początki betonu

Produkcja betonu rozpoczęła się już w czasach starożytnych. Rzymianie umieli łączyć okruchy skalne w monolityczny sztuczny kamień, a jako spoiwo używali wapna z dodatkiem hydraulicznym. Do dzisiaj teatry czy pałace, które stoją na ulicach były budowane w ten sposób. Tak samo jak ruiny budowli inżynierskich takich jak morskie nabrzeża czy wodociągi. To wszystko to niepodważalne dowody wysokiej trwałości betonu. Najbardziej spektakularnym dowodem na to są wodociągi, które naturalnie były narażone z zewnątrz na niesprzyjające warunki pogodowe, a od wewnątrz na szybki strumień wody.

Wytwarzanie betonu
Wytwarzanie betonu

Jako najlepszy przykład może posłużyć kanał wodociągowy, który sprowadzał wodę do picia przez naturalny spadek gór Eifel w Europie zachodniej do obozu rzymskich legionistów położonego blisko Kolonii.

Podczas wędrówki narodów wapno z dodatkami hydraulicznymi poszło w zapomnienie i dopiero w średniowieczu zaczęto je ponownie używać.

Najbardziej popularnymi spoiwami, jaki były stosowane w budownictwie są cementy portlandzkie.

cement

Cement po złączeniu z wodą robi się plastyczny i łatwy do formowania. Taką masę nazywa się zaczynem cementowym. Po jakimś czasie zaczyna on wiązać, powoli traci cechy plastyczne, robi się sztywny aż w końcu kamienieje. Podczas działania wody na związki chemiczne cementu zachodzi ich uwadnianie – inaczej hydratacja. Wytwarza się żel, który twardnieje i kamienieje.

Szczególnie ciekawa dla technologów betonu jest hydratacja krzemianów dwu i trójwapniowego. O ile w cemencie wolnego tlenku wapnia jest śladowa ilość, bo tylko około 1%, to w związanym zaczynie cementowym jest %Ca(OH)2 kilkanaście procent. Jest to istotne, bo decyduje o odporności na czynniki chemiczne. Im mniejsza zawartość wodorotlenku wapniowego z zaczynie związanym, tym po stwardnieniu będzie bardziej odporny na roztwory agresywne.

Karbonizacja wolnego wodorotlenku wapnia z zaczynie związanym powoduje powstanie węglanu wapnia, co sprawia, że stwardniały zaczyn jest bardziej wytrzymały.

surowce cementowe

Podstawowe składniki surowców cementowych to CaO, SiOz, A1203, Fe203. One w wysokiej temperaturze spiekania w piecach wchodzą ze sobą w reakcję chemiczną.

Tworzy się tak zwany klinkier cementowy, który jest sztucznym minerałem ze względu na swoje fizyczne właściwości. Według PN-59/B-01300 klinkier cementu portlandzkiego to produkt składający się z krzemianów wapniowych oraz trójwapniowego i żelazo-glinianu czterowapniowego.

trzy stadia wiązania

Według powyższej teorii w procesie wiązania jesteśmy w stanie wyróżnić trzy stadia: stadium rozpuszczania, koloidacji oraz krystalizacji.

W pierwszym z nich po zarobieniu cementu z wodą następuje rozpuszczenie się najprościej rozpuszczalnych składników cementu takich jak alkalia, gips i wapno. Następnie zaczynają rozpuszczać się wszystkie pozostałe składniki. Dzieję się tak aż do nasycenia roztworu i zareagowania z wodą.

Drugie wyróżnia się według Bajkowa „bezpośrednim powstawaniem stałych produktów w reakcji bez pośredniego rozpuszczania się substancji wyjściowej, ponieważ roztwór jest już nasycony”. Niezmienne produkty reakcji wydzielają się bezpośrednio w stanie daleko idącego rozdrobnienia, tworząc układ koloidalny w żelu. Wtedy zaczyn cementowy traci swoją ciekłość i przechodzi w stan plastyczny.

Trzecie stadium wyróżnia się tym, że utworzone w czasie koloidacji układy rozproszone (żele), z powodu ich wyższej rozpuszczalności w wodzie przekształcają się w większe i trudniej rozpuszczalne kryształy. Tworzą one tak zwany wojłok krystaliczny, czyli krystaliczny zrostek. Cenne i mechaniczne zalety stwardniałego zaczynu są spowodowane ścisłym przestrzennym przeplataniem wcześniej wspomnianych kryształów.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *