Spoiwa gipsowe - powietrzne

Gips, jaskółczy ogon
(Fot. Rupert
Hochleitner)

Gips to zarówno minerał, jak i skała zbudowana z tego
minerału.

Gips, ró

ż

a pustyni

(Fot. Guillermo Gold
Gormaz, Jordi Jubany
Casanovas)

Skała gipsowa

Spoiwa gipsowe - powietrzne

W spoiwie gipsowym głównym składnikiem jest

siarczan

wapnia

. Spoiwa gipsowe zalicza si

ę

do spoiw powietrznych.

Głównym składnikiem spoiw gipsowych jest rozdrobniony

półwodny siarczan wapnia

:

O

H

CaSO

2

4

2

1

Gips (skała) jest naturalnym dwuwodnym siarczanem wapnia
o wzorze chemicznym:

O

H

CaSO

2

4

2

⋅

Spoiwa gipsowe

•

Gips jest minerałem b

ę

d

ą

cym głównym składnikiem skał

nosz

ą

cych t

ę

sam

ą

nazw

ę

.

•

Jest równie

ż

podstawowym składnikiem odpadów

powstaj

ą

cych podczas odsiarczania spalin w energetyce oraz

przy produkcji kwasu fosforowego z apatytów i fosforytów.

Spoiwa gipsowe

Spoiwo gipsowe otrzymuje si

ę

przez cz

ęś

ciowe lub

prawie całkowite odwodnienie kamienia gipsowego, tj.
dwuwodnego siarczanu wapnia.

Nast

ę

puje to w pra

ż

arkach w temperaturach

140 – 230

o

C. Surowcem jest m

ą

czka gipsowa. Podczas

wypalania zachodzi proces odwodnienia według reakcji:

O

H

O

H

CaSO

O

H

CaSO

2

2

4

2

4

2

3

2

1

2

+

⋅

↔

⋅

dwuwodny siarczan wapnia półwodny siarczan wapnia

Spoiwa gipsowe

Wypalanie CaSO

4

w temperaturze powy

ż

ej 800

0

C prowadzi do

otrzymania

estrichgipsu.

Estrichgips charakteryzuje si

ę

pewnymi wła

ś

ciwo

ś

ciami

hydraulicznymi, posiada wi

ę

ksz

ą

wodoodporno

ść

. Pocz

ą

tek

wi

ą

zania nast

ę

puje po upływie około 2 godzin, koniec po 1

dobie, a wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie po 28 dniach wynosi około

18MPa.

Estrichgips stosuje jako podkład pod posadzki, do produkcji
prefabrykatów oraz wykonuje si

ę

z niego tzw. sztuczny marmur.

Wypalanie CaSO

4

w temperaturze około 400

o

C prowadzi do

uzyskania

spoiwa anhydrytowego

(zastosowanie: do płyt

gipsowych, jest składnikiem gipsu tynkarskiego, stosowany do
samopoziomuj

ą

cych si

ę

posadzek).

Spoiwa gipsowe

O

H

CaSO

O

H

O

H

CaSO

2

4

2

2

4

2

2

3

2

1

⋅

→

+

⋅

Wi

ą

zanie gipsu

polega na ponownym uwodnieniu spoiwa

gipsowego – siarczanu wapnia półwodnego do siarczanu
wapnia dwuwodnego wg reakcji:

Proces wi

ą

zania rozpoczyna si

ę

od momentu, kiedy

spoiwo gipsowe zmiesza si

ę

z wod

ą

.

Spoiwo zaczyna si

ę

rozpuszcza

ć

w wodzie a

ż

do powstania

roztworu nasyconego.

Z przesyconego roztworu CaSO

4

wykrystalizowuj

ą

si

ę

kryształki gipsu dwuwodnego, w wyniku czego nast

ę

puje

wzrost wytrzymało

ś

ci mechanicznej.

Spoiwa gipsowe

Proces wi

ą

zania i twardnienia mo

ż

na podzieli

ć

na trzy okresy:

- rozpuszczanie si

ę

gipsu i tworzenie dwuhydratu w postaci

ż

elu;

- t

ęż

enie w wyniku przemiany

ż

elu w posta

ć

krystaliczn

ą

;

- wysychanie oraz dalsze ro

ś

ni

ę

cie i zrastanie si

ę

kryształów

gipsu dwuwodnego.

Spoiwa gipsowe

Du

ż

a szybko

ść

, z jak

ą

przebiega proces wi

ą

zania gipsu

szybko wi

ążą

cego, jest czasami niekorzystna.

W takich przypadkach stosuje si

ę

tzw. opó

ź

niacze –

domieszki opó

ź

niaj

ą

ce proces wi

ą

zania gipsu. Zalicza si

ę

do

nich: cytrynian potasu lub sodu, w

ę

glan wapnia i fosforany.

S

ą

to zwi

ą

zki, które osiadaj

ą

na powierzchni ziaren

półhydratu oraz tworz

ą

słabo rozpuszczalne zwi

ą

zki, w efekcie

czego zmniejsza si

ę

szybko

ść

wi

ą

zania gipsu.

Spoiwa gipsowe

Ze wzgl

ę

du na uziarnienie gips budowlany dzieli si

ę

na dwie

odmiany:

- gips budowlany grubo zmielony GB-G;
-gips budowlany drobno zmielony GB-D.

Ze wzgl

ę

du na wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie po wysuszeniu do

stałej masy rozró

ż

nia si

ę

dwa

gatunki

gipsu:

- gips budowlany 6,
- gips budowlany 8.

Spoiwa gipsowe

10

Koniec wiązania,

nie później niż

[min]

6

3

Początek

wiązania, nie

wcześniej niż

[min]

Czas wiązania

8,0

6,0

8,0

6,0

Po wysuszeniu

do stałej masy

4,0

3,0

4,0

3,0

Po 2 godz.

Wytrzymałość

na ściskanie,

nie mniej niż

[MPa]

GB-D8

GB-D6

GB-G8

GB-G6

Wymagania

Tabela. Wymagania dla gipsu budowlanego

Spoiwa gipsowe

W zale

ż

no

ś

ci od przeznaczenia wyró

ż

nia si

ę

nast

ę

puj

ą

ce

rodzaje

spoiw gipsowych:

- gips szpachlowy B – do szpachlowania elementów
betonowych;
- gips szpachlowy G – do szpachlowania elementów
gipsowych;
- gips szpachlowy F – do spoinowania płyt kartonowo –
gipsowych;
- gips tynkarski GTM – do wewn

ę

trznych wypraw tynkarskich,

wykonywanych sposobem zmechanizowanym;
- klej gipsowy P – do klejenia prefabrykatów gipsowych;
- klej gipsowy T – do osadzania płyt gipsowo – kartonowych.

Spoiwa gipsowe

Podstawowe cechy spoiw gipsowych:

•

Wytrzymało

ść

zale

ż

y od rodzaju i gatunku spoiwa

gipsowego

oraz

stosunku

gips/woda.

Maksymaln

ą

wytrzymało

ść

tworzywa gipsowe uzyskuj

ą

w stanie suchym,

to jest po wysuszeniu do stałej masy. Niewielkie zawilgocenie
tego tworzywa prowadzi do du

ż

ego spadku wytrzymało

ś

ci. Ze

wzrostem wilgotno

ś

ci od 0 do 1% wytrzymało

ść

mo

ż

e ulec

zmniejszeniu nawet o 50-70%;

•

Nasi

ą

kliwo

ść

. Tworzywa gipsowe wykazuj

ą

znaczn

ą

nasi

ą

kliwo

ść

, wynosz

ą

c

ą

25-40%. Zmniejszenie nasi

ą

kliwo

ś

ci

mo

ż

na uzyska

ć

poprzez stosowanie zaczynów o niskim

stosunku wodno – gipsowym, poł

ą

czonym z mechanicznym

zag

ę

szczaniem, lub poprzez wprowadzanie do zaczynów

dodatków modyfikuj

ą

cych, zwłaszcza

ś

rodków hydrofobowych;

Spoiwa gipsowe

•

Higroskopijno

ść

- czyli zdolno

ść

pochłaniania wilgoci

z powietrza jest

ś

rednia. Przy du

ż

ej wilgotno

ś

ci powietrza w

pomieszczeniu materiały gipsowe pochłaniaj

ą

nadmiar wilgoci,

natomiast przy niskiej wilgotno

ś

ci – oddaj

ą

j

ą

(korzystne dla

mikroklimatu pomieszcze

ń

);

•

Kapilarno

ść

– du

ż

a;

•

Mrozoodporno

ść

– tworzywa gipsowe wykazuj

ą

na

ogół pełn

ą

mrozoodporno

ść

, tzn. wytrzymuj

ą

one 15 krotne

cykle zamra

ż

nia (-15

0

C) i odmra

ż

ania (+18

o

C);

•

Izolacyjno

ść

termiczna

–

wyroby

gipsowe

charakteryzuj

ą

si

ę

dobr

ą

izolacyjno

ś

ci

ą

termiczn

ą

;

Spoiwa gipsowe

•

Odporno

ść

ogniowa – tworzywa gipsowe nale

żą

do

materiałów

niepalnych,

w

zwi

ą

zku

z

tym

znajduj

ą

zastosowanie w ochronie przeciwogniowej. W czasie po

ż

aru

tworzywa gipsowe pochłaniaj

ą

du

ż

e ilo

ś

ci ciepła potrzebnego

do odparowania wilgoci i odwodnienia gipsu.

Pozwala to na ochron

ę

konstrukcji budowlanych przed

wzrostem temperatury krytycznej na długi okres czasu,
zale

ż

nie od grubo

ś

ci zastosowanej otuliny gipsowej.

Szerokie zastosowanie jako okładziny ognioochronne

maj

ą

płyty gipsowo – kartonowe zbrojone włóknem szklanym

oraz lekkie zaprawy gipsowo - perlitowe.

Spoiwa wapienne

Spoiwa wapienne

Nale

żą

one do grupy spoiw powietrznych, które po zarobieniu

wod

ą

wi

ążą

i twardniej

ą

tylko na powietrzu.

Zalicza si

ę

do nich wapno palone, wapno hydratyzowane,

wapno pokarbidowe i wapno hydrauliczne.

Do wytwarzania spoiw wapiennych stosuje si

ę

surowce, których podstawowym składnikiem jest

w

ę

glan

wapnia (CaCO

3)

.

Do skał wapiennych zalicza si

ę

skały w

ę

glanowe

zawieraj

ą

ce nie mniej ni

ż

50% w

ę

glanu wapnia.

W

ę

glan wapnia wyst

ę

puje najcz

ęś

ciej w postaci kalcytu oraz

aragonitu.

Spoiwa wapienne

Wapno palone – tlenek wapnia (wapno niegaszone) CaO

Otrzymuje si

ę

przez wypalanie (pra

ż

enie) w

ę

glanu wapnia

CaCO

3

w temperaturze 950-1050

o

C, podczas którego

nast

ę

puje reakcja przebiegaj

ą

ca zgodnie z równaniem:

CaCO

3

↔

CaO + CO

2

-176,6kJ

Wypalanie odbywa si

ę

w tzw. wapiennikach. Jest to

reakcja endotermiczna, wymagaj

ą

ca doprowadzenia ciepła

(jest to reakcja odwracalna). Na 1 kg CaCo

3

( w celu jego

rozkładu) nale

ż

y doprowadzi

ć

176,6 kJ ciepła.

Spoiwa wapienne

Wapno palone (niegaszone) mo

ż

e wyst

ę

powa

ć

w handlu jako:

wapno palone mielone, pakowane w workach

; Miałko

ść

zbli

ż

ona do cementu. Mo

ż

na je przechowywa

ć

do 1 miesi

ą

ca,

zabezpieczaj

ą

c przed działaniem wilgoci.

W razie zawilgocenia dochodzi do tzw. gaszenia wapna, co
powoduje wzrost obj

ę

to

ś

ci nawet o 250%. Towarzyszy temu

wysoka tempertaura (reakcja egzotermiczna), co mo

ż

e

doprowadzi

ć

nawet do po

ż

aru.

Spoiwa wapienne

Zastosowanie:

-do produkcji wyrobów

siliaktowych

(wapienno – piaskowych;

-do produkcji betonów komórkowych;
-do robót murarskich w okresie niskich temperatur.

Wyroby silikatowe

produkowane s

ą

z piasku kwarcowego

(około 90%) i mielonego wapna palonego w ilo

ś

ci około 8%, z

dodatkiem wody do uzyskania konsystencji wilgotnej.

Wyroby poddawane s

ą

prasowaniu i autoklawizacji w parze

wodnej.

Wyroby silikatowe maj

ą

stosowanie: do wznoszenia

ś

cian,

zwłaszcza na elewacje nietynkowane, do produkcji elementów
ogrodzeniowych.

Spoiwa wapienne

•

wapno palone (niegaszone) w bryłach – luzem

Takie spoiwo jest nietrwałe, ze wzgl

ę

du na wchłanianie wilgoci i

dwutlenku w

ę

gla z powietrza.

Transport koniecznie kryty. Na budowie nale

ż

y momentalnie

podda

ć

procesowi gaszenia.

Zastosowanie:

-w przemy

ś

le hutniczym;

-półprodukt do zapraw murarskich.

Spoiwa wapienne

Wapno gaszone – wodorotlenek wapnia (lasowane) – Ca(OH)

2

Gaszenie wapna inaczej lasowanie, to reakcja chemiczna
tlenku wapnia (wapna palonego) z wod

ą

w wyniku czego

powstaje wodorotlenek wapnia (wapno gaszone).
Jest to proces silnie egzotermiczny. Reakcja przebiega
zgodnie z równaniem:

CaO + H

2

O = Ca(OH)

2

+15,5 kcal

Proces gaszenia wapna palonego mo

ż

e by

ć

przeprowadzony

metod

ą

:

-na sucho

– przy minimalnej ilo

ś

ci wody, wykonywany w

warunkach przemysłowych (w hydratorach).
Otrzymuje si

ę

wapno hydratyzowane

- zastosowanie do

zapraw wapiennych i cementowo - wapiennych.

Spoiwa wapienne

-na mokro

– stosowana na budowie, przy znacznie wi

ę

kszej

ilo

ś

ci wody. Prowadzi to do otrzymania ciasta wapiennego i

mleka wapiennego.

Gaszenie na mokro powinno trwa

ć

:

- minimum 2-3 tygodnie dla wapna do prac murarskich;

- minimum 2-3 miesi

ą

ce dla wapna do prac tynkarskich.

Im grubsze bryły wapna palonego, tym proces gaszenia
powinien by

ć

dłu

ż

szy. Dawniej trwał on nawet rok czasu przed

planowanym wykorzystaniem materiału.

Spoiwa wapienne

W metodzie gaszenia na mokro - wapno palone miesza si

ę

z

wod

ą

w skrzyni drewnianej wyło

ż

onej foli

ą

.

Wapno mo

ż

na gasi

ć

: szybko lub wolno - uzyskuje si

ę

wówczas:

- wapno szybko-gaszone;

- wapno wolno-gaszone.

W przypadku gaszenia szybkiego do folii wlewa si

ę

cał

ą

ilo

ść

potrzebnej wody, a nast

ę

pnie stopniowo dozuje si

ę

bryły

wapna, tak aby nie doszło do przegrzania.

Spoiwa wapienne

W przypadku gaszenia wolnego do folii umieszcza si

ę

bryły

wapna, a nast

ę

pnie stopniowo dozuje si

ę

wod

ę

rozpylonym

strumieniem.

Zawiesin

ę

miesza si

ę

do pełnego rozpadu wapna (15 -30

minut).

Ilo

ść

potrzebnej wody potrzebnej do gaszenia wynosi od 2,4

do 4,5 m

3

na ton

ę

wapna Im wapno jest bardziej tłuste, tym

potrzeba wi

ę

kszej ilo

ś

ci wody.

Zgaszone wapno spuszcza si

ę

do dołu o gł

ę

boko

ś

ci

około 2 m. Boki dołu musz

ą

by

ć

wyło

ż

one deskami lub

obmurowane. Dołowane wapno powinno by

ć

przysypane

piaskiem o grubo

ś

ci minimum 20 cm, a w zimie ocieplone.

Wapno gaszone mo

ż

e by

ć

przechowywane w dołach nawet

kilka lat.

Spoiwa wapienne

W wyniku zgaszenia wapna palonego metod

ą

na mokro

otrzymuje si

ę

w postaci ciasto wapienne i mleko wapienne.

Ciasto wapienne

– to plastyczna masa otrzymywana z wapna

gaszonego.

Ma kolor biały z odcieniem szarego, a

ż

do szarego. Je

ś

li ma

kolor br

ą

zowy, to znaczy,

ż

e proces gaszenia przebiegał przy

u

ż

yciu za małej ilo

ś

ci wody.

Wydajno

ść

ciasta wapiennego wynosi 2 ÷ 2,5 m

3

z tony wapna

palonego. Im dłu

ż

ej dołowane jest wapno, tym jego wła

ś

ciwo

ś

ci

s

ą

lepsze.

Spoiwa wapienne

Mleko wapienne

– to zawiesina, któr

ą

uzyskuje si

ę

w wyniku

rozcie

ń

czenia ciasta wapiennego wod

ą

.

Jest wytwarzane bezpo

ś

rednio przed u

ż

yciem.

U

ż

ywane jest jako:

- dodatek do zapraw wapienno-cementowych;
- dodawane do zapraw cementowych w celu poprawienia
plastyczno

ś

ci;

- oraz do bielenia (malowania)

ś

cian budynków i pomieszcze

ń

gospodarczych;
- posiada silne własno

ś

ci odka

ż

aj

ą

ce.

Spoiwa wapienne

Proces wi

ą

zania i twardnienia wapna

Wi

ą

zanie i twardnienie wapna odbywa si

ę

tylko na

powietrzu, ale w obecno

ś

ci wody.

Wapno wi

ąż

e w wyniku reakcji chemicznych.

Wzrost

wytrzymało

ś

ci

wapna

jest

spowodowany

nast

ę

puj

ą

cymi zjawiskami:

• utrat

ą

wody na skutek odci

ą

gania jej przez materiały muru i

wysychanie. Jest to proces stosunkowo szybki, trwa kilka
godzin;

Spoiwa wapienne – wi

ą

zanie i twardnienie

• przez karbonatyzacj

ę

. Nast

ę

puje ona w wyniku reakcji

wodorotlenku wapnia z dwutlenkiem w

ę

gla zawartym w

powietrzu, a woda odgrywa tutaj rol

ę

katalizatora. Reakcja ta

przebiega według równania:

Rosn

ą

ce kryształy CaCO

3

ł

ą

cz

ą

si

ę

ze sob

ą

, zrastaj

ą

i spajaj

ą

w ziarenka zaprawy, daj

ą

c w efekcie wytrzymały

mechanicznie materiał odporny na działanie wody. Proces
karbonatyzacji rozci

ą

ga si

ę

w czasie i zale

ż

y od ilo

ś

ci

dwutlenku w

ę

gla w powietrzu i grubo

ś

ci muru.

W strefie powierzchniowej proces przebiega do

ść

szybko,

natomiast wi

ą

zanie CO

2

z atmosfery przez gł

ę

bsze strefy

zaprawy mo

ż

e trwa

ć

nawet kilka lat.

O

H

n

CaCO

CO

O

nH

OH

Ca

2

3

2

2

2

)

1

(

)

(

+

+

→

+

+

Spoiwa wapienne – wi

ą

zanie i twardnienie

• w wyniku powstawania krzemianów wapnia.

Reakcje zachodz

ą

w temperaturze powy

ż

ej 100

o

C w

obecno

ś

ci wody i piasku. Proces ten wykorzystywany jest

jedynie przy produkcji wyrobów wapienno – piaskowych
(silikatowych) oraz betonu komórkowego.

Spoiwa wapienne

Zalety spoiw wapiennych:

- bardzo dobra urabialno

ść

(stosowane s

ą

do poprawy

urabialno

ś

ci zapraw cementowych i gipsowych);

- łatwo mieszaj

ą

si

ę

ze wszystkimi spoiwami mineralnymi;

- korzystny wpływ na mikroklimat pomieszcze

ń

;

- posiadaj

ą

wła

ś

ciwo

ś

ci bakteriobójcze);

-biała barwa (mog

ą

by

ć

spoiwem do farb wapiennych i białych

tynków);
- tanie i łatwo dost

ę

pne;

Wady spoiw wapiennych:

- niska wytrzymało

ść

(w przypadku stosowania tylko spoiwa

wapiennego);
- niebezpieczne podczas stosowania, gdy

ż

rozpuszczaj

ą

tkanki ludzkie powoduj

ą

c trudno goj

ą

ce si

ę

rany.