cement portlandzki

Ten artykuł dotyczy produktu budowlanego cementu. Aby zapoznać się z australijskim miejscem produkcji wpisanym na listę dziedzictwa, zobacz Portland Cement Works Precinct .

Refer to caption
Worki z cementem portlandzkim zawinięte i ułożone na palecie.
Refer to caption
Blue Circle Southern Cement działa w pobliżu Berrima w Nowej Południowej Walii w Australii.

Cement portlandzki jest najpopularniejszym rodzajem cementu w powszechnym użyciu na całym świecie jako podstawowy składnik betonu , zaprawy , sztukaterii i niespecjalnej zaprawy . Został opracowany z innych rodzajów wapna hydraulicznego w Anglii na początku XIX wieku przez Josepha Aspdina i jest zwykle wytwarzany z wapienia . Jest to drobny proszek , wytwarzany przez ogrzewanie wapienia i minerałów ilastych w piecu w celu wytworzenia klinkieru , szlifowanie klinkieru i dodanie 2 do 3 procent gipsu . Dostępnych jest kilka rodzajów cementu portlandzkiego. Najpopularniejszy, zwany zwykłym cementem portlandzkim (OPC), jest szary, ale biały cement portlandzki . Jego nazwa pochodzi od podobieństwa do kamienia portlandzkiego wydobywanego na wyspie Portland w hrabstwie Dorset w Anglii. Został nazwany przez Josepha Aspdina , który uzyskał na niego patent w 1824 roku. Jego syn William Aspdin jest uważany za wynalazcę „nowoczesnego” cementu portlandzkiego ze względu na jego rozwój w latach czterdziestych XIX wieku.

Niski koszt i powszechna dostępność wapienia, łupków i innych naturalnie występujących materiałów stosowanych w cemencie portlandzkim sprawiają, że jest to stosunkowo tani materiał budowlany. Jego najczęstszym zastosowaniem jest produkcja betonu, materiału kompozytowego składającego się z kruszywa (żwiru i piasku), cementu i wody.

Historia

Refer to caption
Tablica w Leeds upamiętniająca Josepha Aspdina
A black and white photograph of William Aspdin
William Aspdin jest uważany za wynalazcę „nowoczesnego” cementu portlandzkiego.
Świeżo ułożony beton

Cement portlandzki został opracowany z naturalnych cementów wytwarzanych w Wielkiej Brytanii od połowy XVIII wieku. Jego nazwa pochodzi od podobieństwa do kamienia portlandzkiego , rodzaju kamienia budowlanego wydobywanego na wyspie Portland w hrabstwie Dorset w Anglii.

Rozwój nowoczesnego cementu portlandzkiego (czasami nazywanego zwykłym lub zwykłym cementem portlandzkim) rozpoczął się w 1756 roku, kiedy John Smeaton eksperymentował z kombinacjami różnych wapieni i dodatków, w tym trassu i pucolany , przeznaczonych do budowy latarni morskiej, znanej obecnie jako Smeaton's Tower . Pod koniec XVIII wieku cement romański został opracowany i opatentowany w 1796 roku przez Jamesa Parkera . Cement romański szybko stał się popularny, ale w latach pięćdziesiątych XIX wieku został w dużej mierze zastąpiony cementem portlandzkim. W 1811 roku James Frosta wyprodukował cement, który nazwał cementem brytyjskim. Według doniesień James Frost w 1826 roku wzniósł manufakturę do produkcji sztucznego cementu. W 1811 roku Edgar Dobbs z Southwark opatentował cement w rodzaju wynalezionego 7 lat później przez francuskiego inżyniera Louisa Vicata . Cement Vicata jest sztucznym wapnem hydraulicznym i jest uważany za „głównego prekursora” cementu portlandzkiego.

Nazwa cementu portlandzkiego jest odnotowana w katalogu opublikowanym w 1823 roku i jest kojarzona z Williamem Lockwoodem i prawdopodobnie innymi. W swoim patencie na cement z 1824 r. Joseph Aspdin nazwał swój wynalazek „cementem portlandzkim” ze względu na jego podobieństwo do kamienia portlandzkiego . Cement Aspdina w niczym nie przypominał współczesnego cementu portlandzkiego, ale był pierwszym krokiem w rozwoju nowoczesnego cementu portlandzkiego i został nazwany „cementem proto-portlandzkim”.

William Aspdin opuścił firmę swojego ojca, aby założyć własną manufakturę cementu. W latach czterdziestych XIX wieku William Aspdin najwyraźniej przypadkowo wyprodukował krzemiany wapnia , które są pośrednim krokiem w rozwoju cementu portlandzkiego. W 1848 roku William Aspdin dodatkowo udoskonalił swój cement. Następnie w 1853 r. przeniósł się do Niemiec, gdzie zajmował się cementownią. William Aspdin wykonał coś, co można by nazwać „cementem mezo-portlandzkim” (mieszanka cementu portlandzkiego i wapna hydraulicznego). Izaaka Charlesa Johnsona dodatkowo udoskonalił produkcję „cementu mezo-portlandzkiego” (środkowy etap rozwoju) i twierdził, że jest prawdziwym ojcem cementu portlandzkiego.

W 1859 roku John Grant z Metropolitan Board of Works określił wymagania dotyczące stosowania cementu w londyńskim projekcie kanalizacyjnym . Stało się to specyfikacją dla cementu portlandzkiego. Kolejnym osiągnięciem w produkcji cementu portlandzkiego było wprowadzenie pieca obrotowego , opatentowanego przez Fredericka Ransome'a ​​w 1885 (Wielka Brytania) i 1886 (USA); co pozwoliło na mocniejszą, bardziej jednorodną mieszankę i ciągły proces produkcyjny. „Niekończący się” piec Hoffmanna, o którym mówiono, że zapewnia „doskonałą kontrolę nad spalaniem”, został przetestowany w 1860 r. I wykazano, że wytwarza cement najwyższej jakości. Cement ten został wyprodukowany w Portland Cementfabrik Stern w Szczecinie, która jako pierwsza zastosowała piec Hoffmanna. Stowarzyszenie Niemieckich Producentów Cementu wydało normę dotyczącą cementu portlandzkiego w 1878 roku.

Cement portlandzki był importowany do Stanów Zjednoczonych z Niemiec i Anglii, aw latach 70. i 80. XIX wieku był produkowany przez firmę Eagle Portland cement niedaleko Kalamazoo w stanie Michigan. W 1875 roku pierwszy cement portlandzki został wyprodukowany w Coplay Cement Company Kilns pod kierownictwem Davida O. Saylora w Coplay w Pensylwanii . Na początku XX wieku produkowany w Ameryce cement portlandzki wyparł większość importowanego cementu portlandzkiego.

Kompozycja

ASTM C150 definiuje cement portlandzki jako:

cement hydrauliczny (cement, który nie tylko twardnieje w reakcji z wodą, ale także tworzy produkt wodoodporny) wytwarzany przez sproszkowanie klinkieru , który składa się zasadniczo z hydraulicznych krzemianów wapnia, zwykle zawierających jedną lub więcej postaci siarczanu wapnia jako dodatek międzymielony.

Norma europejska EN 197-1 wykorzystuje następującą definicję:

Klinkier portlandzki jest materiałem hydraulicznym , który składa się w co najmniej dwóch trzecich masy z krzemianów wapnia ( 3 CaO·SiO 2 i 2 CaO·SiO 2 ) , pozostałą część składa się z faz klinkieru zawierających glin i żelazo oraz inne związki. Stosunek CaO do SiO2 . nie powinien być mniejszy niż 2,0 Zawartość tlenku magnezu ( MgO ) nie powinna przekraczać 5,0% masowych.

(Dwa ostatnie wymagania zostały już określone w normie niemieckiej wydanej w 1909 r.).

Klinkier stanowi ponad 90% cementu wraz z ograniczoną ilością siarczanu wapnia (CaSO 4 , który kontroluje czas wiązania) i do 5% składników drugorzędnych (wypełniaczy), zgodnie z normami. Klinkier to grudki (o średnicy 0,2–1,0 cala [5,1–25,4 milimetra]) spiekanego materiału, który powstaje, gdy surowa mieszanina o określonym składzie jest podgrzewana do wysokiej temperatury. Kluczowa reakcja chemiczna odróżniająca cement portlandzki od innych wapna hydraulicznego zachodzi w tych wysokich temperaturach (> 1300 ° C (2370 ° F)) jako belit ( Ca 2 SiO 4 ) łączy się z tlenkiem wapnia (CaO) tworząc alit (Ca 3 SiO 5 ).

Produkcja

Ojciec i syn w Gomie w Kongo, rok 2017. Cement może poważnie zaszkodzić skórze.

Klinkier portlandzki jest wytwarzany przez ogrzewanie w piecu cementowym mieszanki surowców do temperatury kalcynacji powyżej 600 ° C (1112 ° F), a następnie do temperatury topnienia, która wynosi około 1450 ° C (2640 ° F) dla nowoczesnych cementów, do spiekania materiałów w klinkier.

Materiały klinkieru cementowego to alit, belit, glinian trójwapniowy i ferryt glinowo-tetrawapniowy. Tlenki glinu, żelaza i magnezu występują jako topnik , który umożliwia tworzenie się krzemianów wapnia w niższej temperaturze i ma niewielki wpływ na wytrzymałość. W przypadku cementów specjalnych, takich jak niskotemperaturowe (LH) i odporne na siarczany (SR), konieczne jest ograniczenie ilości powstającego glinianu trójwapniowego (3 CaO·Al 2 O 3 ).

Głównym surowcem do produkcji klinkieru jest zwykle wapień (CaCO 3 ) zmieszany z drugim materiałem zawierającym glinę jako źródło glinokrzemianu. Zwykle stosuje się zanieczyszczony wapień, który zawiera glinę lub SiO2 . Zawartość CaCO 3 w tych wapieniach może wynosić nawet 80%. Surowce wtórne (materiały w mieszance surowcowej inne niż wapień) zależą od czystości wapienia. Niektóre z użytych materiałów to glina , łupek , piasek , ruda żelaza , boksyt , popiół lotny i żużel . Gdy piec cementowy jest opalany węglem, popiół z węgla działa jako surowiec wtórny.

Szlifowanie cementu

Cementownia o mocy 10 MW, produkująca cement z prędkością 270 ton na godzinę.
Główny artykuł: Cementownia

do klinkieru dodaje się pewną ilość (2–8%, ale zwykle 5%) siarczanu wapnia (zwykle gipsu lub anhydrytu ), a mieszaninę drobno mielono, aby uzyskać gotowy cement proszek. Osiąga się to w młynie cementowym . Proces mielenia jest kontrolowany w celu uzyskania proszku o szerokim zakresie wielkości cząstek , w którym typowo 15% masowych składa się z cząstek o średnicy poniżej 5 μm i 5% cząstek powyżej 45 μm. Zwykle używaną miarą rozdrobnienia jest „ powierzchnia właściwa ”. ', czyli całkowite pole powierzchni cząstek jednostkowej masy cementu. Szybkość początkowej reakcji (do 24 godzin) cementu po dodaniu wody jest wprost proporcjonalna do powierzchni właściwej. Typowe wartości to 320-380 m 2 ·kg -1 dla cementów ogólnego zastosowania i 450-650 m 2 ·kg -1 do „szybko twardniejących” cementów. Cement jest transportowany taśmą lub pompą proszkową do silosu w celu magazynowania. Cementownie zwykle dysponują wystarczającą przestrzenią silosową na produkcję od jednego do 20 tygodni, w zależności od lokalnych cykli zapotrzebowania. Cement jest dostarczany do użytkowników końcowych albo w workach, albo w postaci proszku luzem wdmuchiwanego z pojazdu ciśnieniowego do silosu klienta. W krajach uprzemysłowionych 80% lub więcej cementu dostarcza się luzem.


Typowe składniki klinkieru portlandzkiego i gipsu z notacją chemika cementu (CCN)
Klinkier CCN Masa
Krzemian trójwapniowy (CaO) 3 · SiO 2 C 3 S 25–50%
Krzemian dwuwapniowy (CaO) 2 · SiO 2 C 2 S 20–45%
Glinian trójwapniowy (CaO) 3 · Al 2 O 3 C 3 A 5–12%
Glinoferryt tetrawapniowy (CaO) 4 · Al 2 O 3 · Fe 2 O 3 C 4 AF 6–12%
Gips CaSO 4 · 2 H 2 O CS̅H 2 2–10%

Typowe składniki cementu portlandzkiego z oznaczeniem chemika cementu
Cement CCN Masa
Tlenek wapnia, CaO C 61–67%
Dwutlenek krzemu, SiO2 S 19–23%
Tlenek glinu , Al2O3 A 2,5–6%
Tlenek żelaza, Fe 2 O 3 F 0–6%
Tlenek siarki (VI), SO 3 S 1,5–4,5%

Wiązanie i utwardzanie

Cement wiąże się po zmieszaniu z wodą w wyniku złożonej serii reakcji chemicznych, które wciąż są tylko częściowo poznane. [ Potrzebne źródło ] Różne składniki powoli krystalizują, a zazębianie się ich kryształów nadaje cementowi jego wytrzymałość. Dwutlenek węgla jest powoli wchłaniany, aby przekształcić portlandyt (Ca(OH) 2 ) w nierozpuszczalny węglan wapnia . Po wstępnym zastygnięciu zanurzenie w ciepłej wodzie przyspieszy wiązanie. Gips jest dodawany jako inhibitor, aby zapobiec błyskaniu (lub szybkiemu) wiązaniu.

Używać

Dekoracyjne zastosowanie płyt z cementu portlandzkiego na londyńskiej posiadłości Grosvenor

Najczęstszym zastosowaniem cementu portlandzkiego jest produkcja betonu. Beton to materiał kompozytowy składający się z kruszywa ( żwiru i piasku ), cementu i wody. Jako materiał konstrukcyjny beton można odlać w niemal dowolnym kształcie, a po stwardnieniu może stać się elementem konstrukcyjnym (nośnym). Beton może być używany do budowy elementów konstrukcyjnych, takich jak panele, belki i meble uliczne , lub może być wylewany na miejscu do konstrukcji nośnych, takich jak drogi i tamy. Mogą być one dostarczane z betonem wyrabianym na miejscu lub mogą być wyposażone w „ towarowy ” wytwarzany w stałych miejscach mieszania. Cement portlandzki jest również stosowany w zaprawach (tylko z piaskiem i wodą), do tynków i jastrychów oraz w zaprawach (mieszanki cementowo-wodne wciskane w szczeliny w celu konsolidacji fundamentów, podbudów drogowych itp.).

Po zmieszaniu wody z cementem portlandzkim produkt wiąże w ciągu kilku godzin i twardnieje przez kilka tygodni. Procesy te mogą się znacznie różnić, w zależności od użytej mieszanki i warunków utwardzania produktu, ale typowy beton wiąże się w ciągu około 6 godzin i rozwija wytrzymałość na ściskanie 8 MPa w ciągu 24 godzin. Wytrzymałość wzrasta do 15 MPa po 3 dniach, 23 MPa po 1 tygodniu, 35 MPa po 4 tygodniach i 41 MPa po 3 miesiącach. W zasadzie siła nadal rośnie powoli, dopóki dostępna jest woda do dalszego nawodnienia [ wątpliwe – dyskutuj ] , ale beton zwykle pozostawia się do wyschnięcia po kilku tygodniach, co powoduje zatrzymanie wzrostu wytrzymałości.

typy

Ogólny

ASTM C150

Istnieje pięć rodzajów cementów portlandzkich, z odmianami pierwszych trzech zgodnie z ASTM C150.

typu I jest znany jako cement powszechny lub ogólnego zastosowania. Na ogół przyjmuje się, chyba że określono inny typ. Jest powszechnie stosowany w budownictwie ogólnym, zwłaszcza przy wykonywaniu prefabrykatów i prefabrykatów z betonu sprężonego, który nie ma kontaktu z gruntami ani wodami gruntowymi. Typowe kompozycje tego typu to:

55% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 2,8% MgO, 2,9% (SO 3 ), 1,0% utrata zapłonu i 1,0 % wolnego CaO (wykorzystując notację chemika cementu ).

Ograniczeniem składu jest to, że (C3A ) nie przekracza 15%.

Typ II zapewnia umiarkowaną odporność na siarczany i wydziela mniej ciepła podczas hydratacji. Ten rodzaj cementu kosztuje mniej więcej tyle samo, co cement typu I. Typowy skład mieszanki to:

51% (C 3 S), 24% (C 2 S), 6% (C 3 A), 11% (C 4 AF), 2,9% MgO, 2,5% (SO 3 ), 0,8% utrata zapłonu i 1,0 % wolnego CaO.

Ograniczeniem składu jest to, że zawartość (C3A ) nie powinna przekraczać 8%, co zmniejsza jego podatność na siarczany. Ten typ jest przeznaczony do budownictwa ogólnego narażonego na umiarkowany atak siarczanów i jest przeznaczony do stosowania, gdy beton ma kontakt z glebą i wodami gruntowymi, zwłaszcza w zachodnich Stanach Zjednoczonych ze względu na wysoką zawartość siarki w glebie. Ze względu na cenę zbliżoną do ceny typu I, typ II jest szeroko stosowany jako cement ogólnego zastosowania, a większość cementu portlandzkiego sprzedawanego w Ameryce Północnej spełnia tę specyfikację.

Uwaga: Cement spełniający m.in. specyfikacje dla typu I i II stał się powszechnie dostępny na światowym rynku.

Typ III ma stosunkowo wysoką wytrzymałość wczesną. Jego typowy skład chemiczny to:

57% (C 3 S), 19% (C 2 S), 10% (C 3 A), 7% (C 4 AF), 3,0% MgO, 3,1% (SO 3 ), 0,9% utrata zapłonu i 1,3 % wolnego CaO.

Ten cement jest podobny do typu I, ale drobniejszy. Niektórzy producenci wytwarzają osobny klinkier o wyższej zawartości C 3 S i/lub C 3 A, ale jest to coraz rzadsze i zwykle stosuje się klinkier ogólnego przeznaczenia, mielony do określonej powierzchni , zazwyczaj o 50–80% wyższej. Poziom gipsu można również nieznacznie zwiększyć. Daje to betonowi z tego typu cementu trzydniową wytrzymałość na ściskanie równą siedmiodniowej wytrzymałości na ściskanie typu I i II. Jego siedmiodniowa wytrzymałość na ściskanie jest prawie równa 28-dniowej wytrzymałości na ściskanie typu I i II. Jedynym minusem jest to, że sześciomiesięczna wytrzymałość typu III jest taka sama lub nieco mniejsza niż w przypadku typów I i II. Dlatego poświęca się długoterminową siłę. Jest zwykle używany do produkcji prefabrykatów betonowych, gdzie wysoka wytrzymałość jednodniowa pozwala na szybki obrót form. Może być również stosowany przy budowie i remontach awaryjnych oraz budowie podstaw maszyn i instalacji bramowych.

typu IV jest ogólnie znany z niskiego ciepła hydratacji. Jego typowy skład chemiczny to:

28% (C 3 S), 49% (C 2 S), 4% (C 3 A), 12% (C 4 AF), 1,8% MgO, 1,9% (SO 3 ), 0,9% utrata zapłonu i 0,8% % wolnego CaO.

Procenty (C2S ) i (C4AF ) są stosunkowo wysokie, a (C3S ) i (C3A ) są stosunkowo niskie. Ograniczeniem tego typu jest to, że maksymalny procent (C3A ) wynosi siedem, a maksymalny procent (C3S ) wynosi trzydzieści pięć. Powoduje to wydzielanie ciepła w reakcji hydratacji rozwijać się w wolniejszym tempie. W konsekwencji wytrzymałość betonu rośnie powoli. Po jednym lub dwóch latach wytrzymałość jest wyższa niż w przypadku innych typów po pełnym utwardzeniu. Cement ten jest stosowany do bardzo dużych konstrukcji betonowych, takich jak tamy, które mają niski stosunek powierzchni do objętości. Ten rodzaj cementu na ogół nie jest dostępny u producentów, ale niektórzy mogą rozważyć duże zamówienie specjalne. Ten rodzaj cementu nie był produkowany od wielu lat, ponieważ cementy portlandzkie i pucolanowe oraz granulowany żużel wielkopiecowy stanowią tańszą i bardziej niezawodną alternatywę.

Typ V jest stosowany tam, gdzie ważna jest odporność na siarczany. Jego typowy skład chemiczny to:

38% (C 3 S), 43% (C 2 S), 4% (C 3 A), 9% (C 4 AF), 1,9% MgO, 1,8% (SO 3 ), 0,9% strat prażenia i 0,8% % wolnego CaO.

Cement ten ma bardzo niski skład (C3A ) , co odpowiada za jego wysoką odporność na siarczany. Maksymalna dozwolona zawartość (C 3 A) wynosi 5% dla cementu portlandzkiego typu V. Innym ograniczeniem jest to, że skład (C4AF ) + 2(C3A ) nie może przekraczać 20%. Ten typ jest stosowany w betonie narażonym na alkaliczną glebę i siarczany wód gruntowych , które reagują z (C 3 A) powodując destrukcyjną ekspansję. Jest niedostępny w wielu miejscach, chociaż jego użycie jest powszechne w zachodnich Stanach Zjednoczonych i Kanadzie. Podobnie jak w przypadku typu IV, cement portlandzki typu V został wyparty głównie przez użycie zwykłego cementu z dodatkiem zmielonego granulowanego żużla wielkopiecowego lub trzeciorzędowych mieszanych cementów zawierających żużel i popiół lotny.

Typy Ia, IIa i IIIa mają taki sam skład jak typy I, II i III. Jedyna różnica polega na tym, że w Ia, IIa i IIIa środek napowietrzający jest mielony w mieszance. Napowietrzanie musi spełniać minimalne i maksymalne opcjonalne specyfikacje podane w podręczniku ASTM. Te typy są dostępne tylko we wschodnich Stanach Zjednoczonych i Kanadzie, tylko w ograniczonym zakresie. Są złym podejściem [ potrzebne wyjaśnienie ] do napowietrzania, które poprawia odporność na zamarzanie w niskich temperaturach.

Typy II(MH) i II(MH)a mają podobny skład jak typy II i IIa, ale z łagodnym ciepłem.

Norma EN 197

Norma europejska EN 197-1 definiuje pięć klas zwykłego cementu, którego głównym składnikiem jest cement portlandzki. Klasy te różnią się od klas ASTM.

Klasa Opis Składniki
CEM I cement portlandzki Zawiera cement portlandzki i do 5% pomniejszych składników dodatkowych
CEM II Cement portlandzki-kompozytowy Cement portlandzki i do 35% innych* pojedynczych składników
CEM III Cement wielkopiecowy Cement portlandzki i wyższy procent żużla wielkopiecowego
CEM IV Cement pucolanowy Cement portlandzki i do 55% składników pucolanowych
CEM V Cement kompozytowy Cement portlandzki, żużel wielkopiecowy lub popiół lotny i pucolana

* Składniki dozwolone w kompozytowych cementach portlandzkich to sztuczne pucolany (żużel wielkopiecowy (w rzeczywistości utajone spoiwo hydrauliczne), pył krzemionkowy i popioły lotne) lub pucolany naturalne (krzemionkowe lub krzemionkowo-aluminiowe materiały, takie jak szkło z popiołu wulkanicznego, kalcynowane gliny i łupki).

CSA A3000-08

Normy kanadyjskie opisują sześć głównych klas cementu, z których cztery mogą być również dostarczane jako mieszanki zawierające mielony wapień (gdzie w nazwach klas występuje przyrostek L).

Klasa Opis
GU, GUL (inaczej cement typu 10 (GU)) Cement ogólnego zastosowania
SM Cement średnio odporny na siarczany
MH, MHL Cement o średniej temperaturze
ON, HEL Cement o wysokiej wytrzymałości wczesnej
LH, LHL Cement niskotemperaturowy
HS Wysoka odporność na siarczany; ogólnie rozwija siłę wolniej niż inne typy.

Biały cement portlandzki

Biały cement portlandzki lub biały zwykły cement portlandzki (WOPC) jest podobny do zwykłego, szarego cementu portlandzkiego pod każdym względem, z wyjątkiem wysokiego stopnia białości. Uzyskanie tego koloru wymaga surowców o wysokiej czystości (niska zawartość Fe 2 O 3 ) oraz pewnej modyfikacji metody wytwarzania, m.in. wyższej temperatury pieca wymaganej do spiekania klinkieru przy braku tlenków żelaza pełniących rolę topnika w normalnym klinkierze . jako Fe2O3 _ _ przyczynia się do obniżenia temperatury topnienia klinkieru (zwykle 1450 °C), biały cement wymaga wyższej temperatury spiekania (około 1600 °C). Z tego powodu jest nieco droższy niż szary produkt. Głównym wymaganiem jest niska zawartość żelaza, która powinna być mniejsza niż 0,5% wag. w przeliczeniu na Fe 2 O 3 dla cementu białego i mniej niż 0,9% wag. dla cementu białawego. Pomocne jest również posiadanie tlenku żelaza jako tlenku żelazawego (FeO), który jest uzyskiwany w warunkach lekko redukujących w piecu, tj. pracy przy zerowym nadmiarze tlenu na wylocie z pieca. Nadaje to klinkierowi i cementowi zielony odcień. ilości innych tlenków metali, takich jak Cr 2 O 3 (zielony), MnO (różowy), TiO 2 (biały) itp., również mogą dawać przebarwienia, dlatego do danego projektu najlepiej jest użyć cementu z pojedyncza partia.

Problemy z bezpieczeństwem

Worki z cementem mają rutynowo drukowane ostrzeżenia dotyczące zdrowia i bezpieczeństwa, ponieważ cement jest nie tylko silnie zasadowy , ale także proces wiązania jest egzotermiczny . W rezultacie mokry cement jest silnie żrący i może łatwo spowodować poważne oparzenia skóry , jeśli nie zostanie szybko zmyty wodą. Podobnie suchy proszek cementowy w kontakcie z błonami śluzowymi może powodować poważne podrażnienie oczu lub dróg oddechowych. Reakcja pyłu cementowego z wilgocią w zatokach i płucach może również powodować oparzenia chemiczne, a także bóle głowy, zmęczenie i raka płuc.

Produkcja cementów o stosunkowo niskiej zasadowości (pH<11) jest przedmiotem ciągłych badań.

W Skandynawii , Francji i Wielkiej Brytanii poziom chromu(VI) , który jest uważany za toksyczny i silnie drażniący skórę, nie może przekraczać 2 części na milion (ppm).

W Stanach Zjednoczonych Urząd ds. Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (OSHA) ustalił prawny limit ( dopuszczalny limit narażenia ) dla narażenia na cement portlandzki w miejscu pracy na 50 mppcf (milion cząstek na stopę sześcienną) w ciągu 8-godzinnego dnia pracy. Narodowy Instytut Bezpieczeństwa i Higieny Pracy (NIOSH) ustalił zalecaną wartość graniczną narażenia (REL) na 10 mg/m 3 całkowitego narażenia i 5 mg/m 3 narażenia dróg oddechowych w ciągu 8-godzinnego dnia pracy. Na poziomie 5000 mg/m 3 cement portlandzki jest bezpośrednio zagrażające życiu i zdrowiu .

Efekty środowiskowe

Produkcja cementu portlandzkiego może mieć wpływ na środowisko na wszystkich etapach procesu. Obejmują one emisje zanieczyszczeń powietrza w postaci pyłu; gazy; hałas i wibracje podczas obsługi maszyn i robót strzałowych w kamieniołomach; zużycie dużych ilości paliwa podczas produkcji; uwalnianie CO
2 z surowców podczas produkcji oraz szkody na terenach wiejskich spowodowane wydobyciem. Sprzęt do redukcji emisji pyłu podczas wydobywania i produkcji cementu jest szeroko stosowany, a coraz częściej stosuje się sprzęt do wychwytywania i oddzielania gazów spalinowych. Ochrona środowiska obejmuje również reintegrację kamieniołomów z krajobrazem po ich likwidacji poprzez przywrócenie ich naturze lub rekultywację.

Cement portlandzki jest żrący , więc może powodować oparzenia chemiczne. Proszek może powodować podrażnienia lub, przy silnym narażeniu, raka płuc i może zawierać wiele niebezpiecznych składników, w tym krzemionkę krystaliczną i sześciowartościowy chrom . Kwestie środowiskowe to wysokie zużycie energii wymagane do wydobywania, produkcji i transportu cementu oraz związane z tym zanieczyszczenie powietrza, w tym uwalnianie gazów cieplarnianych, dwutlenku węgla , dioksyn , [ potrzebne źródło ] NO x , SO 2 i cząstek stałych . Produkcja cementu portlandzkiego odpowiada za około 10% światowej emisji dwutlenku węgla . Międzynarodowa Agencja Energetyczna oszacowała, że ​​produkcja cementu wzrośnie o 12-23% do 2050 r., aby zaspokoić potrzeby rosnącej populacji świata. Trwa kilka badań mających na celu odpowiednie zastąpienie cementu portlandzkiego dodatkowymi materiałami cementowymi.

Notatki i raporty epidemiologiczne dotyczące narażenia na dwutlenek siarki w cementowniach portlandzkich z Centrum Kontroli Chorób stwierdzają:

Pracownicy cementowni portlandzkich, zwłaszcza ci, którzy spalają paliwo zawierające siarkę, powinni być świadomi ostrych i przewlekłych skutków narażenia na SO
2 [dwutlenek siarki], a szczytowe i całozmianowe stężenia SO
2 powinny być okresowo mierzone.

Niezależna praca badawcza AEA Technology mająca na celu zidentyfikowanie krytycznych problemów dla przemysłu cementowego wykazała, że ​​najważniejszymi problemami środowiskowymi, BHP, przed którymi stoi przemysł cementowy, są emisje do atmosfery (w tym emisje gazów cieplarnianych , dioksyn, NO x , SO
2 i cząstek stałych) ), wypadki i narażenie pracowników na pył. [ potrzebne lepsze źródło ]

CO :
2 związany z produkcją cementu portlandzkiego pochodzi głównie z czterech źródeł

źródło CO2
_ 		Kwota
Dekarbonizacja wapienia CO2
stała : minimum około 0,47 kg (1,0 funta) na kg cementu, maksimum 0,54, typowa wartość około 0,50 na całym świecie. [ potrzebne źródło ]
Spalanie paliwa w piecu Różni się w zależności od wydajności instalacji: wydajna instalacja do kalcynacji wstępnej 0,24 kg (0,53 funta) CO2
. na kg cementu, niskowydajny proces mokry do 0,65, typowe nowoczesne praktyki (np. w Wielkiej Brytanii) średnio około 0,30 [ potrzebne źródło ]
Produkowane przez pojazdy w cementowniach i dystrybucji Prawie nieistotne przy 0,002–0,005. Tak więc typowy całkowity CO
2 wynosi około 0,80 kg (1,8 funta) CO
2 na kg gotowego cementu.
Wytwarzanie energii elektrycznej Różni się w zależności od lokalnego źródła zasilania. Typowe zużycie energii elektrycznej jest rzędu 90-150 kWh na tonę cementu, co odpowiada 0,09-0,15 kg (0,20-0,33 funta) CO
2 na kg gotowego cementu, jeśli energia elektryczna jest wytwarzana z węgla.

Ogólnie rzecz biorąc, dzięki energii jądrowej lub hydroelektrycznej oraz wydajnej produkcji, emisję CO
2 można zmniejszyć do 0,7 kg (1,5 funta) na kg cementu, ale może ona być dwukrotnie wyższa. [ potrzebne wyjaśnienie ] Istotą innowacji na przyszłość jest ograniczenie źródeł 1 i 2 poprzez modyfikację składu chemicznego cementu, wykorzystanie odpadów i przyjęcie bardziej wydajnych procesów. [ potrzebne źródło ] Chociaż produkcja cementu jest wyraźnie źródłem bardzo dużego CO
2 emitera, beton (którego cement stanowi około 15%) wypada pod tym względem całkiem korzystnie w porównaniu z innymi nowoczesnymi systemami budowlanymi. [ potrzebne źródło ] . Tradycyjne materiały, takie jak zaprawy na bazie wapna, a także metody budowlane oparte na drewnie i ziemi, emitują znacznie mniej CO 2 .

Cementownie wykorzystywane do usuwania lub przetwarzania odpadów

Zużyte opony podawane do pary pieców cementowych

Ze względu na wysokie temperatury wewnątrz pieców cementowych , w połączeniu z atmosferą utleniającą (bogatą w tlen) i długim czasem przebywania, piece cementowe są wykorzystywane jako opcja przetwarzania różnych rodzajów strumieni odpadów; w rzeczywistości skutecznie niszczą wiele niebezpiecznych związków organicznych. Strumienie odpadów często zawierają również materiały palne, które umożliwiają zastąpienie części paliw kopalnych normalnie stosowanych w procesie.

Odpady stosowane w piecach cementowych jako uzupełnienie paliwa:

Produkcja cementu portlandzkiego może również odnieść korzyści z wykorzystania przemysłowych produktów ubocznych ze strumienia odpadów. Należą do nich w szczególności:

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Dalsza lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Portland_cement&oldid=1138249242 ”