Како се праве цемент и бетон

Ако мислите на циглу као вештачке стене, цемент се може сматрати вештачком лавом - течним каменом који се сипа на место где отврдне.

Многи људи говоре о цементу када значе бетон.

• Цемент је ситнозрно једињење које се претвара у чврсту супстанцу помешано са водом. Цемент се користи за везивање смеша материјала у композитну чврсту супстанцу.
• Бетон је мешавина цемента, песка и шљунка. Односно, цемент је лепак бетон.

Сад кад је то јасно, разговарајмо о цементу. Цемент почиње кречом.

Вапно је супстанца која се користи од давнина за прављење корисних ствари као што су малтер и малтер. Вапно се производи спаљивањем или калцинирањем кречњака - и то је начин кречњак добила је име. Хемијски гледано, креч је калцијум оксид (ЦаО) и настаје пржењем калцит (ЦаЦО₃) да отјерају угљен диоксид (ЦО)₂). Тај ЦО₂, а стаклене баште, производи се у великим количинама у индустрији цемента.

Вапно се такође назива јесен или калкс (од латинског, где такође добијамо реч калцијум). У старим мистеријама о убиствима жртве се спрежу да растварају своја тела, јер је врло каустично.

Мешајући са водом, креч се полако претвара у минерални портландит у реакцији ЦаО + Х₂О = Ца (ОХ)₂. Вапно се углавном лужи, односно помеша са вишком воде тако да остаје течно. Гашени креч се даље стврдњава током неколико недеља. Помијешани с пијеском и другим састојцима, кречни кречни цемент се може спајати између камења или цигле у зиду (као малтер) или раширити по површини зида (као жбука или малтер). Тамо, током наредних неколико недеља или дуже, реагује са ЦО₂ у ваздуху да поново формира калцит - вештачки кречњак!

Бетон направљен кречним цементом познат је са археолошких налазишта у Новом и Старом свету, старим више од 5000 година. Изузетно делује у сувим условима. Има два недостатка:

• Вапненачки цемент треба дуго да се излечи, а док је древни свет имао много времена, данас је време новац.
• Вапнени цемент се не стврдне у води, али остаје мекан, односно није хидраулични цемент. Дакле, постоје ситуације када се то не може користити.

Египатске пирамиде садрже да садрже хидраулични цемент на бази раствореног силицијума. Ако се та формула стара 4500 година може потврдити и оживети, била би сјајна ствар. Али данашњи цемент има другачији родовник који је још увек прилично древан.

Око 1000 године пре нове ере, стари Грци су први имали срећну несрећу, помешајући креч са финим вулканским пепелом. Пепео се може сматрати природно калцинираном стијеном, а силицијум оставља у хемијски активном стању попут калцијума у ​​калцинираном кречњаку. Када се ова мешавина вапнено-пепео закуха, настаје потпуно нова супстанца: калцијум-силикат хидрат или оно што хемичари цемента називају Ц-С-Х (приближно СиЦа₂О₄·ИксХ₂О). 2009. године, истраживачи који користе нумеричко моделирање смислили су тачну формулу: (ЦаО)_1.65(СиО₂) (Х₂О)_1.75.

Ц-С-Х је и дан данас мистериозна супстанца, али знамо да је то аморфан гел без постављене кристалне структуре. Отврдне се брзо чак и у води. А трајнији је од кречног цемента.

Стари Грци су овај нови цемент користили на нове и вредне начине, градећи бетонске цистерне које опстају до данас. Али римски инжењери су савладали технологију и изградили морске луке, аквадукте и храмове од бетона. Неке од тих структура добре су као и данас, две хиљаде година касније. Али формула римског цемента је изгубљена падом Римског царства. Савремена истраживања настављају да откривају корисне тајне старих, попут необичних композиција римског бетона у лукобрану изграђеном 37 године пре наше ере, који обећава да ће нам помоћи да уштедимо енергију, користимо мање вапна и стварамо мање ЦО₂.

Иако се кречни цемент наставио употребљавати током мрачног и средњег века, истински хидраулични цемент није откривен до касних 1700-их. Енглески и француски експериментатори сазнали су да калцинирана мешавина кречњака и глиненика може да се претвори у хидраулички цемент. Једна енглеска верзија названа је "Портланд цемент" због своје сличности белом кречњаку на острву Портланд, а назив се убрзо проширио на сав цемент произведен овим процесом.

Убрзо након тога, амерички произвођачи пронашли су вапненце који садрже глине који дају одличан хидраулични цемент уз мало или нимало обраде. Овај јефтини природни цемент чинио је већину 1800-их амерички бетон, а највећи део је настао из град Росендале у јужном Нев Иорку. Росендале је практично генеричко име за природни цемент, мада су остали произвођачи били у Пенсилванији, Индијани и Кентуцкију. Росендале цемент налази се на Бруклинском мосту, америчкој капитолској згради, већини војних зграда из 19. века, подножју статуе слободе и многим другим местима. С порастом потребе за одржавањем историјских структура користећи историјски прикладне материјале, Росендале природни цемент се оживљава.

Прави портланд цемент полако је стекао популарност у Америци како су стандарди напредовали, а темпо изградње убрзао се. Портланд цемент је скупљи, али може се направити било где, а састојци се могу саставити уместо да се ослањају на срећно камење. Такође се брже стврдњава, што је предност када се небодером граде под по један. Данашњи подразумевани цемент је нека верзија портландског цемента.

Данас су вапненац и стијене које садрже глину синтеровани - пржени заједно на готово температури топљења - од 1400 ° до 1500 ° Ц. Производ је гнојна мешавина стабилних једињења која се називају клинкер. Клинкер садржи гвожђе (Фе) и алуминијум (Ал), као и силицијум и калцијум, у четири главна једињења:

• Алите (Ца₃СиО₅)
• Белите (Ца₂СиО₄), геолозима познат као ларнит
• Алуминат (Ца₃Ал₂О₆)
• Ферит (Ца₂АлФеО₅)

Клинкер се меље у прах и помеша са малом количином гипс, што успорава процес очвршћивања. То је Портланд цемент.

Цемент се меша са водом, песком и шљунком да би се постигао бетон. Чисти цемент је бескористан јер се скупља и пукне; такође је много скупље од песка и шљунка. Како се смеша стврдњава, стварају се четири главне супстанце:

• Ц-С-Х
• Портландите
• Еттрингите (Ца₆Ал₂(ТАКО₄)₃(ОХ)₁₂· 26Х₂О; укључује мало Фе)
• Моносулфат ([Ца₂(Ал, Фе) (ОХ)₆] · (ТАКО₄, ОХ, итд.) ·ИксХ₂О)

Појединости о свему овоме су замршени специјалитети, који бетон чине софистицираном технологијом као и било шта на рачунару. Ипак основна бетонска мешавина је практично непроменљива, довољно једноставна за употребу од вас и мене.