Με δύο λόγια
Το τσιμέντο είναι ένα λεπτοαλεσμένο ανόργανο συνδετικό υλικό με υδραυλικές ιδιότητες. Και αυτό σημαίνει ότι με τη βοήθεια του νερού ευνοούνται αντιδράσεις και σχηματίζονται ενώσεις που το κάνουν μέσα σε λίγες ώρες να πήζει (= να χάνει την πλαστικότητά του) και να αρχίσει να σκληρύνεται και να αποκτά σταδιακά αντοχές που σε έναν μήνα περίπου φθάνουν σχεδόν στις τελικές τους τιμές (= να είναι πλέον στέρεο και να μη διαλύεται ακόμη και αν βρεθεί εντελώς μέσα στο νερό).
Πότε εμφανίζεται
Οι Ρωμαίοι είναι αυτοί που έκαναν εντατική χρήση μιας μορφής τσιμέντου από το 300 π.Χ. ως και το 150 μ.Χ. Το θέατρο της Πομπηίας για 20.000 θεατές χτίστηκε το 75 π.Χ., το Κολοσσαίο το 82 π.Χ. και οι δεξαμενές νερού στη Νιμ της σημερινής Γαλλίας το 150 μ.Χ. Όλα αυτά απαίτησαν τεράστιες ποσότητες ψημένου ασβεστόλιθου που στερεοποιήθηκε με τη βοήθεια διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα ή σε ανάμειξη με ηφαιστειακά υλικά, κυρίως από το ηφαίστειο του Βεζούβιου και το κοντινό χωριό Ποτζουόλι, δίνοντας στην πρόσμειξη αυτή έκτοτε το όνομα ποζολάνη. Ποιος όμως έδειξε την τέχνη της παρασκευής αυτού του υλικού; Εικάζεται πως ήταν οι Έλληνες που αποίκισαν την Ιταλία. Και οι Έλληνες από το 600 π.Χ. είχαν δείξει ότι κατείχαν την τέχνη. Απόδειξη αυτού ήταν η δεξαμενή χωρητικότητας 600 κυβικών μέτρων που σώζεται στην Κάμειρο της Ρόδου, τα τοιχώματα της οποίας είναι κατασκευασμένα από ένα είδος αρχαίου «μπετόν». Και οι νεότερες έρευνες έδειξαν ότι είχε τέλειες αναλογίες και έδωσε ένα ανθεκτικότατο ακόμη και σήμερα αποτέλεσμα. Αρμονικός συνδυασμός στεγανότητας, υψηλής μηχανικής αντοχής και συνεχούς μάζας χωρίς ρηγματώσεις. Χύθηκε μέσα σε ξυλότυπο (καλούπι) και εντυπωσίασε ιδιαίτερα τους μελετητές η ορθή αναλογία του νερού που χρησιμοποιήθηκε για την ανάμειξη. Λιγότερο ή περισσότερο νερό στο μείγμα θα είχε δυσμενείς επιπτώσεις στο αρμονικό δέσιμο των υλικών και στο πόσο εύκολα θα μπορούσε να ανακατεύεται. Ακόμη όμως και παλαιότερα, στην Αρχαία Αίγυπτο του 4.000 π.Χ., υπήρχε επίσης αυτή η κάπως πρόδρομη μορφή του σκυροδέματος, αφού οι άνθρωποι τότε δεν μπορούσαν να ξεπεράσουν στη διαδικασία του ψησίματος τους 900 βαθμούς Κελσίου. Έχουν βρεθεί ακόμη πιο παλιά «τσιμεντένια» δάπεδα περίπου 80 κατοικιών της Νεολιθικής Εποχής, γύρω στο 5.600 π.Χ., στο Λεπένσκι Βιρ της Σερβίας, στις όχθες του Δούναβη. Και το 1982 ένας εκσκαφέας, δουλεύοντας για το άνοιγμα κάποιας νέας μεγάλης λεωφόρου στο Γιφτάχ Ελ, που βρίσκεται στο Βόρειο Ισραήλ, περίπου 20 χιλιόμετρα ανατολικά της Χάιφα, έπεσε επάνω σε αρχαία οικοδομήματα. Είχαν φτιαχτεί περίπου 7.000 χρόνια π.Χ. και εξετάζοντας το δάπεδο βρήκαν πως το αποτελούσαν έξι διαδοχικά στρώματα που έδειξαν ότι από τότε οι άνθρωποι γνώριζαν να αναμειγνύουν ψημένο ασβεστολιθικό λεπτά διαμερισμένο υλικό με νερό και χαλίκι διαφόρων διαστάσεων και να φτιάχνουν με αυτό το πρωτόγονο μπετόν πολύ σκληρά και ανθεκτικά επιστρώματα ενσωματώνοντας σε αυτά, όσο ακόμη ήταν σε ρευστή κατάσταση, μεγάλες πλατιές πέτρες.
Η γλώσσα του τσιμέντου
Τσιμέντο με νερό μας δίνει κάτι που ονομάζεται τσιμεντόπαστα, η οποία πήζει, σκληρύνεται και αποκτά μηχανικές αντοχές αποτελώντας το συνδετικό υλικό του τσιμεντοκονιάματος και του σκυροδέματος. Τσιμέντο, άμμος και νερό είναι το τσιμεντοκονίαμα. Μαζί τσιμέντο, άμμος, χαλίκια και νερό είναι το σκυρόδεμα ή μπετόν. Αν υπάρχει μέσα και σιδερένιος οπλισμός, τότε έχουμε το οπλισμένο σκυρόδεμα.
Ιστορίες με ενδιαφέρον
Η αίτηση προς τις αγγλικές αρχές με στοιχεία ΒΡ 5022 είχε τίτλο: «Μια βελτίωση στον τρόπο παραγωγής μιας τεχνητής πέτρας» και ημερομηνία κατάθεσης 21 Οκτωβρίου 1824. Είναι δύσκολο να σκεφθεί κανείς πως αυτό ήταν το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια πρώτη μορφή τσιμέντου, κοντά στο σημερινό, που δόθηκε στον οικοδόμο το επάγγελμα ως τότε Τζόζεφ Ασπντιν. Έπαιρνε ασβεστολιθικό υλικό, προχωρούσε στην ανάμειξή του με πηλούς και νερό, το άφηνε να στερεοποιηθεί, να φύγει η υγρασία, το έψηνε σε φούρνο και το μετέτρεπε σε λεπτή σκόνη. Αυτό ήταν το τσιμέντο του. Το ονόμασε μάλιστα «Τσιμέντο Πόρτλαντ», όχι μόνο διότι έμοιαζε στο χρώμα με την περίφημη και περιζήτητη πέτρα της περιοχής Πόρτλαντ, στη Νότια Αγγλία, αλλά και για περισσότερη αίγλη. Διότι τότε την πέτρα αυτή στην ομώνυμη τοποθεσία, με αυτό το χρώμα, οι κατασκευαστές την είχαν σε μεγάλη υπόληψη όταν έπρεπε να κατασκευάσουν τους τοίχους σε σπίτια εύπορων οικογενειών. Η αλήθεια είναι πως τότε δεν έφθανε το ψήσιμο σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 1.250 βαθμών και το υλικό δεν ήταν τόσο ανθεκτικό όσο το σημερινό και δεν θα άντεχε το βάρος πολλών ορόφων. Ήταν πιο πολύ για γεμίσματα και έκτυπες μορφές βγαλμένες από καλούπια.
Τσιμέντο να γίνει
Στην ερώτηση τι είναι το τσιμέντο η πιο σύντομη απάντηση είναι: «Στην πιο απλή μορφή του, μείγμα γύψου και κλίνκερ». Αμέσως όμως αυτό φέρνει μια επόμενη ερώτηση. Και τι είναι το κλίνκερ; Για την απάντηση σε αυτό όμως πρέπει να πας αρκετά μακριά, εκεί όπου τεράστιοι εκσκαφείς σε ένα λατομείο μασούν το βουνό και συλλέγουν ασβεστολιθικό, αργιλικό, σχιστολιθικό υλικό. Γίνεται ένας πρώτος διαχωρισμός ανάλογα με τα ανόργανα συστατικά, που είναι ασβέστιο, πυρίτιο, αργίλιο και σίδηρος, και αποθηκεύονται σε τεράστια σιλό. Επιπλέον, στη διαδρομή θα προστεθούν ανάλογα με το επιθυμητό μείγμα και την οικονομία της παραγωγής βωξίτης, πυριτικά υλικά, καολίνης και υπολείμματα από την εξέλαση σιδήρου. Στη συνέχεια με συγκεκριμένη δοσολογία τα υλικά αυτά θα αλεστούν και θα οδηγηθούν σε τεράστιους φούρνους (περιστροφικούς κλιβάνους), όπου μετά το ψήσιμο στους 1.450-1.500 βαθμούς θα προκύψει ένα υλικό σε μορφή μικρών, κάπως στρογγυλεμένων «χαλικιών», που είναι το κλίνκερ. Αυτό ανακατεύεται σε διάφορες αναλογίες με γύψο, ασβεστόλιθο, ηφαιστειογενή υλικά όπως οι ποζολάνες, ιπτάμενη τέφρα, αλέθονται ώσπου να γίνουν μαζί μια πολύ λεπτή σκόνη και συσκευάζονται πλέον στα γνωστά μας σακιά του τσιμέντου ή διακινείται χύμα με σιλοφόρα οχήματα γνωστά και ως «αγελάδες».
Η αξία του... υδραυλικού
Σε όλες τις αναφορές και στα συγγράμματα σχετικά με το τσιμέντο αναφέρεται ότι πρόκειται για υδραυλικό υλικό ή για υλικό με υδραυλικές ιδιότητες. Σε πρώτη ανάγνωση μπορεί αυτό να προκαλέσει σύγχυση αν δεν ξέρουμε τι ακριβώς εννοούν. Το «υδραυλικό» εδώ αναφέρεται στην ιδιότητα που έχει το υλικό με την προσθήκη νερού και το προχώρημα των απαραίτητων αντιδράσεων να σκληραίνει τόσο ώστε πλέον να μη διαλύεται με την επίδραση του νερού και να μπορεί να μένει σκληρό διατηρώντας την αντοχή και τη σταθερότητά του ακόμη και όταν βρίσκεται τελείως μέσα στο νερό.
Η... στενογραφία του τσιμέντου
Οι άνθρωποι του τσιμέντου για να γράφουν γρήγορα τη σύνθεση σε επίπεδο χημικών ενώσεων ενός συνόλου από ανόργανες ύλες χρησιμοποιούν τους εξής κύριους συμβολισμούς: C (= οξείδιο του ασβεστίου), A (= οξείδιο του αργιλίου), S (= διοξείδιο του πυριτίου), F (= τριοξείδιο του σιδήρου), H (= νερό), N (= οξείδιο του νατρίου), K (= οξείδιο του καλίου), S (με μια περισπωμένη επάνω = τριοξείδιο του θείου).
Έτσι, όταν δούμε να γράφεται από κάποιον ειδικό ότι «το κλίνκερ του τσιμέντου Πόρτλαντ είναι ένα υλικό που συνίσταται τουλάχιστον κατά τα 2/3 κατά βάρος από C3S και C2S», θα καταλάβουμε πως εννοεί τους κρυστάλλους πυριτικού τριασβεστίου που ονομάζεται και αλίτης και πυριτικού διασβεστίου που ονομάζεται και βελίτης. Αμφότερα πολύ σημαντικά συστατικά για την αντοχή του τελικού προϊόντος. Το πρώτο ενεργεί για την πρώιμη αντοχή του τσιμέντου (ως 28 ημέρες) και το δεύτερο για τις αντοχές που αναπτύσσονται μετά τις πρώτες 28 ημέρες. Με τη βοήθεια του οξειδίου του ασβεστίου και αργιλικών υλικών στη διάρκεια του ψησίματος προκύπτουν ορυκτολογικές φάσεις που έλειπαν από τα «τσιμέντα» των αρχαίων. Σήμερα ξέρουμε επίσης πως το αργιλικό συστατικό C3A είναι απαραίτητο αλλά αντιδρά έντονα με το νερό όταν φτιάχνεται το μπετόν και αυτός είναι ο λόγος που βάζουν και γύψο στο τσιμέντο ώστε να επιβραδύνει αυτή την αντίδραση διατηρώντας την εργασιμότητά του κατά το στάδιο των κατασκευών.
Μπορεί να μας προδώσει;
Μας προστατεύει από το κρύο, τη ζέστη και τις λάσπες. Επίσης θεωρείται ότι σε περίπτωση πυρκαγιάς, λόγω χαμηλού δείκτη θερμικής αγωγιμότητας, αντέχει, αλλά η κατάσβεση θα πρέπει να γίνει προτού αρχίσει η θερμοκρασία να ανεβαίνει αρκετά (για αυτό και το κατάβρεγμα ώσπου να έλθει η Πυροσβεστική είναι χρήσιμο). Όταν όμως περάσει η θερμοκρασία τους 100-140 βαθμούς Κελσίου, τα πράγματα γίνονται σοβαρά. Το νερό στο εσωτερικό του σκυροδέματος έχει γίνει ατμός, διαστέλλεται και δημιουργεί μικρά ρήγματα. Στους 400-500 βαθμούς φεύγει νερό και από το υδροξείδιο του ασβεστίου, πέφτει το pH και δημιουργείται κάτι σαν αποφλοίωση στο μπετόν. Στους 575 τα χαλαζιακά υλικά διαστέλλονται, αλλάζουν κρυσταλλική δομή και δοκιμάζουν ακόμη περισσότερο τις αντοχές. Πάνω από τους 800 διασπώνται και τα ασβεστολιθικά υλικά. Ως τους 400 βαθμούς σκυρόδεμα και χάλυβας έχουν παράλληλες διαστολές, αλλά από εκεί και πέρα ο χάλυβας διαστέλλεται πολύ περισσότερο και δημιουργεί προβλήματα στη στατικότητα ενός κτιρίου έτσι ώστε για θερμοκρασίες πάνω από τους 700 βαθμούς θεωρείται πως οι αντοχές μειώνονται κατά 20% περίπου (σύμφωνα και με την εργασία των Fletcher, Welch κ.ά. «Behaviour of concrete structures in fire»).
Μπορεί να γίνει πράσινο;
Χρήσιμο, αλλά καταβροχθίζει ενέργεια; Οι εταιρείες παραγωγής τσιμέντου έχουν βρει τρόπους ώστε η όλη διαδικασία να πάψει να είναι τόσο δαπανηρή ενεργειακά και να μικρύνει το αποτύπωμά της ως προς το διοξείδιο του άνθρακα. Στα σύνθετα τσιμέντα Πόρτλαντ, CEM II, μπορούν να αξιοποιηθούν παραπροϊόντα άλλων βιομηχανιών, π.χ. η ιπτάμενη τέφρα από τα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια της ΔΕΗ. Επίσης στον τομέα των καύσιμων υλικών που απαιτούνται για την παραγωγή του κλίνκερ μπορούν να χρησιμοποιούνται πλέον διάφορα άχρηστα, μη ανακυκλώσιμα για άλλες χρήσεις υλικά. Βιομάζα, αποξηραμένη λάσπη μονάδων βιολογικού καθαρισμού όπως είναι αυτή της Ψυττάλειας, παλιά μη ανακυκλώσιμα χαρτιά, λάστιχα, όλα μπορούν να καίγονται σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να παραμένει υπόλειμμα για ταφή. Επίσης ένα μέρος από το υλικό των κατεδαφίσεων μπορεί να αλεστεί και να χρησιμοποιηθεί ως αδρανές υλικό, π.χ. στο στρώσιμο δρόμων.
Το 2007 δημοσιεύθηκε μια εργασία Καναδών επιστημόνων όπου έκαναν τη σύγκριση για τα ποσά ενέργειας που δαπανήθηκαν για τη δημιουργία μιας στήλης οπλισμένου σκυροδέματος με ανάμειξη και 10% ιπτάμενης τέφρας και μιας αντίστοιχων προδιαγραφών ως προς την αντοχή στις ροπές χαλύβδινης δοκού. Το συμπέρασμα ήταν ότι στην πρώτη περίπτωση χρειάζονταν περίπου 5,5 GJoule/kg και για τη χαλύβδινη δοκό 23 GJoule/kg δίνοντας σαφές προβάδισμα στο δοκίμιο με το οπλισμένο σκυρόδεμα. Η διεύθυνση όπου είναι δημοσιευμένη η εργασία είναι η εξής:www.ctre.iastate.edu/pubs/sustainable/strublesustainable.pdf.
Και η ερώτηση του 1 ευρώ
Σε τι διαφέρει το λευκό από το γκρίζο τσιμέντο;
Στο χρώμα, θα πει κάποιος. Ναι, είναι αλήθεια, αλλά γι' αυτό είναι υπεύθυνα τα οξείδια του σιδήρου που είναι έξι φορές λιγότερα σε ποσότητα στο λευκό και το οξείδιο του μαγγανίου που είναι το μισό στο λευκό τσιμέντο.
Αριθμοί κυκλοφορίας
90-120 κιλοβατώρες ανά τόνο είναι η συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για την παραγωγή του τσιμέντου, από το λατομείο ως τη συσκευασία του. Το μεγαλύτερο ποσοστό πηγαίνει για την άλεση του κλίνκερ (30-60 κιλοβατώρες).
0,23 είναι ο θεωρητικός λόγος της μάζας του νερού προς τη μάζα του ξηρού τσιμέντου που πρέπει να υπάρχει για την πλήρη ενυδάτωση των συστατικών του τσιμέντου. Πρακτικά πάντως αυτός ο λόγος συνιστάται να είναι κάπως μεγαλύτερος, κοντά στο 0,4 ή και 0,5 (= 1 νερό, 2 τσιμέντο περίπου).
Face Control
Ένα χαρακτηριστικό της συμπεριφοράς του τσιμέντου ως οικοδομικού υλικού είναι το ότι προσθέτοντας νερό στο μείγμα τσιμέντου, άμμου και χαλικιών για να φτιάξουμε το μπετόν έχουμε απότομη παραγωγή και έκλυση θερμότητας που είναι γνωστή ως «θερμότητα ενυδάτωσης». Αυτό το φαινόμενο κρατάει λίγο, μερικά λεπτά μόνο. Διότι σχηματίζεται ένα ζελέ από νερό και οξείδια ασβεστίου, αργιλίου, θείου που εμποδίζουν άλλες αντιδράσεις με τα αργιλικά συστατικά. Για ένα διάστημα 2-4 ωρών περίπου μπορεί αυτό το υδαρές μείγμα να μεταφέρεται από τα γνωστά μας αυτοκίνητα-βαρέλες με τους κωνικούς περιστρεφόμενους κάδους χωρίς να πήζει. Όταν φθάσει στο εργοτάξιο και χυθεί στους ξυλότυπους αρχίζει η σκλήρυνση. Μέσα σε 3 ως 24 ώρες το νερό καταφέρνει να ενυδατώσει αρκετά τις ασβεστοπυριτικές φάσεις του κλίνκερ δίνοντας ένυδρες ασβεστοπυριτικές φάσεις που αποτελούν τις δομικές μονάδες της τσιμεντόπαστας και δίνουν την αντοχή. Η ενυδάτωση συνεχίζεται για πολλές ημέρες, ίσως και πέρα των 28, δίνοντας και τους πολύ επιθυμητούς κρύσταλλοι υδροξειδίου του ασβεστίου. Διότι πρόκειται για μια ένωση πολύ αλκαλική, το pH της είναι κοντά στο 12,5 και αυτό θα δημιουργήσει ένα προστατευτικό περιβάλλον γύρω από τους ενσωματωμένους σιδερένιους οπλισμούς, που δεν θα κινδυνεύσουν για καιρό να οξειδωθούν αφού επιπλέον μετά από ένα μήνα αρχίζουν να κλείνουν και οι πόροι. Σε όλο αυτό το διάστημα και κυρίως τις πρώτες δέκα ημέρες, ιδιαίτερα το καλοκαίρι, θα πρέπει το οπλισμένο σκυρόδεμα να βρέχεται καθημερινά γιατί στο εσωτερικό συνεχίζονται οι απαραίτητες αντιδράσεις.
Με τα χρόνια πάντως έχουμε μετατροπή του υδροξειδίου του ασβεστίου με την επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας. Έτσι μειώνεται η αλκαλικότητα του σκυροδέματος που προστάτευε από την οξείδωση τον μεταλλικό οπλισμό. Αν μάλιστα δεν έχει γίνει καλή τοποθέτηση του οπλισμού και το σίδερο έρχεται σε επαφή με τον σοβά κάποια στιγμή ο οπλισμός οξειδώνεται, διογκώνεται και ρίχνει τον σοβά. Τότε όμως είναι συνήθως αργά για να... κυνηγήσεις τους υπευθύνους για την κακοτεχνία...
Οδηγός για τον τσιμεντο-λαβύρινθο
Ένα σακί τσιμέντου δεν πρέπει να είναι κήπος μυστηρίου για έναν καταναλωτή. Δεν υπάρχει καλή και κακή ποιότητα αλλά τσιμέντο κατάλληλο για συγκεκριμένη χρήση. Για αυτό δίνουμε έναν μπούσουλα για τους διάφορους συμβολισμούς.
ΕΝ 197-1: Είναι ο σύντομος συμβολισμός για το ευρωπαϊκό πρότυπο και με βάση αυτό υπάρχει και το ΕΛΟΤ ΕΝ 197-1, που αφορά τη σύνθεση, τις προδιαγραφές και τα κριτήρια συμμόρφωσης με την αξιολόγηση στο 197-2. Στα τσιμέντα που έχουν αυτή την ελεγμένη και εξασφαλισμένη τυποποίηση εμφανίζονται πρώτα τα γράμματα CEM. Στη συνέχεια υπάρχουν σύμβολα για οποιοδήποτε πρόσθετο υλικό. Τα βασικά είναι: K (Κλίνκερ), S (Σκωρία υψικαμίνου), D (Πυριτική παιπάλη), P (Φυσική ποζολάνη), Q (Ψημένη Ποζολάνη), V (Πυριτική τέφρα), W (Ασβεστούχος τέφρα), T (Ψημένος σχιστόλιθος), L (Ασβεστόλιθος), LL (υψηλότερης ποιότητας ασβεστόλιθος).
Ολα αυτά συνδυάζονται με διάφορους τρόπους δίνοντας συνολικά 27 κατηγορίες. Εχουμε πέντε βασικές κατηγορίες με τους συμβολισμούς τους να είναι οι εξής:
CEM I... Τσιμέντο Πόρτλαντ (κλινκερ-γύψος)
CEM II... Διάφορες υποκατηγορίες ανάλογα με το αν περιέχεται πυριτική παιπάλη, ποζολάνη, ιπτάμενη τέφρα, ψημένος σχιστόλιθος, ασβεστόλιθος, σύνθετο μείγμα(συμβολίζεται με Μ)
CEM III... Σκωριοτσιμέντα
CEM IV... Ποζολανικά τσιμέντα
CEM V... Σύνθετα
* Με το σύμβολο Α εννοείται περιεκτικότητα σε κλίνκερ 80%-94% και με το Β 65%-79%
Έτσι, βλέποντας την ένδειξη CEM II/ A-Μ (P-LL) μπορούμε να καταλάβουμε πως πρόκειται για τσιμέντο με προσμείξεις ποζολάνης και ασβεστόλιθου και περιεκτικότητα σε κλίνκερ 80%-94%, ενώ με την ένδειξη CEM II/B-P έχουμε τσιμέντο μόνο με ποζολάνη. Τα τσιμέντα επίσης κατηγοριοποιούνται ανάλογα και με το επίπεδο θλιπτικής αντοχής στις 28 ημέρες, π.χ. 32.5, 42.5 και 52.5. Πάντα μπορεί ο καταναλωτής να ζητήσει το τσιμέντο που παραγγέλνει να συνοδεύεται και από πιστοποιητικά ως προς την περιεκτικότητα σε διάφορα υλικά και να αποφύγει αυτά που δεν θέλει.
Ένα μέρος των πληροφοριών που περιέχονται στο παραπάνω άρθρο οφείλεται στην επικοινωνία μας με τους κ.κ. Ε. Αναστασάκη, Α. Κατσιάμπουλα και Ι. Μαρίνο της ελληνικής εταιρείας Τιτάν και τους ευχαριστούμε για αυτό.
Πηγή: b2green.gr/el/post/32647/