Wykład 1-2

Podział materiałów budowlanych :

1. ze względu na pochodzenie

1. materiały rodzime

2. materiały wytworzone fabrycznie

3. materiały wykonywane na placu budowlanym

2. ze względu na skład chemiczny

1. materiały nieorganiczne (mineralne)

2. materiały organiczne

3. tworzywa sztuczne

3. ze względu na zastosowanie

1. do budowy ścian, stropów

2. do wykonywanie podłóg

3. do krycia dachów

4. do izolacji termicznej

5. do izolacji przeciwwilgociowej

4. ze względu na gęstość objętościową (pozorną) ;

1. materiały ciężkie q> 1800 kg/m³

2. materiały półciężkie q=800 - 1800 kg/m³

3. materiały lekkie q<800 kg /m³

CECHY TECHNICZNE MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

Fizyczne mechaniczne chemiczne

CECHY FIZYCZNE; gęstość objętościowa gęstość szczelność porowatość wilgotność nasiąkliwość przesiąkliwość kapilarność przewodność cieplna mrozoodporność higroskopijność skurcz ognioodporność

CECHY MECHANICZNE: wytrzymałość na: ściskanie, rozciąganie, zginanie, twardość ścieralność

CECHY CHEMICZNE : skład chemiczny odporność na działanie: kwasów, zasad, soli.

SKAŁY

MAGMOWE PRZEOBRAŻONE OSADOWE

Wylewne głębinowe p. chemicznego p. organicznego p. mechanicznego

Zastosowanie ;

1. w budownictwie drogowym

( płyty kamienne, krawężniki drogowe, kostki drogowe)

2. w budownictwie ogólnym i

(schody, posadzki, parapety, poręcze itp.)

3. w budownictwie mostowym i wodnym `

( umocnienia brzegowe, regulacja rzek, zapory itp.)

4. jako kruszywo do betonów

Zastosowanie/ wyroby :

1. kamień łamany do budowy : domów, fundamentów, dróg, do przerobu na kruszywo

2. kamień łupowy: warstwowy i rzędowy

3. bloki ( do wyrobu elementów budowlanych i drogowych)

4. kształtki budowlane ( do wznoszenia murów fundamentalnych, ścian, budowli, jako zewnętrzne okładziny ścian)

5. płyty kamienne ( chodnikowe)

6. inne: krawężniki, kostka drogowa, stopnie schodowe)

KRUSZYWA BUDOWLANE

1. według składu chemicznego

MINERALNE

NATURALNE ŁAMANE SZTUCZNE

ORGANICZNE

NATURALNE SZTUCZNE

MINERALNE : piasek, żwir, pospółka, otoczki

ORGANICZNE :trociny, sieczka, styropian, zrębki

2. według sposobu rozdrabniania

1. 
   zwykłe

2. granulowane dotyczy łamanych

Zwykłe : miał, tłuczeń, kamień łamany

Granulowane : piasek łamany, grys

3. według wielkości ziaren

1. bardzo grube (>63 mm) kamień łamany, otoczki

2. grube (4 - 63 mm) żwir, grys, kliniec, tłuczeń

3. drobne (<4 mm) miał, piasek

(mikrokruszywo

: popioły, mielony żużel wielkopiecowy, mielony piasek kwarcowy)

4. według gęstości objętościowej

1. lekkie ( <1800 kg/m³)

NATURALNE SZTUCZNE

SPIENIANIE SPIEKANIE GRANULOWANE

2. zwykłe (1800 - 2600 kg/m³)

3. ciężkie (>2600 kg/m³)

lekkie naturalne :

lekkie sztuczne spieniane :

lekkie sztuczne spiekanie :

lekkie sztuczne granulowane :

SPOIWA MINERALNE (NIEORGANICZNE)

Powietrzne Hydrauliczne

(M_H>4,5) (M_H<4,5)

wapienie gipsowe

cementowe

1. Zastosowanie spoiw wapiennych

1. tynki, zaprawy

2. farby budowlane (f. wodno-wapienna)

3. betony

4. wyroby silikatowe

5. cegły ( pełne i drążone), pustaki, bloki : klasy : 7,5,10,15

1. 
   (cegły pełne)

2. 
   9wyroby drążone)

2. Zastosowanie spoiw gipsowych

1. gipsu budowlanego (
   )[prażenie kamienia gipsowego w
   ]

1. płyty na ścianki działowe w pomieszczeniach o
   

2. pustaki ścienne i strofowe

3. roboty tynkarskie i sztukatorskie

4. wyroby architektoniczne i ozdobne

2. gipsu szpachlowego (
   )[+dodatki opóźniające wiązanie]

1. szpachlowanie

2. gładzie gipsowe

3. spoiwacenie prefabrykatów gipsowych

3. gipsu jastrychowego (
   )[wypalanie kamienia gipsowego w temp. powyżej
   ]

1. podkłady pod posadzki

2. posadzki bezspoiwowe

3. prefabrykaty gipsowe

4. płytki posadzkowe i

5. zaprawy do tynkowania ścianek działowych

SUROWCE DO PRODUKCJI KLINKIERU (CEMENTU)

Naturalne Odpady przemysłowe

Wapienie Margle Glina Łupki boksyt

żużle wielkopiecowe popioły lotne pyły wielkopiecowe

SUROWCE

Wysokie (>67 %CaO) Niskie (<67 % CaO)

• cement portlandzki ( nie stosuje się odpadów, wyłącznie surowców naturalnych)

• boksyt - do produkcji cementu glinowego

CEMENT

(produkcja)

1. WYDOBYCIE SUROWCÓW

2. KRUDSZENIE SUROWCÓW

( kruszarki : walcowe, szczękowe, młotowe, udarowe)

3. PRZEMIAŁ SUROWCÓW

metodami ; na sucho, półsucho, mokro (młyny misowo - rolowe, rurowo-kulowe, w metodzie na mokro - komorowe, prętowe)

4. WYPALANIE NA KLINKIER CEMENTOWY

(obrotowe piece rurowe z „płaszczem” stalowym; wykładzina ogniotrwała, wewnątrz - materiały : wysoko-glinowe, magnezytowe, wieloszamotowe)

Piec : l=30 - 60 m ( metoda na sucho)

L=50 - 250 (metoda na mokro)

0,5 - 2 obr/ min ; nachylenie 3 - 4%

Strefy w piecu ;

• Suszenia

• Podgrzewania

• Dekarbonatyzacji ( kalcynacji)
  

• Spiekania
  - temp. spiekania surowców

t_max =

(spiek - granulki klinkieru o
)

Paliwa w piecu :

• Stałe (węglowe)

• Ciekłe (mazut)

• Gazowe (gaz ziemny, ropa)

• Alternatywne (zużyte opony, oleje, rozpuszczalniki, ścinki drzewne)

1. CHŁODZENIE KLINKIERU

(chłodniki : planetarne, rusztowe; z wykładzina ogniotrwałą)

6. DOJRZEWANIE KLINKIERU

7. PRZEMIAŁ KLINKIERY NA CEMENT

(komorowe młyny kulowe; mielniki o
:stalowe, żeliwne, krzemienne, ze stopów Mo - Ni / cement biały / wykładzina pancerza młynów)

z dodatkiem siarczanu wapnia (jako regulatora wiązania) w ilości 2 - 5 % masy klinkieru

(i dodatkami mineralnymi : żużlem wielkopiecowym, popiołem lotnym itp.
cementy portlandzkie z dodatkami mineralnymi = cementy portlandzkie wieloskładnikowe)

CEM I	Cement portlandzki
CEM II	Cement portlandzki żużlowy Cement portlandzki puzolowany Cement portlandzki popiołowy Cement portlandzki łupkowy Cement portlandzki wapienny Cement portlandzki wieloskładnikowy
CEM III	Cement hutniczy
CEM IV	Cement puzolowany
CEM V	Cement wieloskładnikowy

CEM I - powstaje tylko z przemiału klinkieru. Spoiwo o dużej zdolności hydraulicznej, reakcja zachodzi szybko, duża wytrzymałość, wydzielenie większej ilości ciepła, wrażliwy na czynniki chemiczne

CEM II - przy przemiale klinkieru na cement dodaje się odpady ( żużel , …). Odmiana B ma więcej odpadów, a odmiana A mniej.

CEM III - powstaje podczas przemiału klinkieru z dodatkiem żużla wielkopiecowego. Zawartość żużla A < B < C. Odporny na czynniki chemiczne . Przyrost odporności na ściskanie zachodzi wolniej od CEM II.

SKŁAD CHEMICZNY	(%)
CaO	60-68
SiO2	17-25
Al2O3	3-8
Fe2O3	0,5-6
MgO	1-2
SO3	1-3
Alkalia Na2O+K2O	0,5-1,2

SKŁAD MINERALOGICZNY	(%)
Alit/ C3S/3CaO*SiO2	50-65
Belit/C2S/2CaO*SiO2	15-25
C3A/3CaO*Al2O3	~ 10
C4AF/4CaO*Al2O3*Fe2O3	5-15

CaO = „C”

SiO₂ = „S”

Al₂O₃ = „A”

Fe₂O₃ = „F”

H₂O = „H”

Alit wpływa na hydratację (na ściskanie) do 28 dnia. Później wpływ na wytrzymałość ma belit.

W cementach z mniejszą zawartością C₃A są odporniejsze na działanie siarczanów.


C₃S CSH


C₂S CH




(attringit)




• Proces utwardzania polega na zagęszczeniu żelu CSH ( uwodnionych krzemianów wapnia), krystalizacji Ca(OH)₂ i attringitu.

• Szkielet hydratyzowanego zaczynu cementowego stanowią hydraty krzemionki.

Proces hydratacji obejmuje proces wiązania i twardnienia. Twardnienie dzieje się do 28 dnia ( ale po reakcji wiązania). Proces wiązania - proces koloidyzacji ( kilka h). Proces twardnienia - proces krystalizacji ( do 29 dnia).

Wykład 3

Cementy o właściwościach specjalnych :

1. cement o niskim cieple hydratacji (LH) - CEM I do CEM IV

2. cement o wysokiej odporności na siarczany (HSR) - CEM I, CEM II/B - V, CEM III, CEM IV, produkuje się z obniżeniem zawartości C3A (0,2-0,7)

3. cement niskoalkaiczny (NA) - CEM I do CEM IV

4. cement portlandzki biały - do produkcji betonów architektonicznych

Cement wysokoglinowy :

1. surowce : wapień i boksyt

2. produkcja : stapianie w piecu w temp.
   ( klinkier glinowy), mielenie na cement w młynie rurowym

powłoka właściwa


3. Zalety :

1. ogniotrwałość (zastosowanie : betony ogniotrwałe) do temp.
   

2. kwasoodporność

4. Wady :

3. utrata wytrzymałości po kilku latach przy zawilgoceniu w porównaniu z wytrzymałością po 24 h (bardzo wysoką)

4. utrata odporności korozyjnej (jw.)

5. wysokie koszty

Beton - kompozyt cementowy, sztuczny kamień, powstały z połączenia spoiwa cementowego ( cement, woda, kruszywo piaskowe i grube[przewaga grubego]) po zakończeniu wiązania.

Właściwości mieszanki betonowej (mieszanka betonowa jw. tylko nie zakończone wiązanie)

1. określony stopień ciepłości, upłynnienia

2. urabialność, zdolność do szczelnego wypełnienia formy deskowania bez segregacji jej składników. Zależy od rodzajów kruszywa. Wykonana na kruszywach naturalnych (otoczkowych) maja lepszą urabialność niż na kruszywach łamanych. Poprawiają ją plastyfikatory.




S_max - szczelność mieszanki


- ilość energii/ pracy wykorzystanej aby mieszanka idealnie wypełniła formę.

3. określa się zawartość powietrza. Każdy 1% porów w mieszance powoduje obniżenie wytrzymałości betonu o 5%. Porowatość nie powinna przekraczać 2%

Znaczenie składników w betonie :

1. cement - skleja poszczególne składniki

2. kruszywo - rola wypełniacza, szkielet. Wytrzymałość bardzo zależy od wytrzymałości kruszywa, ale nie tylko!

3. woda - część uczestniczy w procesach hydratacji (chemicznie czynna), druga część (chemicznie bierna), ok. 20% cementu stanowi H₂O chemicznie czynna. Bardziej porowaty im więcej wody biernej.

Rodzaje betonów :

1. ze względu na rodzaj zastosowanego kruszywa (beton żużlowy, kramzynobeton itp.)

2. ze względu na rodzaj użytego dodatku ( beton plastyfikowany, napowietrzony, itp.)

3. ze względu na spoiwa

4. ze względu na gęstość objętościową

1. ciężkie powyżej 2400
   

2. zwykłe 1800 - 2400
   

3. lekkie poniżej 1800
   

5. ze względu na przeznaczenie w konstrukcji :

1. konstrukcyjne

2. konstrukcyjno-izolacyjne

3. izolacyjne

4. architektoniczne

6. ze względu na technologiczne warunki pracy ;

1. hydrotechniczne

2. żaroodporne

3. wodoszczelne

4. inne

7. ze względu na miejsce urobienia mieszanki :

1. wykonanie na placu budowy

2. towarowe

8. ze względu na zagęszczenie (betony wibrowane, wibroprasowane, odpowietrzone itp.)

9. ze względu na sposób transportu ( betony pompowane, natryskiwane itp.)

10. ze względu na strukturę ( betony zwarte, półzwarte, porowate itp.)

Projektowanie betonu zwykłego

Dobór jakościowy i ilościowy składników betonu aby mieszanka betonowa tych składników miała założoną konsystencję, czyli stan ciekłości, oraz aby osiągnął założoną klasę wytrzymałości. Stosowane do war. produkcji i eksploatacji bierze pod uwagę dodatkowe parametry mrozoodporność, wodoodporność itp.

Zasady projektowania :

1. warunek urabialności/ wodożądności




C - ilość cementu na m³

K - ilość kruszonki na m³

w_c - wodożądnośc cementu


w_k - wodożądnośc kruszonki


Ilość wody, która przypada na jednostkę masy cementu lub kruszywa, aby mieszanka na danym cemencie i kruszywa wykonana miała założona konsystencję.

2. warunek szczelności (wzór na 1000 dm³)




q_c - gęstość cementu (3,1
)

q_k - gęstość kruszywa ( 2,65
) [do otoczowego tylko]

3. warunek wytrzymałości 9 wzór Boloneya)





Odpowiednik klasy betonu

dla
<2,5





dla

2,5





A - zależy od klasy cementu, od rodzaju kruszywa.

Wykład 4

Technologia robót betonowych

1. Dozowanie, odmierzanie składników

2. Mieszanie składników (betoniarki : wolnospadowe, o ruchu wymuszonym [t_max= 1-3 min]

3. Transport mieszanki betonowej

• Bliski (200 - 250 m)

• Daleki (transport kołowy, przenośniki taśmowe, betoniarki na podwoziu samojezdnym)

• Pompowy

1. Podawanie mieszanki betonowej („rękawy”, rury teleskopowe)

2. Układanie mieszanki betonowej

(urządzenie formujące = deskownia - szczelność, sztywność, termoizolacyjne, ze stali, z Al., ze sklejki, wodoodporność, z drewna, z tworzyw sztucznych; tez elementy prefabryczne)

Deskownia:

• Przestawne

• Przesuwne

• Stacjonarne

• Masztowe

• Ślizgowe

• Poziomymi warstwami ciągłymi

• Poziomymi warstwami ze stopniami

• Warstwami ukośnymi/ pochyłymi

6. Zagęszczanie mieszanki betonowej

Cel => wyeliminowanie pęcherzyków powietrza z mieszanki betonowej



P_mbet 1% f_ombet 5%

P_mbet
2% (betony nienapowietrzone)

• Ręczne (sztychowanie, ubijanie)

• Mechaniczne

• Wibrowanie (wibratory: wgłębne, powierzchniowe, stoły wibracyjne, przyczepne)

• Prasowanie

• Wibroprasowanie

• Wirowanie

• Próżnowanie




7. Pielęgnacja/ dojrzewanie betonu

Cel => prawidłowy proces strukturotwórczy betonu/ stworzenie odpowiednich warunków cieplno-wilgotonościowych, ochrona młodego betonu przed uszkodzeniami mechanicznymi, ograniczanie skurczu

• Pielęgnacja mokra

• Pielęgnacja z zastosowaniem powłok

(Jak najwięcej wody na beton, jak najmniej wody do betonu)

Czynniki wpływające na czas pielęgnacji:

• Rodzaj cementu

• Wartośc wskaźnika
  

• Warunki otoczenia (temperatura, wilgotnośc, wietrznośc)

• Grubośc elementów betonowych

Domieszki (do 5%)- chemiczne związki, preparaty; stosowane w celu poprawy jakości mieszanki betonowej i/lub betonu.

DOMIESZKI CHEMICZNE DO BETONU

• Plastyfikatory (domieszki uplastyczniające)

• Superplastyfikatory (domieszki upłynniające)

• Domieszki napowietrzające

• Domieszki przyśpieszające wiązanie i twardnienie

• Domieszki opóźniające wiązanie i twardnienie

• Domieszki uszczelniające

• Domieszki przeciwmrozowe (pozwalają na wiązanie betonu w temp. <
  )

• Domieszki wielofunkcyjne (np. uplatyczniająco-przyśpieszające)

DODATKI DO BETONU

(>5% masy cementu)

• Dodatki pylaste

• Mielony granulowany żużel wielkopiecowy

• Popiół lotny (do bezpośredniego wykorzystania, pozostałe po zmieleniu)

• Pył krzemionkowy (= mikrokrzemionka)

• Betonit (Na)

• Dodatki w postaci żywic syntetycznych

• Dodatki uodparniające na oddziaływanie mechaniczne:

• Opiłki/ włókna stalowe

• Włókna szklane (węglowe, roślinne, polipropylowe, polimerowe)

Zadania dodatków:

• Polepszanie wybranych właściwości betonów

• Zaoszczędzenie cementu

• Uzupełnienie pylastych frakcji kruszywa

• Popiół lotny:

• Poprawa urabialności mieszanki betonowej

• Zwiększenie odporności na
  

• Zwiększenie odporności betonu na temperaturę ( z 400 na 600
  )

• Obniżenie zawartości cementu (przy betonach niższych klas)

• Spowolnienie twardnienia

• Zmniejszenie skurczu

• Wodoodpornośc: maleje przy zamianie cementu na popiół; zwiększa się przy C=const.

• Mrozoodporność: maleje (domieszki napowietrzające!)

• Niekiedy korozja stali (siarczki w popiole)

• Pow. Właściwa
  

• Max ilośc popiołów lotnych = 40% masy cementu

• SiO₂
  %

• SO₃
  3%

• str. prażenia
  7%

• Żużel wielkopiecowy (granulowany, zmielony do miałkości popiołów, oddziaływający podobnie albo korzystniej)

• Pył krzemionkowy / mikrokrzemionka

• Ograniczona produkcja w Polsce

• Aktualnie stosowany w ilości 2 - 3 % masy cementu

• Idealny w ilości 7,5 - 10 % masy cementu w połączenieu z superplastyfikatorem

• Powierzchnia właściwa ok. 20
  

Mikrokrzemionka - są przydatne do produkcji betonu wysokowartościowych i bardzo wysokowartościowych.

DODTAKI UODPARNIAJĄCE NA ODZIAŁYWANIA MECHANICZNE

Rola włókien:

• Zmiany właściwości struktury kompozytu cementowego (powstrzymywanie propagacji rys, redukcja pęknięć skurczowych, przenoszenie części sił wewnętrznych po zarysowaniu

• Równomierne rozmieszczenie włókien w matrycy

• Przyczepności włókna - matryca

• Poprawa wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu, na ściskanie, udarności, odporności na ścieranie, odporności na uderzenia

• Włókna stalowe: długość (25 - 60 mm), średnica (o,5 - 2 mm), smukłość (
  ), wytrzymałość na rozciąganie stali, kształt (prosty, z zakrzywionymi końcami, falisty)

• Włókna polipropylenowe: produkowane jako

DOMIESZKI NAPOWIETRZAJACE

• Stosowane od 0,05 - 0,5 % masy cementu

• Objętość zaw. powietrza w mieszance = 4 - 6 %

• Poprawa mrozoodporności +

• Zmniejszenie nasiąkliwości +

• Spadek wytrzymałości -

Pęcherzyki powietrza o
, równomierne rozmieszczenie w odległości
od siebie

DOMIESZKI PRZYŚPIESZAJACE WIĄZANIE

Preparaty skracające czas do rozpoczęcia przechodzenia mieszanki betonowej ze stanu plastycznego w sztywny; zwiększająca szybkość redukcji między składnikami cementu a wodą, np. CaCl₂

/azotowy, azotyny, fluorki, gliniany (domieszki bezchlorkowe)/

Zastosowanie:

• Beton natryskowy (torket)

• Temponaż

• Szybkie, doraźne naprawy




Wady:

• Możliwe obniżenie wytrzymałości

• Skrócenie czasu urabialności

• Szkodliwości dla zdrowia

• Korozja zbrojenia

DOMIESZKI OPÓŹNIAJĄCE WIĄZANIE

!Opóźnienie początku wiązania w technologii betonu!

Preparaty przedłużające czas do rozpoczęcia przechodzenia mieszanki betonowej ze stanu plastycznego w sztywny; zmniejszające rozpuszczalnośc składników cementu lub tworzące warstewki

/np. fosforany,

• Opóźnienie PW od 1 - 3 godz.

• Wytrzymałośc początkowa zmniejszona; końcowa zwiększona

Zastosowanie:

• Betonowanie podczas upałów

• Beton towarowy

• Pompowanie mieszanki betonowej

• Beton architektoniczny

• Układanie na dużych powierzchni i przy dużych objętościach betonu

DOMIESZKI PRZYŚPIESZAJĄCE TWARDZENIE

Preparaty przyśpieszające narastanie początkowej wytrzymałości bez „ - „ wpływu na końcową

/np. azotany, azotyny, węglany, krzemiany, siarczany, gliniany, bromki, fluorki, lub : mrówczan wapniowy, octan wapniowy, maślan wapniowy/

Zastosowanie:

• Prefabrykacja (eliminacja obróbki Q)

• Niskie temperatury betonowania (ale nie jako d. przeciwmrozowe)

Wady:

• Większy skurcz

• Obniżenie odporności chemicznej

• Wzrost napowietrzenia (pogorszenie mrozoodporności)

DOMIESZKI USZCZELNIAJĄCE

(zwiększające wodoodporność)

Preparaty zmniejszające przepuszczalność betonu narażonych na działanie wody pod zwiększonym ciśnieniem i zmniejszające nasiąkliwość.

DOMIESZKI PRZECIWMROZOWE

Produkty umożliwiające przebieg reakcji cementu z wodą w temperaturach ujemnych (nawet poniżej
) poprzez:

• Obniżenie temp. zamarzania wody w mieszance

• Przyspieszenie hydratacji cementu i wydzielania się Q hydratacji

• Obniżenie ilości wody zarobowej

Zastosowanie:

• Betonowanie w ujemnych temperaturach

13

---