Hogyan készülnek a cement és a beton?

Ha úgy gondolja, a tégla műsziklák, a cement mesterséges lávanak tekinthető - egy folyékony kő, amelyet a helyére öntenek, ahol megszilárdul.

Sokan a cementről beszélnek, amikor a betonra gondolnak.

• Cement egy finomszemcsés vegyület, amely vízzel keverve szilárd anyaggá válik. A cementet az anyagok keverékeinek összetett szilárd anyaghoz való kötéséhez használják.
• Konkrét egy cement, homok és kavics keveréke. Vagyis a cement a ragasztója Konkrét.

Most, hogy ez egyértelmű, beszéljünk a cementről. A cement mészkel kezdődik.

A mész olyan anyag, amelyet az ókorban használtak olyan hasznos dolgok készítésére, mint a vakolat és a habarcs. A mész égetett vagy kalcinált mészkőből készül - és így van mészkő megkapja a nevét. A mész kémiailag kalcium-oxid (CaO), és pörkölés útján készül mészpát (CaCO₃) a szén-dioxid (CO₂). Ez a CO₂, a üvegházhatású gázok, nagy mennyiségben termeli a cementipar.

A mészt quicklime vagy calx néven is nevezik (latinul, ahol a kalcium szót is kapjuk). Régi gyilkossági rejtélyekben az áldozatoknak permetleket adnak, hogy testüket feloldják, mivel az nagyon maró hatású.

Vízzel keverve a mész lassan átalakul ásványi portlanditré a CaO + H reakcióban₂O = Ca (OH)₂. A mész általában laza, azaz keveredik fölösleges mennyiségű vízzel, így folyékony marad. A hántolt mész hetekig tovább keményedik. Homokkal és más összetevőkkel keverve a lecsiszolt mészcementet kövekbe vagy téglákba csomagolhatja egy falban (habarcsként) vagy eloszlathatja a fal felületén (vakolatként vagy vakolatként). Ott, a következő néhány hétben vagy hosszabb ideig, reakcióba lép a CO-val₂ a levegőben, hogy ismét kalcitet képezzen - mesterséges mészkő!

A mészcementtel készített beton a régészeti lelőhelyekről ismert mind az Új, mind a Régi világban, amelyek mintegy 5000 évesek. Rendkívül jól működik száraz körülmények között. Két hátránya van:

• A mészcement keményedése sokáig tart, és bár az ókori világnak sok idő volt, ma az idő pénz.
• A mészcement nem keményedik meg a vízben, hanem lágy marad, vagyis nem hidraulikus cement. Tehát vannak olyan helyzetek, amikor nem lehet használni.

Az egyiptomi piramisok állítólag a hidraulikus cement oldott kovasav alapján. Ha ez a 4500 éves képlet megerősíthető és újraéleszthető, nagyszerű dolog lenne. De a mai cementnek van egy másik törzskönyve, amely még mindig meglehetősen ősi.

BCE körül 1000 körül az ókori görögök voltak az elsők, akik szerencsés balesetet szenvedtek, a mész keverésével a finom vulkáni hamuval. A hamu természetes kalcinált kőzetnek tekinthető, és a szilícium kémiailag aktív állapotban marad, mint például a kalcinált mészkő kalciumja. Amikor ez a mész-hamu keverék megsemmisül, egy teljesen új anyag képződik: kalcium-szilikát-hidrát, vagy az, amit a cement vegyészek C-S-H-nek hívnak (kb. SiCa₂O₄·xH₂O). 2009-ben a numerikus modellezést alkalmazó kutatók a következő képletet állították elő: (CaO)_1.65(SiO₂) (H₂O)_1.75.

A C-S-H továbbra is rejtélyes anyag manapság, de tudjuk, hogy amorf gél, amely nem rendelkezik meghatározott kristályszerkezettel. Gyorsan megkeményedik, még vízben is. És tartósabb, mint a mészcement.

Az ókori görögök ezt az új cementet új és értékes módon használják fel, építve a mai napig fennmaradó konkrét tartályokat. A római mérnökök azonban elsajátították a technológiát, és tengeri kikötőket, vízvezetékeket és beton templomokat is építettek. Ezeknek a struktúráknak egy része olyan jó, mint ma, kétezer évvel később. A római cement formula azonban elveszett a római birodalom bukásával. A modern kutatás továbbra is felfedi az ősök hasznos titkait, például a szokatlanokat római beton összetétele a Kr. e. 37-ben beépített mólóban, amely megígéri, hogy segíteni fog nekünk energiamegtakarítást, kevesebb mészfelhasználást és kevesebb szén-dioxid-termelést₂.

Miközben a mészcement továbbra is használatban volt a sötét és a középkorban, a valódi hidraulikus cementet csak az 1700-as évek végén fedezték fel újból. Az angol és a francia kísérletezők megtudták, hogy a mészkő és a mészkő kalcinált keverékét hidraulikus cementré lehet tenni. Az egyik angol változatot "Portland cement" -nek nevezték, mivel hasonlít a Portland-sziget fehér mészkőjére, és a név hamarosan kiterjedt az összes eljárás során előállított cementre.

Röviddel ezután az amerikai gyártók agyaghordozó mészköveket találtak, amelyek kiváló hidraulikus cementet hoztak létre, kevés feldolgozással vagy egyáltalán nem. Ez az olcsó természetes cement az 1800-as évek nagy részében az amerikai beton többségét alkotta, és többsége az város Rosendale New York déli részén. A Rosendale gyakorlatilag általános név volt a természetes cement számára, bár más gyártók Pennsylvania, Indiana és Kentucky területén voltak. A Rosendale cement a Brooklyn hídban található, az Egyesült Államok Capitoliumának épületében, a legtöbb 19. századi katonai épületben, a Szabadság-szobor alapjában és sok más helyen. A történelmi struktúrák fenntartásának növekvő igényével történelmileg megfelelő anyagok felhasználásával, A Rosendale természetes cement újjáéledik.

A valódi portlandcement lassan népszerűvé vált Amerikában, amikor a szabványok fejlődtek és az építési ütem felgyorsult. A portlandcement drágább, de bárhol elkészíthető, az összetevőket össze lehet szerelni ahelyett, hogy támaszkodna egy szerencsés kőzetképzésre. Gyorsabban gyógyul, előnye, ha felhőkarcolókat építenek egyszerre. A mai alapértelmezett cement a portlandcement valamely változata.

Manapság a mészkő- és agyagtartalmú kőzeteket szinterelik - majdnem olvadási hőmérsékleten együtt pörkölik - 1400–1500 ° C-on. A termék klinker néven ismert stabil vegyületek csomós keveréke. A klinker négy fő vegyületben vasat (Fe) és alumíniumot (Al), valamint szilíciumot és kalciumot tartalmaz:

• Alite (Ca₃SiO₅)
• Belite (Ca₂SiO₄), amelyet a geológusoknak larnitként ismertek
• Aluminált (Ca₃al₂O₆)
• Ferrit (Ca₂ALFEO₅)

A klinkert porrá őrlik, és kevés mennyiségű anyaggal keverik össze gipsz, amely lelassítja a keményedési folyamatot. Ez a portlandcement.

A cementet vízzel, homokkal és kavicskal keverik, hogy betont készítsen. A tiszta cement haszontalan, mert zsugorodik és repedik; sokkal drágább, mint a homok és a kavics. A keverék kikeményedésekor négy fő anyag keletkezik:

• C-H-S
• portiandit
• Ettringit (Ca₆al₂(ÍGY₄)₃(OH)₁₂· 26H₂O; tartalmaz néhány Fe-t)
• Monoszulfát ([Ca₂(Al, Fe) (OH)₆] · (ÍGY₄, OH stb.) ·xH₂O)

A részletek mindegyike bonyolult különlegesség, és konkrét technológiává teszi a konkrét technológiát, mint bármi a számítógépén. Az alapvető betonkeverék azonban gyakorlatilag hülye-biztos, elég egyszerű, hogy neked és nekem is használhassa.