1.INTRODUCERE Produsele naturale sau artificiale care se utilizează la realizarea construcţiilor sunt denumite, în general, materiale de construcţii. Industria materialelor de construcţii cunoaşte în ultima perioadă o dezvoltare tot mai accentuată. S -au găsit noi utilizări pentru materialele clasice şi s -au realizat o serie de materiale noi cu performanţe tehnico-economice superioare. Cunoaşterea materialelor de construcţii reprezintă o necesitate pentru activitatea de cercetare, proiecare şi execuţie a construcţiilor. Materialele de construcţii trebuie să asigure rezistenţa, siguranţa, izolarea termică, acustică şi hidrofugă a construcţiilor în condiţii de durabilitate maximă. Totodată trebuie să corespundă din punct de vedere estetic şi să aibă preţuri a ccesibile. 1.1 Scurt istoric al dezvoltării materialelor de construcţie Printre primele materiale de construcţie utilizate de om au fost: lemnul, piatra naturală şi argila. În regiunile unde nu există piatră se foloseau cărămizile din argilă uscată. Cu timpul omul a descoperit fenomenul de ardere a argilelor şi de producere a cărămizilor şi a blocurilor ceramice. Pentru legarea agregatelor şi a materialelor se utilizau lianţi,ca: argila, ipsosul, varul,
asfaltul (bitumul). Au fost descoperiţi lianţi hidraulici (var cu cenuşă vulcanică, varul hidraulic etc).
Din documentele existente reiese că romanii cunoşteau secretul fabricării varului hidraulic pe care-l foloseau la pregătirea betoanelor pentru grandioasele lor lucrări de poduri, apeducte,
bolţi cu deschideri mari etc. În evul mediu, ca rezultat al fărвmiţării feudale, construcţiile mari din piatră naturală se reduc; în schimb iau o mare amploare construcţiile din cărămidă arsă. Apariţia şi dezvoltarea capitalismului a determinat evoluţia industriei mat erialelor de construcţii deoarece acum apare necesitatea de a realiza construcţii civile, industriale şi militare de mare importanţă. În acest scop apar noi materiale, tehnici ş i tehnologii de construcţii, ca: oţelul, betonul armat monolit şi prefabricatele, industrializarea, etc. Pentru obţinerea betonului şi mortarelor era nevoie de lianţ i hidraulici (cimenturi), care au fost realizaţi în aceeaşi perioadă î n Rusia şi Anglia. Din combinarea betonului cu oţ elul s-a ajuns la fabricarea betonului armat, care a permis executarea diverselor diverselor tipuri de construcţii civile, industriale şi militare. 1
1.2 Clasificarea materialelor de constructie Din punct de vedere al tehnologiei de producere materialele de construcţie se împart în următoarele grupe: - materiale din piatră naturală - nisip, pietriş, piatră spartă, piatră brută, blocuri din piatră
şi pietre de formă regulată pentru zidirea pereţilor clădirilor, plăci pentru placare etc.; - fabricate din ceramică, plăci pentru placare, olane etc.; - lianţi anorganici (minerali) - var, ipsos, sticlă solubilă, ciment etc.;
preparate dintr -un amestec de nisip, pietriş (piatră - betoane şi mortare pentru construcţii, preparate spartă) şi lianţi anorganici; beton armat, obţinute din beton beton şi armatură de oţel; - prefabricate de beton - materiale şi produse de piatră artificială pe bază de lianţi anorganici -produse de ipsos,
de azbociment şi de silicaţi; - materiale şi produse din topituri minerale - sital de zgură, sticlă spongiosă, articole de
vată minerală; - elemente din lemn - bîrne, scînduri, parchet; - materiale bituminoase şi gudronate destinate hidroizolării construcţiilor - carton gudronat, ruberoid etc.; - materiale şi produse polimere (sintetice) - linoleum, plăci pentru placare; - metale (oţel, fontă, aluminiu, topituri).
Reieşind din condiţiile de lucru ale materialelor şi prefabricatelor în clădiri, ele se împart în materiale care se intrebuinţează pentru construcţii portante şi pentru apărarea construcţiilor de influenţă negativă în condiţiile mediului încojurator - materiale pentru pereţi; ma teriale pentru acoperişuri, materiale termoizolante (care reţin bine căldura), materiale de finisaj pentru finisarea interioară interioară şi tapetat - vopsele şi lacuri, tapete. O mare însemnătate are împărţirea materialelor în locale şi importate. In majoritatea cazurilor este mai avantajos să se întrebuinţeze materiale dobîndite sau produse pe loc. Cerinţele tehnice, tehnologia şi calitatea grupelor de produse şi materiale de construit sus arătate se conţin în normele şi regulele de construcţie (SNIP Ş i SN). Standarde de stat (STAS) Ş i condiŢ iele iele tehnice, (TU). Ă codul principalelor documente de Normelele Ş i regulele de construc Ţ ie ie reprezint Ă
normare, aplicate în construc Ţ ii ii Normele Ş i regulele de construc Ţ ie ie se extind asupra tuturor categoriilor de construc Ţ ii ii Ş i sunt obligatorii pretutindeni. Normele de construc Ţ ii ii stabilesc pentru unele categorii categorii de lucr Ă ri ri regulele de întrebuin Ţ are are a materialelor de construcŢ ii. ii. 2
2.CIMENTUL
2.1 Materii prime. Obţinere. Compoziţie mineralogică Prototipul cimentului portland a fost realizat în 1845 de Isaac Johnson. în 1848 a fost
realizată în Anglia prima fabrică de ciment. Denumirea de portland provine de la asemănarea cimentului întărit cu o rocă dură din Portland. În general pentru obţinerea cimentului portland se utilizează un amestec format din 75...77% calcar, 23...25% argilă şi eventual adaosuri silicioase (diatomit), aluminoase (bauxită), feruginoase (cenuşă de pirită, minereu de fier). Arderea amestecului de materii prime până la temperatura de 1450 0C (vezi tab.3.7) conduce la obţinerea unui produs compact denumit clincher de ciment. Prin măcinarea fină a clincherului cu un adaos de 3...5% ghips (pentru reglarea prizei) rezultă cimentul portland. Funcţie de modul de preparare al amestecului brut există 3 procedee de producere a cimentului portland: umed, uscat şi combinat. Componenţii mineralogi de bază ai cimentului portland sunt: -
Alitul: 3CaO-SiO2 (C3S)-silicatul tricalcic;
-
Belitul: 2CaO-SiO2 (C2S)-silicatul dicalcic;
-
Celit I: 4CaO-Al2O3-Fe2O3 (C4AF)-feritaluminatul tetracalcic;
-
Celit II: 3CaO-Al2O3 (C3A)-aluminatul tricalcic. 3
Aceşti componenţi sunt legaţi cu o cantitate oarecare de fază sticloasă. În clincherul de ciment se mai găsesc CaO şi MgO liberi în stare supraarsă care provoacă expansiunea cimentului întărit, motiv pentru care conţinutul lor este limitat. 2.2 Priza şi întărirea cimentului portland După amestecarea cimentului cu apa se formează o pastă plastică, care în timp se rigidizează, apoi se întăreşte rezultând o piatră rezistentă. Transformările au la bază reacţiile chimice şi fenomele fizice din amestecul ciment-apă. Priza se verifică în laborator cu aparatul Vicat, se măsoară în ore şi minute. În condiţii obişnuite (fără accelerator/întărzietor de priză), la cimenturile care se produc la ora actuală priza nu trebuie să înceapă mai repede de 45 de minute şi nu depăşeşte 10 ore.
Fig.1 Aparatul Vicat
Hidratarea granulelor de ciment continuă şi după priză pe seama apei libere şi a apei absorbite din gelu ri, ceea ce determină contracţia şi fisurarea gelurilor. Prin fisuri apa ajunge din nou la ciment , asigurându-se prin acest mecanism continuitatea procesului de hidratare.
Întărirea cimentului (creşterea rezistenţelor mecanice în timp) poate dura zeci de ani, producându-se în urma uscării gelurilor (prin pierderea apei spre interiorul granulelor de
ciment care continuă să se hidrateze şi spre exterior prin evaporare) şi a îmbătrânirii, recristalizării lor treptate. Rezistenţa minimă la compresiune a cimentului, determinată în condiţii standardizate în N/mm2 la 28 de zile, defineşte clasa cimentului, la ora actuală cimentul producându-se în clasele: 32,5; 42,5; 52,5.
4
S-a constatat experimental că granulele de ciment nu se hidratează complet niciodată, partea hidratată reprezentând numai 15...30% din volumul granulelor. În cimentul întărit există
astfel pe lângă compuşii cristalini şi gelici rezultaţi în procesele de hidratare -hidroliză şi nuclee nehidratate de ciment, motiv pentru care cimentul întărit mai poate fi denumit şi microbeton.
În cimentul întărit mai există: -
microfisuri datorită contracţiei gelurilor;
- pori de gel (15...20 Â) datorită absorbţiei apei de către nucleele nehidratate de
ciment (25-28% din volumul total al gelurilor); - pori capilari (0,1...30 |jrn) datorită evaporării excesului de apă de amestecare;
-
pori sferici (50 | m ... 2 mm) obţinuţi din antrenarea aerului la amestecare. Priza şi
întărirea pot fi accelerate sau încetinite folosind acceleratori sau întârzietori de priză de natură anorganică sau organică.
2.3 Caracteristicile fizico- mecanice şi chimice ale cimentului portland întărit Caracteristicile cimentului portland întărit depind de caracteristicile componenţilor mineralogici şi de proporţia pe care o au în compoziţia cimentului. Caracteristicile care contează pentru alegerea tipului de ciment corespunzător condiţiilor de execuţie şi de exploatare sunt: viteza de hidratare, căldura de hidratare, rezistenţa la compresiune, rezistenţa la îngheţ -dezgheţ, contracţia, compor tarea la tratamente termice, comportarea la acţiuni chimice agresive. Viteza de hidratare
se apreciază prin cantitatea de apă legată chimic în timp. C 3A şi
C4AF se hidratează repede, C 3S are o hidratare moderată iar C 2S o hidratare foarte lentă. Căldura de hidratare este căldura degajată la hidratarea cimentului. Cea mai mare
căldură o degajă C 3A, urmat de C3S. Căldura degajată de componentul C 4AF are o variaţie parabolică şi o creştere continuă chiar la durate mari de întărire. C 2S are cea mai lentă şi mai mică degajare de căldură. La betonări masive (baraje), unde se cere o degajare mică de căldură sunt indicate cimenturile bogate în C2 S şi C4AF. Rezistenţa la compresiune ar e variaţia prezentată în fig. 2
5
Fig.2 Variatia rezistentei la compresiune a cimentulu
6
C3S are cea mai mare rezistenţă iniţială şi finală. C 2S, deşi cu o rezistenţă iniţială mică, ajunge
ca după 1 an să atingă rezistenţa componentului C 3S. C4AF are o variaţie controversată. C 3A are rezistenţă iniţială şi finală mică. Rezistenţa la îngheţ -dezgheţ are o variaţie asemănătoare cu rezistenţa la compresiune. Contracţia se manifestă în timpul întăririi, când elementele sunt păstrate în aer. Valorile
contracţiei după 360 de zile sunt: C 3S-0,0046 mm/m; C2S-0,0106 mm/m; C4AF-0,0168 mm/m; C3A-0,0322 mm/m. Comportarea la tratamente termice
este importantă la producerea prefabricatelor din
beton, unde, pentru o productivitate cât mai mare, este necesară o decofrare rapidă a elementelor din beton. Tratamentele termice grăbesc întărirea, iar cele mai utilizate sunt aburirea (vapori de apă la 70-90 0C, 4-10 ore) şi autoclavizarea (vapori de apă la 120 -190 0C şi presiunea de 2 -12 atmosfere). Cea mai bună comportare la tratament termic o are C 2S iar cea mai slabă C 3A. Din cauza rezistenţelor iniţiale reduse ale C 2S în practică pentru tratamente termice se utilizează cimenturi bogate în C3S capabile să asigure rezistenţe mari într -un timp scurt de tratament termic. Comportarea la acţiuni chimice agresive (coroziunea cimentului) este una din cele mai
importante caracteristici. Cimentul întărit este cu atât mai rezistent chimic cu cât are o structură mai compactă. Se disting 3 tipuri de coroziune simbolizate cu I, II şi III. Coroziunea de tipul I se caracterizează prin decalcifierea pietrei de ciment şi formarea de geluri care provin din componenţii mineralogici ai cimentului. După acest mecanism acţionează apele moi (lipsite de duritate, provenite din ploi, zăpezi), apele cu CO 2, soluţiile sărurilor de amoniu, soluţiile de acizi ( cu excepţia acidului fosforic şi oxalic). Acţiunea de deteriorare se dezvoltă iniţial asupra Ca(OH)2 existent în piatra de ciment (din procesul de hidratare) rezultând
săruri solubile de calciu (decalcifiere), iar apoi asupra celorlalţi compuşi formându -se noi cantităţi de Ca(OH)2 şi compuşi gelici de consistenţă moale. Coroziunea de tipul II se manifestă prin decalcifierea pietrei de ciment, concomitent cu
precipitarea unor geluri rezultate în urma reacţiei agentului coroziv cu Ca(OH)2. Este provocată de săruri de magneziu, grăsimi şi soluţii de zahăr, care conduc la formarea de săruri solubile de calciu (decalcifiere) şi geluri şi compuşi de consistenţă moale care pot fi uşor îndepărtaţi prin frecare.
Coroziunea de tipul III conduce la fenomene de expansiune în masa cimentului întărit datorită formării unor produşi cristalini cu mărire de volum. După acest mecanism acţionează sulfaţii, soluţia concentrată de CaCl 2 şi unii esteri a căror acţiune se manifestă asupra hidroaluminatului tricalcic (C3AH6). 7
Se poate constata că în cimentul întărit compuşii cei mai puţin rezistenţi la acţiuni chimice agresive sunt Ca(OH) 2 şi C 3AH6, concluzie de care se ţine seama la alegerea tipului de ciment pentru elementele expuse diferitelor medii agresive.
Tipurile de coroziune se pot suprapune. Astfel sulfatul de amoniu provoacă coroziune de tipul I şi III, iar apa de mare toate tipurile de coroziune.
2.4 Cimenturi portland unitare Sunt obţinute prin măcinarea clincherului de ciment cu maximum 5% componente auxiliare minore (de ex.: ghips). Au în simbol cifra I. Ele sunt: cimenturi portland uzuale;
cimenturi cu căldura de hidratare limitată şi cu rezistenţă la agresivitatea apelor cu conţinut de sulfaţi; cimenturi portland albe; cimentul pentru drumuri şi piste de aeroporturi. ____________________ Tipuri de cimenturi portland unitare _____________________ Denumire
Simbol
Precizări
CEM I 32,5 N N-simbolul pentru rezistenţa
Cimenturi portland uzuale
CEM I 32,5 R iniţială uzuală; CEM I 42,5 N R-simbolul pentru rezistenţa CEM I 42,5 R iniţială mare CEM I 52,5 N CEM I 52,5 R
Cimenturi cu căldura de Hidrotehnice
H I 32,5 H I Au rezistenţe moderate la ape
hidratare limitată şi cu
42,5 H I 52,5 sulfatice
rezistenţă
la Rezistente agresivitatea apelor cu sulfaţi
la
SR I 32,5 SR I Rezistă
în
medii
cu
42,5 SR I 52,5 agresivitate sulfatică intensă
conţinut de sulfaţi Cimenturi portland albe
I A 32,5 a I A A-simbolul pentru alb; a b, c 32,5 b I A 32,5 simboluri pentru gradul de alb c I A 42,5 a I A 42,5 b I A 42,5 c I A 52,5 a I A 52,5 b I A 52,5 c
Cimentul pentru drumuri şi piste de CD 40
îndeplineşte condiţiile care se 8
aeroporturi
cer betoanelor rutiere
Notă: 32,5; 40; 42,5; 52,5 reprezintă clasa cimentului, adică rezistenţa minimă la compresiune
a cimentului, stabilită în condiţii standardizate în N/mm2 la 28 de zile Cimenturile portland CEM I care conţin simbolul N se utilizează pentru lucrări curente de beton armat şi beton precomprimat iar cele care conţin simbolul R pentru elemente prefabricate sau executate pe timp friguros.
Cimenturile hidrotehnice se folosesc la lucrări masive-hidrotehnice când se impune o rezistenţă moderată la ape sulfatice. Cimenturile rezistente la sulfaţi se folosesc cu precădere la lucrări exploatate în medii cu agresivitate sulfatică intensă. Cimenturile portland albe nu au în compoziţie C 4AF. Sunt folosite pentru rostuiri la placaje din faianţă, gresie sau piatră naturală, pentru executarea tencuielilor decorative şi chiar pentru elemente de rezistenţă din beton aparent. Pentru execuţia betoanelor rutiere pe lângă cimentul CD 40 se pot folosi şi cimenturile: CEM I 42,5 R; CEM I 42,5 N; CEM I 32,5 R.
2.5 Cimentul aluminos Cimentul aluminos este un liant hidraulic cu priză normală şi întărire rapidă. Materia primă este constituită din calcar (CaCO 3) şi bauxită (Al2O3nH2O). Arderea se poate face până la clincherizare (1200-1300 0C) sau până la topire completă. Componenţii mineralogici de bază sunt aluminatul monocalcic (CA) pentru cimentul aluminos, respectiv polialuminaţii de calciu (CA2...CA6) pentru cimenturile superaluminoase. În compoziţie există şi compuşi secundari: C 5A3, C2S ş.a. Reacţia principală care are loc după amestecarea cu apa conduce la formarea : hidroaluminatului dicalcic: C2AH8-compus cristalin (în sistemul hexagonal), stabil până la 30 0
C; gelului de alumină hidratată: Al2O3nH2O. La temperaturi mai mari de 30 0C s-ar putea obţine
compusul C3AH6 ceea ce ar conduce la o scădere accentuată de volum şi în consecinţă la
fisurarea cimentului întărit. Din acest motiv aceste temperaturi trebuie evitate în perioada de hidratare şi întărire. Ca(OH)2 rezultat la hidratarea componentului C 2S este transformat de Al2O3nH2O în hidroaluminaţi de calciu rezultând o rezistenţă chimică sporită a cimentului aluminos. Caracteristicile principale ale cimentului aluminos sunt: - priză normală: 1... 5 ore; -
căldură şi viteză de hidratare mai mari decât la cimentul portland; 9
-
întărire mai rapidă faţă de cimentul portland; în primele 3 zile se atinge foarte mult din rezistenţa finală;
-
rezistenţă superioară la temperaturi ridicate (după întărire) şi rezistenţă chimică sporită în comparaţie cu cimentul portland.
Având în vedere caracteristicile pe care le are, cimentul aluminos este recomandat pentru: - betoane cu întărire rapidă puse în operă pe timp friguros; -
lucrări în medii agresive;
- betoane pentru căptuşirea cuptoarelor industriale; - producerea cimentu lui expansiv, liant folosit la reparaţii urgente, în caz de avarii, la
construcţii subterane. 2.6 Clasificarea cimenturilor Dintre principalele clasificari ale cimenturilor se pot mentiona:
a. În funcţie de prezenţa adaosurilor în compoziţia cimenturilor:
cimenturi portland unitare (fără adaosuri);
cimenturi portland cu adaosuri;
b. În funcţie de compozitia lor, conform Normei Europene EN 197-1:
cimenturi Portland ;
cimenturi Portland cu zgura;
cimenturi Portland cu microsilice;
cimenturi Portland cu puzzolana;
cimenturi Portland cu cenusa zburatoare;
cimenturi Portland cu sist calcinat;
cimenturi Portland cu calcar;
cimenturi Portland compozite;
cimenturi de furnal;
cimenturi puzzolanice;
cimenturi compozite;
c. Conform SR 388 /1995, cimenturile se împart astfel:
cimenturi Portland fara adaos (tip I);
cimenturi Portland compozite (tip II);
cimenturi de furnal (tip III);
cimenturi puzzolanice (tip IV); 10
cimenturi compozite (tip V).
d. Conform SR 1500/96, armonizat cu Norma Europeana ENV 197-1, cimenturile se impart astfel:
cimenturi Portland cu zgura (tip II);
cimenturi Portland cu cenusa(tip II);
cimenturi Portland cu puzzolana naturala(tip II);
cimenturi Portland cu calcar(tip II);
cimenturi Portland compozite(tip II);
cimenturi de furnal(tip III);
cimenturi puzzolanice(tip IV);
cimenturi compozite(tip V).
Clasificarea convenţională are un caracter orientativ, uneori putând exista deosebiri semnificative între cimenturile de acelaşi tip. Din aceste motive, parametrii tehnici, tehnologici şi economici ai lucrărilor, stabilesc pe bază de analiza, încercări şi condiţii concrete, tipul recomandat şi utilizabil de ciment. Ponderea componentilor mineralogici, imparte cimenturile dupa denumirea si proprietatile lor astfel:
Cimenturi alitice – au degajare mare de caldura, priza normala si intarire rapida (rezistente initiale mari, timp friguros, prefabricare, etc. – fara agresivitati chimice);
Cimenturi belitice – au degajare mica de caldura, priza normala si viteza mica de intarire (constructii masive, zone calde – agresivitati chimice – coroziune tip I);
Cimenturi brownmilleritice – priza normala, intarire normala (inghet – dezghet repetat – agresivitate chimica sulfatica);
Cimenturi feritice - priza normala, intarire normala (agresivitate chimica sulfatica ridicata);
Cimenturi normale - priza normala, intarire normala (lucrari curente de beton si beton armat - fara agresivitati chimice).
3.TEHNOLOGIA DE PRODUCERE A CIMENTULUI PORTLAND În general pemtru fabricarea cimentului PORTLAND se foloseste un amestec de 75-77% calcar, 23-25% argila si eventual adaosuri: silicioase (diatomit), aluminoase (bauxita), feruginoase 11
(cenusa de pirita, minereu de fier), care au rolul de a corecta compozitia chimica a amestecului de materii prime.
Fig.3 Schema tehnologică de producție ciment
Cimentul PORTLAND poate fi fabricat prin 3 procedee diferntiate prin modul de preparare a amestecului: a)-umed-amestecul de materii prime se macina împreuna cu apa rezultând o pasta cu 30-45% apa.
Fig.4 Flux tehnologic pentru procedeu umed:
12
1 – buncăre de alimentare cu materii prime; 2 – moară de pastă; 3 – pompe de pastă; 4 – bazine de pastă; 5 - staţie de pompare; 6 – bazin omogenizare pastă; 7 – cuptor rotativ; 8 – răcitor clincher; 9 – desprăfuire tip multicilon; 10 –
instalaţie de desprăfuire.
b)-uscat-amestecul brut se obtine sub forma unei pulberi fine.
Fig.5 Schema tehnologica de f abricare a cimentului Portland după procedeul uscat
c)-combinat-amestecul brut se macina pe cale umeda si înaintea arderii se supune filtrarii. La alegerea procedeului de fabricatie trebuie sa se tina cont de caracteristicile si starea de zacamânt a materiei prime si de factorii tehnico-economici.
3.1 Extragerea materiei prime Materia prima necesara pentru producerea cimentului (carbonat de calciu, siliciu, aluminiu si minereu de fier) este extrasa in general din roca de calcar, creta, sist argilos sau argila. Rezerve adecvate pot fi gasite in majoritatea tarilor.
13
Aceasta materie prima este extrasa din cariera de sablare. Apoi acestea sunt zdrobite si transportate pina la fabrica unde sunt stocate si omogenizate.
3.2 Clincherizarea Pentru a se asigura compozitia chimica optima a clincherului, materiile prime sunt dozate, macinate si omogenizate impreuna cu materii prime suplimentare (de exemplu cenusa de pirita, bauxita). Din procesul de macinare a materiilor prime rezulta un praf fin, cunoscut sub numele de faina. Temperatura maxima in etapa de clincherizare este de aproximativ 1450°C. In scopul incalzirii materialelor la aceste temperaturi foarte ridicate, flacara necesara este produsa de injectoare speciale, adaptate tipului de combustibil: gaze naturale, pacura, cocs, carbune si/sau combustibili alternativi sau deseuri derivate din combustibili. La iesirea din cuptor, clincherul este racit brusc de curentii de aer, fiind gata de macinare pentru a produce tipul de ciment dorit. Procesul de clincherizare (transformarea fainii brute in clincher, produsul intermediar din care se produce cimentul) are loc in cuptorul rotativ . Amestecul brut sub forma de pasta, omogenizat si corectat este trecut la ardere la cel putin 14500C, în cuptoare circulare. Cuptorul rotativ este alcatuit dintr-un tambur metalic, captusit cu caramizi refractare, cu lungime de 50-150 m si diametrul de 2.5-3.5 m. Se roteste cu 1-2 rotatii/minut si are o înclinatie fata de 14
orizontala de 2-3 .
Fig.6 Schema cuptorului rotativ
-Amestecul brut introdus prin partea superioara se deplaseaza în contracurent cu gazele de ardere, trecând prin zone cu temperaturi din ce în ce mai ridicate pâna ajunge în zona de clincherizare cu temperatura de 1450-1500 0C. În aceasta zona se desavârsesc reactiile chimice de formare a componentilor mineralogici si se obtine un produs partial topit-clincher de ciment. -clincherul astfel obtinut se descarca pe la capatul de jos al cuptorului, suferind o racire brusca. -dupa câteva zile de pastrare în hala de clincher, acesta este trecut la macinare în mori tubulare mpreuna cu adaos de ghips pentru reglarea timpului de priza al cimentului. Fara ghips, cimentul ar avea o priza rapida (aproape instantanee).
3.3 Macinarea clincherului Procesele de maruntire se realizeaza in mai multe trepte atunci cand este necesara obtinerea unui grad de maruntire ridicat. De cele mai multe ori, operatia finala este macinarea si ea se executa in mori. In categoria morilor mecanice intra si morile cu bile.
15
In principiu, o moara cu bile (fig.7.1) este formata dintr-un tambur rotativ 1, caracterizat prin diametrul interior D si lungimea L, fusurile 2 si 3, lagarele 4 si 5 precum si o actionare periferica sau centrala. Tamburul este captusit la interior cu placi de blindaj executate din otel, fonta, silex, portelan, ceramica, in functie de natura materialului supus macinarii. In interiorul tamburului se afla corpurile de macinare, bile sau bare 8 si este alimentat, continuu sau discontinuu cu material de maruntit, 6 . Corpurile de macinare sunt executate din acelasi material cu blindajul. Maruntirea se realizeaza atat prin impactul materialului de maruntit (a) cu bilele si cu peretii tamburului cat si prin frecarea cu blindajul. Astfel, in timpul rotirii tamburului, bilele impreuna cu materialul de maruntit sunt ridicate pana la o anumita inaltime H < D, de unde cad si sunt ridicate din nou la urmatoarea rotatie. Materialul din imediata apropiere a blindajului aluneca (b) si maruntirea se produce prin frecare. Materialul maruntit este, apoi, evacuat prin gura de evacuare Morile cu bile au cateva avantaje importante cum ar fi constructia simpla, siguranta in exploatare, asigurarea unui grad de macinare ridicat. De asemenea, macinarea poate fi combinata in acest caz cu operatii de uscare sau sortare.
16
Printre dezavantaje pot fi mentionate: volumul camerei de lucru este folosit in proportie de 35 – 45%, consumul ridicat de energie este ridicat, produc un zgomot puternic.
3.4 Însilozarea cimentului După
măcinare,
cimentul
portland
se
depozitează
în
silozuri,
pentru
o
anumită perioadă, înainte de livrare. Silozurile de depozitare sunt confecţionate din beton, şi dimensionate astfel încât să asigure depozitarea cimentului produs, pentru o perioadă de cel puţin 7 zile, pentru a asigura timpul minim necesar efectuării unor analize impuse prin standarde şi pentru a se evita întreruperea fabricării cimentului atunci când intervin stagnări în livrarea cimentului. Silozurile au, de regulă,secţiune
circulară cu diametrul de până la 20 m şi o înălţime de până la 40 m. Pentru a se evita aglomerarea
cimentului
şi
a
se
asigura
evacuarea
sa uşoară
d i n s i l o z u r i , a c e s t e a s u n t p r e v ă z u t e l a p a r t e a i n f e r i o a r ă , c u s i s t e m e d e a f â n a r e pneumatică (plăci poroase prin care se insuflă aer sub presiune).Pentru evitarea
fenomenului
de
hidratare
parţială
a
cimentului
sub
acţiunea
umidităţii
atmosferice, silozurile de ciment trebuie să fie etanşe.
17
3.5 Ambalarea si transportarea cimentului
Cimentul este depozitat in silozuri inainte de a fi livrat in vrac utilizind autocisterne sau impachetat in saci de 25-35 kg si asezati pe paleti.Pot fi utilizate diferite mijloace de transport in conformitate cu infrastructura si topografia locala.Metodele de transport cu amprenta redusa de carbon(in special fluvial si feroviar) sunt preferate daca este posibil.Deoarece piata materialelor de constructii este o piata locala,distantele de transport sunt relative scurte.
18
4.UTILIZAREA CIMENTLUI Cimentul este un liant hidraulic obtinut prin prelucrarea materiei prime si care, in amestec cu nisipul, pietrisul sau piatra sparta si apa, formeaza betonul.Deasemenea se mai utilizeaza si la fabricarea amestecurilor uscate si mortarelor.
4.1 Categorii uzuale de cimenturi Cimenturi portland unitare (fără adaosuri active) Aceste cimenturi se pot utiliza la majoritatea lucrărilor de construcţii din beton, beton armat şi beton precomprimat, de aceea constituie un volum important în producţia de ciment. Se notează cu clasa I şi au rezistenţe la compresiune după 28 zile pe mortar standard, cu valori 32,5, 42,5 şi 52,5 N/mm 2. De asemenea, aceste cimenturi sunt caracterizate printr- o fineţe la măcinare normală (min. 2500 cm 2/g), constanţă bună de volum şi o priză normală. Cimenturi portland cu adaosuri Aceste cimenturi se pot clasifica astfel:
Cimenturi cu adaosuri de zgură de furnal .
Aceste cimenturi se fabrică prin introducerea la măcinare a clincherului de ciment portland, a zgurii granulate de furnal înalt şi a gipsului necesar reglării timpului de priză. Utilizarea zgurilor de furnal înalt împreună, eventual cu alte adaosuri conduce la economisirea clincherului portland şi se reduc preţurile de cost ale cimenturilor. În funcţie de combinaţia de adaosuri şi cantitatea de zgură conţinute în masa cimenturilor, acestea pot căpăta una din următoarele proprietăţi: o
rezistenţe mecanice iniţiale mai mici şi rezistenţe finale identice cu cimenturile portland unitare;
o
rezistenţe mecanice iniţiale şi finale mai scăzute, în raport cu cimenturile portland cu adaosuri (foarte economice pentru clase inferioare de beton);
o
căldură de hidratare a acestor cimenturi, scade odată cu creşterea proporţiilor de zgură (obligatoriu pentru construcţii masive din beton);
o
au tendinţa de a scădea lucrabilitatea mortarelor şi betoanelor, dezavantaj eliminat prin adăugarea în amestec a aditivilor plastifianţi sau a silicei ultrafine (SUF).
19
Cimenturi cu adaosuri de cenuşă
Aceste cimenturi se obţin prin introducerea la măcinare a clincherului de ciment portland, a cenuşilor volante de termocentrală (puzzolane artificiale). La fel ca şi zgurile de furnal, cenuşiile zburătoare de termocentrală, au drept rezultat, economia de clincher portland şi obţinerea unor proprietăţi pentru betoanele (netratate termic) preparate cu acestea: o
îmbunătăţirea lucrabilităţii betoanelor proaspete (scăderea cantităţii de apă la amestecare);
o
creşterea omogenităţii betonului proaspăt;
o
reducerea căldurii de hidratare a cimentului;
o
scăderea rezistenţelor mecanice a betonului în primele două săptămâni de l a turnare;
o
creşterea rezistenţelor mecanice a betonului după 14 zile de le turnare;
o
scăderea uşoară a gelivităţii betonului (se impune utilizarea împreună cu un aditiv antrenor de aer);
o
rezistenţe superioare la şoc termic şi la foc;
o
creşterea rezistenţelor la anumite agresivităţi chimice.
Cimenturi portland cu rezistenţe iniţiale mari
Aceste cimenturi sunt fabricate cu o fineţe de măcinare superioară (min. 3500 cm 2/g). Clasele de rezistenţă după 28 de zile variază la aceste cimenturi între 32,5 şi 62,5 N/mm2, iar rezistenţele iniţiale ale acestora au valori ridicate la 1,2,3 şi 7 zile, comparativ cu cimenturile normale. Sunt utilizate la lucrări de beton pe timp friguros, industria prefabricatelor de beton etc.
Există şi cimenturi portland cu întărire extrarapidă, obţinute prin măcinarea la o fineţe foarte mare (min. 7000 cm2/g) şi adaosuri de 1…2% clorură de calciu. Cimenturile cu întărire
extrarapidă fac priză în 5…30 min. de la contactul cu apa şi sunt utilizate la lucrări de betoane în climat rece, zone cu infiltraţii puternice de apă, etc.
Cimenturi portland cu căldură de hidratare limitată
Aceste cimenturi au compoziţii chimico – mineralogice care asigură creşteri reduse de temperaturi, încât cea mai mare parte a căldurii de hidratare să s poată d isipa. Cimenturile de acest tip au viteze de hidratare reduse, astfel încât clasa acestora este garantată la 28 zile, iar 20
clasa betoanelor fabricate cu astfel de cimenturi este garantată prin caietele de sarcini la 28…90 zile de la preparare. Cimenturile portland cu căldură de hidratare limitată sunt folosite la prepararea
betoanelor puse în lucrare în elemente masive (baraje de greutate, blocuri mari de fundaţii), a betoanelor puse în lucrare în zone cu climat cald, etc.
Cimenturile portland rezistente la sulf aţi Aceste cimenturi constituie unul din remediile împotriva coroziunii sulfatice. Ele sunt caracterizate printr-o căldură de hidratare şi o viteză de întărire mai reduse. În ceea ce priveşte
rezistenţele la compresiune după 28 zile, acestea ating valori minime de la 32,5 N/mm 2. Cimenturi albe sau colorate Pentru cimentul portland alb se utilizează materii prime cu conţinut redus de oxizi de fier (calcar de foarte bună calitate sau cretă şi caolin). Aceste cimenturi au preţ de cost ridicat şi se utilizează pentru lucrări monumentale, lucrări decorative, finisaje deosebite etc. Pentru cimenturi portland colorate, se utilizează materii prime pentru cimenturi albe, la care se adaugă oxizi fondanţi, mineralizatori, coloranţi şi oxizi necesari.
21
5.BIBLIOGRAFIE 1.Materiale de construcţii / prof.dr.ing. Iosif Buchman -Timişoara: Editura Politehnica, 2009 2.ZĂCĂMINTE ŞI MATERIALE DE CONSTRUCŢIE,Ciclu de prelegeri,Chişinău U.T.M. 2008 3.Curs”Clasificarea materialelor de constructii” 4. http://materialedeconstructie.wordpress.com/2011/04/23/cimentul/cap-2-cimenturi-doc/ 5. http://www.lafarge.md/wps/portal/md/2_2_1-Manufacturing_process 6. http://www.lectiaverde.ro/ciment.html
22
