Hydrataatio

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Hydrataatio on additioreaktio, jossa molekyyliin liitetään vettä.[1] Esimerkiksi veden ja sementin sisältämien mineraalien välillä tapahtuu reaktio, jonka vaikutuksesta sementin ja veden muodostama pasta kovettuu kuivuessaan. Ca3S:n tai Ca2S:n ja veden reaktiossa syntyy hydratoitunutta trikalsiumsilikaattia (Ca3S2H3) ja kalsiumhydroksidia (Ca(OH)2). Sementin mineraalien ominaisuudet vaikuttavat hydrataation nopeuteen ja lujuuskehitykseen.[2]

Sementin hydratoituminen:

Sementin joutuessa kosketuksin veden kanssa sen sisältämät silikaatit ja aluminaatit muodostavat hydrataatiotuotteita, jotka ajan kuluessa kovettuvat yhtenäiseksi sementtiliimaksi. Sementin hydrataatio on siis pääosin kalsiumsilikaattien hydratoitumista eli silikaateissa tapahtuvia reaktioita.

Hydrataatiossa sementtihiukkasten pinnoilla käynnistyvät kemialliset reaktiot, jolloin muodostuu sementtigeeliksi kutsuttava massa, jonka tilavuus on yli kaksinkertainen sementin alkuperäiseen tilavuuteen verrattuna. Hydratoituneet sementtihiukkaset tarttuvat toisiinsa kiinni lujasti, kun hiukkasten välille muodostuu verkkomainen rakenne.

Trikalsiumsilikaatin (3CaO·SiO2) reaktio veden kanssa saa aikaiseksi nopean lujuudenkehityksen eli betonin alkulujuuden, sillä on korkea hydrataatiolämpö (500 kJ/kg) ja se parantaa betonin sulfaatinkestävyyttä.

2 (3CaO·SiO2) + 6H2O --> ((CaO)3 · (SiO2)2 · (H2O)3) + 3Ca(OH)2

Dikalsiumsilikaattin (2CaO·SiO2) reaktio veden kanssa on lujuuden kehitykseltään hidasta, mutta sillä on suuri merkitys nimenomaan betonin lopullisen lujuuden kannalta. Sillä on alhainen hydrataatiolämpö (250 kJ/kg).

2 (2CaO·SiO2) + 4H2O --> ((CaO)3 · (SiO2)2 · (H2O)3) + Ca(OH)2

Molemmissa reaktioissa kalsiumsilikaatit reagoivat vesimolekyylien kanssa, jolloin reaktiotuotteina muodostuu kalsiumsilikaattihydraattia (CaO)k · (SiO2)m · (H2O)n) ja kalsiumhydroksidia Ca(OH)2.

Lisäksi seoksessa tapahtuu trikalsiumaluminaatin (3CaO·AI2O3) reaktio veden kanssa, joka on hyvin nopeaa ja johtaa sementtiliiman välittömään kovettumiseen. Reaktion estämiseksi sementtiin lisätään sen valmistusvaiheessa kipsiä, joka hidastaa trikalsiumaluminaatin hydrataatiota antaen betonimassalle sopivan työstöajan. Trikalsiumaluminaatille ominaista on suuri reagointinopeus ja vedentarve, pieni loppulujuus ja erittäin korkea hydrataatiolämpö (1340 kJ/kg), se myös heikentää sulfaatinkestävävyyttä.[3]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Lehtiniemi, Kalle & Turpeenoja, Leena: Abi Kemia, s. 247. Keuruu: Otava, 2012. ISBN 978-951-1-22290-3.
  2. Energiankäytön kartoitus Lappeenrannan sementtitehtaalla Viitattu 24.10,2009.
  3. Viirola, H. & Raivio, P.: Portlandsementin hydrataatio. Tiedote 2041.. Valtion teknillinen tutkimuskeskus., 2000. [www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2000/T2041.pdf Teoksen verkkoversio].
Tämä tekniikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.