Tsement (5)

Tsement
Tsement (saksa keeles Zement purustatud kivi, kivipuru ") on hüdrauliliste sideainete hulka kuuluv laialtkasutatav ehitusmaterjal.
TSEMENDI AJALUGU
Keegi ei tea päris kindlalt, kes tsemendi leiutas või kes seda esimesena kasutas. Lupja tarvitati sideainena (hiljem kui savi ja kipsi) Mesopotaamias, Egiptuses ja Hiinas juba mõni tuhat aastat e.m.a. Ka etruskid olid juba hea aeg enne Kristuse sündi peenestatud lubjaga sina peal. Hiljem hakkasid roomlased kasutama põletatud lupja ja arendasid rooma tsemendi. Suurte rahvarännete ajal kadus rooma tsement kasutuselt ning ilmus välja alles 18. sajandi keskpaiku. Sealt arenes see tasapisi edasi ja viis lõpuks välja Aspdini portlandtsemendi sünnini.
Inglane Joseph Aspdin patenteeris oma portlandtsemendi aastal 1824. Nime sai tsement sellest valmistatud betooni järgi, mis sarnanes välimuselt Inglismaa rannikul Portlandis esineva kivimiga, mida sel ajal kasutati Inglismaal üldiselt ehitusmaterjalina.
Inglane Isaac Johnson täiustas 1843. a. Aspdini meetodit põletades toorainet paakumistemperatuurini. Alles sealt alates võib pidada praegust portlandtsementi sündinuks. Esimene portlandtsemendiahi asub Inglismaal Kenti linnas.
Aastal 1885 sai inglane Frederick Ransome patendi tooraine põletamise kohta pöördahjus. Juba 20. sajandi alguses algas pöördahjude tööstuslik valmistamine. Uus tehnoloogia parandas tsemendi kvaliteeti ja alandas tunduvalt tootmiskulusid.
Eestis hakati tsementi tootma 1860. aastate lõpul, kui Kunda mõisa omanik John Girard de Soucanton huvitus võimalusest valmistada kohapealsest merglist ja sinisavist tsementi. 1870.a. toodeti juba esimesed tonnid tsementi.
TSEMENDI TOOTMINE JA KÕVASTUMINE
Tsement on tüüpiline hüdrauline sideaine , mis kõvastub ka vee all. Tähtsaim tsemendi liik on portlandtsement , mida valmistatakse lubjakivi ja savi (vahekorras 3:1) peenestatud segu kuumutamisel temperatuuril 1300 C – 1450 C. Lubjakivi laguneb, eraldub CO2 ning paakumisel tekivad CaO ja savi (alumosilikaadi) reageerimisel kaltsiumsilikaadid ligikaudse valemiga 3CaO * SiO2. Kui saadud kõva paakunud klinker jahvatada ja seejärel segada veega, kõvastub segu kiiresti (tundide jooksul), sest tekivad kaltsiumi hüdraatsilikaadid. Reaktsioon kulgeb umbes nii: 3CaO * SiO2 + H2O -> 3CaO * SiO2 * H2O . Kuna kõvastumisreagent (vesi) on otse reaktsioonisegus, toimub kõvastumine palju kiiremini kui lubja puhul. See ongi üheks põhjuseks, miks tsement on aastatuhandeid kasutusel olnud auväärse sideaine lubja müüritöödelt peaaegu täielikult välja tõrjunud. Lubi ei sobiks tänapäeva ehitustempoga: päeva jooksul saab müüriks paika panna ainult mõne ringi kive, sest muidu suruks kivide eneste raskus veel kõvastumata mördi kivide vahelt välja ja müür pudeneks laiali.
TSEMENDI TOOTMINE EESTIS (KUNDA)
Lobri valmistamine
Vagunitega tehasesse toodud lubjakivi peenendatakse esmalt lõugpurustiga ja seejärel haamerpurustiga ning transporditakse linttransportööriga nn "ühendatud lattu".
Lubjakivilobri valmistamine toimub neljas kahekambrilises kuulveskis (ų3x14 m). Veskisse antakse lubjakivi vibraatortoitjatega ja lisatakse vesi, mille tulemusena saadakse lubjakivilobri, mis pumbatakse vertikaalpaakidesse (6 tk a´-750 m³).
Savilobri valmistamine toimub kahes savikarusellis savi segamisel veega. Saadud lobri pumbatakse vertikaalpaakidesse (2 tk a´-750 m³).
Pärast analüüside tegemist lisatakse lubjakivilobrile teatud kogus savilobri ja saadakse põletamiseks sobiv ahjulobri (koosneb 90-95% lubjakivi ja 5-10% savi), mis lastakse horisontaalbasseini mahtuvusega 6000 m³ (2 tk).
Kütuse ettevalmistamine
Kütus doseeritakse etteantud vahekorras (põlevkivi ning süsi/naftakoks) eraldi punkrite kaudu.
Eelnevalt toimub kütuse peenendamine haamerpurustis ja seejärel jahvatatakse ühekambrilises kuulveskis (ų2,8x5,4 m) (3 tk). Kuulveskis toimub kütuse samaaegne jahvatamine ja kuivamine. Valmis kütusejahu püütakse kinni veskile paigaldatud kottfiltriga ja transporditakse pöördahju kütusepunkrisse, mahtuvusega 200 m³ (2 tk).
Klinkri põletamine
Klinkri põletamine toimub kolmes pöördahjus (ų4,0/4,5x150 m). Pöördahju ühest otsast antakse sisse lobri ja teisest otsast kütus. Pöördahi on varustatud kettsoojusvahetitega ja ahju korpus on seest vooderdatud kuumuskindlate kividega. Pöördahjus toimuvad füüsikalis-keemilised protsessid, mille tulemusena moodustub klinker, mis jahutatakse maha restjahutajaga ja ladustatakse ühendatud lattu.
Pöördahjust väljuvad suitsugaasid puhastatakse elektrifiltris ja suunatakse korstnasse. Elektrifiltris kinnipüütud tolm ladustatakse silos ja kasutatakse happeliste põldude lupjamiseks.
Tsemendi jahvatamine
Kundas valmistatakse kahte tüüpi tsementi: portlandtsementi (koostis klinker, kips, lubjakivi) ja portland -komposiittsementi (klinker, kips, põletatud põlevkivi, lubjakivi). Tsemendi jahvatamiseks on kolm separaatoritega varustatud kahekambrilist kuulveskit ų3,0x14 m. Kõik materjalid antakse veskisse üle kaaldosaatorite. Tsemendiveskid on varustatud kottfiltritega. Kaks tsemendiveskit on varustatud tsemendijahutajatega. Tsemendiveskitest väljunud tsement pumbatakse silodesse 4 tk a´-5000 t ja 6 tk a´-4000 t.
Tsemendi pakkimine, väljastamine
Tsement väljastatakse kas lahtiselt või pakituna paberkottidesse (40 kg või 25 kg). Tsemendi pakkimiseks on kaks karusellpakkemasinat. Pakitud tsement pannakse puitalustele ning kaetakse kilega.
TSEMENTIDE LIIGID
Juba Antiik-Roomas tunti mõningaid tsemenditaolisi hüdraulilisi sideaineid. Selleks põletati ja peenestati suure savisisaldusega lubjakivi või jahvatati looduslikke vulkaanilisi kivimeid. Kõik need sisaldasid vee toimel kõvastuvaid kaltsiumsilikaate. Ka tänapäeval valmistatakse peale klassikalise portlandtsemendi veel teistsuguse koostisega tsemente. Tsemendi koostist muudetakse kahel põhjusel. Esiteks võimaldab see reguleerida tsemendi kõvastumiskiirust, kõvadust, tugevust jt omadusi. Näiteks aeglustab pindaktiivsete ainete lisamine tsementmördile selle kõvastumist, happelised lisandid (kips CaSO4 jt) aga kiirendavad. Eriti tugeva tsemendi saab aga siis, kui selle lähteainetele lisada alumiiniumiühendeid, näiteks boksiiti. Selline segu nõuab põletamiseks tublisti kõrgemat temperatuuri (üle 1600 C) ning vastav tsement on palju kallim. Teiseks koguneb tööstuses tuhandeid tonne jääkaineid, mis sisaldavad tsemendi kõvastumiseks vajalikke kaltsiumsilikaate. Näiteks metallurgias, eriti raua tootmises tekivad räbud; ka tekib mineraalainerikkamate tahkete kütuste, näiteks põlevkivi põletamisel suurtes kogustes tuhka (Ida-Virumaa tuhamäed), mille koostis on samalaadne (tööstuses nimetatakse paakunud tuhka samuti räbuks). Kui kaua aega ei osatud nende jääkainetega midagi peale hakata, siis tänapäeval on leitud, et tavalisele tsemendiklinkrile räbu või põlevkivituhka lisades saadakse tsement, mis on kvaliteedilt täiesti võrreldav 100% - lise portlandtsemendiga. Seega on keemikud osanud loodust reostavad jääkained ära kasutada väärtusliku ehitusmaterjali tootmiseks.
JAGUNEMINE
1)Portlandtsement

Portland-räbutsement

Portland-silikaattsement

Portland-putsolaantsement

Portland-lendtuhktsement

Portland-põlevkivitsement

Portland-lubjakivitsement

Portland-komposiittsement
2)Räbutsement
3)Putsolaantsement
4)Komposiittsement
Portlandtsement
Portlandtsement, mis esialgsel kujul ilmus ehituslike sideainete nomenklatuuri ligi 1,5 sajandi eest, on tootmise-tarbimise mastaabilt teiste sideainete seas esikohal. Suurem osa tööstus- ja tsiviilehituses armeeritud ja armeerimata monteeritavadest ning monoliitsetest betoonkonstruktsioonidest valmistatakse portlandtsemendiga.
Portlandtsement on hüdrauline sideaine, mis saadakse portlandtsemendi klinkri ja vajaliku koguse kipsi koosjahvatamisel. Klinker põletatakse sobivast toorainest paakumiseni ning sisaldab 70-80% kaltsiumsilikaate.
Portlandtsemendis ja tema eriliikides võib olla väävelhappeanhüdriidi (SO3) 1,5-3,5% ning magneesiumoksiidi (MgO) kuni 5%.
Portlandtsementi toodetakse lisanditeta või manustatakse tsemendi kaalust kuni 15% aktiivseid mineraalseid lisandeid. Peale hariliku portlandtsemendi valmistatakse ka tema eriliike.
TSEMENDI OMADUSED JA KVALITEET
Tsement on peen sinakas - või rohekashall pulber , värvus on tingitud Fe(II)ühenditest. Peenemateks sisetöödeks kasutatakse valget tsementi, mis ei sisalda raua ühendeid (lähteaineks on valge savi). Tsement on üsna tugevalt aluseline, segus veega tundub ta sõrmede vahel libedana ning kui päev otsa tsemendiga töötada, on õhtuks peopesad puhtad ja roosad. Tsemendi aluselisus on väga kasulik – näiteks roostetab raud kontaktis tsemendiga aeglaselt. Tuletame meelde, et raud lahustub hästi hapetes, kuid tavatingimustel ei reageeri alustega.
Tsemendi tähtsaim omadus on tugevus (survetugevus). Tavaliselt on see piirides 30-60 N/mm2 ja märgitakse tsemendikotile. Sellist tugevust ei saavuta tsement kohe, vaid ühe kuu jooksul. Tsement on hügroskoopne, ta imeb õhust ahnelt niiskust ja reageerib sellega kiiresti (läheb tükki ja kaotab oma kvaliteedi). Seepärast tuleb tsementi säilitada hermeetilises pakendis (tavaliselt mitmekihilises immutatud paberkotis) ja võimalikult kuivas kohas. Samuti ei ole kasulik tsementi säilitada üle aasta, kuna igasugusest pakendist difundeerub (tungib molekulide vahelt) niiskus aja jooksul läbi.