Čvrstoća i trajnost cementnih kompozita

Portlandski cement - moderno hidraulično vezivo je, sve do danas, jedan od najpopularnijih i široko primjenjivih građevinskih materijala, koji je i po količini proizvodnje prvi u svijetu među industrijskim proizvodima. U kvalitativnom i kvantitativnom pogledu, cement (lat. opus caementicum) prošao je buran razvoj koji najbolje karakterizira njegovo značenje u građevinskoj praksi. Iz prvobitnog veziva za povezivanje kamena ili opeke nastao je beton-samostalan građevinski materijal, na kojim je izgrađeno Rimsko Carstvo, a danas je to materijal za novu generaciju nebodera koji prkose gravitaciji. Osnovno svojstvo betona je dugotrajnost pa su napori znanstvenika i graditelja usmjereni na iznalaženje načina povećanja trajnosti, posebice, betonskih hidrotehničkih konstrukcija uz najmanji utrošak financijskih sredstava, rada i materijala. Kada se isključe one pojave u betonu do kojih dolazi uslijed skupljanja i temperaturnih promjena, a koje mogu dovesti do narušavanja njegove monolitnosti u početnom periodu očvršćivanja, onda će njegova trajnost biti određena njegovom sposobnošću da se odupre raznim vanjskim utjecajima, karakter i jačina kojih ovise o uvjetima prirodnog okoliša u kojima se objekt nalazi. U vanjske uvjete koji predstavljaju najveću opasnost za hidrotehnički beton, spadaju: (1) kemijsko djelovanje vode, sredine i tvari koje su u njoj otopljene, (2) naizmjenično djelovanje negativnih i pozitivnih temperatura, što dovodi do više puta ponovljenog smrzavanja i odmrzavanja betona, (3) naizmjenično vlaženje i sušenje betona, (4) kristalizacija soli u betonu, uslijed kapilarnog penjanja vode i isparavanja mineralizirane vode. Svi navedeni čimbenici mogu izazvati narušavanje strukture betona te se smatraju osnovnim čimbenicima procesa korozije i propadanja betona, a dijele se na procese kemijske korozije i procese fizičke korozije. Trajnost betonskih konstrukcija izloženih agresivnom djelovanju okoliša može se poboljšati upotrebom zaštitnih sredstava, čime se dobivaju betoni poboljšane kakvoće i otpornosti prema koroziji. U brojnim istraživanjima iz područja kemije i tehnologije cementa jedan od najvažnijih problema je kako postići što veću ekonomičnost manjim utroškom cementa, uz povećanje otpornosti i trajnosti betonskih konstrukcija izloženih agresivnom djelovanju okoliša. Stoga je, u rješavanju ovog složenog problema, proučavanje korozije i zaštite betona, radi veće trajnosti izgrađenih objekata, pobudilo interes velikog broja istraživača diljem svijeta. U ovoj knjizi, koja je posvećena razmatranju korozije i zaštite cementnih kompozita, morta i betona, pridržavamo se ranije usvojene definicije, podrazumijevajući pod korozijom cementnog kompozita (morta i betona) njegovo raspadanje, koje se vrši samo pod utjecajem onih procesa koji su vezani neposredno s kemijskim reakcijama između sastojaka cementnog kompozita i sredine u kojoj se nalazi. Istraživanja korozije cementa i betona započela su u drugoj polovini 19. stoljeća i od tada je izvršen veliki broj laboratorijskih istraživanja, koja su dala obilan eksperimentalni materijal o ponašanju različitih cemenata, u različitim sredinama. Vršena su i terenska promatranja ponašanja betonskih objekata u prirodnom okolišu. Međutim, broj ovakvih promatranja, u usporedbi s laboratorijskim istraživanjima, bio je, nažalost, mnogo manji. I pored velikog obima dobivenih podataka, mnoga pitanja koja se odnose na kvalitativnu i na kvantitativnu stranu korozije betona i cementnih kompozita ostala su nedovoljno razjašnjena. Proturječnosti podataka u području korozije cementa i betona te nedovoljna jasnoća u čitavom nizu pojedinih pitanja jako su otežavali uopćenje postojećeg materijala. Ovaj udžbenik, prvenstveno namijenjen studentima i prilagođen nastavnim programima više predmeta na diplomskim i poslijediplomskim doktorskim studijima koji se slušaju na Kemijsko-tehnološkom fakultetu Sveučilišta u Splitu i na Tehnološkom fakultetu Univerziteta u Tuzli (Korozija i razgradnja građevnih materijala, Kompozitni materijali, Korozija i zaštita građevnih materijala, Građevinski materijali, Cementni kompoziti ciljanih svojstava) sadrži razmatranja onog oblika kemijske agresije koji se javlja tijekom izloženosti cementnog kompozita prirodnom okolišu (agresija izluživanjem i/ili bubrenjem), a koji u krajnjoj mjeri dovodi do gubitka mehaničkih čvrstoća, odnosno do razaranja kompaktnih betonskih elemenata. Želja autora je da ova knjiga bude korisna i onima koji se bave znanstvenim radom u području cementa i betona, kao i građevinskim inženjerima, koji rade u projektantskim i izvođačkim organizacijama. Naime, poznavanje mineralnog veziva (tehnološki proces njegova dobivanja i način prerade, sastav i svojstva prije uporabe te za vrijeme obrade, ponašanje u građevnim konstrukcijama i sve promjene koje vremenom mogu nastupiti) temeljni je uvjet da vezivni materijal odgovara namjeni te da bude jeftin, stabilan i dugotrajan. Posebice je istaknuta uloga i značenje zamjenskih dodataka cementu (filtarska SiO2 prašina iz proizvodnje ferosilicija, leteći pepeo iz termoelektrana loženih ugljenom, fino mljeveni vapnenac, metalurške troske) u pripravi cementnih kompozita povećane mehaničke čvrstoće, stabilnosti i trajnosti. Radi jasnog shvaćanja fizikalno-kemijske suštine korozijskih procesa koji nastaju u betonu, u prvom dijelu knjige izložena je kemija procesa hidratacije i očvršćivanja silikatnog, tj. portlandskog cementa, kao najzastupljenijeg cementnog veziva. Sadržaj djela prati povijesni razvoj poznavanja, dobivanja (proizvodnje) i primjene cementa od najstarijih vremena do današnjih dana, ali daje i najnovija znanstvena, teorijska i praktična saznanja o procesima, kinetici i mehanizmu hidratacije u slučaju kemijski aktivnih pucolanskih dodataka cementu. Budući da je područje država naše regije jedno od rijetkih u svijetu s golemim ležištima prirodne sirovine - lapora iz koje se izravno može proizvoditi cement najbolje kakvoće, u knjizi je dat prikaz razvoja industrije cementa na području država naše regije, posebice u razdoblju (1865. - 1926.) godine. Iako dani prilozi ne iznose sve pojedinosti o razvoju naše industrije cementa od njezina postanka do danas, oni će ipak dati čitateljima jedan opći pregled uvjeta u kojima su se pojedine tvornice razvijale i kakve su uspjehe postigle. Pri pisanju ovog udžbenika, osim niza za to područje relevantnih međunarodnih časopisa, već objavljenih stručnih knjiga i odgovarajućih normi, korištena su i osobna saznanja autora stečena dugogodišnjim nastavnim i znanstveno-istraživačkim radom u području procesa hidratacije, korozije i zaštite cementnih kompozitnih materijala. Na kraju želimo zahvaliti recenzentima rukopisa na temeljitom pregledu te na dragocjenim savjetima i korisnim prijedlozima za poboljšanje rukopisa. Njihov kritički osvrt korisno nam je poslužio za oblikovanje sadržaja i strukture udžbenika. (Autori, Split-Tuzla, ožujak 2014. godine)