Uhličitan vápenatý srážený (CaCO3) je chemická sloučenina, sůl kyseliny uhličité a vápníku. Při pokojové teplotě se vyskytuje převážně jako bílá krystalická látka nebo prášek, který je nerozpustný ve vodě. V přírodě je široce rozšířen jako výchozí složka mnoha minerálů a hornin. Uhličitan vápenatý je surovina se širokým spektrem průmyslových aplikací. Mezi jeho využití v průmyslu patří role plniva pro výrobu kaučuku, papíru, zubních past, tmelů, akrylových barev, plastů (PVC, PP, PE), školní křídy. Dále se používá při úpravě odpadní a užitkové vody (zvýšení pH vody na více zásaditou), změkčování vody, tj. odstraňování vápníku, hořčíku a vícemocného kovu. Je také stavebním materiálem ve formě drcených připravených za vysoké teploty páleného vápna, oxidu vápenatého, cementu, sádry, modelovací hlíny a jílu, při výrobě práškových hasicích přístrojů, ve zpracovatelském průmyslu a keramice sklo, a při výrobě tvrdidel a plniv pro konstrukční prvky.
Chemický vzorec pro uhličitan vápenatý je CaCO3. Jeho číslo CAS je 471-34-1 a je znám pod názvem synteticky uhličitan vápenatý. Uhličitan vápenatý je pevná látka bílo-šedé barvy s obsahem uhličitanu vápenatého (čistota): min. 97 %.
Barnaté cementy a ochrana před zářením
Barnaté cementy slouží k přípravě betonů, jež chrání před ionizujícím zářením. Do klasického cementového slínku se baryum může dostat i jako nečistota z alternativních paliv či surovin, jež se stále častěji pro výrobu slínku používají, a změnit tak strukturu a vlastnosti produktu. Studium barnatého cementu se zabývalo různými metodami přípravy tohoto cementu. Barnaté cementy byly připravovány ze surovinových mouček různého složení, ale vždy se stejným postupem a teplotou výpalu. Pomocí vhodných analytických metod je popsán vliv jednotlivých přísad surovinové moučky na fázové složení výsledného slínku. Dále se práce zabývá sledováním formy a umístění barya v připravených slíncích. Několik experimentů je věnováno studiu hydratace připravených barnatých slínků, kdy je fázová transformace sledována pomocí metody RTG a doplněna o analýzy hydratačních produktů. Tímto způsobem bylo možné získat data potřebná pro popsání přípravy, výpalu a hydratace barnatých cementů s různým složením. Práce se rovněž podrobně zabývá reálným použitím barnatých cementů. Experimentálně byly odzkoušeny a popsány schopnosti past a malt z připravených barnatých cementů odstínit různé druhy ionizujícího záření. Výsledky jsou uvedeny v porovnání s referenčními vzorky, které byly připraveny z běžně používaného portlandského cementu.
Použití uhličitanu barnatého ve stavebnictví
Uhličitan barnatý se používá ve stavebnictví mimo jiné při výrobě stavební keramiky, dlaždic a cihel. Jednou z hlavních aplikací je prevence tzv. eflorescence (tvorba bílých krystalických usazenin na povrchu v důsledku rozpustných solí) u cihel a obkladů pro zlepšení estetiky. Pro některé specializované aplikace se uhličitan barnatý používá jako přísada do cementu a betonu. Výrobci tak dosahují specifických vlastností svých výrobků, jako je zvýšená hustota nebo zvýšená odolnost vůči chemikáliím.
Uhličitan barnatý také přispívá ke kvalitě a trvanlivosti stavebních materiálů: Zlepšuje odolnost betonu a cementu proti tzv. síranovým útokům. Sírany mohou napadat strukturu betonu a způsobovat jeho poškození v určitých prostředích, například v půdách s vysokým obsahem síranů nebo v kanalizaci. Přídavek uhličitanu barnatého snižuje riziko takového poškození, neboť reaguje se sírany za vzniku nerozpustného síranu barnatého.
Čtěte také: Výpočet spotřeby cementu
Uhličitan barnatý v průmyslu barev a laků
Uhličitan barnatý se používá v průmyslu barev a laků především díky svým vlastnostem plniva a reaktivitě. Používá se jako plnivo v barvách a lacích ke zvýšení objemu a snížení nákladů. Uhličitan barnatý slouží také jako nosič pigmentů a optimalizuje jejich dispergovatelnost ve směsích barev a laků. Tím se dosahuje rovnoměrného rozložení a intenzity barev.
Uhličitan barnatý také pomáhá zvyšovat tvrdost a odolnost barev a laků proti oděru. Tím se zvyšuje trvanlivost a odolnost nátěrů vůči mechanickému namáhání a povětrnostním vlivům. Stejně jako ve stavebnictví reaguje uhličitan barnatý se sírany v barvách a lacích a zabraňuje vzniku nežádoucích výkvětů nebo jiných chemických reakcí, které by mohly zhoršit kvalitu nátěru. Uhličitan barnatý se používá ve speciálních přípravcích na ochranu proti korozi. Některé pigmenty působí také jako plniva, tj. relativně levné látky určené ke zvětšení objemu barvy a zpevnění její struktury při současném snížení výrobních nákladů. K zbarvení se používají jak přírodní pigmenty, včetně jílů, siliky, uhličitanu vápenatého a mastku, tak syntetické pigmenty, jako jsou kalcinované jíly, síran barnatý, srážený uhličitan vápenatý a pyrogenní oxidy křemičité.
Cement: Klíčové hydraulické pojivo
Cement je hydraulické pojivo, jehož vlastnosti způsobují, že po smíchání s vodou tvrdne. Používá se při výrobě malt a betonů. Složky v cementu zahrnují prvky, které jsou běžné v přírodě, např. vápník, křemík, hliník, železo a kyslík. Suroviny používané při výrobě cementu jsou přírodní minerály, jako je vápenec, slínový vápenec, opukové a jílové minerály. Každý z nich pochází z povrchových dolů, které se nejčastěji nacházejí v blízkosti cementáren. Základní složkou cementu je cementový slínek a těžba a prvotní zpracování surovin je klíčovou technologickou fází výrobního procesu, neboť přímo ovlivňuje zachování jeho stálého složení a kvality. Slínek je zodpovědný za pojivové vlastnosti cementu. Základní oxidy, které tvoří slínek, jsou SiO2, Al2O3, Fe2O3. Dále trikalciumsilikát Ca3SiO5, tzv. dikalciumsilikát Ca2SiO4, tzv. tetrakalciumhlinitan Ca4Al2Fe2O10, tzv. Složení cementu určuje jeho typ: portlandský cement, hutnický cement s přídavkem strusky a pucolánový cement s přídavkem pucolánu. Portlandský cement se získává mletím cementového slínku se sádrou v cementářských mlýnech. Portlandský slínek je složen z 55-58 % C3S, 12-19 % C2S, 5-12 % C3A a 3-7 % C4AF. Přídavek sádry reguluje dobu tuhnutí cementu, protože bez přítomnosti síranů při hydrataci by tvrdnutí cementu probíhalo téměř okamžitě po přidání vody.
Výroba cementu
Výroba cementu je technologicky náročný proces, který zahrnuje několik klíčových fází. Nejdůležitější úsek technologického postupu při výrobě cementu je výpal slínku. Suroviny, jako je vápenec, jíl a korekční přísady, jsou těženy a následně drceny, aby se dosáhlo homogenní směsi. Následně se suroviny melou na jemnou moučku (surovinový kal) a upravuje se její chemismus. Surovinový kal pak vypaluje do slinutí v rotačních pecích. Rotační pece jsou ocelové válce o délce až 230 m s žárovzdornou vyzdívkou, které se otáčejí kolem osy s frekvencí 1 až 2 otáčky za minutu. Předehřívací zařízení (cyklonové výměníky) využívají horkých spalin odcházejících z pece k předehřátí a částečné dekarbonatizaci suroviny ještě před vstupem do pece. Dalším typem výměníků jsou výměníky šachtové, které zajišťují intenzivní přestup tepla do práškové suroviny. Kalcinátory umožňují téměř úplný rozklad CaCO3 před vstupem do pece, čímž se snižuje spotřeba energie. Jako zdroj energie pro výpal se stále více používají tzv. alternativní paliva (použité oleje, masokostní moučka apod.), která doplňují tradiční paliva (uhlí, zemní plyn).
Složení a vlastnosti cementu
Kvalita cementu je přímo ovlivněna složením suroviny, přičemž dominantní minerál kalcit (trigonální modifikace CaCO3) je zásadní. Nevhodné jsou dolomitické vápence, které způsobují rozpínání cementu. Ideální surovina by měla obsahovat 75 až 80 hm. % CaCO3, zbytek připadá na jílovité složky, křemen, sloučeniny železa apod. Korekční přísady, jako jsou slíny, jílovce, jílovité břidlice, železné rudy, bauxit, křemelina nebo strusky, se používají k úpravě chemického složení suroviny. Důležitým parametrem je tzv. modul sycení vápnem, který kolísá v rozmezí 1,5 - 2,5. Výpalová teplota je zhruba 1450 °C, při níž dochází k zhutňování a spojení částic taveniny. Proces výroby slínku zahrnuje několik fází: sušení (do 200 °C), dehydroxylace jílových minerálů (450-600 °C), dekarbonatizace vápence (od 600 °C) a reakce v pevném stavu za vzniku vápenatých silikátů (C-S-H gel) a hlinitanů. Hlavní složky portlandského slínku jsou alit (C3S), belit (C2S), celit (C3A) a brownmillerit (C4AF). Tyto minerály mají zásadní vliv na vlastnosti cementu, jako je rychlost tuhnutí, vývin hydratačního tepla a počáteční a konečné pevnosti. Volné CaO a periklas (MgO) mohou negativně ovlivnit objemovou stálost cementu. Alkalické kovy mohou ovlivnit hydrataci a pevnost cementu. Přehled hlavních složek v cementářském slínku a jejich vlastností je uveden v následující tabulce:
Čtěte také: Metody zkoušení cementu v tlaku
| Minerál | Chemický vzorec (zkráceně) | Vlastnosti |
|---|---|---|
| Alit | C3S (3 CaO . SiO2) | Rychlé tuhnutí, vysoká počáteční pevnost, značný vývin hydratačního tepla. |
| Belit | C2S (2 CaO . SiO2) | Pomalé tuhnutí, přispívá k pozdním pevnostem, menší vývin hydratačního tepla. |
| Celit | C3A (3 CaO . Al2O3) | Velmi rychlé tuhnutí, vysoký vývin hydratačního tepla, nízká odolnost vůči síranům. |
| Brownmillerit | C4AF (4 CaO . Al2O3 . Fe2O3) | Pomalé tuhnutí, přispívá k pozdním pevnostem, mírný vývin hydratačního tepla. |
| Volné vápno | CaO | Při vyšším obsahu způsobuje objemovou nestálost. |
| Periklas | MgO | Při obsahu > 2 % může způsobovat objemovou nestálost. |
Při hydrataci cementu dochází k reakcím, při nichž se cementové minerály za přítomnosti vody přeměňují na hydratační produkty, což jsou sloučeniny obsahující chemicky vázanou (krystalovou) vodu. Tyto produkty jsou nerozpustné a stálé, což vede k tuhnutí a tvrdnutí cementu. Hydratace je v podstatě hydrolýza s následující hydratací. Hydrosilikáty obecného vzorce m CaO . n SiO2 . x H2O (označované někdy souborně také jako tzv. C-S-H gel) a hydrohlinitany vápenaté (např. 3 CaO . Al2O3 . 6 H2O) jsou hlavní hydratační produkty. Konečným stabilním produktem dlouhodobé hydratace C3A je kubický 3 CaO . Al2O3 . 6 H2O, který vzniká přes některé meziprodukty, např. 4 CaO . Al2O3 . 13 H2O (hydrokalumit).
Typy cementů a jejich použití
Vyráběných druhů cementů je celá řada. Podle platné normy ČSN EN 197-1 se cementy dělí do pěti základních skupin a 27 typů. Pevnostní třídy jsou 32,5, 42,5 a 52,5 MPa. Značka R za označením třídy indikuje rychlý nárůst pevnosti (tzv. "rapid"). V následující tabulce jsou uvedeny hlavní typy cementů a jejich složení:
| Označení | Typ cementu | Složení (hm. %) |
|---|---|---|
| CEM I | Portlandský cement | 95-100 % slínku, 0-5 % doplňkových složek |
| CEM II | Portlandský cement se směsnými přísadami | 65-94 % slínku, 6-35 % dalších složek (struska, pucolán, vápenec apod.) |
| CEM III | Vysokopecní cement | 5-64 % slínku, 36-95 % vysokopecní strusky |
| CEM IV | Pucolánový cement | 45-89 % slínku, 11-55 % pucolánu |
| CEM V | Směsný cement | 20-64 % slínku, 18-50 % vysokopecní strusky, 18-50 % pucolánu |
Malta je směs, která by měla mít dobré pojivové vlastnosti, přilnavost k podkladu, pevnost, zpracovatelnost a technické parametry odpovídající aktuálním potřebám, jako je mrazuvzdornost, nasákavost a tepelná ochrana. Podle druhu pojiva přítomného v maltové kompozici se dělí na cement, cementovo-vápenné, sádrové a sádrové-vápenné. Portlandský cement se nejčastěji používá pro cementové malty a jejich použití zahrnuje stěny a základy budov, podklady, podlahové podklady atd. Takové malty tvrdnou ve vodě stejně snadno jako ve volné přírodě. Vápenné malty tvrdnou v důsledku karbonizace vápenatých částic vlivem oxidu uhličitého z atmosféry. Hašené vápno, které je součástí této malty, reaguje s molekulami CO2 a vzniká molekula uhličitanu vápenatého a molekula vody. Vzhledem k pomalému průběhu tohoto procesu se někdy používá umělé sušení horkými plyny oxidu uhličitého. Vápenná malta má dobré tepelně-izolační vlastnosti, ale není příliš odolná povětrnostním vlivům a rychle se kazí. Cementovo-vápenné malty spojují pozitivní vlastnosti obou výše uvedených typů. Rychle tuhnou a mají vysokou pevnost a dobrou zpracovatelnost. Používají se také sádrové nebo sádrové vápenné malty, které však nejsou příliš odolné proti vlhkosti a obvykle se používají k omítání stěn a stropů v interiéru, provádění povrchových úprav a upevnění koberců. Izolační systém by se měl skládat z několika vrstev, tj. malty nebo lepidla, tepelně izolačního materiálu, mechanického upevňovacího prvku, armovací vrstvy, omítky, základního nátěru, fasádní barvy a výplňového materiálu. Chemicky se lepicí malta skládá ze směsi polymeru a cementu. Mezi tepelně izolační materiály patří např. polyuretanové pěny, fenolové pěny a extrudovaný polystyren. Tradiční cemento-vápenná omítka se skládá z cementu, vápníku, písku a vody a základními činidly, které zvyšují přilnavost, jsou disperze syntetické pryskyřice a zrna minerálního plniva, např. křemene nebo uhličitanu.
Čtěte také: Správný poměr cementu pro beton
tags: #uhlicitan #barnaty #v #cementu