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Nel senso più generale della parola, a cemento è un raccoglitore, una sostanza che si regola indipendentemente e si indurisce e può legare insieme altri materiali. “Il cemento„ nome va di nuovo al Romans che ha usato il termine “caementitium del opus„ per descrivere la massoneria che ha assomigliato al calcestruzzo ed è stata fatta dalla pietra frantumata con calce bruciata come raccoglitore. La cenere vulcanica e gli additivi polverizzati del mattone che sono stati aggiunti alla calce bruciata per ottenere un raccoglitore idraulico più successivamente si sono riferiti a come il cementum, il cimentum, il cäment e cemento. I cementi usati nella costruzione sono caratterizzati As idraulico o non-idraulico.
L'uso più importante di cemento è la produzione di mortaio e concreto - il bonding dei complessi naturali o artificiali per formare un materiale da costruzione forte che è durevole di fronte alle conseguenze sull'ambiente normali.
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I cementi idraulici sono materiali che regoli ed indurisca dopo la combinazione con acqua, come conseguenza di reazioni chimiche con acqua di miscelazione e quella, dopo l'indurimento, mantenga la resistenza e la stabilità anche sotto acqua. Il requisito chiave di queste resistenza e stabilità è che gli idrati hanno formato su reazione immediata con acqua sono essenzialmente insolubili in acqua. La maggior parte dei cementi della costruzione oggi sono idraulici e la maggior parte di questi sono basati sopra Cemento di Portland, da che è fatto soprattutto calcare, sicuro argilla minerali e gesso in un processo a temperatura elevata che elimina anidride carbonica e chimicamente unisce gli ingredienti primari nei nuovi residui. i cementi Non-idraulici includono tali materiali come gli intonachi (non-idraulici) del gesso e della calce, che devono essere mantenuti asciutto per guadagnare la resistenza e l'ossicloruro cementa, che hanno componenti liquidi. Le malta di calce, per esempio, “si sono regolate„ soltanto asciugandosi e da resistenza di guadagno soltanto molto lentamente da assorbimento dell'anidride carbonica dall'atmosfera per riformare il carbonato di calcio attraverso carbonatazione.
Regolandosi ed indurendosi dei cementi idraulici è causato dalla formazione dei residui contenenti acqua, che formano come conseguenza delle reazioni fra i componenti del cemento e l'acqua. La reazione ed i prodotti di reazione si riferiscono a come idratazione e gli idrati o fasi dell'idrato, rispettivamente. Come conseguenza dell'inizio immediato delle reazioni, un irrigidimento può essere osservato che è inizialmente leggero ma che aumenta con tempo. Il punto a cui l'irrigidimento raggiunge un determinato livello si riferisce a come l'inizio di regolazione. Ulteriore consolidamento è denominato la regolazione, dopo di che la fase di indurimento comincia. La resistenza compressiva del materiale allora si sviluppa costantemente, su un periodo che varia da alcuni giorni nel caso “dell'ultra-veloce-indurimento„ dei cementi a parecchi anni nel caso dei cementi ordinari.
I cementi della costruzione più in anticipo sono vecchi quanto la costruzione,[1] ed erano non-idraulico. Dovunque i mattoni primitivi del fango siano usati, si sono inseriti insieme ad uno strato sottile dei residui dell'argilla. Fango-ha basato i materiali inoltre sono stati usati per la rappresentazione sulle pareti di legname o acacia e daub strutture. Calce probabilmente è stato usato per la prima volta come un additivo in questi rende e per i pavimenti di stabilizzazione del fango. Un fango “del daub„, un dung della mucca e una calce consistenti produce un duro e ricoprire, dovuto coagulazione, dalla calce, delle proteine nel dung della mucca. Questo sistema semplice era comune in Europa fino ai periodi abbastanza recenti. Con l'avvenimento dei mattoni infornati ed il loro uso in più grandi strutture, le varie colture hanno cominciato sperimentare con i mortai di alto-resistenza basati su bitume (in Mesopotamia), su gesso (nell'Egitto) e su calce (in molte parti del mondo).
È incerto dove in primo luogo è stato scoperto che una combinazione di calce non-idraulica idratata e della a pozzolan produce una miscela idraulica, ma il calcestruzzo fatto da tali miscele in primo luogo è stato usato su vasta scala dal Romans. Hanno usato entrambi i pozzolans naturali (trass o pumicing) e pozzolans artificiali (mattone o terraglie di messa a terra) in questi calcestruzzi. Molti esempi eccellenti delle strutture fatte da questi calcestruzzi ancora stanno levando in piedi, considerevolmente la cupola monolitica enorme del Pantheon a Roma. L'uso di calcestruzzo strutturale è sparito in Europa medioevale, anche se i calcestruzzi pozzolanic deboli hanno continuato ad essere usati come nucleo riempono le pareti e le colonne di pietra.
I cementi idraulici moderni hanno cominciato ad essere sviluppati dall'inizio della rivoluzione industriale (intorno 1700), guidato da tre bisogni principali:
In Gran-Bretagna specialmente, la pietra da costruzione di buona qualità è diventato mai più costosa durante il periodo di sviluppo veloce e si è trasformato in in una pratica corrente costruire le costruzioni di prestigio dai nuovi mattoni industriali e rifinirli con la a stucco per imitare pietra. Le calce idrauliche sono state favorite per questa, ma l'esigenza di un tempo veloce dell'insieme ha consigliato allo sviluppo di nuovi cementi. Più famoso fra questi era Parker “Cemento romano."[2] Ciò è stata sviluppata vicino James Parker nel 1780s ed infine brevettato in 1796. Era, infatti, niente come tutto il materiale utilizzato dal Romans, ma era “un cemento naturale„ fatto bruciando il septaria - noduli che sono trovati in determinati giacimenti dell'argilla e che contengono sia i minerali dell'argilla che il carbonato di calcio. I noduli bruciati sono stati macinati ad una polvere fine. Questo prodotto, trasformato un mortaio con la sabbia, insieme in 5-15 minuti. Il successo “di cemento romano„ ha condotto altri fornitori sviluppare i prodotti rivali bruciando le miscele artificiali di argilla e di gesso.
John Smeaton ha dato un contributo importante allo sviluppo dei cementi quando stava progettando la costruzione del terzo Faro di Eddystone (1755-9) nella Manica inglese. Ha avuto bisogno di una malta idraulica che si regolerebbe e sviluppa una certa resistenza nel periodo di dodici ore fra le alte maree successive. Ha realizzato una ricerca di mercato esauriente sulle calce idrauliche disponibili, visitanti i loro luoghi di produzione ed ha notato che “il hydraulicity„ della calce direttamente è stato collegato con il contenuto dell'argilla del calcare da cui è stato fatto. Smeaton era a assistente tecnico civile dalla professione ed ha preso l'idea no più ulteriormente. Apparentemente ignaro del lavoro dello Smeaton, lo stesso principio è stato identificato vicino Louis Vicat nella prima decade del diciannovesimo secolo. Vicat ha continuato ad inventare un metodo di combinazione del gesso e l'argilla in una miscela intima e, bruciante questa, ha prodotto “un cemento artificiale„ in 1817. Gelo del James,[3] funzionando in Gran-Bretagna, prodotta che cosa ha chiamato “cemento britannico„ in un modo simile intorno allo stesso tempo, ma non ha ottenuto un brevetto fino al 1822. In 1824, Joseph Aspdin ha brevettato un materiale simile, che ha denominato cemento di Portland, perché la rappresentazione fatta da esso era a colori simile al prestigious Pietra de Portland.
Tutti i suddetti prodotti non potrebbero competere a calce/a calcestruzzi pozzolan a causa della veloce-regolazione (che danno tempo insufficiente per la disposizione) e delle resistenze iniziali basse (richiedere fa ritardare di molte settimane prima che la cassaforma potrebbe essere rimossa). Le calce idrauliche, i cementi “naturali„ ed i cementi “artificiali„ tutte contano sul loro belite soddisfare per sviluppo di resistenza. Belite sviluppa lentamente la resistenza. Poiché sono stati bruciati alle temperature inferiore a °C 1250, hanno contenuto no alite, che è responsabile di resistenza iniziale in cementi moderni. Il primo cemento per contenere costantemente l'alite era quello fatto dal figlio del Joseph Aspdin William nel 1840s iniziale. Ciò era che cosa denominiamo oggi cemento di Portland “moderno„. A causa dell'aria di mistero con cui William Aspdin ha circondato il suo prodotto, altri (per esempio. Vicat e I C Johnson) hanno esatto la precedenza in questa invenzione, ma l'analisi recente[4] sia del suo cemento concreto che grezzo hanno indicato che prodotto del William Aspdin fatto a Northfleet, Risonanza era un allineare alite-ha basato il cemento. Tuttavia, i metodi del Aspdin erano “regola-de-pollice„: Vicat è responsabile della stabilizzazione della base chimica di questi cementi e Johnson ha stabilito l'importanza della sinterizzazione della miscela nel forno.
L'innovazione del William Aspdin era contatore-intuitiva per i fornitori “di cementi artificiali„, perché hanno richiesto più calce nella miscela (un problema per il suo padre), perché hanno richiesto una temperatura molto più alta del forno (e quindi più combustibile) e perché il clinker risultante era molto duro e velocemente ha portato giù le mole che erano l'unica tecnologia stridente disponibile del tempo. I costi di Manufacturing erano quindi considerevolmente più alti, ma il prodotto si è regolato ragionevolmente lentamente ed ha sviluppato la resistenza rapidamente, così aprendo un mercato per uso in calcestruzzo. L'uso di calcestruzzo nella costruzione si è sviluppato velocemente dal 1850 in poi ed era presto l'uso dominante per i cementi. Così il cemento di Portland ha cominciato il relativo ruolo predominante.
Il cemento è fatto riscaldando il calcare con le piccole quantità di altri materiali (quale argilla) a 1450°C in un forno. La sostanza dura risultante, denominata clinker del `', allora è macinata con una piccola quantità di gesso in una polvere per rendere a `il cemento di Portland ordinario', il tipo più comunemente usato di cemento (citato spesso come OPC).
Il cemento di Portland è un ingrediente di base di concreto, mortaio e la maggior parte della non-specialità malta liquida. L'uso più comune per il cemento di Portland è nella produzione di calcestruzzo. Il calcestruzzo è consistere del materiale composito complesso (ghiaia e sabbia), cemento ed acqua. Come materiale da costruzione, il calcestruzzo può essere lanciato in quasi tutta la figura voluta ed indurito una volta, può diventare un elemento (portante) strutturale. Il cemento di Portland può essere grigio o bianco.
Per i particolari della fabbricazione di cemento di Portland, veda l'articolo principale. L'uomo che il primo ha inventato il cemento di Portland proveniva da Wakefield, West Yorkshire.
Questi sono spesso disponibili come miscele della inter-terra dai fornitori del cemento, ma le formulazioni simili spesso inoltre sono mescolate dai componenti al suolo nella pianta di miscela di calcestruzzo.[5]
Cemento de Portland Blastfurnace contiene fino a 70% la terra ha granulato le scorie del forno, con il clinker de Portland di resto e un poco gesso. Tutte le composizioni producono l'alta ultima resistenza, ma mentre il soddisfare delle scorie è aumentato, la resistenza iniziale è ridotta, mentre la resistenza del solfato aumenta e l'evoluzione del calore diminue. Usato come alternativa economica alla solfato-resistenza de Portland ed ai cementi low-heat.[6]
Cemento de Portland Flyash contiene fino a 30% cenere volatile. Il flyash è pozzolanic, di modo che l'ultima resistenza è effettuata. Poiché l'aggiunta del flyash permette un contenuto idrico concreto più basso, la resistenza iniziale può anche essere effettuata. Dove il flyash poco costoso di buona qualità è disponibile, questa può essere un'alternativa economica al cemento di Portland ordinario.[7]
Cemento de Portland Pozzolan include il cemento della cenere volatile, poiché la cenere volatile è un pozzolan, ma inoltre include i cementi fatti da altri pozzolans naturali o artificiali. In paesi in cui le ceneri vulcaniche sono disponibili (per esempio. L'Italia, il Cile, il Messico, le Filippine) questi cementi sono spesso la forma più comune in uso.
Cemento del vapore del silicone de Portland. Aggiunta di vapore del silicone può rendere le resistenze particolarmente alte ed i cementi che contengono il vapore del silicone 5-20% sono prodotti occasionalmente. Tuttavia, il vapore del silicone è aggiunto più solitamente al cemento di Portland alla betoniera.[8]
Cementi della massoneria sono usati per la preparazione bricklaying mortai e stucchie non deve essere usato in calcestruzzo. Sono solitamente formulazioni riservate complesse che contengono il clinker de Portland ed un certo numero di altri ingredienti che possono includere il calcare, la calce idratata, i entrainers dell'aria, i ritardatori, i waterproofers e gli agenti di coloring. Sono formulati per rendere i mortai realizzabili che permettono il lavoro veloce e costante della massoneria. Le variazioni sottili del cemento della massoneria negli Stati Uniti sono cementi di plastica e cementi dello stucco. Questi sono progettati al legame controllato prodotti con i blocchetti della massoneria.
Cementi espansivi contenga, oltre che il clinker de Portland, i clinkers espansivi (solitamente clinkers del sulfoaluminate) e sono destinati a sfalsare gli effetti di essiccamento del restringimento che è incontrato normalmente con i cementi idraulici. Ciò permette che le grandi lastre del pavimento (un quadrato da fino a 60 m.) siano preparate senza giunti di contrazione.
Cementi mescolati bianchi può essere fatto usando il clinker bianco ed i materiali supplementari bianchi come di grande purezza metakaolin.
Cementi colorati sono usati per gli scopi decorativi. In alcuni campioni, l'aggiunta dei pigmenti per produrre “il cemento di Portland colorato„ è permessa. In altri campioni (per esempio. ASTM), pigmenti non si concedono i costituenti del cemento di Portland ed i cementi colorati sono venduti come “cementi idraulici mescolati„.
Cementi molto macinati finemente sono fatti dalle miscele di cemento con la sabbia o con scorie o l'altro tipo pozzolan minerali che sono estremamente macinate finemente. Tali cementi possono avere le stesse caratteristiche fisiche del cemento normale ma con 50% meno cemento particolarmente dovuto area là aumentata per la reazione chimica. Anche con intensa la rettifica possono usare fino a 50% meno energia per fabbricare che i cementi di Portland ordinari. Cemento di EMC
cementi della Pozzolan-calce. Miscele di terra pozzolan e la calce è i cementi usati dal Romans e deve essere trovata in strutture romane ancora che si levano in piedi (per esempio. il Pantheon a Roma). Sviluppano lentamente la resistenza, ma la loro ultima resistenza può essere molto alta. I prodotti di idratazione che producono la resistenza sono essenzialmente gli stessi di quelli prodotti dal cemento di Portland.
cementi della Scoria-calce. La terra ha granulato le scorie del forno non è idraulico da sè, ma “è attivato„ tramite l'aggiunta degli alcali, la maggior parte della calce economicamente usando. Sono simili ai cementi pozzolan della calce nelle loro proprietà. Soltanto scorie granulate (cioè. le scorie acqua-estinte e vetrose) sono efficaci come componente del cemento.
Cementi di Supersulfated. Questi contengono le scorie del forno granulate terra di circa 80%, gesso di 15% o anidrite e un clinker o una calce piccolo de Portland come attivatore. Producono la resistenza da formazione di ettringite, con sviluppo di resistenza simile ad un cemento di Portland lento. Esibiscono la buona resistenza agli agenti aggressivi, compreso solfato.
Cementi dell'alluminato del calcio sono i cementi idraulici fatti soprattutto da calcare e da bauxite. Gli ingredienti attivi sono alluminato monocalcico CaAl2O4 (CA dentro Notazione del chimico del cemento) e Mayenite CA12Al14O33 (C12A7 in CCN). La resistenza forma da idratazione agli idrati dell'alluminato del calcio. Bene-sono adattati per uso in (calcestruzzi refrattari resistente a temperatura elevata), per esempio. per i rivestimenti refrattari di forni.
Cementi del sulfoaluminate del calcio sono fatti dai clinkers che includono elimite del ye' (CA4(AlO2)6COSÌ4 o C4A3 in Notazione del chimico del cemento) come fase primaria. Sono usati in cementi espansivi, in cementi in anticipo ultraelevati di resistenza ed in cementi “a bassa energia„. L'idratazione produce l'ettringite e le proprietà fisiche specializzate (quali espansione o reazione veloce) sono ottenute tramite registrazione della disponibilità degli ioni del solfato e del calcio. Il loro uso come alternativa a bassa energia al cemento di Portland è stato aperto la strada a in Cina, in cui parecchio milione tonnellate all'anno sono prodotte[9][10]. Il fabbisogno energetico è più basso a causa delle temperature più basse del forno richieste per reazione e della quantità più bassa di calcare (che deve endothermically essere decarbonatata) nella miscela. In più, il soddisfare più basso del calcare ed il consumo di combustibile più basso conduce ad un CO2 emissione intorno alla metà quel collegato con il clinker de Portland. Tuttavia, COSÌ2 le emissioni sono solitamente significativamente più alte.
Cementi “naturali„ corrisponda a determinati cementi dell'era depre-Portland, prodotti bruciandosi calcari argillacei alle temperature moderate. Il livello dei componenti dell'argilla nel calcare (intorno 30-35%) è tale che i grandi importi di belite (la resistenza bassa-presto, l'alto-in ritardo minerale di resistenza in cemento di Portland) sono formati senza la formazione della calce libera di importi eccessivi. Come con tutto il materiale naturale, tali cementi hanno proprietà molto variabili.
Geopolymer cementi sono fatti dalle miscele dei silicati alcalini-metallici solubili in acqua e delle polveri minerali del aluminosilicate quali la cenere volatile e il metakaolin.
La fabbricazione del cemento causa gli impatti ambientali in tutte le fasi del processo. Questi includono le emissioni di inquinamento disperso nell'aria sotto forma di polvere, gas, rumore e la vibrazione quando fa funzionare il macchinario e durante fare saltare dentro cavee danneggiamento della campagna dall'estrazione. L'apparecchiatura per ridurre le emissioni di polvere durante l'estrazione e la fabbricazione di cemento è ampiamente usata e l'apparecchiatura per intrappolare e separare i gas di scarico sta entrando nell'uso aumentato. La protezione dell'ambiente inoltre include il re-integration delle cave nella campagna dopo che siano stati basso chiuso restituendole alla natura o re-coltivandole.
La fabbricazione del cemento contribuisce i gas entrambi della serra direttamente con la produzione dell'anidride carbonica quando carbonato di calcio è riscaldato, producendo calce e anidride carbonica [2]ed anche indirettamente con l'uso di energia, specialmente se l'energia è sourced da combustibili fossili. L'industria di cemento produce 5% del CO artificiale globale2 emissioni, di cui 50% proviene dal processo chimico e 40% da combustibile burning.[11] La quantità di CO2 è emesso dall'industria di cemento quasi 900 chilogrammi del CO2 per ogni 1000 chilogrammi di cemento prodotti. [12]
Una pianta del cemento consuma 3.000 - 6.500 MJ di combustibile per la tonnellata di clinker prodotta, secondo le materie prime ed il processo usati. La maggior parte dei forni da cemento oggi usano il coke del petrolio e del carbone come combustibili primari ed a un grado inferiore il gas naturale e l'olio pesante. Lo spreco ed i sottoprodotti selezionati con valore calorifico ricuperabile possono essere usati come combustibili in un forno da cemento, sostituente una parte dei combustibili fossili convenzionali, come carbone, se rispondono alle specifiche rigorose. Lo spreco selezionato ed i sottoprodotti che contengono i minerali utili quali il calcio, il silicone, l'allumina ed il ferro possono essere usati come materie prime nel forno, sostituente le materie prime quale argilla, l'argilla friabile ed il calcare. Poiché alcuni materiali hanno sia il tenore di minerale utile che valore calorifico ricuperabile, la distinzione fra i combustibili alternativi e le materie prime non è sempre chiara. Per esempio, il fango da acque di rifiuto ha un valore calorifico basso ma significativo e si brucia per dare la cenere che contiene i minerali utili nella tabella del clinker.[13]
Produrre il cemento ha effetti positivi e negativi significativi ad un livello locale. Dal lato positivo, l'industria di cemento può generare le occasioni di affari e di occupazione per la gente locale, specialmente nelle posizioni a distanza in p#si in via di sviluppo dove ci sono poche altre occasioni per sviluppo economico. Gli effetti negativi includono la dispersione al paesaggio, polvere e rumore e rottura a biodiversity locale dall'estrazione del calcare (la materia prima per cemento).
In 2002 la produzione del mondo di cemento idraulico era di 1.800 milione tonnellate metriche. I tre produttori principali erano la Cina con 704, India con 100 e gli Stati Uniti con 91 milione tonnellate metriche per un totale unito circa della metà di totale del mondo dal mondo tre più popolato dichiarano.[14]
“Per i 18 anni scorsi, Cina ha prodotto costantemente più cemento che qualunque altro paese nel mondo. L'esportazione del cemento di [...] Cina alzata in 1994 con 11 milione tonnellate spedite fuori ed è stata nel declino costante da allora. Soltanto 5.18 milione tonnellate sono state esportate dalla Cina in 2002. Offerto a $34 un la tonnellata, il cemento cinese sta valutandosi dal mercato mentre la Tailandia sta chiedendo a poco quanto $20 la stessa qualità. “[15]
“Richieda per cemento in Cina è previsto avanzare annualmente 5.4% ed eccedere 1 miliardo tonnellate metriche in 2008, guidato ritardando ma sviluppo sano nei dispendii della costruzione. Il cemento consumato in Cina ammonterà a 44% della richiesta globale e la Cina rimarrà il più grande consumatore nazionale del mondo di cemento da un grande margine. “[16]
In 2006 è stato valutato che la Cina ha prodotto 1.235 miliardo tonnellate metriche di cemento, che è 44% della produzione del cemento di totale del mondo.[17]
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