata cu aceasta, finalizarea compusilor care alcatuiesc clincherul. Materiile prime de baza necesare la fabricarea liantilor silicatici sunt rocile calcaroase si argiloase.

Din categoria rocilor calcaroase fac parte: creta, calcarele, calcarele marnoase, marnele calcaroase, marmorele etc. Din categoria rocilor argiloase fac parte: argilele, sisturile argiloase, argile marnoase si alte roci acide (argile nisipoase, loessurile etc.). Aceste roci se pot clasifica in functie de continutul de calcar si argila, conform tabelului 4.4: Tabel 4.4. Gradul de puritate a materiei prime Roca Calcar Calcar marnos Marna calcaroasa Marna Marna argiloasa Argila marnoasa Argila % CaCO3 95 - 100% 90 - 95% 75 - 90% 40 - 75% 20 - 40% 5 - 20% 0 - 5% % Argila 5 - 0% 10 - 5% 25 - 10% 60 - 25% 80 - 60% 95 - 80% 100 - 95%

Materiile prime prezentate anterior nu exclud si utilizarea altor materii prime, cum ar fi diferite roci care sa asigure compozitia chimica necesara obtinerii clincherului de ciment. In afara de materiile prime de baza la fabricarea cimentului silicatic se folosesc si alti componenti: -gipsul pentru reglarea prizei; -zguri sau cenusi de termocentrala si trassuri pentru modificarea in sensul dorit, al unor caracteristici ale cimentului; -adaosuri de corectie (feruginoase, silicioase, sau aluminoase pentru obtinerea clincherului) care regleaza proportiile intre compusii oxidici ai materiei prime. Este important de subliniat faptul ca materia prima de baza este impurificata, astfel : - calcarul este impurificat, in afara argilei care intra oricum in calculul materiei prime, cu oxizi de fier, oxizi de magneziu etc.; - argila este impurificata cu cuart, mica, feldspat, carbonati de calciu si magneziu, dioxid de siliciu coloidal sau amorf, oxizi de aluminiu si fier, combinatii de titan, de magneziu, substante organice (carbune, humus etc.).

Aceste impuritati pot influenta formarea prin ardere, a compusilor complecsi ai liantilor silicatici si pot conditiona folosirea materiilor prime respective la fabricarea cimenturilor. Prezenta lor va impiedica formarea de compusi chimici puri si va favoriza formarea pe langa substanta de baza care reprezinta mediul de dispersie, a unor diverse alte substante in cantitati mici, dispersate in masa substantei de baza, ce dau nastere la compusi cristalini cu proprietati schimbate in raport cu substantele chimic pure. Acesta este motivul pentru care in cazul liantilor hidraulici silicatici, compusii chimici complecsi poarta denumirea de compusi mineralogici. 4.6.2. Mecanismul formarii liantilor hidraulici silicatici In urma arderii materiei prime rezulta compusi complecsi (compusii mineralogici) formati din compusul de baza, care formeaza mediul de dispersie si o serie de substante impurificatoare (ce modifica proprietatile compusilor puri). Toti acesti compusi se formeaza si interactioneaza la temperaturi inalte. La temperaturi de 110 - 2500C are loc eliminarea apei si a substantelor volatile din materia prima. La temperaturi de 400 - 4500C se descompune argila: m SiO2. n Al2O3 .p H2O --> m SiO2 .nAl2O3 + p H2O + Fe2O3 unde: - Fe2O3 este rezultat din impuritatile existente in argila; - toti oxizii rezultati au caracter acid. La temperatura de 6000C se descompune si calcarul: CaCO3 --> CaO + CO2 (4.23) unde: -CaO are caracter bazic. La temperaturi de 600 -8000C are loc transformarea: CaO monocalcic) + Al2O3 --> (4.24) CaO . Al2O3 (aluminat (4.22)

La temperaturi de 9000C au loc transformarile:

dicalcic)

2 CaO + SiO2 --> 2 CaO . SiO2 (silicat (4.25)

- prin aditionare de CaO: CaO . Al2O3 +CaO --> 5 CaO . 3 Al2O3(trialuminat pentacalcic) (4.26)

Fe2O3 + 2CaO---> 2 CaO . Fe2O3 (ferit dicalcic) (4. 27) Daca temperatura nu depaseste 13000C se obtine un liant hidraulic neclincherizat (fara aparitia topiturilor partiale), produsul rezultat fiind poros. La temperaturi > 13000C aluminatii si feritii de calciu se topesc favorizand legarea unor noi cantitati de CaO si formarea unor noi compusi mineralogici: 3 CaO . Al2O3 ( aluminat tricalcic) si 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3 (feroaluminat tetracalcic). La temperatura de 14500C in faza lichida se formeaza 3 CaO . SiO2 (silicatul tricalcic) deoarece o parte din silicatul dicalcic deja format, leaga noi cantitati de CaO. Transformarea nu este completa, o parte din silicatul dicalcic ramanand sub aceasta forma. Componentii formati la temperaturi mai mari de 1300 0C in faza lichida sunt caracteristici liantilor hidraulici clincherizati, adica cimentului silicatic (tip Portland). 4.6.3. Caracteristicile compozitiei chimice 4.6.3.a. Caracterizarea compozitiei oxidice Analiza compozitiei chimice oxidice ale liantilor silicatici indica urmatoarele proportii: CaO = 58-68%, SiO2 = 18-25%, Al2O3 = 5-10%, Fe2O3 = max.6%, MgO = max.5%, SO3 = max.3%. Acestia sunt compusii oxidici de baza. In clincherul de ciment se mai gasesc in cantitati reduse K2O, Na2O, MnO, TiO2. Compozitia oxidica si raporturile in care se gasesc toti acesti oxizi, influenteaza asupra proprietatilor cimentului. CaO - este compusul oxidic de baza al acestor lianti. Cand un ciment contine acest compus in proportii apropiate de limita superioara admisa sau daca depaseste aceasta limita, CaO in exces ramane necombinat, iar produsul finit va prezentainconstanta de volum (expansiune la intarire).

Studiile efectuate au pus in evidenta faptul ca cimenturile bogate in CaO se caracterizeaza printr-o priza lenta, fata de cimenturile cu continut mai mic de CaO, care prezinta o priza mai rapida. In general proportia de CaO din cimenturi se pastreaza la valori de 6266%. SiO2 - este dupa CaO, compusul oxidic cel mai important din ciment. Prezenta in cantitate mare a acestui compus in liantul silicatic provoaca priza lenta a acestuia. Proportia obisnuita a SiO2 in ciment este de 18-25%. Al2O3 - este un compus important, deoarece influenteaza direct procesul de priza. Continutul obisnuit in ciment este de 5-10%. Procentul ridicat de alumina va determina o priza cu atat mai rapida cu cat procentul este mai mare. Fe2O3 - are efect de fondant in procesul de ardere a materiei prime, coborand temperatura de ardere a amestecului brut si in acelasi timp usureaza combinarea CaO cu SiO2. Procentul maxim acceptat este 6% si asigura culoarea cenusie specifica cimentului Portland. MgO - influenteaza aparitia fazei lichide din amestec. In compozitia cimentului silicatic nu se admit procente mai mari de 5%, deoarece aceasta ar conduce la inconstanta de volum si implicit la reducerea rezistentelor mecanice. SO3 -clincherul de ciment macinat, in prezenta apei face priza aproape instantaneu. Pentru a intarzia priza cimentului se foloseste in mod obisnuit gips si se introduce la macinare odata cu clincherul de ciment, dar in proportii ce nu depasesc 3%. In conditiile de echilibru ce se stabilesc la temperatura de clincherizare, toti acesti oxizi se combina conform mecanismului prezentat in paragraful 4.6.2, dand nastere compusilor mineralogici ai cimentului. 4.6.3.b. Caracterizarea compozitiei mineralogice Primul cercetator care pune problema compozitiei mineralogice a clincherului de ciment este cercetatorul Henri le Chatelier (1877). Zeci de ani mai tarziu, un alt cercetator A.E.Ternebrom preluand ideea structurii mineralogice a cimentului, in urma unor experimentari microscopice laborioase, sustine pentru prima

data existenta a patru componenti mineralogici cristalini si o sticla izotropa incolora. El a fost primul care a numit cele patru substante cristaline: alit, belit, celit I si celit II (brownmillerit). In prezent se stie cu precizie ca clincherul de ciment este un produs cu compozitie mineralogica si chimica eterogena, alcatuit din mai multi constituenti cristalini si dintr-o masa vitroasa izotropa care ocupa spatiile dintre cristale, fiecare cu caracteristicile sale si cu influente variabile asupra caracteristicilor cimentului. Alitul (3CaO . SiO2) - este componentul care contine in cea mai mare parte silicat tricalcic, dar si alte substante sub forma de solutie solida. Astfel, silicatul tricalcic contine 4-6,5% aluminat tricalcic. La racire brusca sub 14500C nu se descompune in silicat dicalcic si oxid de calciu, ci ramane ca atare in stare subracita, bogat in energie si reactionand puternic cu apa. Este componentul cel mai important al liantilor silicatici si influenteaza priza si intarirea cimentului si rezistentele mecanice. Belitul (2CaO . SiO2) - acest component se gaseste sub trei forme alotropice: a, b si g. Forma a este stabila la temperatura inalta. Forma b este stabila la temperaturi de 14500C - 6750C si chiar mai mici, in acelasi timp prezentand proprietati de intarire hidraulica. Forma g se formeaza din forma b este stabila la temperaturi obisnuite si se formeaza cu marire de volum (10%). De asemenea, forma nu manifesta proprietati de priza si intarire; prezenta impuritatilor si racirea brusca a clincherului permite stabilizarea formei active din punct de vedere chimic. In clinchere, belitul este o solutie solida de 2CaO . SiO 2 si este mai sarac in energie, reactionand mai greu cu apa. Celitul I (4CaO . Al2O3 . Fe2O3) si celitul II (3CaO . Al2O3) sunt amestecuri complexe cristaline, in care predomina feroaluminatul tetracalcic respectiv aluminatul tricalcic sub forma de solutie solida, bogate energetic si reactionand puternic cu apa. Componentii mineralogici ai cimentului sunt deci substante sub forma cristalina, dar in cimentul silicatic se formeaza si o faza sticloasa (amorfa) alcatuita din topituri de aluminati ce nu au putut cristaliza din cauza topirii bruste a clincherului. Aceasta faza amorfa este foarte importanta pentru priza cimentului deoarece este foarte bogata in energie si reactioneaza rapid cu apa. In compozitia clincherului se gaseste in stare libera CaO si MgO in cantitati relativ reduse, dar care in stare supraarsa reactioneaza greu cu apa si provoaca fenomene secundare neplacute ce se pot manifesta in timp. Alcaliile existente in ciment legate de CaO, dau compusi fara proprietati hidraulice si apar aditionat atat in silicati cat si in aluminati.

4.6.4. Mecanismul reactiei cu apa a liantilor silicatici Prin amestecarea cimentului silicatic cu apa, in masa cimentului se produc fenomene fizice si reactii chimice, odata cu formarea unei paste de consistenta plastica ce are proprietatea de a face priza si apoi de a se intari. Compusii chimici ai liantilor hidraulici silicatici sunt de natura ionica si sunt formati din ioni Ca2+ care dau baze tari si oxizi cu caracter de acizi slabi. In urma amestecarii cu apa au loc reactii succesive de hidratare si hidroliza, iar produsii de reactie pot fi cristalini sau geluri puternic hidratate. In prezenta apei, ionii de calciu din reteaua cristalina a alitului si intr-o masura redusa a belitului, trec in solutii carora le confera un caracter puternic bazic (pH = 10-12). Restul partial decalcifiat, este foarte greu solubil si ramane in stare solida, cu structura modificata si puternic hidratata. Treptat, straturile superficiale ale cristalelor se acopera cu pelicule de geluri hidratate, iar solutia de hidroxid de calciu devine repede suprasaturata (la silicati) si din ea cristalizeaza hidroxidul de calciu. Aluminatul tricalcic din celitul II, trece in solutie fara sa hidrolizeze si hidrateaza ca hidroaluminatul tricalcic (3CaO . Al2O3 . 6H2O). In prezenta solutiei saturate de hidroxid de calciu, hidroaluminatul tricalcic se transforma inhidroaluminat tetracalcic (4CaO . Al2O3 . 12H2O). Aluminoferitul tetracalcic din celitul I, in prezenta apei sufera procese de hidratare si hidroliza, formand atat produse de hidratare specifice aluminatului tricalcic cat si trioxidul de fier care precipita sub forma de gel hidratat (Fe2O3. H2O). Compusii chimici ai liantilor neclincherizati dau reactii de hidratare si hidroliza si anume: belitul se hidrateaza si da o reactie de hidroliza foarte redusa, trialuminatul pentacalcic da hidroaluminat tricalcic cristalin si gel de trioxid de aluminiu hidratat, (Al2O3 . H2O), iar feritul dicalcic se hidrolizeaza complet, rezultand hidroxid de calciu cristalizat si gel de trioxid de fier hidratat, (Fe2O3 . H2O). Un proces secundar, dar cu influenta mare asupra caracteristicilor de durabilitate ale cimentului intarit, il constituie reactia dintre aluminatul tricalcic si gips (in lipsa gipsului cimentul face priza rapida si da un produs cu rezistente reduse): 3CaO . Al2O3 . 6H2O + 3CaSO4 . 2H2O + 7H2O ---> CaO . Al2O3 . 3CaSO4 . 31H2O (4.28)

Aceasta reactie permite dirijarea in alt sens hidroaluminatului tricalcic si priza cimentului devine normala.

a

cristalizarii

Deci la liantii neclincherizati, principalele reactii chimice cu apa pot fi scrise astfel : CaO . Al2O33 + 10H2O ---> 2(CaO . Al2O3 . 10H2O) ---> 2CaO . Al2O3 . 8H2O + Al2O3 m H2O 2CaO . SiO2 + m H2O ---> j CaO . SiO2 . H2O + Ca(OH)2 (4.29) (4.30)

5CaO . 3Al2O3 + mH2O--->n 3CaO . Al2O3 . 6H2O + 2Al2O3 . t H2O (4.31) 2CaO . Fe2O3 + m H2O ---> Fe2O3 . t H2O + Ca(OH)2 (4.32)

La liantii clincherizati, principalele reactii chimice cu apa pot fi scrise astfel: 3CaO . SiO2 + mH2O--->xCaO . SiO2 . pH2O + (3-x) Ca(OH)2 (4.33)

2CaO . SiO2 + mH2O ---> xCaO . SiO2 . pH2O + (2-x) Ca(OH)2 (4.34) 4CaO . Fe2O3 . Al2O3 + m H2O ---> 3CaO . Al2O3 . 6H2O + + Fe2O3.t H2O + Ca(OH)2 3CaO . Al2O3 + 6H2O ---> 3CaO . Al2O3 . 6H2O 4.6.5. Mecanismul prizei si intaririi liantilor silicatici Aceste procese chimice determina fenomenele fizice care produc priza liantilor. Daca am urmari microscopic procesul de actionare a apei asupra liantului am observa urmatoarele faze: - in prima faza: granulele de liant dispersate in apa se hidrateaza superficial formandu-se geluri de hidrosilicati, respectiv de hidroxid de aluminiu si fier iar in apa apar cristale de Ca(OH)2 si aluminosilicati de calciu care produc un inceput de rigidizare a pastei. Acest moment corespunde conventional inceputului de priza a liantului; (4.35) (4.36)

- intr-o alta faza, pelicula de geluri formata (care este dubla in raport cu grosimea stratului de substanta din care provine), impiedica apa sa ajunga la granulele de liant ramase nehidratate; procesul de hidratare continua pe baza apei absorbite din mantaua de gel, care incepe sa se usuce si se contracta. Vor rezulta crapaturi in mantaua gelica, deschizand astfel drum apei catre granula de ciment nehidratata.

Fig. 4.15 Fazele prizei liantilor silicatici

Aceasta faza conduce la marirea volumului de geluri ce vor cuprinde in masa lor si formatiunile cristaline si corespunde conventional sfarsitului de priza a liantului silicatic. Granulele de ciment raman in proportie de 7085% nehidratate. Dupa uscare si macinare, produsul obtinut are caracteristici liante. Dupa priza urmeaza perioada de intarire, de lunga durata (zeci de ani) si se datoreaza atat uscarii gelurilor prin fenomenul de sorbtie interioara si evaporarii spre exterior a apei in exces, cat si fenomenului de imbatranire a gelurilor, adica de recristalizare a lor, rezultand formatiuni cristaline concrescute cu produsele de hidratare, care de la inceput s-au separat sub forma de cristale microscopice. 4.6.6. Varurile hidraulice Din categoria liantilor hidraulici unitari neclincherizati, fac parte varurile hidraulice, care se obtin prin arderea amestecurilor naturale de calcare si argila (6 30%) la temperaturi de 12000C - 12500C. Materia prima sub forma de bulgari, se arde in cuptoare verticale (de var). Se formeaza astfel compusi mineralogici specifici liantilor hidraulici neclincherizati, dar raman si cantitati importante de CaO liber, astfel incat la reactia

cu apa se produc atat reactiile specifice liantilor hidraulici cat si nehidraulici (stingerea varului). Caracterul hidraulic al varului hidraulic este determinat de ponderea cu care intervin in liant atat Ca(OH)2 cat si ceilalti componenti mineralogici, liantul obtinut comportandu-se diferit sub aspectul intaririi in prezenta apei. Caracterul hidraulic se apreciaza prin modulul hidraulic (Mh) care reprezinta raportul dintre proportia de oxid de calciu existent si suma proportiilor celorlalti oxizi din care se formeaza compusii mineralogici (considerati in proportie de masa):

Mh=

(4.37)

In functie de valoarea Mh se deosebesc mai multe tipuri de var hidraulic:

1. var slab hidraulic cu Mh = 10 . 6,0;

2. var mediu hidraulic cu Mh = 6,0 2,5;

3. var foarte hidraulic cu Mh = 2,5 1,8;

4. var total hidraulic cu Mh = 1,8 1,3. Cu exceptia varului roman care nu contine CaO liber, la celelalte tipuri de var hidraulic, bulgarii se sting cu cantitati limitate de apa, dupa care se macina fin. Varul hidraulic are capacitate de intarire in mediu umed si rezistente mecanice superioare varului nehidraulic. Se utilizeaza in special la: - mortare de zidarie si tencuiala la elemente ce lucreaza in mediu umed; - betoane de rezistenta redusa pentru fundatii, blocuri de zidarii etc. Mortarele si betoanele din var hidraulic trebuiesc ferite de actiunea directa a apei, mai ales in prima faza de intarire, intrucat apa dizolva Ca(OH) 2 si se reduc rezistentele mecanice. 4.6.7. Cimentul silicatic (Portland)

In anul 1824 Joseph Aspdin breveteaza cimentul Portland - denumirea vine de la asemanarea culorii cimentului cu a pietrei (calcarului) de Portland, exploatata in Dorset - Anglia - acesta fiind primul liant hidraulic clincherizat de tip silicatic. Pentru fabricarea cimentului silicatic, se foloseste un amestec de argila 23-25% si calcar 75-77%, cu eventuale adaosuri in vederea obtinerii anumitor compozitii mineralogice astfel: - diatomita se foloseste ca adaos silicios; - bauxita se foloseste ca adaos aluminos; - pirita se foloseste ca adaos feruginos. 4.6.7.a. Tehnologii de fabricatie Fabricarea cimentului silicatic se face prin trei procedee, care pregatesc fiecare materia prima in vederea arderii in modalitati diferite: Procedeul umed in care amestecul de materii prime se macina in prezenta apei (30-50%) rezultand o pasta; se obtine astfel un amestec omogen si un clincher de buna calitate, dar procedeul este mare consumator de energie; Procedeul uscat in care amestecul de materii prime se macina pana la obtinerea unei pulberi fine (in stare uscata). Consumul energetic pentru ardere este redus in raport cu primul procedeu; Procedeul combinat in care amestecul de materii prime se macina pe cale umeda (15-16% apa) si inainte de ardere se filtreaza. Materiile prime astfel preparate, se introduc in vederea arderii in cuptoare rotative lungimea l = 50150 m, diametrul d = 2,53,5 m cu axa inclinata fata de orizontala cu 2-30 si care se pot roti cu 1-2 rotatii pe minut. Cuptorul este captusit cu materiale refractare si circulatia materiilor prime se face in contracurent cu gazele de ardere, care sunt introduse pe la partea inferioara prin intermediul unor injectoare. Arderea are loc in zona de mijloc a cuptorului unde se realizeaza temperatura de 1450oC, obtinandu-se un produs partial topit (clincherul de ciment) care la descarcarea din cuptor se raceste brusc si se depoziteaza intro 'hala de clincher' timp de doua saptamani. Racirea brusca impiedica o serie de transformari polimorfe a compusilor si cristalizarea acestora (partial), ramanand astfel mai activi din punct de vedere chimic.

Depozitarea in hala de clinchere se face deci in vederea definitivarii unor reactii chimice, dupa care clincherul este macinat in mori cu bile impreuna cu un amestec bine determinat de gips si se depoziteaza in silozuri de ciment. Se livreaza in vrac sau ambalat in saci . 4.6.7.b. Compozitia mineralogica a cimentului silicatic Din dozarea materiilor anumite compozitii pe oxizii: CaO = 60-67 %; Al2O3 = 4 7 %; gips) si a unei anumite compozitii mineralogice: C3S=50%; C2S=25%; C4AF=15%; C3A=10% (s-a notat CaO = C; SiO2 = S; Fe2O3 = F; Al2O3 = A). cu ponderea pe tipuri de compusi: C3S + C2S = 75% C4AF + C3A = 25% (4.38) (4.39) prime se urmareste obtinerea unei

SiO2 = 19-24%; Fe2O3 = 2-6 %; MgO (liber) = 4-5%; SO3= 3% (din

In cazul in care Al2O3 din amestecul de materii prime a fost insuficient pentru formarea C3A, se formeaza C2F astfel ca relatia (4.32) devine: C2F + C4AF = 25% (4.40)

Se poate observa, in cadrul sistemului de relatii prezentat, preponderenta silicatilor, motiv pentru care liantii poarta denumirea de lianti silicatici. Fata de compozitia de principiu, continutul procentual al componentilor este variabil in anumite limite si, deoarece in reactiile ulterioare de hidratare-hidroliza, acestia se comporta diferit dand compusi diferiti, proprietatile cimenturilor vor fi influentate in limite largi. Cimenturile pot fi caracterizate deci atat prin compozitia chimica (oxidica), cat si prin compozitia mineralogica si poarta denumiri dupa compusul mineralogic preponderent: ciment alitic, ciment belitic, ciment brownmilleritic, aluminaticetc. In compozitia cimentului silicatic, in afara compusilor de baza mai exista urmatorii compusi:

- CaO si MgO in stare libera, care datorita temperaturii de ardere sunt supraarsi si in reactie cu apa se pot hidrata in timp, dupa producerea prizei cimentului producand expansiuni - standardele de produs limiteaza prezenta acestor oxizi; - Compusi alcalini (Na2O; CaO .Al2O3; K2O . Al2O3), care influenteaza defavorabil procesele chimice de hidratare, sau pot reactiona cu agregatele formand compusi ce influenteaza defavorabil rezistentele mecanice ale mortarelor si betoanelor. - CaSO4 . 2H2O ( din adaosul de gips), care intra in reactie cu hidroaluminatul tricalcic. Compusul rezultat prezinta o importanta crestere de volum fata de reactanti si in cazul unei dozari defectuoase a gipsului poate genera efecte defavorabile. 4.6.7.c. Proprietatile cimentului silicatic Proprietatile cimentului silicatic, sunt determinate de proprietatile componentilor sai mineralogici si de proportia in care acestia se gasesc in compozitia cimentului. Deoarece componentii mineralogici ai cimentului nu pot fi separati individual din ciment datorita complexitatii proceselor de ardere, au fost preparate in stare pura substantele chimice care formeaza marea majoritate a componentilor mineralogici si acestea au fost analizate, proprietatile lor putand fi transmise direct componentilor mineralogici respectivi. Principalele proprietati ale acestor componenti si care se regasesc in proprietatile cimentului sunt: - viteza de hidratare; - caldura de hidratare; - rezistentele mecanice; - contractia la uscare; - rezistenta la inghet-dezghet; - comportarea la tratament termic; - comportarea la actiuni chimice agresive. Viteza de hidratare a componentilor mineralogici s-a analizat prin cantitatea de apa legata de acestia functie de timp.

Din analiza graficului se constata ca cele mai mari viteze de hidratare le au compusii aluminosi si in special C3A(celitul II), acestia dand o mare cantitate de cristale, care provoaca priza rapida a cimentului. Adaosul de gips are rolul de a intarzia aparitia formatiunilor cristaline, mobilizand hidroaluminatul tricalcic si formand sulfataluminatul tricalcic hidratat cu 31 molecule de apa. In felul acesta cristalizarea hidroaluminatului tricalcic este dirijata si priza intarziata. Reactia sus mentionata trebuie sa se produca inaintea aparitiei formatiunilor gelice si cristaline, care provoaca deasemenea priza liantului, deoarece cristalizarea sulfaluminatului tricalcic se face cu o marire de volum de 3-4 ori, iar aceasta poate provoca (datorita expansiunii) ruperea legaturilor formate si implicit reducerea rezistentelor mecanice. Dozarea continutului de gips va avea deci in vedere continutul de C3A. Hidratarea compusilor aluminosi va avea loc in primele 3-7 zile dupa Fig. 4.16 Graficul de variatie a vitezei de hidratare Fig.4.17 Graficul de variatie al caldurii de hidratare

care este redusa.

foarte

mult

C3S - prezinta o curba de hidratare parabolica, viteza de hidratare fiind destul de ridicata; C2S - are cea mai redusa viteza de hidratare (aproape liniara). Caldura de hidratare - este in legatura directa cu viteza de hidratare.

Se abate de la aceasta regula celitul I (C4AF), care desi se hidrateaza mai repede decat C3S (alitul), degaja o caldura de hidratare mai mica. Explicatia consta in faptul ca reactia de hidratare a C4AF se desfasoara in doua faze: - in prima faza se obtine hidroaluminatul tricalcic si hidroferit monocalcic (reactie exoterma); - in faza a doua, hidroferitul monocalcic, instabil, se descompune in trioxid de fier hidratat si hidroxid de calciu (reactie endoterma). Rezistent ele mecanice - se datoreaza in special fazei gelice din structura liantului hidratat, care leaga intre ele formatiunile cristaline si granulele de ciment nehidratate inca. Hidratarea completa a granulelor de ciment nu se realizeaza niciodata, acesta avand loc pe un strat superficial, Fig.4.18 Graficul de variatie al rezistentelor mecanice la suprafata granulelor de ciment. In consecinta liantul intarit (piatra de ciment) are o structura complexa, ca un microbeton (Young). Daca piatra de ciment va fi remacinata fin, acesta va prezenta din nou proprietati liante (mai reduse) si cu cat finetea de macinare va fi mai mare, cu atat cantitatea de produsi de hidratare (in special gelici) va fi mai mare, ceea ce are ca efect cresterea mai rapida a rezistentelor mecanice.

Analiza graficului de la fig.4.18 conduce la urmatoarele concluzii: - C3S - da cea mai mare rezistenta incepand din primele zile; - C4AF - prezinta rezistente initiale mari (la 7 zile), dupa care cresterea este mai lenta, dar destul de accentuata; - C2S - prezinta o crestere permanenta dar de mica valoare; - C3A - prezinta o crestere relativ mare a rezistentelor in primele zile, dupa care nu mai participa la cresterea rezistentelor (da formatiuni cristaline, comportarea fiind asemanatoare cu a ipsosului). Rezistenta la inghet-dezghet, avand in vedere ca reprezinta de fapt rezistenta la actiunea de impingere a apei care ingheata in pori (prin marirea volumului), prezinta aceleasi caracteristici de variabilitate manifestate la rezistentele mecanice. In acest sens, alitul va conferi rezistentele cele mai mari. Contractia la uscare se produce datorita pierderii apei din geluri (prin sorbtie interioara catre granulele nehidratate si prin evaporare) si are ca efect reducerea dimensiunilor elementelor turnate, fie aparitia unor pori in structura pietrei de ciment. Contractia la uscare la 28 zile prezinta crestere incepand de la celit ll (0,0048 mm/m) si continuand cu celit I si belit, alit (0,0322 mm/m). Deci contractia la uscare va fi cu atat mai mare cu cat volumul de geluri va fi mai mare, deci cu cat cimentul va fi mai bogat in silicati si mai fin macinat. 4.6.7.d. Comportarea cimenturilor silicatice la tratament termic Tratamentele termice aplicate elementelor de constructii pe baza de ciment silicatic au in vedere accelerarea proceselor de intarire a liantului si se aplica in industria prefabricatelor; prezinta efecte economice importante prin eliberarea rapida a tiparelor si a spatiilor de turnare (productivitate mare). Tratamentele termice constau in ridicarea temperaturii la peste 400C (aceasta fiind considerata temperatura normala de intarire) a incintei de pastrare a elementelor (probelor) din cimentul respectiv, putand fi insotita de abur la presiune normala sau marita (aburire sau autoclavizare), caz in care tratamentul se numeste hidrotermic. Prin accelerarea reactiilor de hidratare ca si prin deformatiile termice ce le suporta prefabricatul, rezistentele mecanice ale liantului intarit sunt mai mici decat in cazul intaririi normale. Din componentii cimentului, belitul prin tratament termic ajunge la o viteza de hidratare care ii confera rezistente superioare fata de intarirea normala, dar acestea sunt inferioare rezistentelor diminuate ale alitului.

Ceilalti componenti au o comportare la tratament termic in concordanta cu rezistentele mecanice, cea mai slaba comportare avand-o celitul II. 4.6.7.e. Comportarea cimenturilor silicatice la actiuni chimice agresive Actiunea agentilor chimici din mediul inconjurator asupra elementelor de constructii executate cu ciment silicatic, este precedata de fenomene de suprafata (adsorbtie si chemosorbtie) si de fenomene de difuzie a acestora in structura pietrei de ciment. In functie de transformarile suferite de piatra de ciment sub actiunea agentilor chimici, se pot identifica trei tipuri de coroziune: - Coroziunea de tip I - este provocata de apele dulci (lipsite de duritate, ape carbogazoase, solutii ale sarurilor de amoniu cu exceptia sulfatilor), solutii de acizi organici sau anorganici care dau saruri solubile de calciu. Coroziunea de tip I se caracterizeaza prin decalcifierea componentilor pietrei de ciment si transformarea lor intr-un amestec de geluri de consistenta moale ce se pot spala. Coroziunea cu ape moi are loc prin actiunea de hidrolizare a mineralelor (din granulele nehidratate) si hidrocompusilor din piatra de ciment. In prima etapa este levigat Ca(OH)2 existent in piatra de ciment ca urmare a reactiilor specifice cimentului, ulterior este dizolvat si levigat CaOH)2 eliberat din actiunea hidrolitica a apei asupra hidrosilicatilor si hidroaluminatilor de calciu. Apele cu CO2 - actioneaza asupra ionului Ca2+, legandu-l in carbonatul de calciu (greu solubil), apoi daca actiunea continua se formeaza bicarbonatul de calciu solubil: CaCO3 + CO2 + H2O ----> Ca(HCO3)2 (4.41)

Solutiile cu saruri de amoniu, transforma hidroxidul de calciu in saruri de calciu solubile: Ca(OH)2 + 2NH4Cl ----> CaCl2 + 2NH4OH (4.42)

In urma decalcifierii, gelurile de hidrosilicati de calciu se transforma in geluri de dioxid de siliciu de consistenta moale. Coroziunea de tip II - este produsa de acizi minerali (HCl, H2SO4, HNO3 etc.) si organici (acetic, lactic etc.), saruri de magneziu (cu exceptia sulfatului de magneziu), grasimi si solutii de zahar.

Coroziune de tip II se caracterizeaza prin decalcifierea pietrei de ciment concomitent cu formarea unor geluri, formate chiar de substanta agresiva si care se suprapune peste gelurile formate din componentii cimentului intarit. In cazul coroziunii cu acizi, se formeaza sarurile de calciu corespunzatoare si la coroziune completa, geluri de acid silicic, hidroxid de aluminiu si de fier. Daca produsele de reactie dintre acid si piatra de ciment sunt precipitate insolubile, acestea se depun, colmateaza porii pietrei de ciment, limitand patrunderea agentului agresiv in profunzime, deci au rol protector. Dupa acest mecanism actioneaza acizii: oxalic, fosforic, fluosilicic. Sarurile de magneziu reactioneaza cu ionii de calciu si transforma Ca(OH)2 in saruri de calciu solubile, iar ionii de magneziu precipita sub forma de hidroxid de magneziu greu solubil, ce se suprapun peste gelul de dioxid de siliciu ramas din componentii cimentului intarit: Ca(OH)2+ MgCl2 ----> CaCl2 + Mg(OH)2 (4.43)

Grasimile reactioneaza cu Ca(OH)2, transformandu-se in sapunuri de calciu de consistenta moale, care precipita. Solutiile de zahar intarzie priza cimentului, in urma reactiilor cu compusii cimentului rezultand structuri poroase, cu rezistente reduse. Gelurile rezultate, chiar daca nu sunt solubile, nu au rezistenta, putand fi usor indepartate prin actiuni mecanice. Coroziunea de tip III (sulfatica) - este produsa de solutii de sulfati solubili, solutii concentrate de CaCl2, de unii esteri din industria polimerilor. Coroziunea de tip III consta in expansiunea pietrei de ciment datorita formarii unor compusi cristalizati cu un numar mare de molecule de apa. Sulfatii solubili: Na2SO4, K2SO4, (NH4)2SO4, reactioneaza cu Ca(OH)2 din piatra de ciment si CaSO4 format se combina cu hidroaluminatul tricalcic (C3AH6), formand o sare complexa, conform reactiei prezentate anterior. Solutii concentrate de CaCl2 cu actiuni asemanatoare, formeaza cloraluminat de calciu hidratat (CaCl2 se utilizeaza la dezghetarea imbracamintii rutiere): 3CaO. Al2O3 . 6H2O + 3CaCl2 + 3CaCl2 + mH2O -----> ----> 3CaO. Al2O3. 3CaCl2 . 31H2O (4.44)

Analiza mecanismului distrugerii prin coroziune permite sa se traga urmatoarele concluzii: - coroziunea de tip III produce distrugere pietrei de ciment in masa sa; - coroziunea de tip I si II schimba compozitia chimica si structura fizica a pietrei de ciment si prin reducerea rezistentei straturilor afectate acestea pot fi indepartate de eventuale actiuni mecanice, coroziunea continuand; - actiunile corosive se pot produce separat, dupa tipurile de coroziune mentionate sau simultan, astfel incat solutia de sulfat de magneziu produce simultan coroziunile de tip II si III, solutia de sulfat de amoniu produce coroziunea de tip I si III, iar apa de mare produce simultan toate cele trei tipuri de coroziune. Masuri de marire a rezistentei la coroziune Dintre masurile generale privind protectia la coroziune chimica a elementelor de constructii pe baza de ciment, enumeram: - alegerea unui ciment cat mai putin sensibil la coroziune (sarac in C 3A si compusi ce contin ioni de calciu usor hidrolizabili); - utilizarea cimenturilor cu adaosuri de cenusi, zgura; - realizarea unei compacitati mai mari a pietrei de ciment; - realizarea de pelicule protectoare anticorozive pe baza de polimeri. 4.6.7.f. Caracteristici tehnice, incercari si conditii de calitate Calitatea cimentului se poate aprecia in urma determinarii in conditii de laborator a caracteristicilor fizice si mecanice ale acestuia. Incercarile fizice cuprind: Finetea de macinare se determina prin cernerea in conditii standardizate a unei probe de ciment, prin sita 009, exprimand restul procentual ramas pe sita, prin comparatie cu masa initiala. Un alt mod de masurare a finetii de macinare, este prin masurarea suprafetei specifice si se efectueaza cu aparatul Blain. Este o incercare de finete care se realizeaza in laboratoarele autorizate si apreciaza suprafata specifica prin durata de timp (t) necesara unui volum de aer sa strabata o pastila de ciment cu o anumita porozitate (e),in conditii de presiune impuse. Se cunosc deasemenea densitatea cimentului (r), vascozitatea aerului (h)si constanta aparatului (k) care se determina cu o pulbere etalon.

Finete mare de macinare inseamna suprafata specifica mare, viteza mai mare de reactie, volum de produsi de reactie mai mare, dar si contractii mai mari. Cantitatea de apa de amestecare - pentru pasta de consistenta normala - reprezinta cantitatea procentuala de apa (in raport cu masa cimentului), necesara prepararii unei paste de o consistenta prestabilita (determinata cu aparatul Vicat si sonda Tettmayer) si care va fi folosita si pentru alte determinari fizice, ce necesita pasta de ciment. In conditii de laborator, se prepara manual sau mecanic o pasta din 300g de ciment si o cantitate de apa situata intre 25-32%. Pasta preparata se introduce in inelul aparatului Vicat, uns in prealabil cu ulei mineral si se lasa sa patrunda tija aparatului echipata cu sonda Tettmayer timp de 30 secunde. Se considera ca pasta are consistenta normala daca tija aparatului se opreste la 5-7mm de placa de baza; in caz contrar se reface pasta cu cantitate de apa modificata pana cand se obtine adancimea de patrundere dorita. Se calculeaza cu relatia prezentata la ipsos. Timpul de priza - reprezinta durata de timp in minute din momentul amestecarii cimentului cu apa, pana cand pasta incepe sa se rigidizeze (inceputul prizei) si apoi pana la intarirea acesteia (sfarsitul prizei). In conditii de laborator aceasta determinare se realizeaza folosind aparatul Vicat in care se introduce pasta de consistenta normala. Tija aparatului Vicat prevazuta cu ac se lasa sa patrunda in masa pastei din sfert in sfert de ora, pana cand acul aparatului nu mai patrunde pe intreaga inaltime a pastei din inel, ceea ce marcheaza conventional inceputul prizei. Dupa ce s-a obtinut inceputul de priza, inelul cu pasta se intoarce astfel incat patrunderea acului sa se produca pe directie inversa celei initiale. Se lasa sa patrunda acul aparatului Vicat in pasta masurand adancimea de patrundere, pana cand acul prevazut cu un accesoriu special patrunde maximum 0,5mm, accesoriul neamprentand suprafata pastei. Acest moment marcheaza sfarsitul prizei. Stabilitatea - reprezinta variatia de volum in timpul prizei si intarii pastei de ciment, fenomen cu implicatii in siguranta constructiilor, astfel: - expansiunea - se datoreaza existentei oxidului de calciu si magneziu liber in stare supraarsa (care la randul lor exista datorita dozarii defectuoase a gipsului) ce reactioneaza in timp cu apa, dand produsi cu marire de volum; acest ciment nu poate fi folosit; - contractia la uscare - se datoreaza compozitiei mineralogice defectuoase sau unei fineti de macinare prea mari; in acest caz cimentul poate fi utilizat luand masuri de preluare a contractiei la prepararea betoanelor.

Determinarea de laborator se realizeaza folosind inelul cu ace Le Chatelier. Se introduce in inelul uns in prealabil, pasta de consistenta normala si se introduce in cutia cu aer umed, unde se mentine timp de 24 ore. Dupa aceasta, se scoate inelul cu material, se masoara distanta (d1) la varf dintre ace in mm, cu ajutorul sublerului. In continuare se introduce inelul cu material in oala de fiert turte, se aseaza pe gratarul oalei in care apa nu depaseste nivelul acestuia, se pune capacul si se incepe incalzirea apei astfel incat aceasta sa inceapa in 30 minute, dupa care se lasa sa fiarba 2ore si 30 minute. Se scoate inelul, se lasa sa se raceasca normal si se masoara din nou distanta la varf (d2) intre ace, in mm. Cand diferenta intre cele doua masuratori (d2 - d1) este mai mare decat 10 mm, avem ciment expansiv rezultat din greseli de fabricatie care se arunca. Incercarile mecanice presupun determinarea rezistentelor mecanice. Rezistentele mecanice - reprezinta principalul criteriu de alegere a domeniului de utilizare a cimentului. Rezistentele mecanice se determina pe epruvete de forma prismatica, confectionate dintr-un mortar standard cu raportul ciment/nisip=1/3 si apa/ciment=1/2, considerand agregatul inert din punct de vedere chimic, iar operatiile de preparare, turnare, compactare, pastrare si incercare sunt standardizate. Pe epruvete se determina rezistenta la intindere din incovoiere si rezistenta la compresiune (marca cimentului) folosind tehnica de incercare si relatiile de calcul de la ipsos. Marca cimentului, reprezinta valoarea rezistentei la compresiune in N/mm specifica fiecarui tip de ciment, imediat inferioara rezistentei medii la compresiune, obtinuta pe probe de mortar plastic, dupa 28 zile de intarire in conditii normate de confectionare, turnare, pastrare si incercare.2

4.6.8. Tipuri de cimenturi Aprecierea tipului de ciment in conformitate cu noile standarde se face in functie de proportia de amestec intre clincher si materialul de adaos. Gruparea conform normelor actuale este urmatoarea: grupa l - cimenturi unitare, la care proportia de clincher depaseste 95%, diferenta fiind constituita din adaosul de gips pentru reglarea prizei si, daca este necesar unele adaosuri de corectie pentru compozitia oxidica; grupele ll ..V - cimenturi compozite, la care proportia de adaos depaseste 5%.

-

4.6.8.a. Cimenturile silicatice unitare Departajarea din punct de vedere calitativ a cimenturilor se face in functie de clasa de rezistenta, conform tabelului de mai jos: Tabelul 4.5. Clasele de rezistenta pentru cimenturi silicatice Clasa de rezistenta Rezistenta la compresiune (N/mm2) Rezistenta initiala 2 zile 10 7 zile 16 Rezistenta standard 28 zile 32,5 52,5 42,5 52,5 62,5 Timp initial de priza min Expansiune

mm

32,5 32,5R 42,5 42,5R 52,5 52,5R

60 45

10

30

Cimenturile alitice, sunt folosite in mod curent fiind simbolizate prin numarul grupei (l), urmat de clasa de rezistenta, de litera R (daca este ciment cu intarire rapida) si de numarul standardului (ex. Ciment l - 52,5R - SR38895). Cimenturile cu notatiile actuale includ cimenturile cu vechile notatii astfel