Zeolit ako súčasť cementových zmesí (1. časť)

Portlandský cement

Cement je práškové kremičitanové anorganické spojivo, ktorého charakteristickou vlastnosťou je jeho vysoká hydraulicita. Dnes je bežne označovaný ako portlandský cement. Po vhodnom zmiešaní s vodou vytvára plastickú kašu, ktorá postupne tuhne, až úplne zatvrdne. A tento proces tvrdnutia prebieha tak na vzduchu, ako aj vo vodnom prostredí. Výroba cementu je založená na vysokoteplotnom vypaľovaní vápencov s obsahom ílových minerálov. Najčastejšie sa jedná o vápnité sliene. Je to druh vápenca obohateného minerálnou surovinou poskytujúcou hydraulické oxidy, ktoré sú základnými stavebnými komponentami cementového slinku. Slinok je možné popísať okolo dvadsiatimi slinkovými minerálmi.

Viaczložkový cement so zeolitom

Prímesi, ktoré sú pridávané do cementu alebo nahradzujú časť cementu, sa pridávajú buď priamo v cementárňach alebo až pri výrobe betónu v betonárňach. Minerál sadrovec, určený k regulácii procesu tuhnutia a inertné prímesi sa melú priamo v cementárni so slinkom na homogénnu zmes materiálov. Prímesi sa melú buď spoločne s uvedenými látkami, alebo sa pridávajú už pomleté a vznikajúca viaczložková zmes sa dokonale homogenizuje. Takto vzniknutý materiál sa označuje ako viaczložkový cement.  A jednou z týchto zložiek môže byť aj prírodný zeolit.

Puzolánové prímesové  materiály v cemente

Ako puzoláne je možné označiť materiály, ktoré majú kremičitú alebo hlinitokremičitú povahu. Sami o sebe nepredstavujú žiadnu tmeliacu schopnosť, ale za bežných teplôt reagujú vo vodnom prostredí s hydroxidom vápenatým za vzniku zlúčenín, ktoré postupne tuhnú až úplne zatvrdnú do pevnej hmoty a sú stabilné tak na vzduchu, ako aj pod vodou. Ich dôležitou vlastnosťou je, že obsahujú predovšetkým oxid kremičitý v amorfnej fáze, ktorý vo vodnom prostredí reaguje s hydroxidom vápenatým za vzniku hydratovaných kremičitanov vápenatých (tzv. CSH gély). Ak je v reakčnom prostredí prítomná vyššia koncentrácia voľných katiónov Ca²⁺, potom vznikajú aj hlinitany vápenaté (tzv. CAH zlúčeniny). Vzniknuté CSH a CAH zlúčeniny sú odolné voči vode, kyslému prostrediu, zlepšujú mechanické vlastnosti materiálov, zvyšujú odolnosť voči korózii a celkove zvyšujú trvanlivosť mált a betónov.

Zeolit ako alternatívny prírodný puzolán

Prírodný zeolit je vďaka svojmu mineralogickému zloženiu a fyzikálno-chemickým vlastnostiam veľmi vhodnou prídavnou zložkou do cementu. Pomletý a spracovaný zeolit obsahuje reaktívne alumosilikáty, ktoré majú relatívne veľký adsorpčný merný povrch, vysokú kapacitu katiónovej výmeny a pórovitosť. Ich obrovskou výhodou je aj ekonomická stránka, pretože zeolity sú v prírode časté a vytvárajú ložiskové akumulácie s veľmi prijateľnými nákladmi na ich ťažbu a spracovanie.

Čo  sú to tie prírodné zeolity?

Zeolit je pôvodne svojím vznikom vulkanicko-sedimentárna hornina. Obsahuje teda niekoľko minerálnych fáz a rôznych prímesí. Nie je tak možné definovať jej chemické zloženie jasným chemickým vzorcom.  Zeolitové horniny vznikajú hlavne v takých geochemických podmienkach, kde rozmanité produkty vulkanickej činnosti boli počas miliónov rokov v interakcii s povrchovými alebo podzemnými vodami. Jedná sa hlavne o vulkanický popol. Môžu sa však formovať aj v inom ako vulkanickom prostredí. A to v relatívne plytkých morských bazénoch, kde dochádzalo k vzájomnému pôsobeniu častíc sedimentov s chemicky reakčne silnými  bázickými roztokmi cirkulujúcimi v týchto sedimentoch.

Prírodné zeolity sú z petrografického pohľadu zložité vulkanicko-sedimentárne horniny. Obsahujú teda niekoľko minerálov a horninových prímesí. Najpodstatnejšiu prítomnosť a dôležitosť  ale v tejto hornine majú minerály skupiny zeolitov (ako napr. analcim, chabazit, klinoptilolit, mordenit, heulandit, stilbit). Sú to po chemickej stránke zložité vodnaté alumokremičitanové minerály, ktorých kryštálová mriežka je budovaná  štvorstenmi hliníka Al₂O₃ a kremíka SiO₂. Zaujímavá je prítomnosť molekúl vody H₂O v kryštálovej štruktúre týchto minerálov. Buď voľnej alebo štruktúrne viazanej. Molekuly vody sú zadržiavané v medzerách či voľných mikroskopických priestoroch medzi jednotlivými stavebnými prvkami štruktúrnej mriežky zeolitov. A práve v tom je ich výnimočnosť a jedinečnosť medzi minerálmi (ich sorpčné, výmenné či katalytické vlastnosti).

Pokračovanie článku nájdete tu.

Portlandský cement Cement je práškové kremičitanové anorganické spojivo, ktorého charakteristickou vlastnosťou je jeho vysoká hydraulicita. Dnes je bežne označovaný ako portlandský cement. Po vhodnom zmiešaní s vodou vytvára plastickú kašu, ktorá postupne tuhne, až úplne zatvrdne. A tento proces tvrdnutia prebieha tak na vzduchu, ako aj vo vodnom prostredí. Výroba cementu je založená na vysokoteplotnom vypaľovaní vápencov…