Lianţii anorganici – materiale de construcţii

Lianţii sunt materiale naturale sau artificiale care au proprietatea de a trece, în condiţii

specifice, prin fiecare dintre stările lichidă, fluidă sau plastică, în masă vâscoasă sau rigidă.

Lianţii pot lega într-un tot unitar şi coeziv materialele granulare de regulă cele din categoria

pietrei naturale dar şi elementele prelucrate (cărămizi, blocuri ceramice şi înlocuitori), formând

astfel conglomerate artificiale (beton, mortar, etc).

Această transformare a lianţilor implică două faze: priza şi întărirea:

priza reprezintă transformarea dintr-o masă plastică într-o masă rigidă dar friabilă;

întărirea marchează momentul când masa solidă începe să capete rezistenţe mecanice.

Un liant mineral trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

să se întărească într-un timp relativ scurt;

să adere bine la materialele granulare;

să nu prezinte variaţii mari de volum în timpul întăririi şi după îceea;

să prezinte stabilitate la acţiunea factorilor fizici şi chimici cu care e în contact.

Lianţii anorganici se pot clasifica în funcţie de compoziţia lor chimică şi de natura

proceselor care au loc la întărirea lor. Procesul de întărire a lianţilor uzuali poate avea loc:

fără a fi însoţit de interacţii chimice între cei 2 componenţi ai sistemului (solid-

lichid), sau ca urmare a unor interacţii chimice între cei 2 componenţi.

cu formare de hidrocompuşi ca urmare a unor procese de hidratare-hidroliză.

Lianţii anorganici se pot clasifica în funţie de natura liantului, de modul de obţinere şi

modul de întărire, în mai multe produse, cum ar fi: argilele, varul, ipsosul, cimentul Portland şi

cimentul aluminos, cimentul magnezian tip Sorel şi cimentul fosfatic.

Cimentul  reprezintă cel mai important material de construcţie folosit la fabricarea

betonului. Cimentul este un liant anorganic hidraulic care, în amestec cu apa, formează o pastă ce

face priză şi se întăreste. După întărire, îşi menţine rezistenţa şi stabilitatea, chiar şi sub apă.

Cimentul Portland şi cimentul aluminos sunt substanţe poliminerale. La amestecarea

acestora cu apa, au loc procese de hidratare-hidroliză cu formarea unor structure de noi

formaţiuni hidratate, rezistente-silicatice (în cazul cimentului Portland), şi aluminatice (în cazul

cimentului aluminos).

1

Mecanismul formării lianţilor hidraulici silicioşi

Lianţii hidraulici silicioşi neclincherizaţi (varurile hidraulice) sau clincherizaţi (cimentul

portland) se obţin prin arderea amestecurilor naturale sau artificiale de calcar şi argile, în anumite

proporţii, eventual cu diferite adaosuri de corecţie.

În timpul arderii amestecului de materii prime se desfăşoară atât reacţii în stare solidă cât şi

reacţii în topitură, însă cele în stare solidă au loc mai întâi. Componenţii mineralogici care rezultă

conferă acestor lianţi caracterul hidraulic. Procesele care au loc la arderea amestecului de calcar şi

argilă sunt prezentate schematic în figura nr 1.

Figura nr.1 Chimismul formării lianţilor hidraulici silica

La temperaturi cuprinse între 110°C şi 200°C se produce eliminarea apei libere şi a

substanţelor volatile. Între 450°C şi 500°C argila pierde apa de cristalizare, trecând într-o

structură cvasistabilă, în care SiO2 şi Al2O3 se găsesc în stare activată.

2

Încălzirea peste 600°C determină descompunerea calcarului, care este mult accelerată de

prezenţa SiO2 şi Al2O3 activi din argilă; echilibrul reacţiei de disociere este deplasat spre dreapta,

deoarece CaO este îndepărtat din sistem prin legarea sub formă de aluminaţi şi silicaţi de calciu.

Primul component care se formează este aluminatul monocalcic, CaO·Al2O3. Pe la 900°C

reacţionează şi SiO2 formând silicatul dicalcic, 2CaO·SiO2 (notat C2S), iar aluminatul

monocalcic mai leagă oxid de calciu şi se transformă în trialuminat pentacalcic, 3Al2O3·5CaO. În

acelaşi timp, impurităţile Fe2O3 din argilă se combină cu CaO formând feritul dicalcic, 2CaO·

Fe2O3 Toate aceste reacţii chimice se produc în fază solidă, fără apariţia unei topituri, conducând

în final la un material poros. Această situaţie se păstrează până la temperatura de 1250°C –

1300°C şi este caracteristică lianţilor hidraulici neclincherizaţi (varurilor hidraulice).

Încălzind peste 1300°C, aluminaţii şi feriţii de calciu încep să se topească, favorizând

legarea chimică a unor noi cantităţi de CaO cu formarea aluminatului tricalcic, 3CaO· Al2O3

(notat C3A) şi a feritaluminatului tetracalcic, 4CaO· Al2O3 Fe2O3 (notat C4AF), cunoscut şi sub

numele de brownmillerit. La 1450°C, în fază lichidă, o parte din silicatul dicalcic reacţionează cu

CaO şi formează silicatul tricalcic, 3CaO·SiO2 (C3S). Transformarea silicatului dicalcic nefiind

completă, în produs se va găsi şi o cantitate din acest compus.

Compuşii care se formează la temperaturi mai mari de 1300°C sunt caracteristici lianţilor

hidraulici silicioşi clincherizaţi (cimentului portland). În lianţii silicioşi clincherizaţi, compuşii

chimici nu se găsesc ca atare, ci sub formă de soluţii solide, în care, pe lângă substanţa de bază, se

găsesc dispersate în cantităţi mici diverse impurităţi ce modifică proprietăţile compuşilor puri. De

aceea, este mai raţională utilizarea noţiunii de componenţi mineralogici. Componenţii mineralogici

prezenţi în cimentul portland sunt: alitul, belitul, celitul I şi celitul II.

Alitul, cel mai valoros component al cimentului portland, este alcătuit din silicat tricalcic

3CaO·SiO2 care conţine în soluţie solidă aluminat tricalcic între 4% şi 7% şi alţi oxizi în cantităţi

mici (MgO, Cr2O3. La răcire bruscă, nu se descompune, ci rămâne ca atare în stare subrăcită, bogată

în energie. De aceea, reacţionează puternic cu apa.

Belitul este o soluţie solidă de silicat dicalcic, 2CaO·SiO2 , care conţine diverse impurităţi de

oxizi metalici, în special de fier, crom, mangan şi sodiu. Prin răcire bruscă rămâne stabil sub formă

de α şi β 2CaO·SiO2. La răcire lentă se descompune în forma polimorfă (γ 2CaO·SiO2), lipsită de

proprietăţi hidraulice. Belitul în comparaţie cu alitul este mai sărac în energie şi reacţionează mai lent

cu apa.

3

Celitul I este o soluţie solidă în care predomină 4CaO· Al2O3 Fe2O3.

Celitul II corespunde soluţiilor solide în care predomină 3CaO· Al2O3.

În produsul clincherizat, în afară de cei patru compuşi mineralogici menţionaţi, mai există şi

o fază sticloasă (amorfă), formată din topitura de aluminaţi care nu au avut timp să cristalizeze din

cauza răcirii rapide. Această fază este bogată în energie şi reacţionează cu apa.

Proprietăţile cimentului Portland

Cele mai importante proprietăţi ale cimentului Portland sunt: fineţea măcinatului,

termenele prizei şi întăririi, rezistenţa mecanică şi schimbarea volumului la întărire.

Fineţea cimentului caracterizeaă gradul de măcinare a lui şi se stabileşte cu ajutorul analizei

granulometrice (cu site). Printr-o sită N 008 trebuie să treacă nu mai puţin de 85% din masa

probei de ciment; cu cît este mai mărunt măcinat cu atît mai mult creşte rezistenţa mecanică.

Priza - nu mai devreme de 45 minute, iar sfîrşitul - nu mai tîrziu de 24 ore. Betonul trebuie pus

în operaţie pînă la începerea prizei, altfel se defectează structura.

Întărirea cimentului poate fi accelerată sau încetinită prin adăugarea în mortar a adaosurilor

acceleratore sau a celor încetinătoare la întărire.(Ghipsul încetinează; CuCl2; NaCl, încălzire

- acceleare).

Schimbarea volumului la întărire. La întărirea în aer pasta de ciment Portland se micşorează

puţin în volum. Acest proces se numeşte tasare. În apă pasta îşi măreşte volumul - se umflă. Ea

este mai mică decît tasarea şi are mărime 0,1 - 0,3 mm/m.

Procedee tehnologice de fabricarea cimentului Portland

Materia primă (marna ori amestecul artificial) se macină, iar apoi se amestecă în stare

uscată sau în prezenţa apei. În legătură cu aceasta există două procedee tehnologice de fabricare

a cimentului portland - umed şi uscat. Tehnologia de fabricare “umed” este cea mai răspîndită în

ţara noastră.

Ea conţine următoarele operaţii, care sunt prezentate în figura nr.1.

4

Figura nr.1 . Tehnologia „umedă’’ de fabricare a cimentului Portland.

Marna (sau calcarul şi argila) sunt aduse din carieră la concosoare 1, unde se fărîmiţează

în granule nu mai mici de 5 mm. Apoi sunt măcinate într-o stare umedă în moara 2. Masa de

consistenţa smântînii (barbontină) cu un conţinut de apă pînă la 35 - 45%, cu ajutorul pompei se

refulează la depozite-bazinuri de barbontină 3. Cu ajutorul pompei şi buncărele de alimentare 5

barbontina se scurge uniform în cuptorul rotativ 6, unde trece zonele de uscare şi ardere a

cuptorului se transformă în clincher de ciment, care după răcire este dus la depozitul 10. De aici,

împreună cu adaosurile, el este transportant pentru măcinare la moară 11, iar apoi la silozurile de

ciment 12. Din silozuri cimentul se transportă în secţia de ambalaj 13, de unde se expediază

consumatorilor. Combustibilul (praf de cărbune, păcură sau gaz natural) este injectat prin partea

de jos a cuptorului.

Gazele ierbinţi se mişcă în întîmpinarea materiei prime pe care o usucă la temperatura de

5000C care în diferite zone de ardere creşte pînă la 15000 C fiind însoţită de reacţii chimice de

formare a silicaţiilor şi aluminaţilor, mineralul se pietrifică, formînd o masă cristalină.

Tehnologia uscată. Calcarul şi argila (marna) se sfărîmă, se usucă şi se macină în comun. Din

făina de materie primă se prepară granule cu diametrul de pînă la 40 mm, care se ard în cuptoare

rotative.

5

Varietăţi de ciment Portland:

plastificat

hidrofob

rezistent la suflaţi cu întărie rapidă, alb şi colorat.

Cimentul Portland plastificat se obţine prin măcinare cu un adaos plastifiant activ de suprafaţă

(0,15 - 0,25 % din masa de ciment), care atribue amestecurilor de mortar şi beton o mobilitate

şi lucrabilitate mai mare, rezistenţă mecanică, la îngheţ, impermeabilitatea la apă a betonului. Ca

plastifianţi se întrebuinţează concentratele de borhot sulfatic de spirt (SSB).

Cimentul hidrofob se obţine prin introducerea unor adaosuri hidrofobe la macinarea cimentului

obişnuit. Amestecurile de beton (hidrofob) au mobilitate (lucrabilitate) mai mare, iar betoanele

au rezistenţă la îngheţ şi la apă mai mare.

Cimentul Portland rezistent la sulfaţi (persulfuric) se obţine prin măcinarea cu adaosuri de

sulfaţi: 5%CA; 50%C2S; 22% din suma C3A alumaferitului tetracalcic (C2AF). Se

întrebuinţează pe larg pentru executatea construcţiilor hidrotehnice. Începutul prizei nu mai

devreme de 45, sfîrşitul - cel mult 12 ore de la tratarea cu

Clincherul de ciment Portland prin compoziţia sa chimică este un produs oxidicpolinar.

În funcţie de oxizii de bază pe care îi conţine, poate fi încadrat esenţial în sistemul cuaternar

CaO – Al2O3 – Fe2O3 – SiO2, în zona bazică a acestuia, ceea ce-i determină hotărâtor şi

compoziţia mineralogică.

În chimia cimentului pentru uşurinţa scrieriiunor compuşi oxidici anhidri sau hidrataţi, se

folosesc următoarele notaţii: C=CaO, S=SiO2, A=Al2O3, Fe=Fe2O3, Š=SO3, H=H2O.

Compoziţia mineralogică şi condiţiile de calitate impuse cimentului Portland limitează

locul acestuia în cadrul sistemului cuaternar la subsitemele conţinând: C3S, C2S, C3A, CxCyFz şi

lipsite de oxid de calciu liber, ceea ce se poate vedea în figura nr. 2. Subsistemele ce satisfac

condiţiile impuse sunt:

C3S – C2S – C3A – C4AF;

C3S – C2S – CxAyFz (soluţii solide)

6

Figura nr. 2 Sistemul cuaternar CaO – Al2O3 – Fe2O3 – SiO2

a) C3S – C2S – C3A – C4AF; b) C3S – C2S – CxAyFz (soluţii solide)

Clincherul de ciment Portland este produsul obţinut prin calcinarea pînă la topirea

parţială a unui amestec omogen, fin măcinat, de materii prime calcaroase şi argiloase, eventual

şi a altor adaosuri de corecţie. În tehnologia de fabricare a cimentului Portland, clincherul

reprezintă un semifabricat.

Compoziţia chimică a clincherului de ciment Portland

Compoziţia chimică a clincherului de ciment Portland reprezintă conţinutul procentual în

elemente chimice, calculate sub formă oxidică. Compoziţia chimică se exprimă în oxizi pentru că

trasformările chimice pe care le suferă materiile prime în timpul clincherizării nu presupune

distrugerea legăturilor chimice dintre elemntele respective şi oxigen, astfel încât, în compuşii

nou formaţi oxizii intră ca unităţi molare bine constituite. După ponderea pe care o au în

compoziţia clincherului, oxizi se pot clasifica în 2 mari grupe:

Compoziţia mineralogică a clincherului depinde de cantitatea oxizilor de bază: CaO; SiO2;

Al2O3; Fe2O3, care se conţin în marnă şi intră în reacţie în formă uscată în procesul arderii, fiind

mărunt măcinaţi, formează diferite minerale:

Silicat tricalcic (alit) 3CaO · SiO2 (C3S) - 42 …65%.

Silicat dicalcic (belit) - 2CaOSO2 (C2S) - 15 … 65%.

7

Silicatul dicalcic prezintă patru stări polimorfe: α, α’, β, şi stabile în diferite condiţii de

temperatură, ceea ce se poate vedea în figura nr.3

Figura nr.3 Formele polimorfe ale silicatului dicalcic 2CaOSO2.

Aluminatat tricalcic 3CaO Al2O3 (C3A) – 2…15%

Alumoferit tetracalcic - 4CaO.Al2O3 Fe2O2 (C4AF2) – 10...25%

Cantitatea sumară a mineralelor de clincher constituie 95 - 98%, 5% - alte minerale mai puţin

importante. CaSO4 · 2H2O - 3 - 5% se adaogă în timpul măcinării clincherului.

Înainte de ardere amestecul poate fi măcinat în stare uscată sau în prezenţa apei. De aici au luat

naştere două procedee tehnologice principale de fabricare a cimentului Portland : “uscat” şi

“umed”. Întărirea cimentului Portland decurge în trei perioade.

În prima perioadă (faza lichidă), cimentul se tratează cu apă şi în rezultat încep să se

dizolve mineralele de clincher şi ghipsul.

3CaO · SiO2 + (n + 1) H2O → 2CaOSiO2 · nH2O + Ca(OH)2

2CaO · SiO2 + nH2O → 2CaO · SiO2 nH2O

3CaO · Al2O3 + 6H2O → 3CaOAl2O3 · 6H2O

4CaO.0Al2O3 · Fe2O3 + nH2O → 3CaOAl2O3 · 6H2O +CaOFe2O3 (2-6)H2O

Hidrosilicatul C2SnH2O format în urma primelor două reacţii trece cu timpul în:

CaO · SiO2 · n H2O · 2CaO · SiO2 nH 2O → CaO · SiO2 · nH2O + CaO.

În perioada a doua (coloidarea şi saturarea) în principal pe contul Ca(OH)2 şi

hirosilicatul, ce se depun sub formă de microparticule, posedă capacităţi cleioase (adevize) (mase

caloidale, care îi comunică aluatului de ciment plasticitate).

8

Perioada a treia (cristalizarea) Ca(OH)2 şi aluminitul tricalcic sedimentate încep să treacă

în stare cristalină.

Determinarea gradului de hidratare a lianţilor anorganici

Materialele de construcţie se caracterizează prin proprietăţile chimice, minerale şi de

fază. Compoziţia chimică ne permite să judecăm despre următoarele însuşiri ale materialelor:

ardere, rezistenţă la acţiunile biologice. Aşa materiale ca varul, cimentul, materialele din piatră e

mai convenabil să fie apreciat prin conţinutul lor de oxizi, acizi, baze şi săruri.

Compoziţia minerală arată ce minerale şi în ce cantitate se conţin în materialele liante ori în

materialele de piatră. Componenţa de fază a materialului şi trecerea apei dintr-o fază în alta are o

mare însemnătate la starea (lucrul) materialului în timpul exploatării acestuia. În corpurile solide

se deosebesc părţile tari, care formează pereţii porilor, ori aşa-zis “scheletul” materialului şi

porii, umpluţi cu aer sau apă. Structura materialelor se studiază la trei nivele:

primul - structura macrografică (macroporoasă), care se vede cu ochiul ne înarmat, cu

diametrul porilor de la zecimi de milimetru pînă la 1 - 2 mm;

al doilea - macrostructura materialului - materialul la care dimensiunele porilor sunt de

sutimi sau miimi de milimetri, care se văd la microscopul optic;

al treilea - structura internă a substanţei ce constituie materialul la nivelul iono-molecular

se studiază cu metodele de analiză röentgenografică cu raze de difracţie X, microscopiei

electronice, etc. Microstructura materialelor de construcţie tari poate fi conglomerată, celulară,

cu pori mărunţi, fibros grăunţos-înfoiată (pulveriform). Conglomeratele artificiale formează o

grupă imensă, care uneşte diferite feluri de betoane, unele materiale ceramice etc.

Determinarea gradului de hidratare a lianţilor permite o evaluare cantitativă a vitezei de

hidratare, respectiv a cinetici procesului de legare a apei la hidratarea liantului anhidru.

Informaţiile obţinute permit aprecieri privind reactivitatea fată de apă a liantului respectiv,

precum şi referitoare la influenţa unor factori (fineţe de măcinare, adaosuri şi aditivi,

temperatură) asupra acesteia.

Pentru determinarea gradului de hidratare se pot folosi mai multe metode, dintre care pot

fi amintite următoarele:

Determinrea apei legate chimic

Analiza röentgenografică (difracţie de raze X)

9

Analiza termică complexă

Determinarea gradului de hidratare prin

analiza röentgenografică (difracţie de raze X)

Metodele difractometrice sunt folosite pentru determinările calitative şi cantitative ale

compoziţiei mineralogice, dar şi în studiul structurii substanţelor.

Cu ajutorul razelor X se pot determina elemente de simetrie cristalină şi tipul structurii,

faze cristaline, distanţe interplanare (dhkl), constantele reţelei, orientarea cristalelor, gradul de

cristalitate.

Studiul substanţelor cristaline cu ajutorul difracţiei cu raze X se poate realizte utilizând

diferite metode. Metodele difractometrice se pot grupa după tipul de radiaţie X utilizat în:

Metode cu radiaţii X policromatice

Metode cu radiaţii X monocromatice

În funcţie de probele investigate metodele röentgenografice se pot grupa în:

Metode specifice monocristalelor

Metode specifice policristalelor

Metode specifice policristalelor au cele mai largi aplicaţii tehnice, pentru că marea majoritate a

probelor investigate prin difracţie de raze X o reprezintă cele policristaline. O substanţă

policristalină este formată din fragmente cristaline de dimensiuni de 1- 10µm, distribuite izotrop

în spaţiu. Un fragment de cristal este alcătuit din reţeaua monocristalului corespunzător, având

toate caracteristicile structurale ale acestuia, cu deosebirea că orientarea lui faţă de o direcţie dată

nu poate fi pusă în evidenţă din cauza prezenţei celorlalte fragmente de cristale, împreună cu care

formează distribuţia spaţială izotropă.

Singurele mărimi ce caracterizează policristalul din punct de vedere a geometriei reţelei

şi care pot fi extrase din imaginile de difracţie sunt distanţele reticulare dhkl ale familiilor de plane

respective.

În vederea realizării unei analize difractometrice se aplică pulberea cristalină pe o placă

plană fixate pe un support rotativ. Radiaţia incident trece printr-o fantă şi ajunge pe suprafaţa

probei. Radiaţia difractată este înregistrată de un contor Geiger-Müller, care se roteşte pe un

10

cerc, în centru căruia se găseşte proba. Impulsurile contorului Geiger-Müller sunt amplificate şi

înregistrate, obţinându-se următoarele spectre de difracţie:

Figura nr.3 Spectru de difracţie al cimentului anhidru

11

Figura nr.4 Spectru de difracţie al cimentrului hidratat 7 zile

Figura nr. 5 Spectru de difracţie al cimentului hidratat la 28 zile

12

Fiecărui maxim de difractogramă îi corespunde un unghi caracteristic, legat prin relaţia

lui Bragg (2dhkl sinθ = nλ unde n = 1, 2, 3, …) de o familie de planuri reticulare cu

echidistanţa :

În timpul studierii difractogramelor prezentate în figurile nr.3-5 s-a urmărit atribuirea

unghiurilot θcaracteristice maximelor de interferenţă, astfel s-a trasat o perpendiculară din vârful

maximului pe axa orizontală a unghuilui 2θ şi i s-a atribuit valoarea respectivă, aceasta s-a

împărţit la 2 pentru aflarea unghiului θ, În funcţie de valoarea unghiului θ,se stabileşte valoarea

lui d, din tabelele de convertire a unghiurilor în distanţe d, folosind relaţia Bragg-Wulff.

Valoarea unghilui θpoate varia considerabil între 15-55 de unităţi. Jumătatea acestei

valori este reprezentată de un număr cu trei cifre reprezentative, care se aleg din tabele pe

verticală (1-35), pentru valori unitare şi pe orizontală (0-9), pentru valori subunit

Tabelul nr.1

Convertirea a unghiurilor θîn distanţe d folosind relaţia Bragg-Wulff.

13

Fiecare valoare a distanţelor interplanare d, se identifică, în funcţie de intensitatea picului, câte unui constituent mineralogic. Aceşti constituenţi mineralogici cât şi produşii de hidratare au anumite caracteristici röentgenografice care sunt prezentate în tabele nr.2-4.

Tabelul nr. 2 Caracteristici röentgenografice ale constituenţilor cimentului Portland.

Tabelul nr.3 Caracteristici röentgenografice ale produşilor de hidratare ai cimentului

Portland. Produşi de hidratare ai silicaţilor de calciu.

14

Tabelul nr.4 Caracteristici röentgenografice ale produşilor de hidratare ai cimentului

Portland. Produşi de hidratare ai aluminaţilor de calciu.

În urma studiului tuturor maximelor de intensitate, s-a urmărit direct diminuarea

intensităţii interferenţelor caracteristice compusului anhidru, dar şi a compuşilor hidrataţi

rezultaţi ca urmare a evoluţiei procesului de hidratare – hidroliză, pe măsură ce acesta

reacţionează cu apa.

Considerând un anumit compus mineralogic al cimentului Portland, determinarea

röentgenografică a gradului de hidratare se bazează pe determinarea cantităţii acelui compus

nereacţionat după anumite interval de hidratare, respectiv după 7 zile şi 28 de zile.

Începând cu intensităţi de 100% şi terminând cu intensităţi slabe, am identificat următorii

costituenţi pentru cimentul anhidru, care sunt prezentate în tabelul nr.5.

În tabelul nr.6 sunt prezentaţi componenţii cimentului hidratat după 7 zile, iar în tabelul nr.7

sunt prezentaţi componenţii cimentului hidratat după 28 de zile.

15

Tabelul nr.5 Costituenţii cimentul anhidru.

Nr.

crt.

Constituenţi mineralogici Simbol d I1/I0 Gh

1 3CaO.Al2O3 C3A 2.778 40 60

2 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 2.635 100 0

3 .2Ca.SiO2 C2S 2.745 80 20

4 3CaO.SiO2 C3S 2.996 40 60

5 3CaO.SiO2 C3S 2.976 40 60

6 3CaO.SiO2 C3S 2.189 80 20

7 3CaO.SiO2 C3S 2.342 60 40

8 3CaO.SiO2 C3S 1.932 60 40

9 3CaO.SiO2 C3S 1.757 80 20

10 3CaO.SiO2 C3S 1.614 80 20

Tabelul nr.6 Componenţii cimentului hidratat după 7 zile.

Nr.

crt.

Constituenţi

mineralogici

Simbol d I1/I0 Gh

1 Ca(OH)2 CH 4.9240 80 20

2 Ca(OH)2 CH 3.1400 40 60

3 Ca(OH)2 CH 1.1916 40 60

4 Ca(OH)2 CH 1.7830 60 40

5 3CaO.SiO2 C3S 3..0363 80 20

6 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 2.6350 100 0

7 3CaO.Al2O3.6H2O C3AH6 1.6970 40 60

16

8 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 1.7030 60 40

Tabelul nr.7 Componenţii cimentului hidratat după 28 zile.

Nr.

crt.

Constituenţi mineralogici Simbol d I1/I0 Gh

1 Ca(OH)2 CH 4.92

4

80 20

2 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 2.63

5

100 0

3 Ca(OH)2 CH 3.14

0

40 60

4 .2Ca.SiO2 C2S 3.07

7

30 70

5 Ca(OH)2 CH 1.93

2

40 60

6 Ca(OH)2 CH 1.78

9

60 40

7 3CaO.Al2O3.6H2O C3AH6 1.69

7

40 60

Distanţele interplanare sunt utilizate pentru a identifica compusul decelat röentgenografic.

Gradul de hidratare (Gh) se calculează cu relaţia:

17

100%, în care :

I0 = intensitatea interferenţei de 2,68Å pe difractograma compusului respectiv anhidru.

I1 = intensitatea interferenţei de 2,68Å pe difractograma compusului hidratat după un anumit

interval de timp.

Urmărind evoluţia gradului de hidratare în timp pentru constituenţii anhidri şi compuşii hidrataţi,

am determinat variaţia lor, care sunt prezentate în tabelul nr.8

Tabelul nr. 8 Principalii constituenţi mineralogici

Nr.

Crt.

Constituenţi mineralogici Simbol d Gh (%)

Anhidru După 7 zile După 28 zile

1 3CaO.Al2O3 C3A 2.7780 60 0 0

2 3CaO.SiO2 C3S 2.9960 60 20 0

3 .2Ca.SiO2 C2S 2.7450 80 20 0

4 Ca(OH)2 CH 4.9240 0 20 20

5 Ca(OH)2 CH 3.1400 0 60 60

6 Ca(OH)2 CH 1.9160 0 60 60

7 Ca(OH)2 CH 1.7830 0 40 40

8 .2Ca.SiO2 C2S 3.0770 0 20 70

9 .2Ca.SiO2 C2S 3.0360 30 0 0

10 3CaO.Al2O3.6H2O C3AH6 1.6970 0 60 60

11 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 2.6350 0 0 0

18

Urmărind evoluţia gradului de hidratare în timp pentru compuşii cu intensitatea cea mai mare,

am ajuns la următoarele concluzii:

Compusul 3CaO.Al2O3 cu simbolul C3A prezintă o scădere a gradului de hidratare de la

starea de anhidru până la 7 zile, care apoi are o evoluţie constant până la 28 de zile, ceea

ce se poate vedea în figura nr.6

Figura nr.6 Variaţia gradului de hidratere a 3CaO.Al2O3 (C3A), în timp.

Compusului 3CaO.SiO2 cu simbolul C3S are un grad de hidratare de 60% în prima zi,

apoi scade la 20% după 7 zile, iar la 28 de zile este nul, ceea ce se poate vedea în figura

nr.7

Figura nr.7 Variaţia gradului de hidratere a 3CaO.SiO2 (C3S), în timp,

19

Compusul 3CaO.Al2O3.6H2O cu simbolul C3AH6 suferă o scădere a gradului de hidratare

de la 80% la 20% după 7 zile şi apoi la 0% după 28 zile.

Compusul 4CaO.Al2O3.Fe2O3, cu simbolul C4AF are o evoluţie constant în timp, nu suferă

nici o modificare în urma procesului de hidratare – hidroliză ceea ce se poate vedea în

figura nr. 8

Figura nr.8 Variaţia gradului de hidratare a 3CaO.Al2O3.6H2O (C3AH6) şi a

4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF)

Compuşii Ca(OH)2 cu simbolul CH cu diferite distanţe interplanare, le creşte Gh de la

starea anhidră la respective Gh= 20, 40, 60 având diferite grade de hidratare, cu o evoluţie

constantă în timp după 7 zile până la 28 de zile, cum se poate vedea în figura nr.9

Figura nr. 9 Variaţia gradului de hidratare a Ca(OH)2 (CH), în timp.

20

Pentru a avea o imagine de ansamblu voi prezenta mai jos evoluţia gradului de hidratare a

a principalilor constituenţi mineralogici, în timp, care este ilustrat şi în figura nr.10

Figura nr. 10 Variaţia gradului de hidratere a principalilor constituenţi mineralogici, în

funcţie de timp

21

Intensităţile specifice relative rezultă prin raportarea intensităţii unor maxime de difracţie din

spectru atribuite compusului hidratat, la intensitatea liniei sale celei mai puternice, considerată ca

fiind 100, acestea fiind calculate şi prezentate în tabelul nr. 9.

Tabelul nr. 9 Evoluţia intensităţilor specifice relative compuşilor hidrataţi deceleraţi

röentgenografic

Nr.

Crt.

Constituenţi mineralogici Simbol d Intensitatea specifică relativă (%)

Anhidru După 7 zile După 28 zile

1 3CaO.Al2O3 C3A 2.7780 0,90 0 0

2 3CaO.SiO2 C3S 2.9960 0,53 0 0

3 .2Ca.SiO2 C2S 2.7450 0,56 0 0

4 Ca(OH)2 CH 4.9240 0 0,64 1

5 Ca(OH)2 CH 3.1400 0 0 0,21

6 Ca(OH)2 CH 1.916 0 25 0,35

7 Ca(OH)2 CH 1.7830 0 0 0,20

8 .2Ca.SiO2 C2S 3.0770 0 0 0,22

9 .2Ca.SiO2 C2S 3.0360 0 0,18 0

10 3CaO.Al2O3.6H2O C3AH6 1.6970 0 0 0

22

11 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 2.6350 0,58 0,51 0,78

De asemenea se reprezintă grafic evoluţia în timp a intensităţilor specifice relative ale

compuşilor hidrataţi deceleraţi röentgenografic (I=f(t)), în figura nr.11

Figura nr.11 Evoluţia intensităţilor specifice relative ale compuşilor hidrataţi deceleraţi

röentgenografic

Concluzii

Analiza röentgenografică oferă informaţii cu privire la proprietăţile componenţilor mineralogici,

după cum reiese din tabelul nr.10

23

Tabelul nr.10 Proprietăţile componenţilor mineralogici

Nr.

Crt.

Constituent

mineralogic

Simbo

l

Temperatua

caracteristică

(°C)

Sistemul

cristalin

Linii Rx

principale

d (Å)

Gh

(%

)

Isp.rel

(%)

1 3CaO.Al2O3 C3A 1330 cubice 2.7780 60 0,90

2 3CaO.SiO2 C3S 1450 trigonale 2.9960 60 0,53

3 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 1330 cubice 2.6350 0 0,58

4 .2Ca.SiO2 C2S 675 rotunjite 2.7450

3,0770

3,0360

80

20

30

0,56

0

0,18

5 Ca(OH)2 CH 4.9240 60 0,64

Bibliografie

Alina Bădoiu, Ştefania Stoleriu, Georgeta Voicu, (2007), Revista Chimiei, 58, pg 283 – 287

Constantin Tarnovschi, Nina Corlăteanu , (2008) “Zăcăminte şi material de construcţie”, ,

Universitatea Tehnică a Moldovei, 6, pg 71 – 91

Feng X., Garboczi E.J., Bentz D.P., Stutzman P.E., (2004), “Estimation of the degree of

hydration of blended cement pastes by a scanning electron microscopy point-

counting procedure”aCement and Concrete Research, 34, pg 1787-1793.teri

Larbi J.A., Heijnen W.M.M., (1997), “Determination of the cement content five samples of

hardened concrete by means of optical microscopy”, Building and Construction

Reseach, 42, pg 125 – 138.

Pignat C., Navi P., Scivener K., (2005), “Simulation of cement paste microstructure

hydration pore space characterization and permeability determination”, Material and

Structures, 38, pg 459 – 466.

Popovici Ionela (Carazeanu), (2009) “Chimia şi analiza produselor non-alimentare” - note de

curs.

Popovici Ionela (Carazeanu), (2009), “Compuşi tehnici anorganici” - lucrări practice.

24