LITERATURA:

1. Jamroży Z.:Beton i jego technologie. PWN. Warszawa 2009

2. Neville A.M.: Właściwości betonu. Polski Cement. Kraków 2000

3. Beton według normy PN EN 206-1. Komentarz. Praca zbiorowa pod kierunkiem L. Czarneckiego. Kraków 2004

4. Peukert S.: Cementy powszechnego użytku i specjalne. Polski Cement, Kraków 2000

5. PN-EN 206-1:2003 Beton, właściwości, produkcja i zgodność.

6. PN-EN 197-cz.1:2002 Cement, skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.

7. PN-EN 12620:2002. Kruszywa do betonu.

SPOIWA

Spoiwa są to materiały chemicznie aktywne, które po wymieszaniu z wodą lub utwardzaczem wiążą i twardnieją. Są to procesy nieodwracalne.

Powietrzne

Mineralne

Hydrauliczne

Spoiwo

Żywiczne

Organiczne

Bitumiczne

SKŁAD CHEMICZNY SPOIW

KALORYCZNOŚĆ

Hydratacja spoiw jest procesem egzotermicznym – towarzyszy jej wydzielanie się ciepła (ciepło hydratacji).

Kaloryczność spoiwa zależy od jego składu chemicznego. Największe ciepło hydratacji wykazuje CaO – 1170 kJ/kg i MgO – 850 kJ/kg.

Na kaloryczność nie ma wpływu miałkość i temperatura początkowa spoiwa czy otoczenia. Te czynniki wpływają natomiast na wzrost temperatury zaczynu, zaprawy czy mieszanki betonowej.

W warunkach adiabatycznych spoiwo drobne szybciej ulega hydratacji i wykonane z niego wyroby szybciej się ogrzewają.

ZNACZENIE KALORYCZNOŚCI W PRAKTYCE BUDOWLANEJ

POZYTYWNE:

- wykonywanie i układanie zapraw czy betonów w obniżonych temperaturach;

- podczas prac remontowych;

NEGATYWNE:

- przy wykonywaniu elementów o dużych gabarytach. Beton jest złym przewodnikiem ciepła. W wyniku powstawania gradientów temperatury (powierzchnia – wnętrze elementu) może dojść do jego spękania czy zarysowania.

SPOIWA WAPNIOWE

PN-EN 459-1:2003. Wapno budowlane. Definicja. Wymagania. Kryteria zgodności.

Otrzymywanie wapna

Wapno otrzymuje się w wyniku wypalania surowców w temperaturze 900 – 1100°C w piecach szybowych lub obrotowych opalanych pierwotnie pyłem węglowym, teraz z reguły gazem lub paliwem płynnym.

CaCO3 CaO + CO2 + 1772 kJ/kg

Jest to reakcja endotermiczna, wymaga dostarczenia ciepła.

Wapno palone w bryłach staje się spoiwem po:

- zmieleniu (średnice poniżej 0,2mm)

- gaszeniu (lasowaniu), w wyniku kontaktu z wodą bryłki rozpadaja się, przejście CaO Ca(OH)2 powoduje wzrost objętości prawie dwukrotnie.

Lasowanie zarówno wapna mielonego jak i brył jest reakcją silnie egzotermiczną.

CaO + H2O Ca(OH)2 + 1126-1170 kJ/kg

Wiązanie (karbonatyzacja)

W wyniku działania CO2 z powietrza następuje wiązanie, a potem twardnienie.

Ca(OH)2 + nH2O + CO2 CaCO3 + (n+1)H2O

Proces ten może trwać bardzo długo, nawet kilka lat (np w murze o grubości 55cm do 3 lat).

Do czasu powstania CaCO3 zaprawa wiąże w wyniku:

- zagęszczania koloidalnego Ca(OH)2 przy wysychaniu

- wydzielania się z przesyconego roztworu Ca(OH)2 kryształków Ca(OH)2 *2H2O, ich powolnego wzrostu i zrastania się – tworzenia się szkieletu krystalicznego)

SPOIWA GIPSOWE

PN 97/B – 30041. Spoiwa gipsowe. Gips budowlany.

Surowcami do produkcji spoiw gipsowych są naturalne siarczany wapnia o różnym stopniu uwodnienia:

- gips dwuwodny CaSO4*2H2O (kamień gipsowy)

- gips bezwodny, anhydryt CaSO4

W Polsce podstawowym surowcem do produkcji gipsu jest kamień gipsowy, który zwykle zawiera 8-15% domieszek margli, gliny, kwarcu, wapieni.

Prażenie gipsu.

Po rozdrobnieniu CaSO4*2H2O jest prażony w obrotowych prażarkach. W temperaturze 120-150°C następuje dehydratyzacja, kamień gipsowy traci 2/3 wody i przechodzi w gips półwodny.

CaSO4*2H2O CaSO4*0,5H2O + 1,5H2O

WIĄZANIE GIPSU

Wiązanie polega na przyłączeniu wody i powstaniu gipsu dwuwodnego.

2(CaSO4*0,5H2O) + 3H2O 2CaSO4*2H2O

Jest to reakcja egzotermiczna, w przypadku gipsu budowlanego wydziela się ciepło 125 kJ/kg.

Wiązanie polega na rozpuszczaniu się gipsu półwodnego w wodzie (stosuje się 60-70% więcej wody niż wynika to z reakcji wiązania). Z nasyconego CaSO4*0,5H2O zaczynają wytrącać się kryształy CaSO4*2H2O i rozpoczyna się wiązanie gipsu i stopniowe jego twardnienie.

W rezultacie powstaje kamień gipsowy, bardzo porowaty – porowatość jest rzędu do nawet 50%.

Podnosząc temperaturę prażenia otrzymuje się kolejne rodzaje gipsu:

GIPS ANHYDRYTOWY otrzymuje się z CaSO4*2H2O prażonego w temperaturze 170-750°C.

A) w temperaturze 170 – 200°C następuje częściowa dehydratyzacja CaSO4*2H2O, powstaje anhydryt III, rozpuszczalny;

B) w temperaturze 450 – 200°C otrzymuje się anhydryt II, bardzo trudno rozpuszczalny. Aby zwiększyć jego rozpuszczalność, a tym samym umożliwić mu wiązanie stosuje się katalizatory dodawane w czasie mielenia:

- siarczan sodowy Na2SO4 w ilości 2-5%

- cement portlandzki do 5%

- wapno palone mielone

- żużel wielkopiecowy

ESTRICHGIPS (gips jastrychowy, podłogowy)

otrzymuje się w temperaturze prażenia 800-1000°C, w tej temperaturze powstaje anhydryt i pewna ilość CaO

95-98% CaSO4*2H2O CaSO4 + 2H2O

2-5% CaSO4*2H2O CaO + SO3 + 2H2O

Zawartość CaO w estrichgipsie uaktywnia trudnorozpuszczalny anhydryt i pobudza go do uwodnienia.

Czasy wiązania: początek po 3-6 godz, koniec 36 godz.

W celu skrócenia czasu wiązania dodaje się:

- wapno

- gips półwodny.

Z tymi dodatkami koniec wiązania estrichgipsu następuje po 6-8 godz.

Z estrichgipsu wykonuje się:

- posadzki bezspoinowe (estrichgips nie wykazuje skurczu)

- sztuczny marmur

- zaprawy murarskie w pomieszczeniach wilgotnych

- drobne wyroby prefabrykowane: pustaki, bloczki.

CEMENTY

PN-EN 197-1:2002. Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.

Głównym składnikiem cementów powszechnego użytku jest klinkier uzyskiwany przez wypalanie dokładnie zestawionej mieszaniny surowców:

72-78% wapienia

22-28% plastycznej gliny bez zanieczyszczeń.

Przydatność surowców do produkcji cementu ocenia się na podstawie ich składu chemicznego oraz rodzaju i ilości domieszek.

Skład chemiczny klinkieru:

CaO 60 - 68 %

MgO 0,3 - 5 %

SiO2 18 - 26 %

Al2O3 4 - 9 %

Fe2O3 1 - 6 %

Dobierając surowce o różnych procentowych zawartościach tych związków można uzyskać cementy o wymaganych właściwościach.

Wpływ stosunków ilościowych składników chemicznych cementu na jego właściwości opisano modułami.

Wiązanie i twardnienie cementu portlandzkiego.

Po zarobieniu cementu wodą (w/c=0,35-0,7) ziarna cementu są zawieszone w wodzie.

Proces wiązania i stopniowego twardnienia przebiega w dwóch fazach:

I. HYDRATACJA

Woda stykająca się z powierzchnią ziaren cementu w wyniku działania sił osmotycznych wnika do ziaren. Przypowierzchniowe strefy ziaren pękają i składniki fazowe przechodzą do wody w wyniku zachodzenia dwóch procesów chemicznych:

- hydrolizy (rozpuszczania)– rozpuszczaniu ulegają krzemiany C3S i C2S

- hydratacji – rozpadowi na jony ulegają gliniany C3A i C4AF.

W technologii betonu oba te procesy nazwano hydratacją.

II KRYSTALIZACJA

W wodzie otaczającej ziarna cementu (woda żelowa) stopniowo następuje krystalizacja stałych fazowych, tworzą się ich uwodnione związki o średnicach 1-100μm, które z czasem twardnieją. Tworzy się kamień cementowy (zaczyn) o bardzo dużej porowatości, rzędu 28%.

Są to pory żelowe o średnicach rzędu 3*10^-6 mm

Ponieważ objętości poszczególnych stałych fazowych oraz wody, którą wiążą jest

większa od ich objętości po uwodnieniu, powstają pory kontrakcyjne

o wielkości 10^-7 mm.

Uwadnianiu krzemianów towarzyszy powstawanie wodorotlenku wapnia Ca(OH)2

tak zwanego portlandytu.

ROLA GIPSU

Po zarobieniu cementu wodą jako pierwszy ulega hydratacji C3A. Ta stała fazowa tworzy sieć kryształów o bardzo małych parametrach wytrzymałościowych. Kryształy C3A blokują rozwój sieci kryształów C3S, który ulega hydratacji znacznie później. Sieć krystaliczna C3S decyduje o wczesnych i końcowych wytrzymałościach zaprawy czy betonu.

Dodatek gipsu CaSO4*2H2O hamuje hydratację C3A przez pokrycie powierzchni jego ziaren płytkami etryngitu CaO*Al2O3*3CaSO4*32H2O. Płytki te po pewnym czasie zanikają.

Dodatek gipsu podczas mielenia klinkieru powinien być tym większy, im większa jest zawartość C3A i stopień rozdrobnienia cementu.