LIANTI ANORGANICI ( MINERALI )

LIANŢI ANORGANICI ( MINERALI )

.Notiuni generale

Liantii sunt materiale naturale sau artificiale pulverulente care, prin amestecare cu apa sau cu solutii apoase ale unor saruri, dau o pasta plastica care cu timpul , se întaresc sub actiunea unor procese fizico-chimice, transformându-se înrt-un corp rigid cu aspect de piatra.

Liantii se folosesc la legarea între ele a materialelor granulare ( nisip, pietris,etc.)sau a materialelor unitare ( caramizi, placi, blocuri, etc) în vederea obtinerii diferitelor elemente de constructii.

Pentru acorespunde scopului propus, liantii trebuie:

sa adere cât mai bine la materialele pe care le leaga;

sa se întareasca într-un timp relativ scurt;

dupa întarire sa nu prezinte variatii mari de volum care sa compromita stabilitatea elementelor de constructii.

Liantii anorganici se pot clasifica conform schemei urmatoare:

-liantii nehidraulici ( aerieni ) sunt lianti care se întaresc în mediu uscat, iar dupa întarire nu rezista la actiunea apei. Acesti lianti pot fi naturali sau artificiali.

-liantii hidraulici se întaresc în mediu umed sau chiar în apa, iar dupa întarire rezista în efectul dizolvant al apei, care nu modifica forma interioara a pietrei rezultate. Acesti lianti pot fi unitari sau amestecati.

Liantii unitari sunt liantii care se obtin prin macinarea unui singur produs cu maxim 5% alte adaosuri.

Liantii amestecati (micsti) provin din lianti unitari, în care la macinare, se introduc diferite adaosuri active (zgura metalurgica, tufuri vulcanice, cenusa de termocentrala ) al caror continut variaza între 5 si 85% din masa liantului.

Liantii neclincherizati

Liantii clincherizati rezulta prin arderea amestecurilor de materii prime la temperaturi la care apar topituri partiale. La racire, topitura se solidifica în porii produsului ars, conferindu-i o structura compacta, de clincher (cu porozitate totala mai mica de 8% ).

Acesti lianti se numesc cimenturi si sunt formati din amestecuri complexe de silicati, aluminati si aluminoferiti de calciu.

Daca în amestecul complex predomina silicatii de calciu, liantii se numesc cimenturi Portland sau silicioase, iar daca predomina aluminatii de calciu, liantii se numesc cimenturi aluminoase.

2. Liantii nehidraulici

2.1.Lianti nehidraulici-naturali=argilele

2.1.1.Caracteristici generale.Compozitie si clasificare

Argilele sunt alcatuite preponderent din hidrosilicati de aluminiu cu compozitia chimica variabila reprezentata prin formula generala:

m Al₂O₃ * n SiO₂ * p H₂O

În natura , argilele s-au format în urma dezagregarii feldspatilor din rocile eruptive, sub actiunea apelor carbonatate, sau prin precipitarea solurilor coloidale de silice si alumina din apele termale.

În functie de mineralul care predomina se deosebesc mai multe tipuri de argile, si anume:

-argile caolinitice, în care predomina mineralul denumit

caolinit-Al₂O₃ * 2SiO₂ * 2H₂O

-argile montmorilonitice, în care predomina ,

montmorilonitul-Al₂O₃ * 4SiO₂ * H₂O + nH₂O

2.1.2. Proprietatile 343b17d argilelor

a)      Argilele caolinitice se caracterizeaza prin plasticitate mica si prezinta interes pentru industria ceramica.

b)      Argilele montmorilonitice sunt active din punct de vedere chimic si sunt indicate pentru folosirea ca lianti.

Argilele sunt formate din particule lamelare de maximum 5μ cu un puternic caracter hidrofil.Datorita structurii lamelare si caracterului hidrofil, argilele îsi modifica foarte mult volumul la variatia umiditatii mediului înconjurator.

Pentru reducerea sensibilitatii argilelor la variatia umiditatii, precum si pentru marirea rezistentelor lor mecanice, se utilizeaza diferite metode de stabilizare.

2.1.3.Stabilizarea argilelor

Mecanismul de stabilizare al argilelor se explica pe baza unor particularitati structurale ale argilelor.

Astfel, particulele de argila, reprezentând frânturi din reteaua cristalina, poseda la suprafata lor sarcini electrice negative ( valente nesatisfacute ).

Datorita potentialului electric negativ, argilele se comporta ca un macroanion.

În prezenta apei care contine dizolvate diferite saruri, argila îsi neutralizeaza sarcina electrica negativa, prin adsorbtia de cationi ( K⁺, Na⁺, Mg⁺, Ca²⁺, Al³⁺,etc).

Capacitatea de adsorbtie a cationilor este selectiva putând fi exprimata prin seria: Mg²⁺>Ca²⁺>K⁺>Na⁺.

Cationii adsorbiti de argila prezinta tendinta de hidratare ( atrag moleculele de apa ) si datorita acestui fapt, în jurul particulelor de argila se formeaza pelicule de apa. Formarea peliculelor de apa în jurul granulelor de argila, explica plasticitatea lor; peliculele de apa functioneaza ca lubrifianti si totodata asigura legatura dintre particulele de argila. Marimea peliculelor de apa depinde de natura argilei si de cea cationilor adsorbiti.

Grosimea peliculei apoase se reduce cu cresterea valentei cationilor din complexul adsorbit, conform seriei: Li⁺> Na⁺> K⁺> Mg²⁺> Ca²⁺> Ba²⁺> Al³⁺> Fe³⁺.

Rezulta deci, ca prin înlocuirea cationilor monovalenti din complexul adsorbit cu cationi bi si trivalenti se reduc peliculele de apa adsorbita, ceea ce duce la micsorarea plasticitatii argilelor si implicit la scaderea contractiei la uscare si tendintei lor de fisurare.

Metode de stabilizare a argilelor

Functie de procesele preponderente în urma carora se realizeaza stabilizarea argilei, metodele utilizate se clasifica în:

1.Metode fizice:

a)      stabilizarea cu degresanti consta în introducerea în masa argiloasa a diferitelor substante degresante: nisip, samota, paie, rumegus, cenusa, coji de orez, etc.

În prezenta siobstantelor degresante, peliculele apoase se reduc, ceea ce duce la scaderea plasticitatii si a contractiei la uscare.

Argilele stabilizate cu degresanti se folosesc la: confectionarea blocurilor de zidarie (chirpici), realizarea mortarelor de zidarie (sau paste), executarea zidurilor monolite (valatuci).

Pisele de constructii executate trebuie ferite de actiunea directa a apei si a precipitatiiloratmosferice.

b)      stabilizarea prin hidrofobizare se realizeaza cu ajutorul substantelor tensioactive (rasini, gudroane, bitumuri).

Aceste substante în contact cu argila (care este hidrofila), se orienteaza cu capatul hidrofil spre argila si cu cel hidrofob spre exterior, formând pe suprafata argilei un filtru hidrofob, datorita caruia, argila devine mai putin sensibila la actiunea apei.

Argilele stabilizate prin hidrofobizare se folosesc la executarea straturilor rutiere, în constructii hidrotehnice si la impermeabilizarea canalelor de irigatie (cu straturi sau prin sedimentare).

2.Metode chimice:

a)      stabilizarea prin schimb ionic se bazeaza pe proprietatea argilei de a substitui unii ioni din complexul adsorbit, care formeaza pelicule apoase groase în jurul granulelor, cu alti ioni care reduc peliculele respective.

În practica pentru stbilizarea argilei dupa aceasta metoda se folosesc substante care în apa elibereaza ioni de Ca²⁺, ca de exemplu: clorura de calciu, var gras, cenusa, zgtura, ciment Portland, etc. Mai des se utilizeaza cimentul Portland si varul.

Pamânturile argiloase stabilizate cu var ( 4-8% ) se utilizeaza mai ales la executarea terasamentelor si a drumurilor cu trafic redus.

Pamânturile argiloase stabilizate cu ciment ( 5-15% ) se utilizeaza la executarea soselelor cu trfic redus si a fundatiilor soselelor de mare trafic.

b)            stabilizarea cu silicat de sodiu ( sticla solubila ). Argilele care contin calcar fin în masa lor, pot fi stabilizate cu solutie de silicat de sodiu( Na₂SiO₃ ).

Aceasta metoda se poate aplica fie la amestecarea directa a argilei cu solutie de silicat de sodiu, fie prin injectarea acesteia în terenurile care urmeaza a fi stabilizate.

c)      stabilizarea prin electroosmoza se aplica în cazul terenurilor îmbibate cu apa pe care sunt executate constructii. Se aplica electrozi prin care trece curent electric continuu. Apa migreaza spre catod de unde este îndepartata.

d)      Stabilizarea cu compusi macromoleculari (compusi epoxidici, latex de cauciuc,etc ). În principiu, metoda consta în traterea argilei cu un monomer sau amestec de monomeri ( sub forma de solutii apoase cu vâscozitate mica ), care în urma procesului de policondensare sau polimerizare formeaza în masa argiloasa, un polimer rezistent si hidrofob.

Stavilizarea cu compusi macromuleculari se aplica la: diguri, baraje de pamânt, canale de irigatii, impermeabilizarea si consolidarea terenurilor de fundatie pentru diferite lucrari, la executarea straturilor rutiere, etc.

2.2 Lianti nehidraulici-artificiali

2.2.1. Lianti pe baza de ghips ( ipsosul )-roca sedimentara de precipitatie formata prin cristalizare din bazine marine în urma evaporarii apei.

În natura ghipsul (sulfat de calciu hidratat-CaSO₄*2H₂O) apare sub doua variatati:

-impurificata-denumita ghips;

-pura-de culoare alba numita alabastru ( este folosita la confectionarea unor elemente ornamentale).

Zacaminte de ghips se gasesc la Slanic si Pucioasa ( Ploiesti ), Câmpulung-Muscel ( Arges ), Turda si Aghires ( Cluj ).

În industrie, în functie de temperatura de ardere a ghipsului se obtin lianti diferiti, în care predomina un anumit rpodus conform tabelului 2:

2.2.1.1. Procesul de fabricatie al ipsosului de constructie si de modelaj

Ipsosul de constructii si de modelaj se obtine prin deshidratarea partiala a ghipsului la temperaturi ce nu depasesc 200⁰C.

În cazul ipsosului de modelat se foloseste roca de ghips mai curata. Componentul de baza al acestor ipsosuri este sulfatul de calciu hemihidrat însotit de cantitati reduse de anhidrit solubil si chiar de bihidrat.

Procesul tehnologic de obtinere a ipsosului de constructii consta în general din urmatoarele faze:

extragerea materiei prime - transport - concasare - ardere (deshidratare ) - macinare - ambalare în saci de 50 Kg.

2.2.1.2 Priza si întarirea ipsosului

Ipsosul amestecat cu apa se hidrateaza atât în stare solida (în cazul cristalelor buteroase), cât si prin intermediul solutiei si trece în sulfat de calciu hidratat, conform ecuatiei: CaSO₄*0,5H₂O+1,5H₂O→CaSO₄*2H₂O

Bihidratul rezultat se caracterizeaza printr-o solubilitate de circa 5 ori mai mica decât a hemihidratului, ceea ce determina formarea rapida a solutiei suprasaturate, din care hidratul începe sa cristalizeze, sub forma unor cristale foarte mici. În momentul în care cristalele de bihidrat sunt mici si înconjurate cu pelicule de apa, pasta este plastica si usor lucrabila ( figura a ).

Hidratarea hemihidratului continua, iar cristalele de bihidrat cresc destul de repede si se împâslesc, marind frecarea interioara. Ca urmare pasta îsi pierde treptat plasticitatea devenind rigida.

Transformarea pastei plastice într-o masa solida dar friabila, se numeste priza. Priza se masoara în unitati de timp si se caracterizeaza printr-un început si un sfârsit de priza, care se determina cu ajutorul aparatului VICAT.

Liantul cu priza terminata este format dintr-o împâslire de cristale aciculare, între care exista o cantitate destul de mare de solutie saturata de sulfat de calciu bihidrat, care împiedica sudarea cristalelor între ele ( figura b).

Dupa priza, urmeaza fenomenul de întarire caracterizat prin cresterea rezistentelor mecanice în timp si care se datoreste uscarii produselor. Prin evaporarea excesului de apa folosita la amestecare, dizolvantul cristalizeaza si sudeaza cristalele initiale între ele. În urma acestui fenomen, împâslirea de cristale se transfprma într-o masa de cristale concasate ( figura c ) care capata rezistenta.

Procesul de întarire continua pâna la evaporarea completa a excesului de apa. Practic evaporarea apei se termina cupa 7 zile, când rezistentele mecanice ating valori maxime.

Timpul de priza depinde de calitateas ipsosului, temperatura de ardere si finetea de macinare.

În general ipsosul de constructii se caracterizeaza printr-o priza rapida: începutul dupa 5-10 minute de la amestecarea cu apa, iar sfârsitul dupa cel mult 30 de minute.

Din acest motiv, la prepararea pastei de ipsos, se introduc în cantitati mici anumite substante chimice care întârzie priza:

-laptele de var Ca(OH)_2;

-zaharul;

-cleiul de gelatina.

Actiunea întârzietoare este în functie de:

-natura substantei;

-cantitatea care se adauga.

2.2.1.3. Caracteristicile ipsosului întarit

a)      În cursul întaririi ipsosul îsi mareste volumul cu aproximativ 1%, din care cauza ipsosul umple bine toate formele în care se toarna.

b)      Dupa întarire, volumul ramâne constant, fapt apreciat la executarea tencuielilor, care nu fisureaza la uscare.

c)      În urma evaporarii excesului de apa, deoarece la preparare se foloseste o cantitate mult mai mare de apa decât este necesara hidratarii ipsosului, produsul întarit devine poros (porozitatea atinge circa 50% din volum ) din care cauza rezistentele mecanice sunt moderate. În schimb porozitatea ridicata confara produselor din ipsos rpoprietati de izolare termica si fonica.

d)      Solubilitatea la apa a ipsosului întarit, determina degradarea produselor treptat, daca sunt folosite neprotejate în mediu umed.

Îmbunatatirea comportarii la umiditate a ipsosului întarit se poate realiza prin:

Folosirea unor adaosuri care micsoreaza porozitatea si solubilitatea: lesie bisulfibica; zgura metalurgica macinata; amestec devar sau ciment Portland cu zgura de furnal; dextrina; polimeri organici; fibra de sticla.

Tratamente superficiale de impermeabilizare: bitum; parafina; vopsele si rasini sintetice.

2.2.1.4. Încercarile si conditiile de calitate ale ipsosului de constructii si de modelat

Pentru aprecierea conditiilor de calitate ale ipsosului se efectueaza urmatoarele încercari standardizate ( conform STAS 10275-1/97; 10275-2/82; 10275-3/82; 10275-4/91; 10275-5/82; 10275-6/82 ):

1)-gradul de alb- se determina în lumina alba cu leucometrul ZEISS si se exprima în %

2)-finetea de macinare- se apreciaza prin reziduul exprimat în % pe care îl lasa o proba de 100 g ipsos uscat la 40+5⁰C; prin cernere pe site standardizate.

3)-densitatea - se exprima în g/dm³ si se determina prin cântarirea unui volum de ipsos introdus intr-un vas cilindric cu capacitatea de 1 dm³.

4)-apa de amestecare pentru pasta de consistenta normala -într-un inel de diametrul Φ=30mm si înaltimea h=50mm se introduce pasta din 200g ipsos si o cantitate masurata de apa. Pasta este de consistenta normala daca diametrul turtei este între 78-80mm.

5)-timpul de priza-se determina pe pasta de consistenta normala cu aparatul VICAT. Intervalul de timp, exprimat în minute, de la introducerea ipsosului în apa si pâna când acul patrunde în pasta numai 30mm reprezinta începutul prizei.

Sfârsitul de priza este dat de intervalul de timp de la introducerea ipsosului în apa pâna cand acul lasa pe pasta o urma abia perceptibila.

6)-capacitatea de absorbtie a apei-se exprima în % si se apreciaza prin cantitatea de apa absorbita de epruvetele de ipsos, pastrate timp de 10 ore în apa.

7)-rezistente mecanice- se exprima în MPa si se determina pe epruvete prismatice de 40*40*160mm. Epruvetele se încearca la încovoiere, iar jumatatile de prisma rezultate ,la compresiune la 2 ore si la 7 zile.

8)-contractia axiala- se exprima în mm/m si se determina pe epruvete de 40*40*160mm cu dispozitiv cu ceas microcomparator se citeste variatia lungimii epruvetelor la diferite intervale de timp standardizate.

9)-expansiunea ipsosului în timpul prizei- se exprima în mm/m si se masoara cu un dilatormetru, dupa 24 de ore.

10)-coeficientul de difuzie- se exprima în mm/s si reprezinta înaltimea la care se ridica apa într-o epruveta, asezata cu unul din capete la suprafata apei, la intervale de timp stabilite.

2.2.1.5. Alti lianti pe baza de ipsos

a)      Ipsosul de modelaj se obtine din piatra curata si este utilizat la stucaturi, mulaje, în industria ceramica ( forme de turnare )

b)      Ipsosul alaunat (alaun-sulfat dublu de aluminiu si potasiu-AlK(SO₄)*12H₂O) rezulta prin arderea în doua faze a materiei prime:

-faza 1-arderea ghipsului la 150-200⁰C; produsul rezultat se amesteca cu solutie de alaun, se întareste si apoi se macina;

-faza 2-produsul rezultat la faza 1 se arde la circa 600⁰C si apoi se macina din nou.

Utilizare :din ipsosul alaunat se obtin produse compacte care se pot lustrui, imitând marmura.

2.2.2.Lianti artificiali-varul

Standarde :SR EN 459-1/2003 si SR EN 459-1AC/2003

2.2.2.1.Materia prima si procesul de fabricatie

Materia prima folosita la fabricarea varului gras este calcarul(denumit si piatra de var) sau dolomitul.

Calcarul utilizat trebuie sa contina minim 95% CaCO₃ restul fiind impuritati mai ales de argila si nisip.

La încalzire CaCO₃ (carbonat de calciu) se disociaza în oxid de calciu (var gras) si hidroxid de carbon:

CaCo₃→CaO+CO₂↑

MgCO₃→MgO+CO₂↑

Reactia de descompunere a calcarului desi ancepe la 660⁰C, este cantitativa la temperatura de 900⁰C.

În industrie, deoarece calcarul se arde sub forma de bulgari de dimensiuni 10-15cm, pentru decarbonatare completa si pentru reducerea duratei de ardere, temperatura în cuptoare se ridica la 1100-1200⁰C când rezulta un var poros.

La temperaturi ridicate, impuritatile argiloase din calcar reactioneaza cu CaO formând aluminati, silicati si feriti de calciu fuzibili, care se depun pe granulele de var compactizându-le, rezultând astfel un var supraars care reactioneaza greu cu apa provocând defecte în tencuieli("împusca").

Arderea la temperaturi mici sau în timp scurt, are de asemenea efecte negative esupra varului, care continând calcar nedescompus care nu reactioneaza cu apa si micsoreaza plasticitatea pastei de var.

Procesul de fabricatie al varului are urmatoarele faze principale:-extragere calcar-concasare-ardere.

NOTĂ:

-Var-denumire care defineste toate formele fizice si chimice în care apar CaO si MgO si/sau Ca(OH)₂ si Mg(OH)₂.

-Varuri aeriene-în principal cele din CaO si Ca(OH)₂; se întaresc lent în aer sub efectul CO₂; sunt lianti nehidraulici.

-Varuri nestinse (Q), Varuri hidratate(S),(pulbere, pasta sau lapte)

-Varuri calcice (CL)-din CaO si Ca(OH)₂ - fara materiale de adaos hidraulic (CL90, CL80, CL70).

-Varuri dolomitice (DL)-din CaO, MgO, Ca(OH)₂ si Mg(OH)₂ - fara adaosuri hidraulice (DL85, DL80).

-Varuri hidraulice naturale(NHL)-din calcinarea calcarului argilos sau silicios-fac priza si se întaresc în prezenta apei (lianti hidraulici) dar si cu ajutorul CO₂ din aer.(NHL2, NHL3.5, NHL5).

-Varuri hidraulice naturale cu adaos de materiale (Z)-hidraulice sau puzzolanice- de pâna la 20%.

-Varuri hidraulice (HL) -Ca(OH)₂+silicati si aluminati de calciu (în functie de materia prima) -lianti hidraulici; CO₂ din aer îsi aduce contributia la întarire (HL2, HL.5, HL5).

OBSERVAŢIE:

La NHL si HL cifra e rezistenta la compresiune la 28 de zile (MPa).

Compozitiile procentuale ale componentilor sunt date în SR EN 459-1 tabelele 1 si 2.

Diversele tipuri de var se produc în tarile Europei în functie de materia prima disponibila.

2.2.2.2.Stingerea varului este operatia de tratare a varului cu apa si consta în hidratarea oxidului de calciu conform ecuatiei:

CaO+H₂O→Ca(OH)₂ +270 Kcal/Kg CaO

Stingerea varului are loc cu degajare mare de caldura si cu marirea importanta a volumului (de 2-3 ori) ceea ce determina pulverizarea varului stins.

1.Stingerea în praf - se realizeaza când varul este tratat cu o cantitate limitata de apa (cu circa 64%), strict necesara obtinerii hidroxidului de calciu, sub forma de praf fin.

Stingerea varului în praf se realizeaza prin procedee:

-normal-bulgarii de var gras se aseaza în straturi de 15-20 cm, în gropi betonate si se stropesc cu apa necesara stingerii. Operatia se repeta pâna la obtinerea unui strat de 1.5 m, peste care se asterne nisip (10 cm) si se lasa 2-3 zile, dupa care varul stins în praf trece prin site.

-mecanic-în fabrici în diferite instalatii cu functionare continua sau periodica.

2.Stingerea în pasta se - efectueaza:

-normal-se realizeaza în lazi sau gropi de stingere- varul se stinge cu apa în exces si se lasa cel putin 2 saptamâni pentru stingerea tuturor particulelor. Apa în exces difuzeaza în pamânt, pe suprafata apar crapaturi mari si de aceea se acopera cu nisip.

-mecanic-cu aparate cu functionare continua.

2.2.2.3.Întarirea varului gras

În constructii varul se utilizeaza ca si component al mortarelor, adica amestecat cu nisip si apa.

Mortarele de var gras se aplica numai pe pietre de constructii din materiale poroase (exemplu:caramizi, BCA,etc).

Dupa aplicarea pe materialul poros, începe întarirea mortarului ca efect a doua procese distincte:

-un proces fizic-consta în pierderea apei din mortar, prin absorbtia de catre materialul poros si prin evaporare ceea ce conduce la rigidizarea mortarului.

-un proces chimic-de lunga durata. Prin porii materialului patrunde dioxidul de carbon din aer si produce carbonatarea hidroxidului de calciu ceea ce duce la marirea rezistentelor mecanice si stabilitatea la apa a mortarului.

2.2.2.4. Încercarile si conditiile de calitate ale varului gras (SR EN 459-2/2003)

1.Chimice

2.Fizice:

-rezistenta la compresiune(En 196-1/94);

-finete(En196-6/89);

-stabilitate;

-timp de priza(EN 196-3/94);

-mortar standard(apa necesara pentru a obtine valorile standard de împrastiere si penetrare);

-retinere de apa;

-continut de aer;

-densitate aparenta;

-randament în pasta;

-reactivitate (cresterea temperaturii la stingere);

-apa libera (pierdere de apa prin uscare la 105⁰C).

Observatie: Conformitatea caracteristicilor varului cu normativele se evalueaza conform EN 459-3/2001-

A)    La varul livrat bulgari se iau probe medie din 10 locuri fiferite si se determina:

a)-apa necesara pentru stingere-se exprima în l/Kg si se determina pe 5 Kg var care se introdoc în cutia de stingere (cu suprafata de 1000cm² si 40cm înaltime) în care se introduc 6 litri de apa si se amesteca. Se adauga apa masurata pâna se obtine o pasta omogena. Se noteaza cantitatea de apa si se lasa 24 de ore în repaos. Se scurge apa în cilindrul gradat si se scade din apa adaugata.

b)-randamentul în pasta -reprezinta raportul dintre cantitatea de pasta rezultata dupa stingere si cantitatea de var nestins luata pentru determinare. Se masoara grosimea stratului de var pasta rezultat iar fiecare cm de înaltime reprezinta 1 litru de var pasta.

c)-reziduul la stingere -se exprima în % si se determina pe 5 Kg pasta de var, rezultata de la stabilirea randamentului în pasta. Proba se dilueaza cu apa si se trece pe sita de 063mm. Reziduul se spala si se usuca dupa care se cântareste.

d)-viteza de stingere - 500cm³ apa distilata si 100g var trecut prin ciurul de 5mm se introduc în termos. La diferite intervale de timp, se noteaza indicatiile termometrului pâna când temperatuta începe sa scada. Valorile se trec în grafic si se compara cu curbele limita prescrise de domeniul de utilizare a varului.

B)     La varul hidratat în pulbere se determina:

a)-umiditatea;

b)-densitatea aparenta,

c)-granulatia (rest pe sitele 063 si 009)

Varul bulgari se livreaza în 2 clase de calitate.

Varul hidratat se livreaza în 2 clase de calitate.

Varul gras se foloseste în:

-industria siderurgica;

-industria chimica;

-agricultura si protectia mediului;

-constructii pentru: -mortare de tencuiala si zidarie;

-stabilizarea pamânturilor, obtinerea liantilor hidraulici;

-zugraveli.

3.Lianti hidraulici

3.1.Lianti hidraulici unitari

3.1.1.Cimentul PORTLAND (ciment silicios) este primul liant hidraulic clincherizat utilizat în construtii. Se obtine prin macinarea fina a clincherului de ciment cu adaos de 3-5% ghips pentru reglarea timpului de priza.

Clincherul de ciment este un produs rezultat în urma arderii pâna la clincherizare a unui amestec artificial sau natural de calcar si argila sau alte materii prime cu compozitie similara.

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 (cenusa de pirita, minereu de fier), care au rolul de a corecta compozitia chimica a amestecului de materii prime.

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.

b)-uscat-amestecul brut se obtine sub forma unei pulberi fine.

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.

Procedeul de fabricatie folosit în tara este pe cale umeda.

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 orizontala de 2-3⁰.

-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 1450-1500⁰C. 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 a racire brusca.

-dupa câteva zile de pastrare în hala de clincher, acesta este trecut la macinare în mori tubulare împreuna cu adaos de ghips pentru reglarea timpului de priza al cimentului. Fara ghips, cimentul ar avea o priza rapida (aproape instantanee).

3.1.1.1.Compozitia mineralogica a cimentului PORTLAND

În urma reactiilor chimice dintre oxizii prezenti în materiile prime (calcar cu argila arse la 1450⁰C) se formeaza componentii mineralogici:

-alitul (C₃S)

-belitul (C₂S)

-celitul I (C₄AF)

-celitul II (C₃A)

-câteodata-CaO, MgO,NaO,K₂O

legati între ei cu o cantitate oarecare de faza sticloasa.

În cimentul obisnuit acestia se gasesc în urmatoarele precente: alitul-37.5-60%; belitul-15-37.5%; celitul I-10.18%; celitul II-7-15%; iar CaO-maxim 2%.

Compozitia mineralogica a cimentului PORTLAND poate varia în limite largi în functie de:

a)compozitia chimica a componentilor (materia prima utilizata),

b)temperatura de ardere,

c)viteza de racire a clincherului.

În functie de proprotiile în care componentii mineralogici intra în compozitia cimentului, exista mai multe tipuri de ciment Portland, denumite dupa componentul mineralogic preponderent în suma silicatilor, respectiv aluminatilor de calciu.

3.1.1.2.Priza si întarirea cimentului PORTLAND

Cimentul PORTLAND amestecat cu apa formeaza o pasta plastica care cu timpul se rigidizeaza (face priza) si apoi se întareste transformându-se într-o piatra rezistenta.

În prezenta apei, componentii mineralogici sufera procese chimice de: hidratare (de combinare cu apa) si de hidroliza (de descompunere) în urma carora iau nastere compusi noi hidratati de natura gelica si cristalina.

Fonomenele fizico-chimice observate la microscop care au loc la hidratarea cimentului sunt redate schematic în figurile de mai jos:

1-în faza initiala granulele de ciment sunt dispersate în apa

2-dupa un timp de actiune al apei, în urma reactiilor de hidratare si de hidroliza apar produse noi cristaline, mai întâi hidrosilicoaluminati si hidroaluminati de calciu si apoi hidroxidul  de calciu, iar în jurul granulelor de ciment pelicule de geluri de hidrosilicati de calciu.

Pelicula de geluri are grosimea dubla fata de grosimea granulelor de ciment din care provin.

3-pe masura ce hidratarea continua, peliculele de geluri din jurul granulelor de ciment se îngroasa împiedicând difuziunea apei înspre nucleul nehidratat.

Granula de ciment continua însa sa se hidrateze, pe seama apei libere si a adaosurilor din geluri, ceea ce determina contractia si fisurarea lor. Prin fisuri, apa ajunge din nou la granule si hidratarea continua, iar volumul de geluri si substante cristaline se mareste.

Astfel, granulele deciment cu învelisurile groase de geluri ajung sa adere una de alta, prin peliculele de apa absorbita si sa prinda în masa lor si produsele cristaline.

4-dupa procesul de priza urmeaza procesul de întarire, care la ciment dureaza zeci de ani si se datoreste atât uscarii gelurilor (pierderea apei spre interiorul granulelor de ciment care continua sa se hidrateze si spre exterior prin evaporare), cat si prin îmbatrânirii si recristalizarii lor treptate.

Experimental s-a constatat ca, granulele de ciment nu se hidrateaza complet niciodata, ci numai pe o adâncime de câtiva microni, piatra hidratata reprezentând 15-30% din volumul granulelor, functie de dimensiunea lor. Din acest motiv, în cimentul întarit în afara de produsii cristalini si geluri se gasesc si nuclee nehidratate de ciment.

Procesul de priza si întarire al cimentului poate fi accelerat sau încetinit, în concordanta cu unele cerinte practice folosind anumite substante chimice:

a)Acceleratori de priza:

-substante anorganice:HCl, NaOH, Ba(OH)₂, CaCl², BaCl₂, Al₃(SO)₄.

-substante organice:formaldehide.

b)Întârzietori de priza:

-substante organice-solutii de zahar, acid oxalic, glicerina.

-substante anorganice-ZnO, CcCl₂.

3.1.1.3.Caracteristici fizico-mecanice si chimice ale cimentului

Principalele proprietati legate de utilizarea cimenturilor sunt:

1.Viteza de hidratare-se apreciaza prin cantitatea de apa legata chimic de catre componentii mineralogici, în timp.

Se constata ca C₃A (celit II) si C₄AF (celit I) se hidrateaza repede, C₃S (alit) are hidratare moderata, iar C₂S o hidratare lenta.

2.Caldura de hidratare-reprezinta cantitatea de caldura degajata în procesul de hidratare al cimentului.

Cea mai mare cantitate de caldura o degaja C₃A (celit II) si mai ales în primele zile de hidratare. C₃S (alitul) dezvolta o cantitate ridicata de caldura în primele zile, dupa care degajarea creste lent. C₄AF (celit I) prezinta o curba parabolica de degajare si o crestere continua chiar la durate mari de întarire.

De aici rezulta ca cimentul pentru constructii trebuie sa fie bogat în belit si celit I.

3.Rezistente mecanice-ale componentelor determinate la diferite vârste de întarire

-C₃S (alit) da cele mai mari rezistente si cu cresteri însemnate în primele zile de întarire

-C₂S (belit) are cea mai mica rezistenta initiala,der creste considerabil în ani

-C₄AF (celit I) dezvolta rezistente medii în perioada initiala de întarire, dupa care evolutia este lenta

-C₃A (celit II) atinge rezistenta maxima în primele 7 zile de întarire, dupa care se plafoneaza si chiar scade.

4.Gelivitatea componentilor mineralogici se manifesta în acelasi sens ca si rezistentele mecanice.

C₃S (alit) se comporta cel mai bine la înghet-dezghet, iar C₃A (celit II ) cel mai slab.

5.Contractia:

Plastica-reducerea de volum a pastei plastice datorita pierderii apei prin evaporare si absorbtie de catre cofraje si agregate.

-Hidraulica-se produce în timpul întaririi datorita evaporarii apei si sugerii interioare; ea are drept consecinta formarea de fisuri si de pori ce duce la la scaderea rezistentelor mecanice.

Termica-la racirea elementelor de beton are loc contractia termica, care este cu atât mai accenruata cu cât sunt mai masive.

6.Comportarea la actiuni chimice agresive a cimentului întarit-conditioneaza durabilitatea constructiilor din beton exploatate în medii agresive.

Rezistenta pietrei de ciment la actiunea diversilor aggenti chimici din mediul înconjurator depinde de:

- compozitia mineralogica a cimentului;

-structura sa.

Actiunea distructiva a unor gaze cum sunt:

-bioxidul de sulf (SO₂)- din tunelele de cale ferata, zone cu termocentrale,etc;

-H₂S din canale colective;

-CO₂ din atmosfera reactioneaza cu ioni de calciu din componenta pietrei de ciment si îi transforma în carbonat de calciu insolubil.

De aceea, se recomanda ca piesele de beton care vor fi expuse la actiuni corozive moderate sa fie lasate în prealabil mai mult timp în aer spre a fi carbonatate, formându-se la suprafata lor un strat protector.

Din prezentarea fenomenelor de coroziune rezulta ca în cimentul întarit componentii cei mai instabili la coroziune sunt:-hidroxidul de calciu si hidroaluminatul tricalcic.

Aceste considerente stau la baza alegerii cimenturilor rezistente la diferiti agenti corozivi.

-Pentru lucrari care functioneaza în medii agresive ce spala Ca(OH)₂ sau îl transforma în saruri solubile, se folosesc cimenturi sarace în alit sau cimenturi cu adaosuri de zgura sau tras, cimenturi care la hidratare elibereaza cantitati reduse de Ca(OH)₂.

-Pentru lucrari în medii agresive care ataca C₃AH₆ (hidroaluminatul tricalcic),sefolosesc cimenturi cu continut cât mai redus de celit II si moderat în alit.

3.1.1.4.Încercarile si conditiile de calitate ale cimentului PORTLAND

pentru precierea calitatii asupra cimentului Portland se efectueaza o serie de încercari:

1. Starea de conservare se determina prin cernerea probei medii (10Kg ) pe sita de 009. Daca ramân cocoloase, pietrificate, acester se cântaresc si se exprima procentual raportându-se la masa initiala.

NOTĂ: Cimentul pietrificat nu se poate folosi decat dupa o cernere prealabila si folosire la lucrari secundare.

2. Finetea de macinare conform SR 196-6/94 se apreciaza conventional prin reziduul în procente, pe care îl lasa cimentul uscat în prealabil lsa 105⁰C, pe sita de 009 sau cu aparatul BLAINE.

3. Apa de amestecare pentru pasta de consistenta normala se determina cu aparatul VICAT (cu sonda cilindrica Tetmayer), sonda se lasa sa cada liber de la suprafata pastei de ciment introdusa într-un inel metalic. Pasta se considera de consistenta normala daca spnda dupa 30 de secunde se opreste la 5-7 mm de placa de sticla pe care se afla inelul.

4.Priza conform SR 196-3/95 si SR 196-3/AC/97 se determoina cu aparatul Vicat pe pasta de consistenta normala. Începutul si sfârsitul prizei la ciment se exprima în sferturi de ore.

Se considera ca cimentul are priza normala, când aceasta nu începe mai devreme de o ora si nu se termina mai târziu de 10 ore.

Priza prezinta importanta deosebita pentru punerea în opera a mortarelor si betoanelor de ciment care trebuie efectuate înainte de începerea prizei cimentului.

5. Constanta de volum sau stabilitatea conform cu SR 196-3/95 si SR 196-3/AC/97 se determina pe pasta de consistenta nirmala prin 2 metode:

pe turte -confectionate si pastrate 24 de ore în mediu umed, apoi fierte 3 ore.

Dupa racire se examineaza si nu trebuie sa prezinte încovoieri sau crapaturi de la margine catre centru.(în caz contrar, cimentul este expansiv si nu se foloseste în constructii).

cu inelul cu ace Le Chatelier- se umple inelul cu pasta de consistenta normala si dupa 24 de ore de întarire în mediu umed se masoara distanta d₁ dintre vârfurile acelor. Apoi probele se fierb 3 ore, dupa racire se masoara din nou distanta d₂ dintre ace. Diferenta (d₂-d₁) nu trebuie sa depaseasca 10mm.

6. Densitatea (g/cm³)-absoluta poate avea valori cuprinse între 2.8 si 3.2 g/cm³.

Densitatea în gramada se determina cu vasul etalon si poate fi:

-în stare afanata -cu valori între 900-1300 g/cm³;

-în stare îndesata -cu valori între 1450-1900 g/cm³.

Valoarea de 1450 g/cm³ este folosita la calcularea silozurilor de ciment.

3.1.1.5. Tipuri de ciment PORTLAND

În functie de destinatie se fabrica cimenturi speciale, cu proprietati corespunzatoare cerintelor impuse. Acestea sunt:

ciment cu rezistente initiale mari -caracterizat prin întarire rapida si rezistente mecanice mari chiar dupa 1 zi de întarire. Se obtine dintr-un clincher bogat în alit, macinat mai finb decât în cazul cimentului obisnuit. Este recomandat pentru lucrari cu infiltratii puternice. Se noteaza cu simbolul tipului cimentului si la urma R. Se utilizeaza pentru lucrari executate pe timp friguros.

Ciment expansiv (E) -prezinta în timpul întaririi o expansiune moderata si de durata limitata. Se utilizeaza ca material de etansare a rosturilor pentru diverse lucrari (tuneluri, diguri, etc).

Ciment alb (SR 7055/96 ) -obtinut din calcar si argila cât mai sarace în oxizi de fier, magneziu, crom, etc(compus din alit+belit+celit). Se utilizeaza la turnarea betoanelor decorative.

Cimenturi colorate-fabricate din clincher alb cu pigmenti (oxizi de fier, de mangan, crom, ultramarin) în proportii de 0.2-7%.

Ciment pentru sonde- folosit pentru cimentarea sondelor de petrol si gaze când sunt supuse la temperaturi si presiuni ridicate. Este un ciment rezistent la agresivitate sulfatica.

Ciment pentru zidarie (SR EN 413-1-96, SR EN 413-2-96).

3.1.2. Lianti hidraulici unitari. Ciment aluminos.

3.1.2.1.Materii prime, proces de fabricatie si compozitie mineralogica.

-Este un liant hidraulic cu priza normala si întarire rapida, obtinut prin macinarea fina a produsului rezultat în urma arderii amestecului de calcar si bauxita (trioxid de aluminiu hidratat -A₂O₃*nH₂O).

-Se obtine fie prin arderea amestecului de marerii prime pâna la topire completa (ciment topit ), fie prin arderea pâna la clincherizare (1200-1250⁰C).Topitura sau clincherul rezultat se macina fara adaos de ghips.

-Compozitia mineralogica difera net de cea a cimentului Portland fiind functie de:

-compozitia mineralogica (aluminat monocalcic)-55-78% CA, maxim 29% C₂S, componenti minerali.

-tratamentul termic la ardere si racire.

3.1.2.2. Hidratare, caracteristici tehnice si domenii de utilizare.

La amestecarea cimentului aluminos cu apa au loc reactii de hidratare a componentulor sai cu bazicitate scazuta, alaturi de mici cantitati de hidrosilicati de calciu si hidroxid de aluminiu.

Comparativ cu cimentul Portland, cimentul aluminos necesita o cantitate mai mare de apa de hidratare (de circa 2 ori mai mult-50%), dezvolta caldura de hidratare sporita si cu viteza mai mare, prezinta o crestere a rezistentelor mecanice în primele ore si zile de întarire, are rezistenta la gelivitate si coroziune mai buna, temperatura nu va depasi  20-25⁰C (peste aceasta temperatura au loc transformari negative ale structurii pitrei de ciment, densitatea creste de 1.5-2 ori, apar contractii care duc la fisurare).

-Cimentul aluminos nu rezista la actiunea acizilor concentrati (rezista la pH >3.5-4, cu exceptia HCl, HF, HNO₃) si la actiunea alcaliilor.

-Se foloseste la : -betoane cu rezistente mari si întarire rapida;

-betonari pe timp de iarna (temperatura în exploatare sa fie mai mare de 30⁰C).

-În mod curent nu se amesteca cu cimentul Portland (cu adaos 20-80% ciment Portland are o priza instantanee)

-La temperaturi de peste 200⁰C piatra de ciment aluminos se comporta mai bine decât cea de ciment Portland (se deshidrateaza mai greu).

-Arestabilitate termica pâna la circa 1600-1700⁰C, piatra deciment aluminos suferind o "întarire ceramica". Se pot realiza betoane sau caramizi refractare.

-În amestec cu cimentul Portland ( 20-80% ) se poate folosi la obtinerea infiltratiilor de apa prin anumite lucrari de gradate din beton ( priza "instantanee"). Dupa întarire acest amestec da rezistente mecanice mici.

-În betoanele de ciment aluminos se introduc adaosuri sau aditivi.

3.2.Lianti fidraulici micsti-cimentul PORTLAND cu adaosuri active

Normative:

SR 1500/96-Cimenturi compozite.

SR 3011/96-Cimenturi cu caldura de hidratare redusa si rezistenta la sulfati.

Liantii hidraulici micsti sunt formati dintr-un liant unitar si adaos.

Proportia de adaos din amestec variaza în limite largi functie de proprietatile 343b17d liantului.

Cimenturile Portland cu adaosuri active sunt obtinute prin macinarea fina a unui amestec de clincher de ciment Portland cu adaosuri active în anumite proportii si cu necesarul de ghips pentru reglarea timpului de priza.

Principalele adaosuri active sunt:

a)- Zgura granulata de furnal (adaos cimentoid cu priza proprie la macinare foarte fina)

-ciment tip II A-S, clase de rezistenta 32.5, 52.5;

-cimenturi compozite: tip IIB-S-32.5-52.5; tip IIIA-32.5-32.5 R; tip VA-zgura+puzzolana;

-cimenturi cu hidratare limitata: tip H II/A-S 32.5; tip H II/B-S 42.5; tip H III/A 52.5.

-cimenturi cu rezistenta la apa sulfatica: tip SR II/A-S 32.5; tip SR II/B-S 52.5.

Proprietati: întarire lenta, termicitate joasa (beton hidratat), sensibile la temperaturi scazute, rezistenta la agresivitate chimica.

b)-Cenusa de termocentrala (adaos hidraulic sau puzzolanic fara priza proprie care fixeaza calciul întarindu-se în prezenta Ca(OH)₂ ).

-cimenturi compozite: tip IIA-V 32.5R-42.5R; tip IIA-M 32.5-42.5; IIB-M 32.5-42.5.

Proprietati: rezistenta la actiune sulfatica.

c)-Puzzolana (tras)(adaos hidraulic):

-cimenturi tip IIAM 32.5-42.5; tip IIAP 52.5R; tip IIBM 32.5-42.5; tip IIB-P 32.5-42.5; tip VA 32.5-42.5-32.5R; tip SR II/A-S 32.5; tip SR II/A-P 42.5.

d)- calcar (inert).

NOTĂ:

S-zgura;

P-puzzolane naturale (tras);

V-cenusa silico-aluminoasa;

H-ciment hidrotehnic;

A;B-doua tipuri de ciment cu acelasi adaos dar în procente diferite;

M-orice adaos admis(vezi Sr 1500/1996);

SR-trezistenta la ape sulfatice.

SR 1500/1996- Cimenturi compozite uzuale de tip II, III, IV, V.

NOTĂ:Cimenturile contin ghips pentru reglarea prizei: 0-5% constituenti suplimentari unitari(aditivi).

SR 3011/1996-Cimenturi cu caldura de hidratare limitata si cu rezistenta la actiunea apelor cu sulfati.

NOTĂ: Cimenturile contin ghips pentru reglarea prizei.

3.3.Alti lianti hidraulici

3.3.1 Varul hidraulic

se obtine prin arderea moderata (900-1000⁰C) a calcarelor marnoase ( cu circa 6-20% argila). CaO format din descompunerea CaCO₃ va reactiona partial, în stare solida, cu SiO₂, Al₂O₃ si Fe₂O₃ provenite din argila si vor rezulta silicati, aluminati si feriti de calciu.

În varul hidraulic ramâne o cantitate considerabila de CaO care, la amestecarea cu apa se va stinge ( rezultând Ca(OH)₂ ).

Priza si întarirea se desfasoara partial ca la varul nehidraulic, partial ca la ciment.

Se poate utiliza la:

mortare pentru lucrari exploatate atât în mediu uscat cât si în mediu umed;

unele betoane de clasa mica.

În portul Constanta s-au executat primele lucrari portuare cu amestec de var si cenusa de Santorin în anul 1900.

3.3.2.Cimentul ROMAN

Se obtine prin macinarea produsului rezultat prin arderea fara clincherizare ( la 1000-1100⁰C ) a marnelor ( amestecuri naturale de calcar cu cel putin 25% argila).

La macinare se mai pot introduce si diverse adaosuri active plus ghips ( maxim 5%, pentru reglarea prizei ).

Componentii sai mineralogici vor fi: silicati, aluminati si feriti de calciu ( ca la varul hidraulic ) iar CaO liber trebuie sa fie în cantitate redusa ( pentru a nu se stinge în prezenta apei; ca la cimentul Portland ).

Utilizarile cimentului roman pot fi:

-prepararea mortarelor si betoanelor de clasa mica;

-realizarea de blocuri pentru zidarie ( înlocuitori de caramida ) întarite prin tratamente hidrotermice ( autoclavizare ).