2010-12-27

1

Ogólne informacje o tre

ś

ciach

Ogólne informacje o tre

ś

ciach

i zamierzonych efektach

i zamierzonych efektach

kształcenia z zakresu

kształcenia z zakresu

materiałów budowlanych

materiałów budowlanych

MATERIAŁY BUDOWLANE

MATERIAŁY BUDOWLANE

Semestr 1:

Wykład:

15 h (waga 0,5)

Ć

wiczenia:

15 h (waga 0,5)

Semestr 2:

Laboratorium:

30 h (waga 1)

Zalecana literatura:
[1] Praca zbiorowa: Budownictwo ogólne. Tom I: Materiały budowlane,

Arkady, W-wa 2005

[2] Praca zbiorowa: Materiały budowlane –

ć

wiczenia laboratoryjne,

Wyd. Politechniki Krakowskiej, 2001

[3] PN-EN: normy przedmiotowe i czynno

ś

ciowe dotycz

ą

ce materiałów i wyrobów

budowlanych

Literatura uzupełniaj

ą

ca:

artykuły w czasopismach technicznych

2010-12-27

2

Zamierzone efekty kształcenia

1. Zrozumienie istoty i genezy wła

ś

ciwo

ś

ci poszczególnych grup

materiałów budowlanych, podstawowych procesów produkcyjnych,
oraz procesów zachodz

ą

cych w czasie ich eksploatacji.

2. Znajomo

ść

podstawowych grup wyrobów budowlanych oraz ich

zastosowa

ń

.

3. Poznanie metod oceny podstawowych wła

ś

ciwo

ś

ci oraz zasad

kontroli jako

ś

ci materiałów i wyrobów budowlanych.

Ramowy program wykładu

1. Wprowadzenie, rola przedmiotu w kształceniu in

ż

yniera budownictwa.

2. Ogólna klasyfikacja materiałów i wyrobów budowlanych oraz podstawowe

informacje dotycz

ą

ce normalizacji i atestacji materiałów

i wyrobów budowlanych.

3. Ogólna klasyfikacja wła

ś

ciwo

ś

ci materiałów budowlanych.

4. Materiały budowlane jako kompozyty i ciała porowate. Charakterystyka

tekstury materiałów.

5. Podstawowe informacje o trwało

ś

ci materiałów.

6. Charakterystyka skał jako materiałów budowlanych (

przedmiot:

geologia

)

7. Czerwona ceramika budowlana.
8. Materiały termoizolacyjne i izolacji akustycznej.
9. Bitumy i materiały izolacji przeciwwodnej i przeciwwilgociowej.
10. Drewno i materiały drewnopochodne.
11. Szkło w budownictwie.
12. Spoiwa mineralne.
13. Metale

(przedmiot:

konstrukcje metalowe

)

14. Tworzywa sztuczne

(przedmiot:

chemia

)

UWAGA: w programie przedmiotu nie uwzgl

ę

dniono betonu cementowego, który

b

ę

dzie omawiany w ramach Technologii Betonu w sem.3

2010-12-27

3

Obiekt lub element

(zdefiniowanie funkcji

i warunków

eksploatacji)

Okre

ś

lenie zestawu

wymaga

ń

dla

materiału

Ś

wiadomy

i poprawny

wybór materiału

Przegl

ą

d rodzajów

materiałów

Informacje

o wyj

ś

ciowych

wła

ś

ciwo

ś

ciach

materiałów

Informacje

o reagowaniu

materiałów na

czynniki

ś

rodowiskowe

(trwało

ść

)

Przedmioty

konstrukcyjne,

mechanika,

wytrzymało

ść

materiałów

Chemia

(budowlana)

Materiały

budowlane

(w tym technologia

betonu)

Rozumienie istoty

materiałów

i ich wła

ś

ciwo

ś

ci oraz

sposobów reagowania

na czynniki zewn

ę

trzne

Materiały budowlane w kontek

ś

cie innych przedmiotów

Ź

ródło: Fiertak M.,

Ś

liwi

ń

ski J.:

Przedmioty materiałoznawcze w
dwustopniowym kształceniu na
kierunku budownictwo, II Krajowa
Konferencja Naukowo-Dydaktyczna,
Kielce-Cedzyna, 2005

Sekwencja przedmiotów „materiałowych” w programie

studiów i wzajemne powi

ą

zania

Przedmioty podstawowe

Sem.1

Sem.2

Sem.3

Sem.4

Sem.5

Sem.6

Sem.7

3

Fizyka

4

Chemia

5

Geologia

Przedmioty kierunkowe

5

Materiały budowlane

6

Technologia betonu

7

Wytrzymało

ść

materiałów

9

Budownictwo ogólne

10 Konstrukcje murowe

11

Konstrukcje drewniane

13 Architektura

i urbanistyka

15 Fundamentowanie

16

Konstrukcje betonowe

18

Konstrukcje metalowe

21 Fizyka budowli

33 Przedmioty dyplomowe

2010-12-27

4

Rozró

ż

nienie poj

ęć

: materiał i wyrób budowlany

W j

ę

zyku potocznym pod poj

ę

ciem „materiały budowlane”

rozumie si

ę

np. cegły, pustaki, płyty styropianowe, papy itp.

W istocie s

ą

to wyroby budowlane.

W ramach wykładu jako

materiał

nale

ż

y rozumie

ć

substancj

ę

(jedno lub wieloskładnikow

ą

), z której wykonuje si

ę

ró

ż

ne

wyroby, na przykład:

- cegły, pustaki, dachówki –

czerwona ceramika budowlana,

- wyroby termoizolacyjne –

tworzywa sztuczne, materiały
mineralne,

- wyroby izolacji przeciwwodnej –

bitumy, tworzywa sztuczne,

- wyroby z drewna i drewnopochodne -

drewno.

2010-12-27

1

Ogólna klasyfikacja

Ogólna klasyfikacja

materiałów

materiałów

i wyrobów budowlanych

i wyrobów budowlanych

Kryteria klasyfikacji

1. Stopie

ń

przetworzenia

2. Charakter chemiczny
3. Dominuj

ą

cy zespół wła

ś

ciwo

ś

ci

kierunki zastosowania

2010-12-27

2

Kryteria klasyfikacji

1. Stopie

ń

przetworzenia:

- rodzime (gotowe do stosowania bez jakichkolwiek

zabiegów):

- np. drewno okr

ą

głe, piaski,

ż

wiry itp.

- przetworzone (w ró

ż

nym stopniu):

- w „fabryce” (wi

ę

kszo

ść

współczesnych materiałów),

- „na budowie” (zaprawy, mieszanki betonowe, itp.)

Kryteria klasyfikacji

2. Charakter chemiczny:

- organiczne:

- np. drewno, bitumy, tworzywa sztuczne,.

- nieorganiczne (mineralne, metale):

- np. materiały kamienne, ceramika, spoiwa

mineralne

- mieszane:

- np. beton asfaltowy, wyroby wiórowo-cementowe.

Uwaga: materiały organiczne i nieorganiczne ró

ż

nie

reaguj

ą

na oddziaływanie podobnych

czynników

ś

rodowiskowych

2010-12-27

3

Kryteria klasyfikacji

3. Dominuj

ą

cy zespół wła

ś

ciwo

ś

ci -> zastosowanie:

- konstrukcyjne,
- izolacyjne (termoizolacyjne, izolacje przeciwwodne

i przeciwwilgociowe itp.),

- wypełniaj

ą

ce,

- wyko

ń

czeniowe,

- itp.

Klasyfikacja i podział materiałów budowlanych

materiały budowlane

przetworzone

rodzime

(nieprzetworzone)

- drewno okr

ą

głe,

-

ż

wiry,

- piaski,

- materiały skalne,

- Itp.

„w fabryce”

„na budowie”

- mieszanki zapraw,
- mieszanki betonowe

(technologia betonu

s.3 )

- ceramika budowlana,
- termoizolacyjne i izolacji

akustycznej,

- hydroizolacyjne,
- drewno i drewnopochodne,
- szkło,
- spoiwa mineralne

,

- tworzywa sztuczne

(chemia),

- metale

(konstr. metalowe),

- wyko

ń

czeniowe,

- prefabrykacja betonowa

(s.5)

2010-12-27

1

Ogólna klasyfikacja

Ogólna klasyfikacja

wła

ś

ciwo

ś

ci materiałów

wła

ś

ciwo

ś

ci materiałów

budowlanych

budowlanych

Podstawowe grupy wła

ś

ciwo

ś

ci materiałów

budowlanych

1. Fizyczne
2. Mechaniczne
3. Chemiczne
4. Technologiczne

2010-12-27

2

Wła

ś

ciwo

ś

ci fizyczne

1. Fizyczne

Wła

ś

ciwo

ś

ci opisuj

ą

ce, (mniej lub bardziej dokładnie) budow

ę

wewn

ę

trzn

ą

materiału (tekstur

ę

), jego zachowanie si

ę

w

kontakcie z wod

ą

oraz wła

ś

ciwo

ś

ci cieplne.

Na przykład:

-

g

ę

sto

ść

(g

ę

sto

ść

wła

ś

ciwa),

- g

ę

sto

ść

pozorna (g

ę

sto

ść

obj

ę

to

ś

ciowa),

- szczelno

ść

(zawarto

ść

szkieletu),

- porowato

ść

całkowita (zawarto

ść

wszystkich porów),

- porowato

ść

otwarta i zamkni

ę

ta,

- wilgotno

ść

(w tym równowagowa),

- nasi

ą

kliwo

ść

(masowa lub obj

ę

to

ś

ciowa),

- współczynnik przewodno

ś

ci cieplnej,

- itp.

Wła

ś

ciwo

ś

ci mechaniczne

2. Mechaniczne

Wła

ś

ciwo

ś

ci opisuj

ą

ce zachowanie si

ę

materiału pod

zewn

ę

trznym obci

ąż

eniem mechanicznym.

Na przykład:

- wytrzymało

ść

w ró

ż

nych stanach obci

ąż

e

ń

(

ś

ciskanie,

rozci

ą

ganie, zginanie, skr

ę

canie,

ś

cinanie itp.)

- odkształcalno

ść

materiału w ró

ż

nych stanach

obci

ąż

e

ń

(wykres napr

ęż

enie-odkształcenie, moduł

spr

ęż

ysto

ś

ci, współczynnik Poissona, itp.)

- itp.

Przedmiot „Wytrzymało

ść

materiałów” !

2010-12-27

3

Wła

ś

ciwo

ś

ci chemiczne

3. Chemiczne

Charakter chemiczny materiału.
Wła

ś

ciwo

ś

ci opisuj

ą

ce skład chemiczny.

Na przykład:

- skład chemiczny i/lub mineralny,
- zawarto

ść

pewnych substancji chemicznych

(zazwyczaj szkodliwych dla samego materiału lub/i

dla jego otoczenia).

- odczyn (pH) i ewentualna agresywno

ść ś

rodowiska,

jakie materiał mo

ż

e potencjalnie stanowi

ć

dla innych

materiałów.

- itp.

Przedmiot „Chemia” !

Wła

ś

ciwo

ś

ci technologiczne

4. Technologiczne

Wła

ś

ciwo

ś

ci materiału determinuj

ą

ce sposób i przebieg

(technologi

ę

) jego stosowania.

Na przykład:

- czas wi

ą

zania spoiw mineralnych lub organicznych,

- odkształcenia towarzysz

ą

ce wi

ą

zaniu i twardnieniu,

- podatno

ść

na ró

ż

nego rodzaju obróbk

ę

,

- itp.

2010-12-27

1

Mineralne materiały

Mineralne materiały

budowlane jako kompozyty

budowlane jako kompozyty

i ciała porowate

i ciała porowate

Materiał kompozytowy

Materiał kompozytowy, to niejednorodny materiał wieloskładnikowy,

w którym:

- wyst

ę

puj

ą

dwa lub wi

ę

cej komponentów (składników),

- składniki charakteryzuj

ą

si

ę

ró

ż

nymi i znanymi wła

ś

ciwo

ś

ciami (W

si

),

- znane s

ą

wzgl

ę

dne obj

ę

to

ś

ciowe udziały poszczególnych składników (V

si

)

w całym materiale,

- istnieje widoczna granica mi

ę

dzy poszczególnymi składnikami,

Bardziej szczegółowe informacje w ramach przedmiotu Chemia

2010-12-27

2

Materiał kompozytowy

W przypadku wi

ę

kszo

ś

ci materiałów budowlanych mo

ż

na

je traktowa

ć

jako materiały kompozytowe, w których

jeden ze składników charakteryzuje si

ę

ci

ą

gło

ś

ci

ą

(matryca),

inne stanowi

ą

jej wypełnienie (inkluzja).

W zale

ż

no

ś

ci od kształtu inkluzji mo

ż

na rozró

ż

ni

ć

kompozyty

ziarniste lub włókniste oraz zawieraj

ą

ce obydwa rodzaje

inkluzji.

matryca

(szare tło)

inkluzja ziarnista

(ziarna – kolor)

Bardziej szczegółowe informacje

w ramach przedmiotu Chemia

Materiały kompozytowe - przykłady

beton cementowy

matryca – stwardniały zaczyn cementowy

inkluzja – ziarna kruszywa

2010-12-27

3

Materiały kompozytowe - przykłady

warianty kompozytów włóknistych z matryc

ą

polimerow

ą

(mineraln

ą

)

matryca – polimer (matryca mineralna)

inkluzja – włókna ró

ż

nego rodzaju, uporz

ą

dkowane lub nie

Materiał kompozytowy

Wła

ś

ciwo

ś

ci materiałów kompozytowych mo

ż

na

szacowa

ć

jako

ś

redni

ą

wa

ż

on

ą

wła

ś

ciwo

ś

ci składników W

si

Wagami s

ą

ich wzgl

ę

dne obj

ę

to

ś

ciowe udziały

w materiale V

si

W

k

= W

s1

V

s1

+ … + W

sn

V

sn

=

Σ

W

si

V

si

2010-12-27

4

Rodzaje porów w materiale

szkielet (matryca)

pory (inkluzja)

zamkni

ę

te

otwarte

zło

ż

one

(najcz

ęś

ciej)

ukierunkowane

Zło

ż

ona struktura porów w materiale

Klasyfikacja porów według stopnia ich dro

ż

no

ś

ci:

1- zamkni

ę

te, 2- przelotowe, 3- pseudo

ś

lepe, 4-

ś

lepe, 5 - „korek” cieczy

lub gazu, 6 - materiał szkieletu

6

2

1

4

4

4

1

3

5

4

Ź

ródło: Kledy

ń

ski Z.: Badania wodoszczelno

ś

ci betonu w

ś

wietle teorii nasycania ciał kapilarno-porowatych,

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, z. 12, Warszawa 1992.

2010-12-27

5

Materiał porowaty - przykład

szkło piankowe

matryca – szkło

inkluzja – pory

Ź

ródło: Development of a technique to prepare porous materials from glasses, Journal of the European

Ceramic Society 26 (2006) 761–765

faza stała

(szkielet)

faza gazowa

(powietrze,

para wodna)

faza ciekła

(woda)

Materiał porowaty o dominuj

ą

cej porowato

ś

ci otwartej

2010-12-27

6

Klasyfikacja porów według ich rozmiarów

(wg IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry)

W porowatych materiałach budowlanych wyst

ę

puj

ą

zazwyczaj pory

o wszystkich rozmiarach.

Wilgo

ć

zawarta w materiale porowatym znajduje si

ę

na jego

wewn

ę

trznej powierzchni oraz we wn

ę

trzu zawartych w nim porów.

mezopory

r [nm]

2

50

mikropory

makropory

decyduj

ą

ca rola

w przenoszeniu

wilgoci do

mezoporów

i makroporów.

transport wilgoci

i adsorpcja na ich

powierzchni

podstawowy no

ś

nik

wła

ś

ciwo

ś

ci

sorpcyjnych

materiału

Uproszczony model materiału porowatego

Szkielet (V

s

)

(jednorodny lub niejednorodny)

Pory otwarte (V

po

)

(tworz

ą

ci

ą

gła sie

ć

dost

ę

pn

ą

dla mediów zewn

ę

trznych)

Pory zamkni

ę

te (V

pz

)

(niedost

ę

pne dla mediów

zewn

ę

trznych)

V

s

+ V

p

= 1

V

po

+ V

pz

= V

p

2010-12-27

7

ρ

= m/V

bp

[g/cm

3

]

ρ

o

= m/V

zp

[g/cm

3

]

G

ę

sto

ść

(wła

ś

ciwa) i g

ę

sto

ść

pozorna (obj

ę

to

ś

ciowa)

G

ę

sto

ść

ρ

masa jednostki obj

ę

to

ś

ci substancji szkieletu (bez porów)

G

ę

sto

ść

pozorna

ρ

o

masa jednostki obj

ę

to

ś

ci materiału (z porami)

dla danego materiału

ρ ≥

ρ

o

Szczelno

ść

i porowato

ść

całkowita

Szczelno

ść

V

s

lub S

wzgl

ę

dny obj

ę

to

ś

ciowy udział szkieletu w obj

ę

to

ś

ci materiału

Porowato

ść

całkowita V

p

lub p

c

wzgl

ę

dny obj

ę

to

ś

ciowy udział wszystkich porów w obj

ę

to

ś

ci materiału

S

=

V

s

= V

bp

/V

zp

=

ρ

o

/

ρ

p

c

=

V

p

= 1 - S = 1 -

ρ

o

/

ρ

2010-12-27

8

Porowato

ść

materiału a jego cechy wytrzymało

ś

ciowe

f

c

= f

c0

(1 – p)

6

E

c

= E

c0

(1 – p)

3

f

c

- wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie materiału porowatego [MPa],

f

c0

- wytrzymało

ść

hipotetycznego materiału bezporowatego

(dla materiałów mineralnych

≈

850 MPa)

p - porowato

ść

całkowita [-]

Wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie

Moduł spr

ęż

ysto

ś

ci

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

porowato

ść

[-]

0

150

300

450

600

750

900

w

y

tr

z

y

m

a

ło

ś

ć

n

a

ś

c

is

k

a

n

ie

[M

P

a

]

Nasi

ą

kliwo

ść

Nasi

ą

kliwo

ść

wod

ą

maksymalna ilo

ść

wody (wyra

ż

ona masowo lub obj

ę

to

ś

ciowo), jak

ą

w normalnych warunkach mo

ż

e wchłon

ąć

materiał porowaty

Nasi

ą

kliwo

ść

masowa

Nasi

ą

kliwo

ść

obj

ę

to

ś

ciowa

Poniewa

ż

woda wypełnia tylko pory otwarte, znaj

ą

c

nasi

ą

kliwo

ść

obj

ę

to

ś

ciow

ą

mo

ż

na oszacowa

ć

zawarto

ść

porów otwartych:

p

o

≈

n

o (w rzeczywisto

ś

ci p

o

> n

o

)

2010-12-27

1

Podstawowe informacje

Podstawowe informacje

o trwało

ś

ci materiałów

o trwało

ś

ci materiałów

i wyrobów budowlanych

i wyrobów budowlanych

Jedna z definicji poj

ę

cia trwało

ś

ci

Ogólnie trwało

ść

to

czas

przebywania obiektu w

danych

warunkach

w stanie

zdatno

ś

ci

.

W przypadku materiałów i wyrobów

budowlanych to

czas

, w którym materiał

eksploatowany w danych

warunkach

zachowuje swoje

wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowe

na

odpowiednim poziomie, pozwalaj

ą

cym pełni

ć

mu swoje

funkcje

w obiekcie.

2010-12-27

2

Warunki, wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowe i funkcja

Warunki:

zespół wszystkich czynników zewn

ę

trznych

oddziałuj

ą

cych na materiał w czasie jego

eksploatacji

(obci

ąż

enia, oddziaływanie czynników

atmosferycznych, itp.)

Wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowe:

np. zespół cech wytrzymało

ś

ciowych,

izolacyjno

ść

, itp.

Funkcje:

konstrukcyjne, izolacyjne, itp.

Typowy kształt krzywej przebiegu zmian wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowych

materiału (wyrobu)

w czasie eksploatacji w warunkach normalnych

Ś

ci

ś

lewski Z.: Materiał a trwało

ść

obiektów budowlanych, materiały XLVII Konferencji KILiW PAN i KN PZITB,

Krynica 2001

2010-12-27

3

Inne rodzaje przebiegu zmian wła

ś

ciwo

ś

ci u

ż

ytkowych materiału

(wyrobu)

przypadek korozji p

ę

cznieniowej

tworzyw mineralnych

produkty korozji najpierw wypełniaj

ą

pory

i cecha u

ż

ytkowa materiału, w tym

przypadku wytrzymało

ść

, ulega

polepszeniu, nast

ę

pnie nast

ę

puje

gwałtowne jej pogorszenie

przypadek korozji

mi

ę

dzykrystalicznej stali

nagłe, kruche zniszczenie przekroju

elementu

Główne przyczyny pogarszania si

ę

wła

ś

ciwo

ś

ci

materiału

- działanie obci

ąż

e

ń

stałych i zmiennych,

dora

ź

nych i długotrwałych,

- działanie czynników atmosferycznych:

- cykliczne zmiany temperatury

(dylatacja termiczna),

- cykliczne zmiany wilgotno

ś

ci

(zawilgocenie i wysychanie),

- działanie

ś

rodowiskowych mediów

gazowych i ciekłych, w tym

działanie

wody „

ś

rodowiskowej”

(roztwory)

2010-12-27

4

Mechanizmy negatywnego oddziaływania wody na

materiał

-

wypłukiwanie

rozpuszczalnych w wodzie

składników szkieletu (ługowanie),

-

destrukcja mrozowa

, w wyniku wzrostu

obj

ę

to

ś

ci wody zamarzaj

ą

cej w porach

materiału,

-

korozja chemiczna

pod wpływem

agresywnych wobec szkieletu substancji
rozpuszczonych w wodzie

ś

rodowiskowej.

Ługowanie

Woda wypłukuje rozpuszczalne w niej składniki szkieletu

(zjawisko cykliczne !)

Efekt:

wzrost zawarto

ś

ci porów otwartych, rozlu

ź

nienie

struktury materiału -> systematyczne pogorszenie wła

ś

ciwo

ś

ci

2010-12-27

5

Destrukcja mrozowa

Zamarzanie wody

-> przej

ś

cie ze stanu ciekłego w stan stały (krystalizacja)

-> uporz

ą

dkowanie struktury ->

wzrost obj

ę

to

ś

ci o ok. 9,5%

Ź

ródła: http://www.fizyka.net.pl, http://www.chem1.com/acad/sci/aboutwater.htm

Destrukcja mrozowa

lód

woda

Temperatura zamarzania wody zale

ż

y od wielko

ś

ci porów, w których

si

ę

ona znajduje.

Im pory mniejsze, tym temperatura zamarzania ni

ż

sza.

Zamra

ż

anie i rozmra

ż

anie wody

w materiałach budowlanych

eksploatowanych w kontakcie z czynnikami atmosferycznymi

jest zjawiskiem cyklicznym.

2010-12-27

6

Destrukcja mrozowa

Efekt:

wzrost zawarto

ś

ci porów otwartych, rozlu

ź

nienie

struktury materiału -> systematyczne pogorszenie wła

ś

ciwo

ś

ci

Napr

ęż

enia wywołane ekspansj

ą

zamarzaj

ą

cej wody s

ą

zazwyczaj

wi

ę

ksze od wytrzymało

ś

ci szkieletu i powoduj

ą

kreowanie nowych

pustek w materiale.

Korozja chemiczna

Rozpuszczone w wodzie

ś

rodowiskowej

substancje chemiczne

mog

ą

wchodzi

ć

w reakcje

ze składnikami szkieletu.

Efektem tych reakcji jest zazwyczaj

destrukcja

materiału o ró

ż

nym charakterze i nasileniu.

Bardziej szczegółowe informacje

w ramach przedmiotu Chemia

2010-12-27

7

Podci

ą

ganie kapilarne jako główny mechanizm

nasycania si

ę

materiałów porowatych wod

ą

Czynnikiem niezb

ę

dnym dla wyst

ą

pienia podci

ą

gania

kapilarnego cieczy jest

zwil

ż

alno

ść

ś

cian kapilar przez t

ą

ciecz.

θ

K

ą

t zwil

ż

ania

θ

im k

ą

t

Θ

mniejszy, tym zwil

ż

anie lepsze

Θ

> 90

o

ciecz

zwil

ż

a

materiał

Θ

< 90

o

ciecz

nie zwil

ż

a

materiału

θ

θ

Podci

ą

ganie kapilarne jako główny mechanizm

nasycania si

ę

materiałów porowatych wod

ą

ξ

θ

ξ

θ

Θ

< 90

0

zwil

ż

anie -> menisk wkl

ę

sły

Θ

> 90

0

brak zwil

ż

ania -> menisk wypukły

2010-12-27

8

Podci

ą

ganie kapilarne jako główny mechanizm

nasycania si

ę

materiałów porowatych wod

ą

Napi

ę

cie powierzchniowe N

- praca potrzebna do zwi

ę

kszenia powierzchni o jednostk

ę

[J/m

2

],

lub

- siła styczna do powierzchni cieczy, działaj

ą

c

ą

na jednostk

ę

długo

ś

ci

obrze

ż

a powierzchni cieczy [N/m].

Cz

ą

steczka wewn

ą

trz cieczy:

siły przyci

ą

gania pochodz

ą

ce

od otaczaj

ą

cych j

ą

cz

ą

steczek

kompensuj

ą

si

ę

tak,

ż

e ich

wypadkowa równa si

ę

zeru.

Cz

ą

steczka na powierzchni cieczy:

brak kompensacji sił. Wypadkowa

Podci

ą

ganie kapilarne jako główny mechanizm

nasycania si

ę

materiałów porowatych wod

ą

F

p

= 2

π

r N cos

θ

F

c

=

π

r

2

h

ρ

c

g

θ

θ

N

N cos

θ

F

p

r

F

c

h

h = 2N cos

θ

/r

ρ

c

g

2010-12-27

9

Mo

ż

liwo

ś

ci redukowania zdolno

ś

ci materiału do

podci

ą

gania wody

h = 2N cos

θ

/

r

ρ

c

g

- redukcja porowato

ś

ci otwartej,

- redukcja zawarto

ś

ci porów o małej

ś

rednicy

(kapilarnych),

- redukcja k

ą

ta zwil

ż

ania – słabo zwil

ż

alny

materiał szkieletu lub powlekanie wn

ę

trza

kapilar

ś

rodkiem hydrofobowym

(hydofobizacja)

2010-12-27

1

Charakterystyka skał

Charakterystyka skał

jako materiałów budowlanych

jako materiałów budowlanych

Informacje podstawowe

Minerał
pierwiastek, zwi

ą

zek lub jednorodna mieszanina pierwiastków

lub zwi

ą

zków chemicznych w stanie stałym, utworzona

w wyniku procesów geologicznych.

Minerał skałotwórczy
minerał stanowi

ą

cy zasadniczy składnik skał najbardziej

rozpowszechnionych, czyli odgrywaj

ą

cy istotn

ą

rol

ę

w skorupie ziemskiej.

Skała
zespół ró

ż

nych minerałów lub wielu osobników jednego

minerału, powstały w wyniku naturalnego procesu
geologicznego.

2010-12-27

2

Sposoby wykorzystania materiałów kamiennych

materiały

kamienne

materiały kamienne

jako surowiec

przedmiot innych wykładów

materiały kamienne

nieprzetworzone

wyroby kamienne

(nadanie kształtu)

wyroby mineralne

(przetworzone

materiały kamienne)

przedmiot innych wykładów

Ogólna klasyfikacja skał

Magmowe

Osadowe

Metamorficzne

(przeobra

ż

one inne w

wyniku zmian

temperatury,

ci

ś

nienia, wietrzenia)

gł

ę

binowe

(wysokie ci

ś

nienie,

powolne

stygni

ę

cie)

wylewne

(ci

ś

nienie

atmosferyczne,

szybkie stygni

ę

cie)

klastyczne

(osadzanie si

ę

ziaren

innych skał)

organiczne

(mineralne resztki

ż

ywych organizmów,

biologiczne)

chemiczne

(osady wytr

ą

cane

z roztworu)

- granity
- sjenity
- gabra
- dioryty
- itp.

- bazalty,
- diabazy,
- porfiry,
- andezyty,
- melafiry,
- tufy wulk.,
- itp.

- piaski,
-

ż

wiry,

- piaskowce,
- zlepie

ń

ce,

- iły,
- gliny,
- itp.

- wapienie,
- dolomity,
- diatomity,
- itp.

- gipsy,
- anhydryty,
- alabastry,
- trawertyny,
- itp.

- marmury,
- kwarcyty,
- gnejsy,
- łupki,
- itp

Ze wzgl

ę

du na sposób powstawania (geneza)

2010-12-27

3

Ogólna klasyfikacja skał

- skały lite (np. granity, bazalty, gnejsy, piaskowce),
- skały zwi

ę

złe (np. gliny i iły),

- skały lu

ź

ne (np. piaski i

ż

wiry).

Ze wzgl

ę

du na stan skupienia

- skały kwa

ś

ne: > 65% SiO

2

, (np. granity),

- skały oboj

ę

tne: 53 do 65% SiO

2

, (np. sjenity, dioryty).

- skały zasadowe: 44 do 53% SiO

2

, (np. bazalty, gabro).

- skały ultrazasadowe: < 44% SiO

2

, (np. piroksen).

Ze wzgl

ę

du na skład chemiczny

magmowe

piaskowce

wapienie

margle

głazy narzutowe

Rozmieszczenie surowców skalnych w Polsce

Ź

ródło: Szyma

ń

ski E., Kołakowski J.: Materiały budowlane i technologia betonu. Politechnika Białostocka.

Białystok, 1992.

2010-12-27

4

Wła

ś

ciwo

ś

ci skał decyduj

ą

ce o ich przydatno

ś

ci

do stosowania w budownictwie

G

ę

sto

ść

pozorna

[kg/m

3

]

Wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie

[MPa]

Nasi

ą

kliwo

ść

[% m.]

Ś

cieralno

ść

(wg Boehme’go)

[mm

3

/5000 mm

2

]

[mm]

Współczynnik
przewodno

ś

ci

cieplnej

λ

[W/mK]

< 1500

bardzo lekkie

…

> 2600

bardzo ci

ęż

kie

< 15

b. małej wytrz.

…

> 200

b. du

ż

ej wytrz.

> 20

b. du

ż

ej nas.

…

< 0,5

b. małej nas.

> 50 000

(> 10)

b. du

ż

ej

ś

cier.

…

< 5 000

(< 1)

b. małej

ś

cier.

< 0,65

skały

„ciepłe”

≥

0,65

skały

„zimne”

Inne wa

ż

niejsze wła

ś

ciwo

ś

ci:

- techniczne: mrozoodporno

ść

,

- technologiczne: łupliwo

ść

, polerowno

ść

,

- estetyczne: barwa, rysunek, przełam itp.

36

o

C

20

o

C

skały

„ciepłe”

skały

„zimne”

Podstawowe wła

ś

ciwo

ś

ci wybranych skał

Rodzaj

G

ę

sto

ść

pozorna

[kg/m

3

]

Wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie

[MPa]

Nasi

ą

kliwo

ść

[% m.]

Ś

cieralno

ść

(wg Boehme’go)

[mm]

Twardo

ść

(skala Mohsa

Magmowe

2300

(granit)

…

3200

(bazalt)

100

(granit)

…

250

(bazalt)

0,1 do 0,7

0,5 do 2

6 do 8

Osadowe

1400

(wapie

ń

)

…

2800

(dolomit)

10

(wapie

ń

)

…

160

(dolomit,

piaskowiec)

0,5 do 30

1 do 25

2 do 7

Metamor-

ficzne

1900

(marmur)

…

2750

(kwarcyt)

80

(marmur)

…

300

(kwarcyt)

0,1 do 0,5

0,4 do 5

3 do 7

2010-12-27

5

Zastosowanie materiałów kamiennych

Ź

ródło pobrania przekroju pionowego: http://www.centrumprojektow.eu/projekty-domy/9145/

Budownictwo ogólne

fundamenty

elementy

biegów

schodowych

mury no

ś

ne

wykładziny pionowe

wewn

ę

trzne

i zewn

ę

trzne

wykładziny poziome

wewn

ę

trzne

i zewn

ę

trzne

Zastosowanie materiałów kamiennych

Ź

ródło pobrania przekroju pionowego: http://www.centrumprojektow.eu/projekty-domy/9145/

Budownictwo ogólne

Kruszywo kamienne

do betonów i zapraw

(udział ok. 70% obj.)

2010-12-27

6

Zastosowanie materiałów kamiennych

Budownictwo drogowe – drogi samochodowe

kruszywo

kamienne ró

ż

nych

odmian i granulacji

- WARSTWA

Ś

CIERALNA Z BETONU ASFALTOWEGO

- WARSTWA WI

ĄśĄ

CA Z BETONU ASFALTOWEGO

- WARSTWA WYRÓWNAWCZA / PODBUDOWA (tłucze

ń

stabilizowany mechanicznie).

- WARSTWA POSPÓŁKI

Zastosowanie materiałów kamiennych

Budownictwo drogowe – nawierzchnie dróg i ulic

kostka drogowa

kraw

ęż

niki uliczne

2010-12-27

7

Zastosowanie materiałów kamiennych

Drogi kolejowe

podsypka

(tłucze

ń

kamienny)

Zastosowanie materiałów kamiennych

Budownictwo wodne i mostowe

jaz Bartoszowicki we Wrocławiu

ś

luza Miejska w Bydgoszczy

kamienna

ś

luza we Wrocławiu

2010-12-27

8

Zastosowanie materiałów kamiennych

Budownictwo wodne i mostowe

starszy most Jagiello

ń

ski we

Wrocławiu

most kamienny w Wrocławiu

most Karola w Pradze

2010-12-27

1

Czerwona

Czerwona ceramika

ceramika

budowlana

budowlana

Ceramika

Κεραµικος

od słowa

κεραµος

(ziemia)

materiał powstały z surowców mineralnych

plastycznych lub proszkowych utrwalony

w procesie wypalania lub spiekania.

2010-12-27

2

Klasyfikacja ceramicznych materiałów budowlanych

ceramika budowlana

wypalana

900-1300

o

C

nie wypalana

150-200

o

C

porowata

20% < p < 80%

spieczona

p < 20%

wyroby ceglarskie

zwykłe

cegły, pustaki

ś

cienne

i stropowe, dachówki,

rurki drenarskie

kamionka

klinkier

- cegła budowlana
- cegła drogowa
- płytki
- kształtki

wyroby ceglarskie

szkliwione

cegły, dachówki, kafle

piecowe

wyroby

ogniotrwałe

cegły i kształtki

szamotowe

- rury kanalizacyjne
- wyroby kwasoodporne
- płytki
- kształtki

s

z

tu

c

z

n

e

k

ru

s

z

y

w

a

l

e

k

k

ie

s

p

ie

k

a

n

e

l

u

b

s

p

ę

c

z

n

ia

n

e

wyroby

wapienno-piaskowe

Surowce

Ź

ródło: Małolepszy J. i inni: Materiały budowlane, Podstawy technologii i metody bada

ń

, AGH, 2008

plastyczne

(ilaste)

- iły,
- gliny,
- iłołupki,
- lessy,
- itp.

schudzaj

ą

ce

(drobnoziarniste)

- piasek kwarcowy,
-

ż

u

ż

el,

- popioły lotne,
- m

ą

czka ceglana,

- itp.

poryzuj

ą

ce

(opcjonalnie)

- trociny,
- miał w

ę

glowy,

- kulki styropian,
- itp.

topniki

(cer. spieczona)

- skalenie,
- kreda,
- nisko topliwe

zwi

ą

zki sodu

70 do 80%

20 do 30%

15 do 50%

sumy plastycznych

i schudzaj

ą

cych

kilka %

sumy plastycznych

i schudzaj

ą

cych

ułatwiaj

ą

zag

ę

szczenie

masy podczas

wypalania

podstawowy

budulec

modyfikacja

wła

ś

ciwo

ś

ci

reologicznych

masy, redukcja

skurczu suszenia

wła

ś

ciwo

ś

ci

termoizolacyjne

2010-12-27

3

Charakterystyka surowców plastycznych

(iły, gliny, iłołupki i lessy)

Główne składniki to minerały ilaste:

pAl

2

O

3

·qSiO

2

·nH

2

O

- kaolinit Al

2

O

3

·2SiO

2

·2H

2

O (biała glina),

- montmorylonit Al

2

O

3

·4SiO

2

·5H

2

O,

- illit,
- chloryt.

Wielko

ść

cz

ą

stek:

- gliny: < 0,002 mm
- iły: 0,002 do 0,06 mm

- blaszkowaty pokrój cz

ą

stek

- ró

ż

na powierzchnia wła

ś

ciwa

Ź

ródło: Czarnecki L., Broniewski T., Henning O.: Chemia w budownictwie, Arkady, W-wa, 1994

Struktura głównych minerałów gliny

Charakterystyka surowców plastycznych

(iły, gliny, iłołupki i lessy)

dwuwarstwowy kaolinit

trójwarstwowy montmorylonit

2010-12-27

4

Charakterystyka surowców plastycznych

(iły, gliny, iłołupki i lessy)

Plastyczno

ść

i skurcz suszenia

sucha glina

du

ż

e tarcie wewn

ę

trzne,

brak plastyczno

ś

ci

wilgotna glina

małe tarcie wewn

ę

trzne, plastyczno

ść

warstewki wody

Rola surowca schudzaj

ą

cego

wilgotna glina bez

dodatku schudzaj

ą

cego

sucha glina

du

ż

y skurcz !

suszenie

wilgotna glina

z dodatkiem schudzaj

ą

cym

redukcja skurczu suszenia

suszenie

pakiety minerałów ilastych

woda

ziarna surowca
schudzaj

ą

cego

2010-12-27

5

Podstawowe etapy procesu produkcji

- zestawienie surowców

(plastyczny + schudzaj

ą

cy + woda),

- homogenizacja masy ceramicznej,

- formowanie surówki (ukształtowanie wyrobu),

- suszenie surówki,

- wypalanie.

Podstawowe etapy procesu produkcji

Zestawienie surowców

- plastyczny: 70 do 80 % m.

- schudzaj

ą

cy: 20 do 30% m.

- woda: w ilo

ś

ci niezb

ę

dnej do uzyskania

wymaganego stopnia plastyczno

ś

ci

masy ceramicznej (wg sposobu formowania):

- plastyczna: ok. 15-20% m.

- półsucha (prasowanie): < 15% m.

- sucha (prasowanie): ok. 8% m.

Ilo

ść

wody zale

ż

y ponadto od rodzaju stosowanego

surowca plastycznego (uziarnienie, powierzchnia).

2010-12-27

6

Podstawowe etapy procesu produkcji

Homogenizacja masy ceramicznej

surowce + woda

Schemat gniotownika

(+ walce, rozdrabniacze itp.)

Ź

ródło: Vyberal O.: Keramika, VST Bratyslava, 1997

korekty składu

Podstawowe etapy procesu produkcji

Formowanie surówki - niskoci

ś

nieniowe

masa ceramiczna

Ź

ródła: Vyberal O.: Keramika, VST Bratyslava, 1997;

Osiecka E.: Materiały budowlane. Kamie

ń

, ceramika, szkło, Pol.Warszawska, 2003;

http://www.owczary.pl/obrazki/proces/duze/8.html

schemat prasy pasmowej

przykłady ustników

prasy pasmowej

2010-12-27

7

Podstawowe etapy procesu produkcji

Formowanie surówki - wysokoci

ś

nieniowe

formy, prasy – ci

ś

nienie do 25 MPa

stosowane do wyrobów o wymaganej małej

porowato

ś

ci

(płytki posadzkowe, klinkier drogowy, rury)

Podstawowe etapy procesu produkcji

Suszenie surówki

Cel: obni

ż

enie wilgotno

ś

ci surówki do 5-10% m.

(usuni

ę

cie wody wolnej i cz

ęś

ci kapilarnej)

Ze wzgl

ę

du na wyst

ę

puj

ą

cy

skurcz (5-12% !)

proces

musi przebiega

ć

bardzo wolno

schemat suszarni tunelowej

wiaty o a

ż

urowych

ś

cianach

2010-12-27

8

Podstawowe etapy procesu produkcji

Wypalanie

(orientacyjny przebieg wypalania ceramiki porowatej)

1 – dosuszanie,
2 – podgrzewanie,
3 – wypalanie wła

ś

ciwe,

4 – studzenie.

0

20

40

60

80

100

120

Czas [h]

0

200

400

600

800

1000

1200

T

e

m

p

e

ra

tu

ra

[

o

C

]

3

2

1

4

ok.

250

o

C

ok.

750

o

C

Podstawowe etapy procesu produkcji

Wypalanie – rodzaje pieców

piec kr

ę

gowy

Hoffmana

(„w

ę

druj

ą

cy ogie

ń

”)

załadunek

wyładunek

ogrzewanie

wypalanie

studzenie

piec tunelowy

(„w

ę

druj

ą

cy surówka”)

2010-12-27

9

Podstawowe etapy procesu produkcji

Wypalanie

(zmiany obj

ę

to

ś

ci surówki i ogólny zarys zachodz

ą

cych procesów)

20 140 250 450 550 750 1000 1100

ε

p

ę

cznienie

[%]

ε

skurcz

[%]

1

2

4

6

T

[

o

C]

1

2

3

4

5

1 – usuwanie reszty wody kapilarnej

oraz wody higroskopijnej,

2 – utlenianie w

ę

gla i siarki,

3 – dehydratacja minerałów ilastych,
4 – dekarbonizacja w

ę

glanów

(margiel !)

,

5 – powstawanie fazy ciekłej,

przemiany fazowe

Zawarto

ść

margla jako wada wyrobów ceramicznych

Margiel - naturalna mieszanina wapnia CaCO

3

i minerałów ilastych

Podczas wypalania ceramiki nast

ę

puj

ę

wypalenie zawartych w masie ziaren CaCO

3

(istotne ziarna > 0,5 mm)

temperatura

CaCO

3

→

CaO +

CO

2

↑

w

ę

glan wapnia tlenek wapnia dwutlenek

(wapie

ń

) (wapno palone) w

ę

gla

CaO + H

2

O

→

Ca(OH)

2

+

Q

tlenek wapnia woda wodorotlenek wapnia

(wapno palone) (wapno gaszone)

Podczas składowania CaO chłonie wod

ę

i ulega hydratacji, której

towarzyszy blisko 2 krotny wzrost obj

ę

to

ś

ci

2010-12-27

10

Zawarto

ść

margla jako wada wyrobów ceramicznych

(głównie cienko

ś

ciennych)

ziarno CaO w gotowym

wyrobie

H

2

O

ziarno Ca(OH)

2

rozsadza

ś

ciank

ę

wyrobu

Ró

ż

nice w produkcji i wła

ś

ciwo

ś

ciach ceramiki

porowatej i spieczonej

Ceramika

porowata

Ceramika

spieczona

Produkcja

formowanie

niskoci

ś

nieniowe

nisko lub wysokoci

ś

nieniowe

masa ceramiczna

plastyczna, wilgotno

ść

ok.

20% lub wi

ę

cej

plastyczna lub półsucha,

wilgotno

ść

10 do ok.20%

wypalanie

T

max

: 900 do 1000

o

C

(mniej fazy szklistej)

T

max

: 1100 do 1200

o

C

(wi

ę

cej fazy szklistej)

Wła

ś

ciwo

ś

ci

barwa wyrobów

czerwona

ciemno bordowa

powierzchnia

matowa, mocno chłonie

wod

ę

gładka, słabo chłonie wod

ę

porowato

ść

[% obj.]

do ok. 35

niemal w cało

ś

ci pory

otwarte

do ok. 20

zredukowana zawarto

ść

porów otwartych

nasi

ą

kliwo

ść

[% m.]

do ok. 25

do ok. 15

wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie [MPa]

5 do 25

30 do 80

2010-12-27

1

Materiały

Materiały izolacji termicznej

izolacji termicznej

i akustycznej

i akustycznej

Podstawowe rodzaje transportu energii cieplnej

Przewodzenie

Przekazywanie energii od jednej cz

ą

stki do drugiej, za

po

ś

rednictwem ruchu drgaj

ą

cego tych cz

ą

stek

Konwekcja

W cieczach i gazach na skutek ruchu makroskopowych ilo

ś

ci

substancji. Ruchy te wyst

ę

puj

ą

na skutek ró

ż

nicy g

ę

sto

ś

ci substancji

w ró

ż

nych temperaturach lub s

ą

spowodowane innymi czynnikami.

Promieniowanie

Promieniowanie elektromagnetyczne (termiczne).

W budowlanych materiałach termoizolacyjnych

dominuje przewodzenie.

2010-12-27

2

Rola materiałów termoizolacyjnych i izolacji

akustycznej

Maksymalne utrudnienie

transportu energii cieplnej lub mechanicznej.

T

i

T

e

Q

i

Q

e

∆

Q

∆

Q

∆

Q

→

min

dla

utrzymania

stałej

∆

T

konieczne

dostarczanie

energii

Podstawowe wymaganie dla budowlanych materiałów

termoizolacyjnych

λ ≤

0,25 W/mK

ρ

o

≤

800 kg/m

3

- wysokoefektywne:

λ ≤

0,07 W/mK

-

ś

rednioefektywne: 0,07 W/mK <

λ

< 0,1 W/mK

- niskoefektywne: 0,1 W/mK <

λ

< 0,25 W/mK

2010-12-27

3

Przewodzenie w ciałach stałych i gazach

amorficzne

(tw. sztuczne;

polistyren)

krystaliczne

(metale;

aluminium)

stopie

ń

zorganizowania mikrostruktury

Ciała stałe

0,1 W/mK <

λ

<150 W/mK

argon

wodór

powietrze

Gazy

0,018 W/mK <

λ

< 0,18 W/mK

eter

woda

Ciecze

0,15 W/mK <

λ

< 0,65 W/mK

Współczynnik

λ

– powietrze suche i woda

powietrze w du

ż

ych porach (> 2 mm)

w ruchu

przewodzenie i konwekcja

powietrze w małych porach (< 2 mm)

w bezruchu

tylko przewodzenie

(konwekcja pomijalnie mała)

λ

pow.br

≈

0,025 W/mK

λ

pow.r

≈

0,036 do 0,046 W/mK

λ

woda

≈

0,65 W/mK

2010-12-27

4

szkielet (V

s

,

λ

s

)

pory (V

pow

,

λ

pow

)

pory < 1 mm

(V

pow. br

,

λ

pow, br

)

pory > 1 mm

(V

pow, r

,

λ

pow, r

)

=

+

Jak zbudowany jest materiał termoizolacyjny

λ

mat

= V

s

·

λ

s

+ V

pow

·

λ

pow

λ

mat

= V

s

·

λ

s

+ V

pow

·

λ

pow

λ

mat

= V

s

·

λ

s

+ V

pow,br

·

λ

pow.br

+ V

pow.r

·

λ

pow.r

↓

↓

↓

↑

↓

Jak uzyska

ć

materiał o dobrej termoizolacyjno

ś

ci

Wnioski

- mo

ż

liwie najmniejszy udział szkieletu

- szkielet z substancji o najmniejszej przewodno

ś

ci

- mo

ż

liwie najwi

ę

kszy udział porów o małych

ś

rednicach

- pory zamkni

ę

te (infiltracja powietrza, woda)

2010-12-27

5

Ogólna klasyfikacja materiałów termoizolacyjnych

i izolacji akustycznej

pochodzenia

ro

ś

linnego

- ziarniste

(trociny, sieczki,

wióry, korek gran. itp.)

- maty

(słomiane, trzcinowe),

- płyty

(słomiane, trzcinowe,

wiórowo-cementowe,
pa

ź

dzierzowe,

pil

ś

niowe)

z tworzyw

sztucznych

- styropiany,
- pianki

poliuretanowe,

- spienione PCV,
- itp.

ze szkieletem

mineralnym

- szkła piankowe

(białe: CaCO

3

i czarne: sadza)

- włókniste

(wełny mineralne)

- ziarna sztucznych

kruszyw lekkich

(keramzyt,

ż

u

ż

el,

popiołoporyt itp.)

0,05 <

λ

< 0,1 W/mK

0,03 <

λ

< 0,1 W/mK

0,03 <

λ

< 0,05 W/mK

2010-12-27

1

Materiały izolacji

Materiały izolacji

przeciwwodnej

przeciwwodnej

i przeciwwilgociowej

i przeciwwilgociowej

(bitumy)

(bitumy)

Ź

ródła wody i wilgoci w obiekcie budowlanym

wilgo

ć

kondensacyjna

opady

woda

opadowa

rozbryzgi

woda z awarii

wilgo

ć

higroskopijna

wilgo

ć

kondensacyjna

wilgo

ć

gruntowa

woda gruntowa

woda

gruntowa

Ź

ró

d

ło

:

R

o

ki

e

l

M

.:

H

yd

ro

iz

o

la

cj

e

w

b

u

d

o

w

n

ict

w

ie

,

p

o

ra

d

n

ik,

M

e

d

iu

m

,

W

-w

a

,

2

0

0

6

2010-12-27

2

Rola hydroizolacji w budownictwie

Rola:

ochrona zastosowanych w obiekcie materiałów

budowlanych przed kontaktem z wod

ą

i par

ą

wodn

ą

.

hydroizolacja

pokrycia

dachowego

hydroizolacja

stropu

(sanitariaty itp.)

hydroizolacja

pionowa

ś

cian

zagł

ę

bionych

w gruncie

hydroizolacja

pozioma

ś

cian

(podci

ą

ganie

kapilarne !)

hydroizolacja pozioma posadzki na

gruncie

Rola hydroizolacji w budownictwie

Ochrona zastosowanych w obiekcie materiałów

budowlanych przed kontaktem z wod

ą

i par

ą

wodn

ą

.

hydroizolacja pomostu

(pod nawierzchni

ą

)

most Zamkowy w Rzeszowie

2010-12-27

3

Bitumy jako podstawowy surowiec do produkcji

hydroizolacji budowlanych

Bitumy

– mieszaniny w

ę

glowodorów

W

ę

glowodory - substancje organiczne zbudowane tylko

z atomów C i H.

- nasycone (np. parafiny),
- nienasycone (alkeny, alkiny)
- aromatyczne (ksyleny, tolueny, naftaleny).

Charakterystyka bitumów jako podstawowego

surowca do produkcji hydroizolacji budowlanych

- struktura szczelna wobec wody i pary wodnej,
- brak zwil

ż

alno

ś

ci przez wod

ę

i znikoma rozpuszczalno

ść

,

- wysoka trwało

ść

(odporno

ść

na działanie tlenu, soli,

kwasów nieorganicznych, ograniczona na działanie zasad)

- brak odporno

ś

ci na działanie UV (starzenie)

(posypki odbijaj

ą

ce promieniowanie słoneczne),

- podatne na działanie pewnych rodzajów bakterii

(dodatki oleju antracenowego lub kreozotowego),

- brak odporno

ś

ci na długotrwałe działanie podwy

ż

szonej

temperatury powoduj

ą

ce usuwanie l

ż

ejszych frakcji

olejowych

(posypki odbijaj

ą

ce promieniowanie słoneczne).

2010-12-27

4

Klasyfikacja bitumów

naturalny

(jeziora asfaltowe

Trynidad)

ponaftowy

z w

ę

gla

kamiennego

z w

ę

gla

brunatnego,

torfu, drewna

przemysłowe

drogowe

przemysł

hydroizoolacji

budowlanych

bitumy

paki

asfalty

smoły

- gaz:

< 20

o

C

- eter naftowy:

20 do 60

o

C

- ligroina

(lekka nafta):

60 do100

o

C

- gazolina surowa

(benzyna):

40 do 205

o

C

- nafta:

175 do 325

o

C

- olej gazowy

(diesel):

> 275

o

C

- olej smarowy:

nielotna ciecz

-

asfalt

lub koks naftowy: nielotne ciało stałe

Produkty destylacji ropy naftowej

2010-12-27

5

Asfalt - struktura koloidalna

Cz

ą

stki koloidalne

(1 do 100 nawet do 500 nm)

1 –

malteny

(frakcja olejowa),

2 –

asfalten

(spolimeryzowane

ż

ywice asfaltowe, ciało

stałe, twarde i trudnotopliwe),

3 –

niespolimeryzowane

ż

ywice asfaltowe

(plastyczna i ci

ą

gliwa masa, ulega

przyspieszonej polimeryzacji w czasie
przedmuchiwania gor

ą

cym powietrzem)

Ź

ródła:

Czarnecki L., Broniewski T., Henning O.: Chemia w budownictwie, Arkady, 1994
Domin T.: Materiały budowlane, Politechnika Krakowska, 1990

Podstawowe wła

ś

ciwo

ś

ci techniczne bitumów

- temperatura mi

ę

kni

ę

cia [

o

C],

- temperatura łamliwo

ś

ci [

o

C],

(warto

ś

ci temperatury, w których bitum zaczyna

zachowywa

ć

si

ę

niewła

ś

ciwie)

- twardo

ść

(penetracja) [

o

P],

- ci

ą

gliwo

ść

[%].

Wła

ś

ciwo

ś

ci te zale

żą

od proporcji zawarto

ś

ci asfaltenu,

ż

ywic niespolimeryzowanych oraz frakcji olejowej

Asfalt naturalny – zbyt du

ż

o asfaltenu

→

mała ci

ą

gliwo

ść

Asfalt ponaftowy – zbyt du

ż

o

ż

ywic niespolimeryzowanych

→

niska temperatura mi

ę

kni

ę

cia, mała twardo

ść

2010-12-27

6

Ulepszanie i modyfikacja asfaltu ponaftowego

Ulepszanie przez oksydacj

ę

(utlenianie, „dmuchanie”)

- zwi

ę

kszenie udziału afaltenu (5 do 35%) na drodze

przyspieszonej polimeryzacji

ż

ywic asfaltowych,

- zabieg standardowy w przypadku asfaltów stosowanych

do produkcji hydroizolacyjnych wyrobów budowlanych,

- wyroby oznaczone „O”.

Modyfikacja dodatkiem polimerów

-

ataktyczny polipropylen

(APP) w ilo

ś

ci 20 do 30% m.a.

- kopolimer

styren-butadien-styren

(SBS) w ilo

ś

ci ok. 12% m.a.

Efekty ulepszania i modyfikacji asfaltu ponaftowego

O

APP

SBS

poszerzenie zakresu

temperatury, w którym zachowanie

bitumu jest poprawne

wzrost trwało

ś

ci

(przykład zmian

ci

ą

gliwo

ś

ci)

O

APP

SBS

c

i

ą

g

liw

o

ś

ć

[

%

]

T

ł

[

o

C]

2010-12-27

7

Ogólna klasyfikacja budowlanych wyrobów

hydroizolacyjnych

ciekłe

(roztwory i emulsje)

rolowe

i arkuszowe

plastyczne

ś

rodki

gruntuj

ą

ce

masy

powłokowe

lepki

impregnaty

kity

papy

bitum + rozpuszczalnik lub

woda +

ś

rodki antybakteryjne

i adhezyjne

bitum + rozpuszczalnik

+ drobnoziarnisty wypełniacz

(zazwyczaj mineralny) +

ś

rodki antybakteryjne

i adhezyjne

Schemat budowy wyrobów rolowych i arkuszowych

no

ś

nik

cechy wytrzymało

ś

ciowe

warstwa powłokowa

wła

ś

ciwa izolacja przeciwwodna lub

przeciwwilgociowa

posypka

redukowanie negatywnego
oddziaływania promieni słonecznych

posypka mineralna

(tylko w papach wierzchniego krycia)

warstwa powłokowa

(jedno lub dwustronna, ró

ż

na grubo

ść

)

no

ś

nik

- bez (membrany)
- tektura przemysłowa,
- tkanina lub włóknina:

- włókna ro

ś

linne,

- włókna z tworzyw sztucznych,
- włókna mineralne,

- siatka:

- metalowa,
- z tworzywa sztucznego

- folia metalowa

2010-12-27

8

Przykłady wybranych wyrobów

firmowy zestaw wyrobów do

wykonania hydroizolacji (system)

hydroizolacja podczas wykonywania

membrana hydroizolacyjna

warstwa ochronna

bitum

przekładka papierowa

2010-12-27

1

Drewno i

Drewno i materiały

materiały

drewnopochodne

drewnopochodne

Drewno na tle innych materiałów

- materiał

ro

ś

linny

(naturalny, organiczny)

- budowa

komórkowa

(tkanki o ró

ż

nych funkcjach)

- struktura

włóknista

(włókna ukierunkowane)

- materiał

anizotropowy

(warto

ść

cechy zale

ż

y od kierunku jej badania)

Ź

ró

d

ło

:

J.

M

.

D

in

w

o

o

d

ie

:

Jo

u

rn

a

l

o

f

M

icr

o

sco

p

y

1

0

4

(1

),

1

9

7

5

2010-12-27

2

gatunki iglaste

(80 do 120 lat; konstrukcje wi

ęź

b dachowych, stolarka budowlana, podłogi)

Modrzew

(Larix europaea)

z technicznego punktu widzenia najlepsze i najbardziej trwałe; rzadko
stosowane

Sosna

(Pinus silvestris)

mi

ę

kkie, łatwe w obróbce, spr

ęż

yste, o dobrej wytrzymało

ś

ci

mechanicznej

Ś

wierk

(Picea abies)

mi

ę

kkie, o

ś

redniej wytrzymało

ś

ci, spr

ęż

yste, trudne w obróbce, lepsze

górskie ni

ż

nizinne

Jodła

(Abies alba)

mi

ę

kkie, o

ś

redniej wytrzymało

ś

ci, gi

ę

tkie i łupliwe, sporo s

ę

ków

wypadaj

ą

cych

Gatunki drewien europejskich stosowane

w budownictwie

gatunki li

ś

ciaste

(głównie stolarka budowlana, podłogi posadzki)

Brzoza

(Betula pendula i Betula pubescens)

dobre wła

ś

ciwo

ś

ci mechaniczne, mała odporno

ść

na grzyby

Buk

(Fagus silvatica)

twarde, o du

ż

ej wytrzymało

ś

ci, łatwe w obróbce

D

ą

b

(Quercus robur lub Quercus petrea)

twarde, ci

ęż

kie, o dobrych parametrach wytrzymało

ś

ciowych, odporne na

ś

cieranie

Jesion

(Fraxinus excelsior)

ci

ęż

kie, wytrzymałe i bardzo elastyczne; w warunkach suchych trwałe,

w wilgotnych łatwo ulega zniszczeniu

Topola

(Populus, ok. 30 gatunków)

jedyne drewno li

ś

ciaste stosowane (rzadko) do wykonywania konstrukcji

budowlanych (tam gdzie brak iglastych)

Gatunki drewien europejskich stosowane

w budownictwie

2010-12-27

3

Podstawowe informacje o budowie drzewa

i strukturze drewna

korona

konary, gał

ę

zie

grubizna

lub

strzała

korzenie

szyjka

korzeniowa

karpina

Φ

ok. 8 cm

Podstawowe informacje o budowie drzewa

i strukturze drewna

przekrój

poprzeczny

przekrój

podłu

ż

ny

(promieniowy)

przekrój

styczny

W

||

≠

W

⊥

⊥⊥

⊥

2010-12-27

4

Podstawowe informacje o budowie drzewa

i strukturze drewna

rodzaje tkanek

- przewodz

ą

ca,

- gromadz

ą

ca,

- mechaniczna.

skład chemiczny drewna

(suchego)

- w

ę

giel (C):

≈

50%

- tlen (O

2

):

≈

40%

- wodór (H):

≈

5%

- azot (N):

≈

0,2%

zwi

ą

zek

iglaste

li

ś

ciaste

- celuloza (włóknik)
- lignina
- hemiceluloza
-

ż

ywice

- inne (mineralne)

≈

55%

25 d0 30%

≈

20%

≈

3%

≈

4%

≈

45%

20 do 25%

≈

25%

≈

0,5%

≈

13%

Podstawowe informacje o budowie drzewa

i strukturze drewna

woda w drewnie

Ź

ródło: http://solidnydom.pl/wilgotnosc-drewna.html

drewno przygotowane

do eksploatacji

(wysuszone)

≈

15% m.

ś

cianki komórek

cz

ęś

ciowo nasycone wod

ą

drewno

ś

wie

ż

o

ś

ci

ę

tego drzewa

55 do 70% m.

ś

cianki komórek nasycone

wod

ą

, komórki wypełnione

cz

ęś

ciowo

2010-12-27

5

Podstawowe informacje o budowie drzewa

i strukturze drewna

przekrój poprzeczny grubizny (strzały)

kora

miazga korowa

łyko

miazga twórcza

przyrosty roczne (słoje)

rdze

ń

biel

(młode drewno,

du

ż

a wilgotno

ść

)

twardziel

(stare drewno,

mniejsza wilgotno

ść

)

Podstawowe informacje o budowie drzewa

i strukturze drewna

Przyrosty roczne (słoje)

http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/bois/index.htm

Fotografie: R. Prat

przyrost

wczesny

(wiosna)

przyrost

pó

ź

ny

(lato)

1 cm

≤

4 słoje/cm - szerokosłoiste

> 4 słoje/cm - w

ą

skosłoiste

wczesny – wilgotne, mało zwarte, jasne;
pó

ź

ny – mniejsza wilgotno

ść

, bardziej zwarte, ciemne

2010-12-27

6

Wła

ś

ciwo

ś

ci drewna drzew europejskich

- barwa: jasno

ż

ółta do br

ą

zowej w zale

ż

no

ś

ci od gatunku,

- zapach: ró

ż

ny w zale

ż

no

ś

ci od gatunku,

- rysunek: ró

ż

ny w zale

ż

no

ś

ci od gatunku.

- g

ę

sto

ść

:

≈

1,55 g/cm

3

- g

ę

sto

ść

pozorna przy w

≈

15% m.:

od 500 kg/m

3

(sosna,

ś

wierk) do 800 kg/m

3

(d

ą

b)

- wilgotno

ść

: do 70% m. (równowagowa

≈

15% m.),

- nasi

ą

kliwo

ść

: do 70% m.

- rozszerzalno

ść

cieplna: mała,

(wzdłu

ż

wł. - 0,5x10

-5

[1/K], w poprzek wł. - 3x10

-5

[1/K],

- wła

ś

ciwo

ś

ci mechaniczne

Wła

ś

ciwo

ś

ci drewna drzew europejskich

Wytrzymało

ść

drewna w ró

ż

nych stanach obci

ąż

e

ń

jest

znacznie

wi

ę

ksza w kierunku równoległym

do włókien,

ni

ż

w kierunku prostopadłym.

- na

ś

ciskanie

||

:

30 MPa (topola), 45 MPa (

ś

wierk, sosna), 55 MPa (d

ą

b,

modrzew), 60 MPa (grab, akacja)

- na rozci

ą

ganie

||

:

75 MPa (topola), 95 MPa (

ś

wierk, sosna, d

ą

b),

110 MPa (modrzew), 165 MPa (buk)

- na zginanie

⊥

⊥⊥

⊥

:

55 MPa (topola), 65 MPa (modrzew, sosna,

ś

wierk),

120 MPa (akacja, jesion, buk)

2010-12-27

7

Wybrane wła

ś

ciwo

ś

ci drewna

Wpływ g

ę

sto

ś

ci pozornej na

wytrzymało

ść

drewna na

ś

ciskanie

i rozci

ą

ganie wzdłu

ż

włókien

Wpływ g

ę

sto

ś

ci pozornej na wytrzymało

ść

Ź

ródło: Biliszczuk J., Bie

ń

J., Maliszkiewicz P.:

Mosty z drewna klejonego. WKiŁ, Warszawa, l989.

Wybrane wła

ś

ciwo

ś

ci drewna

Wpływ wilgotno

ś

ci na wytrzymało

ść

Ź

ródło: Mielczarek Z.: Konstrukcje drewniane. Arkady.

Warszawa, 1994

Im

wilgotno

ść

wi

ę

ksza

, tym

wytrzymało

ść

mniejsza.

przykład wpływu wilgotno

ś

ci

drewna na:

1

– rozci

ą

ganie wzdłu

ż

włókien,

2

–

ś

ciskanie przy zginaniu,

3

–

ś

ciskanie wzdłu

ż

włókien,

4 –

ś

cinanie wzdłu

ż

włókien

2010-12-27

8

Wpływ wilgotno

ś

ci na wła

ś

ciwo

ś

ci mechaniczne

drewna

Wzór Bauchingera

f

15

= f

w

[1 +

α

w

(w - 15)]

f

15

– wytrzymało

ść

przy wilgotno

ś

ci 15% m.

(równowagowa w warunkach powietrzno-suchych),

f

w

- wytrzymało

ść

przy wilgotno

ś

ci 10% < w < 30%,

α

w

- współczynnik zmiany wytrzymało

ś

ci drewna przy zmianie

wilgotno

ś

ci o 1 %,

(0,02 do 0,04 zale

ż

nie od rodzaju wytrzymało

ś

ci

i kierunku badania)

w - wilgotno

ść

drewna [% m].

Zale

ż

no

ść

pozwala na badanie wytrzymało

ś

ci drewna

o wilgotno

ś

ci w i sprowadzenie jej do wytrzymało

ś

ci drewna

o wilgotno

ś

ci 15% m.

Trwało

ść

drewna – informacje ogólne

Drewno wykazuje

du

żą

trwało

ść

zarówno

w warunkach

stale suchych

(zabytki kultury egipskiej), jak i

stale

mokrych

(pale posadowienia budynków w Wenecji,

elementy drewnianego mostu Trajana zatopione w Dunaju).

Drewno wykazuje

obni

ż

on

ą

trwało

ść

w warunkach

zmiennej wilgotno

ś

ci i braku wymiany powietrza

oraz

przy oddziaływaniu wysokiej temperatury.

W warunkach atmosferycznych

wi

ę

ksz

ą

trwało

ść

wykazuje

drewno:

- o wi

ę

kszej g

ę

sto

ś

ci pozornej,

- zawieraj

ą

ce wi

ę

cej

ż

ywic (naturalny impregnat) garbników,

- z cz

ęś

ci twardzielowej.

2010-12-27

9

Trwało

ść

drewna – zabiegi konserwuj

ą

ce

Podstawowym zabiegiem przygotowuj

ą

cym

drewno do eksploatacji jest jego

wła

ś

ciwe wysuszenie

do wilgotno

ś

ci równowagowej dla warunków

powietrzno-suchych.

Wilgotno

ść

ta wynosi ok. 15% m.

Trwało

ść

drewna – zabiegi konserwuj

ą

ce

dodatkowe zabiegi to:

- wykonywanie powłok odcinaj

ą

cych drewno od czynników

zewn

ę

trznych (opalanie, powłoki bitumiczne, lakiery z tworzyw

sztucznych)

- impregnacja

ś

rodkami zabezpieczaj

ą

cymi przed zmianami

wilgotno

ś

ci, grzybami, owadami i obni

ż

aj

ą

cymi palno

ść

powłoka

zwykła

powłoka ulegaj

ą

ca

spienieniu w wysokiej

temperaturze

impregnacja

przypowierzchniowa

impregnacja skro

ś

na

2010-12-27

10

Ź

ródło: http://solidnydom.pl/wilgotnosc-drewna.html

Suszenie i skurcz drewna

wilgotno

ść

55 – 70 %

20 – 35 %

≈

15 %

ś

wie

ż

o

ś

ci

ę

te

wysuszone

(wilgotno

ść

równowagowa)

stan nasycenia

ś

cianek

komórkowych

skurcz niewielki

skurcz:

- wzdłu

ż

włókien - 0,1 do 0,8 %

- w poprzek włókien -

3 do 6 %

- styczny -

6 do 12 %

- obj

ę

to

ś

ciowy -

10 do 20%

Suszenie i skurcz drewna

Paczenie si

ę

przekrojów drewnianych

Przyczyna:

ró

ż

na wilgotno

ść

drewna w bieli i twardzieli

brak symetrii rozkładu wilgotno

ś

ci

wzgl

ę

dem osi poziomej

symetria rozkładu wilgotno

ś

ci

wzgl

ę

dem obydwu osi

brak symetrii rozkładu wilgotno

ś

ci

wzgl

ę

dem osi poziomej

niekorzystne efekty mo

ż

na

redukowa

ć

wła

ś

ciwym

przebiegiem suszenia

2010-12-27

11

deski

bale

kraw

ę

dziaki

belki

łaty

Tarcica budowlana – podstawowa grupa budowlanych

wyrobów z drewna

(drewno konstrukcyjne)

przykłady planów

przecierania

Tarcica budowlana – przykład zastoosowania

(jedna z odmian konstrukcji wi

ęź

by dachowej)

2010-12-27

12

Materiały drewnopochodne

W ogólno

ś

ci s

ą

to materiały składaj

ą

ce si

ę

w głównej mierze z

cienkich warstw

lub

cz

ą

stek

rozdrobnionego

drewna

lub

innych

ro

ś

lin

, poł

ą

czonych lepiszczem organicznym lub mineralnym.

Ze spoiwem organicznym (

ż

ywice, kleje):

- sklejki,
- płyty wiórowe,
- pa

ź

dzierzowe (len, konopie),

- płyty OSB (Oriented Strand Boards),
- pil

ś

niowe.

Ze spoiwem mineralnym (cement):

- płyty wiórowo-cementowe,
- trocinobeton,
- stru

ż

kobeton,

- zr

ę

bkobeton.

Materiały drewnopochodne

płyta wiórowa

pa

ź

dzierzowa

płyta OSB

sklejka

zr

ę

bkobeton

d

ź

wi

ę

kochłonna płyta

z trocinobetonu

Ź

ródła: http://www.techbud.com.pl http://www.signalco.pl, http://www.osb.pl

2010-12-27

1

Szkło w budownictwie

Szkło w budownictwie

(materiał i wyroby)

(materiał i wyroby)

Proces zeszklenia

Przy przechłodzeniu przej

ś

cie w sposób ci

ą

gły ze stanu

ciekłego w stan cieczy przechłodzonej o du

ż

ej lepko

ś

ci

tj. w stan ciała stałego o strukturze bezpostaciowej.

(Z tego wynika izotropowy charakter materiału)

Ogólna definicja szkła

Ciecz przechłodzona

Ciało istniej

ą

ce w stanie ciekłym poni

ż

ej

temperatury krzepni

ę

cia.

Przezroczysta, bezpostaciowa substancja otrzymywana

ze stopionych surowców mineralnych, które zostaj

ą

przechłodzone w taki sposób,

ż

e nie nast

ę

puje

krystalizacja składników.

2010-12-27

2

Historia

- materiał znany od ok. 5000 lat

(Babilon, Egipt, Fenicja, potem Rzym i Bizancjum)

- rok 1241 Wenecja

..

(uruchomienie huty szkła, produkcja luster)

- na terenach Polski

- pocz

ą

tki wytwarzania od XII w.

- w XVI w. istnieje 30 hut szkła,
- koniec XIX w. produkcja przemysłowa

Ź

ródło: Schittich C.: Glass Construction Manual, Basel: Birkhauser, Berlin 1999.

Rodzaje szkła

Szkła naturalne

obsydian

tektyt

skała magmowa wylewna powstała w wyniku

gwałtownego stygni

ę

cia magmy pod wod

ą

bogate w krzemionk

ę

(SiO

2

) naturalne

szkliwo wulkaniczne

2010-12-27

3

Rodzaje szkła

Szkło sztucznie wytwarzane:

-

zwykłe sodowo-wapniowo-krzemianowe

..

(najszersze zastosowanie, w tym w budownictwie)

- ołowiowe (kryształowe)

..

(szkła optyczne, osłona przed promieniowaniem rtg, rury neonowe)

- glinowo-krzemowe

...

(odporne na wysok

ą

temperatur

ę

)

- borowo-krzemowe

…

(odporne chemicznie, odporne na nagłe zmiany)

- krzemowe

…

(sama krzemionka SiO

2

, odporne chemicznie w wysokiej temperaturze)

- fotochromowe

…

(o zmiennej przepuszczalno

ś

ci optycznej, zmienia barw

ę

pod wpływem UV)

- krzemowo-sodowe, krzemowo-potasowe

…

(rozpuszczalne w wodzie [spoiwa krzemianowe – szkła wodne])

Surowce do produkcji zwykłego szkła sodowo-wapniowo-

krzemianowego

Składniki podstawowe

-

krzemionka SiO

2

(piasek kwarcowy)

68 do 74%

(ciało szkliste)

- w

ę

glan wapniowy CaCO

3

7 do 14%

(utwardza szkło, nadaje odporno

ść

chemiczn

ą

i połysk)

- soda Na

2

CO

3

12 do 16%

(obni

ż

a temperatur

ę

topnienia piasku z ok. 1700 do 1400

o

C )

Składniki dodatkowe

-

tlenki Al

2

O

3

, MgO

(ułatwiaj

ą

obróbk

ę

na gor

ą

co, podwy

ż

szaj

ą

odp. chem. i wytrzymało

ść

)

- tlenki arsenu, antymonu, zwi

ą

zki fluoru

(ułatwiaj

ą

klarownie szkła – usuni

ę

cie p

ę

cherzyków powietrza

i ujednorodnienie – temperatura ok. 1700

o

C)

- stłuczka szklana

(przyspiesza topienie masy)

2010-12-27

4

Wymagany skład tlenkowy szkła

sodowo-wapniowo-krzemianowego

(PN-EN 572.1 Szkło w budownictwie)

- SiO

2

69 do 74%

- CaO

5 do 12%

- NaO

12 do 16%

- MgO

0 do 6%

- Al

2

O

3

0 do 3%

Mikrostruktura szkła (budowa molekularna)

Tetraedryczna jednostka buduj

ą

ca (SiO

4

)

Ź

ródło: Holloway D. G., The Physical Properties of Glass, Wykeham Publications, London 1973.

2010-12-27

5

Mikrostruktura szkła wg Zachariasena Warrena i Biscoe

krzemionka

z dodatkiem sodu

budowa czystego

krystalicznego SiO2

budowa szkła

krzemowego

Ź

rodło: http://www.chemistry.ohio-state.edu/~grandinetti/research/InorganicGlass.html

Mikrostruktura szkła sodowo-wapniowo-krzemianowego

2010-12-27

6

Podstawowe wła

ś

ciwo

ś

ci szkła

- g

ę

sto

ść

2,4 do 2, 6 g/cm

3

- wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie

300 do 1000 MPa

(uwaga: mikrodefekty wewn

ę

trzne i makroskopowe wady powierzchni

w praktyce ograniczaj

ą

napr

ęż

enia od 30 do 100 MPa)

- wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie

30 do 70 MPa

..

(du

ż

a niejednorodno

ść

cechy, materiał kruchy)

- wytrzymało

ść

na zginanie:

- zwykłe

30 do 60 MPa

- hartowane

150 do 250 MPa

- moduł spr

ęż

ysto

ś

ci

50 do 80 GPa

..

(zale

ż

y od składu chemicznego)

Podstawowe wła

ś

ciwo

ś

ci szkła

- twardo

ść

wg skali Mohsa

5 do 7

wg Vickers’a

6 do 10 GPa

d

2010-12-27

7

Podstawowe wła

ś

ciwo

ś

ci szkła

- materiał bardzo kruchy

(du

ż

a wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie, mała na rozci

ą

ganie)

- mała odporno

ść

na uderzenia

- przewodno

ść

cieplna

ok. 1 W/mK

(dla szkła płaskiego warstwowego ok. 0,5 W/mK)

- współczynnik całkowitej transmisji energii

słonecznej

- refleksyjne

ok. 30%

- zwykłe

ok. 85%

Szkło w budownictwie - podstawowe rodzaje wyrobów

1/ Płaskie

2/ Kształtki

Float

Ci

ą

gnione

Walcowane

Warstwowe

- pustaki
- luksfery
- kopułki
- itp.

- zwykłe
- polerowane
- hartowane
- matowe
- mleczne
- wzorzyste
- refleksyjne
- itp.

- szyby zespolone
- szkło laminowane

(bezpieczne,

ochronne)

- podłogowe
- itp.

3/ Profile

4/ Włókna

5/ Szkło piankowe

- ceowniki
- faliste
- prostok

ą

tne

- itp.

- tkaniny
- włókniny
- maty
- welon
- itp.

- białe
- czarne

2010-12-27

8

Płaskie

Szkło w budownictwie - podstawowe rodzaje wyrobów

Wzorzyste

Wielowarstwowe

Refleksyjne

Zbrojone

Barwne

Zwykłe ci

ą

gnione

1/ Szkło płaskie

ci

ą

gnione

2/ Szkło płaskie typu

FLOAT

(„spławiane”)

3/ Szkło lane

walcowane

surowe, wzorzyste,

zbrojone siatk

ą

stalow

ą

Szkło w budownictwie - podstawowe rodzaje wyrobów

Metody produkcji szkła płaskiego

2010-12-27

9

Szkło płaskie ci

ą

gnione

(metoda Fourcaulta)

Szkło w budownictwie - podstawowe rodzaje wyrobów

Metody produkcji szkła płaskiego

ś

ródło: Klindt L. B., Klein W.: Szkło jako materiał budowlany, Arkady, Warszawa 1982.

Szkło płaskie typu FLOAT

(metoda Pinkiltona)

Wylewanie masy szklanej na powierzchni cyny.

Szkło w budownictwie - podstawowe rodzaje wyrobów

Metody produkcji szkła płaskiego

Ź

ródło: http://www.samnet.com.pl/technologia.htm

2010-12-27

10

Szkło płaskie typu FLOAT

(metoda Pilkingtona)

Szkło w budownictwie - podstawowe rodzaje wyrobów

Metody produkcji szkła płaskiego

Ź

ródło: http://www.samnet.com.pl/technologia.htm

Kształtki: pustaki, luksfery, dachówki, kopuły do

ś

wietlaj

ą

ce, itp.

Szkło w budownictwie - podstawowe rodzaje wyrobów

2010-12-27

11

Profile szklane

Szkło w budownictwie - podstawowe rodzaje wyrobów

Włókna szklane

Szkło w budownictwie - podstawowe rodzaje wyrobów

Ś

rednice włókien:

5 do 30

µ

m – wełny

5 do 13

µ

m – prz

ę

dza

1 d 3

µ

m - termoizolacja

2010-12-27

12

Ciekawsze zastosowania szkła w budownictwie

Szklana Piramida - Louvre
(arch. I.M. Pei)

Ź

ródło:

http://www.greatbuildings.com/buildings/Pyramide_du_Louvre.html

Ciekawsze zastosowania szkła w budownictwie

Grand Canyon Skywalk

(szkło klejone 4- warstwowe)

http://www.grandcanyonskywalk.com/

2010-12-27

1

Spoiwa mineralne

Spoiwa mineralne

Ź

ródła:

1/ Czarnecki L., Broniewski T., Henning O.: Chemia w budownictwie, Arkady, W-wa, 1994
2/ Małolepszy i inni: Materiały budowlane – podstawy technologii i metody bada

ń

, AGH, Kraków 2008

3/ Osiecka E.: Wapno w budownictwie, Stowarzyszenie Przemysłu Wapiennego, Kraków 2005

Ogólny opis spoiw mineralnych

Pod poj

ę

ciem

mineralnych spoiw budowlanych

rozumiemy wypalone lub wypra

ż

one

i sproszkowane surowce mineralne, które po

poł

ą

czeniu z wod

ą

wykazuj

ą

zdolno

ść

do

wi

ą

zania i twardnienia.

2010-12-27

2

Klasyfikacja spoiw według głównych składników

surowcowych

CaCO

3

(wapie

ń

)

wapienne

cementowe

CaSO

4

·2H

2

O

(gips)

CaSO

4

(anhydryt)

gipsowe

anhydrytowe

MgCO

3

(magnezyt)

CaCO

3

·MgCO

3

(dolomit)

magnezjowe

R

2

O ·nSiO

2

·kH

2

O

(szkła wodne)

R

2

O -> K

2

O, Na

2

O

krzemianowe

spoiwa mineralne

Klasyfikacja spoiw według warunków w jakich s

ą

one

zdolne do wi

ą

zania i twardnienia

oraz warunków, w jakich mog

ą

by

ć

eksploatowane wyroby z tych

spoiw

spoiwa mineralne

powietrzne

krzemianowe

magnezjowe

gipsowe

anhydrytowe

cementy

hydrauliczne

wapno

hydrauliczne

wapienne

powietrzne

2010-12-27

3

Spoiwa powietrzne

Spoiwa powietrzne

Spoiwa wapienne (powietrzne)

900-1100

o

C

CaCO

3

→

CaO +

CO

2

↑

w

ę

glan wapnia tlenek wapnia dwutlenek

(wapie

ń

) (wapno palone) w

ę

gla

Wypalanie:

Reakcja endotermiczna: 425 kcal/kg wapienia.

(spadek masy o ok. 45%)

2010-12-27

4

Spoiwa wapienne

CaO + H

2

O

→

Ca(OH)

2

+

Q

tlenek wapnia woda worotlenek wapnia

(wapno palone) (wapno gaszone)

Reakcja egzotermiczna:

155 kcal/kg CaO

Wzrost obj

ę

to

ś

ci około 2x

Teoretyczne zapotrzebowanie na wod

ę

: ok. 32% masy CaO

Gaszenie (lasowanie):

Spoiwa wapienne

Podstawowe postaci spoiwa wapiennego

Wapno suchogaszone (hydratyzowane)

Gaszenie wod

ą

w ilo

ś

ci około 32% masy CaO.

Uwaga: Ewentualna obecno

ść

ziaren niezgaszonego CaO, w zwi

ą

zku

z jego higroskopijno

ś

ci

ą

i wzrostem obj

ę

to

ś

ci w czasie uwodnienia

b

ę

dzie powodowa

ć

odpryski (np. w warstwie tynku wapiennego).

Ciasto wapienne

Gaszenie nadmiarem wody w ilo

ś

ci od 45 do 75% masy CaO.

2010-12-27

5

Spoiwa wapienne

Wapno pokarbidowe

(produkt uboczny otrzymywany podczas produkcji acetylenu)

CaC

2

+ 2H

2

O

→

C

2

H

2

+ Ca(OH)

2

w

ę

glik wapnia woda acetylen wodorotlenek wapnia

(karbid) (wapno gaszone)

Posta

ć

:

- ciasto wapienne
Cechy ró

ż

ni

ą

ce od zwykłego ciasta wapiennego:

- barwa szaro-popielata
- mo

ż

e wydziela

ć

niewielkie ilo

ś

ci acetylenu (zapach).

Spoiwa wapienne

1/ usuni

ę

cie wody

(odparowanie/ssanie przez ł

ą

czone elementy) i zag

ę

szczenie koloidalnego

Ca(OH)

2

2/ krystalizacja Ca(OH)

2

i tworzenie szkieletu

Ca(OH)

2

jest

łatwo rozpuszczalne w wodzie !

3/ karbonatyzacja

Ca(OH)

2

+ CO

2

+ H

2

O

→

CaCO

3

↓

+ 2H

2

O

wodorotlenek dwutlenek w

ę

glan woda

wapnia w

ę

gla wapnia

(wapno gaszone) (wapie

ń

)

CaCO

3

jest

trudno rozpuszczalne w wodzie !

Główne procesy składaj

ą

ce si

ę

na wi

ą

zanie i twardnienie

ś

aden z tych procesów nie mo

ż

e zachodzi

ć

w otoczeniu wody !

2010-12-27

6

Spoiwa wapienne

Karbonatyzacja – zjawisko sprzyjaj

ą

ce zwi

ę

kszeniu

trwało

ś

ci wyrobów ze spoiwa wapiennego

podło

ż

e

strefa skarbonatyzowana

oprócz Ca(OH)

2

w strukturze pojawia

si

ę

wypełniaj

ą

cy pory CaCO

3

,

słabo rozpuszczalny w wodzie

strefa nie skarbonatyzowana

struktur

ę

tworzy jedynie rozpuszczalny

w wodzie Ca(OH)

2

CO

2

Spoiwa wapienne

Zastosowanie wapna palonego

- zaprawy murarskie

(ł

ą

czenie elementów murów wewn

ę

trznych),

- wyprawy murarskie

(tynki wewn

ę

trzne, tynki do renowacji obiektów

zabytkowych),

- podkłady pod podłogi

słabo obci

ąż

one

Główne zastosowania wapna gaszonego

- wyroby wapienno-piaskowe (silikatowo-wapienne)

(autoklawizacja)

- betony komórkowe

(autoklawizacja)

2010-12-27

7

Spoiwo dolomitowe i magnezjowe

Wypalanie dolomitu

900

o

C

CaCO

3

⋅⋅⋅⋅

MgCO

3

→

CaO + MgO + 2CO

2

dolomit tlenek tlenek dwutlenek

wapnia magnezu w

ę

gla

Wypalanie magnezytu

750-950

o

C

MgCO

3

→

MgO + CO

2

magnezyt tlenek magnezu dwutlenek w

ę

gla

Wi

ą

zanie analogicznie jak spoiw wapiennych

Spoiwa gipsowe i anhydrytowe

Gips naturalny

lub

gips z instalacji odsiarczania spalin (IOS)

CaSO

4

·2H

2

O

(dwuwodny siarczan wapniowy)

CaSO

4

– 79% m.; H

2

O – 21% m.

Surowiec

Anhydryt naturalny

lub

anhydryt z wypra

ż

ania CaSO

4

· 2H

2

O

CaSO

4

(bezwodny siarczan wapniowy)

2010-12-27

8

Spoiwo gipsowe

Wypra

ż

anie gipsu dwuwodnego do półwodnego

150-185°C

CaSO

4

·

2 H

2

O

→

CaSO

4

·

1/2H

2

O + 3/2H

2

O

dwuwodny półwodny

siarczan wapniowy siarczan wapniowy

(spoiwo gipsowe)

- pra

ż

enie przy ci

ś

nieniu atmosferycznym: odmiana

β

(lepiej rozpuszczalna w wodzie i energicznej reaguje

z wod

ą

)

- pra

ż

enie w warunkach autoklawizacji (2-12bar): odmiana

α

(dobrze wykształcone kryształy, wi

ę

ksza g

ę

sto

ść

,

wi

ę

ksza wytrzymało

ść

)

spoiwo szybkowi

ążą

ce:

pocz

ą

tek wi

ą

zania 3-12 min, koniec 15-20 min.

Ź

ródło: Jaffel H.: Caractérisation multi-échelles de matériaux poreux en évolution: cas du plâtre,

Ecole Polytechnique, 2006

Spoiwo gipsowe

Mikrostruktura gipsu

α

i

β

2010-12-27

9

Wypra

ż

anie gipsu dwuwodnego do anhydrytu

(proces energochłonny !)

600-700°C

CaSO

4

·

2 H

2

O

→

CaSO

4

+ 2H

2

O

dwuwodny bezwodny

siarczan wapniowy siarczan wapniowy

(anhydryt)

Spoiwo gipsowe

spoiwo wolnowi

ążą

ce:

pocz

ą

tek wi

ą

zania ok. 60 min, koniec do 4 h.

wi

ę

ksza g

ę

sto

ść

, wi

ę

ksza wytrzymało

ść

, wi

ę

ksza

odporno

ść

na kontakt z wod

ą

Spoiwo gipsowe

Wi

ą

zanie gipsu półwodnego

1/ rozpuszczanie CaSO

4

·1/2H

2

O w wodzie

2/ uwodnienie CaSO

4

·1/2H

2

O do CaSO

4

·2H

2

O

CaSO

4

·1/2H

2

O + 3/2H

2

O

→

CaSO

4

·

2 H

2

O

3/ krystalizacja CaSO

4

·2H

2

i tworzenie szkieletu

Wi

ą

zanie gipsu bezwodnego

aktywator

CaSO

4

+ 2H

2

O

→

CaSO

4

·

2H

2

O

Aktywatory: CaO, siarczany, CaSO

4

·2H

2

O i inne

Krystalizacja nie mo

ż

e zaj

ść

w otoczeniu wody !

2010-12-27

10

Spoiwo gipsowe

Wła

ś

ciwo

ś

ci gipsu budowlanego (półwodnego)

+

- materiał ekologiczny (podczas produkcji wydziela si

ę

woda),

- łatwa i tania produkcja (niewielka energochłonno

ść

),

- korzystna relacja g

ę

sto

ś

ci/wytrzymało

ś

ci,

- dobra izolacyjno

ść

cieplna ,

- zdolno

ść

do regulowania wilgotno

ś

ci w pomieszczeniach,

-

- krótki czas wi

ą

zania:

mo

ż

liwo

ś

ci wydłu

ż

ania:

- chemiczne dodatki opó

ź

niaj

ą

ce (boraks, cytrynian potasu i inne,

- koloidy tworz

ą

ce otoczki na ziarnach spoiwa (keratyna, kazeina itp.)

- stanowi

ś

rodowisko korozyjne dla elementów metalowych,

- brak odporno

ś

ci na kontakt z wod

ą

.

Spoiwo gipsowe

Przyczyny i konsekwencje braku odporno

ś

ci

na kontakt z wod

ą

- mikrostruktura stwardniałego gipsu posiada charakter

pil

ś

ni utworzonej przez iglaste kryształy CaSO

4

·2H

2

O

- cechy wytrzymało

ś

ciowe takiej struktury zale

żą

od tarcia

wewn

ę

trznego oraz wytrzymało

ś

ci samych kryształów

2010-12-27

11

- w kontakcie z wod

ą

:

- kryształy zostaj

ą

powleczone warstewk

ą

wody,

co obni

ż

a tarcie wewn

ę

trzne,

- kryształy CaSO

4

·2H

2

O s

ą

cz

ęś

ciowo rozpuszczalne

w wodzie,

Spoiwo gipsowe

Przyczyny i konsekwencje braku odporno

ś

ci

na kontakt z wod

ą

Efekt:

obni

ż

enie wytrzymało

ś

ci

Odporno

ść

gipsu (a tak

ż

e innych materiałów) na kontakt

z wod

ą

ocenia si

ę

za pomoc

ą

współczynnika rozmi

ę

kania r

Spoiwo gipsowe

Przyczyny i konsekwencje braku odporno

ś

ci

na kontakt z wod

ą

f – wytrzymało

ść

na

ś

ciskanie lub rozci

ą

ganie

W przypadku gipsu budowlanego r

≈

0,3 do 0,5

2010-12-27

12

Spoiwo gipsowe

Zastosowania w budownictwie

Zaczyny i zaprawy
- zaprawy i wyprawy gipsowe,
- gład

ź

z zaczynów gipsowych modyfikowanych dodatkami organicznymi,

- samopoziomuj

ą

ce si

ę

podkłady pod podłogi,

Wyroby prefabrykowane
- pustaki

ś

cienne i stropowe,

- elementy

ś

cianek działowych,

- płyty kartonowo-gipsowe,
- galanteria gipsowa

Spoiwa hydrauliczne

Spoiwa hydrauliczne

2010-12-27

13

Od wapna powietrznego do hydraulicznego

Geneza:

potrzeba spoiwa zdolnego wi

ą

za

ć

w

ś

rodowisku

wodnym i daj

ą

cym wyroby odporne na kontakt z wod

ą

wapno daj

ą

ce

wyroby wzgl

ę

dnie

odporne na kontakt

z wod

ą

wapno daj

ą

ce wyroby

nieodporne na

kontakt z wod

ą

ok.350 km

Przyczyna:

ró

ż

ny skład chemiczny

surowca

Od wapna powietrznego do hydraulicznego

Surowiec:

czysty wapie

ń

CaCO

3

wapno daj

ą

ce wyroby

nieodporne na

kontakt z wod

ą

Skład stwardniałego

spoiwa:

jedynie rozpuszczalny

w wodzie Ca(OH)

2

Po wypaleniu:

jedynie CaO

2010-12-27

14

Od wapna powietrznego do hydraulicznego

wapno daj

ą

ce

wyroby wzgl

ę

dnie

odporne na kontakt

z wod

ą

Surowiec:

margiel:

CaCO

3

+

minerały ilaste (ok 20%)

Skład stwardniałego spoiwa:

nadal dominuje

rozpuszczalny w wodzie Ca(OH)

2

ale powstaj

ą

tak

ż

e

trudno rozpuszczalne w wodzie uwodnione krzemiany

wapniowe

W wypalonym spoiwie

dominuje CaO

ale tak

ż

e

SiO

2

, Al

2

O

3

, Fe

2

O

3

, …

Wapno hydrauliczne

Wypalanie wapieni marglistych

900-1100

o

C

CaCO

3

→

CaO +

CO

2

↑

CaCO

3

+ SiO

2

→

2CaO·SiO

2

krzemionka krzemian dwuwapniowy

CaCO

3

+ Al

2

O

3

→

3CaO·Al

2

O

3

tlenek glinu glinian trójwapniowy

CaCO

3

+ Fe

2

O

3

→

4CaO·Fe

2

O

3

tlenek

ż

elaza

ż

elazian czterowapniowy

2010-12-27

15

Wapno hydrauliczne

Ogólny opis wi

ą

zania wapna hydraulicznego

900-1100

o

C

Ca(OH)

2

→

proces jak w przypadku wapna zwykłego

2CaO·SiO

2

krzemian dwuwapniowy

3CaO·Al

2

O

3

glinian trójwapniowy

4CaO·Fe

2

O

3

ż

elazian czterowapniowy

uwodnione

krzemiany, gliniany i

ż

elaziany

(stabilne w

ś

rodowisku wodnym)

Cementy s

ą

spoiwami hydraulicznymi

, to znaczy,

ż

e po poł

ą

czeniu z wod

ą

wykazuj

ą

zdolno

ść

do

wi

ą

zania i twardnienia zarówno w powietrzu

jak i w wodzie.

Głównym produktem hydratacji (uwodnienia)

spoiwa s

ą

zwi

ą

zki (hydraty) wykazuj

ą

ce stabilno

ść

zarówno w

ś

rodowisku powietrznym jak

i wodnym.

Spoiwa cementowe

2010-12-27

16

Wapie

ń

Glina

Klinkier

Gips

ew. dodatki mineralne

Cement

Mielenie w młynie kulowym

Rozdrabnianie, homogenizacja

1/

metoda sucha

:

granulat

2/

metoda mokra

: szlam

Wypalanie
piec obrotowy 1450

o

C

główne surowce

Spoiwa cementowe – zarys produkcji

Spoiwa cementowe – zarys produkcji

K

o

p

a

ln

ia

:

w

a

p

ie

ń

,

g

li

n

a

kruszarka

wst

ę

pna

homogenizacja

dodatki

młyn kulowy

silosy

piec obrotowy

magazyn klinkieru

schładzacz

prekalcynacja

800 – 1000

o

C

młyn

składniki

dodatkowe

ok. 1450

o

C

CO

2

2010-12-27

17

Spoiwa cementowe

Cement portlandzki jako typowe spoiwo cementowe

Cement portlandzki

składa si

ę

w ok. 95% z odpowiednio zmielonego

klinkieru portlandzkiego i ok. 5% dodatku

gipsu jako regulatora wi

ą

zania.

Klinkier portlandzki

powstaje w wyniku wypalenia odpowiednio

przygotowanych surowców w temperaturze

ok. 1450

o

C.

Pocz

ą

tki produkcji spoiwa we Francji: Louis Vicat, 1817 r.

Opatentowanie cementu portlandzkiego w Anglii: Joseph Aspdin, 1824 r.

Spoiwa cementowe

≈

80%

+

≈

20%

kamie

ń

wapienny

surowce ilaste (glina)

CaO

Al

2

O

3

; SiO

2

; Fe

2

O

3

; …

Orientacyjny skład surowcowy klinkieru portlandzkiego

2010-12-27

18

Spoiwa cementowe

Skład tlenkowy klinkieru (cementu) portlandzkiego

Oznaczenie

Nazwa

Zawarto

ść

[% m.]

Zakres

Ś

rednio

CaO

tlenek wapnia

60-70

63

Si0

2

krzemionka

18-25

22

Al

2

o

3

tlenek glinu

4-9

7

Fe

2

0

3

tlenek

ż

elaza

1-5

3

MgO

tlenek magnezu

1-5

2

SO

3

trójtlenek siarki

1-3

2

Na

2

0 + K

2

0

tlenek sodu

i potasu (alkalia)

0,5-1,8

0,8

Spoiwa cementowe

Wzór chemiczny

Skrót

Nazwa

Wła

ś

ciwo

ś

ci

Zawarto

ść

[% masy]

3CaO·Si0

2

C

3

S

krzemian
trójwapniowy

(alit)

• wysokoaktywny
• wysokokaloryczny

(szybki przyrost

wytrzymało

ś

ci)

35-65

2CaO·Si0

2

C

2

S

krzemian
dwuwapniowy

(belit)

•

ś

rednioaktywny

• niskokaloryczny

(powolny, lecz du

ż

y

przyrost wytrzymało

ś

ci)

15-40

3CaO· Al

2

0

3

C

3

A

glinian
trójwapniowy

(celit)

• bardzo wysoko

aktywny

• wysokokaloryczny

(przyspiesza wi

ą

zanie)

8-12

4CaO ·Al

2

0

3

· Fe

2

0

3

C

4

AF

ż

elazoglinian

czterowapniowy

(braunmilleryt)

• słaboaktywny
•

ś

redniokaloryczny

(mała wytrzymało

ść

)

8-12

Skład mineralogiczny klinkieru (cementu) portlandzkiego

2010-12-27

19

Podstawowe informacje o wi

ą

zaniu cementu

Stwardniały zaczyn cementowy powstaje w wyniku reakcji

chemicznych mi

ę

dzy cementem i wod

ą

(reakcje hydratacji).

Zło

ż

ony proces chemiczny, podczas którego podstawowe składniki

mineralne klinkieru (cementu portlandzkiego)

C

3

S

,

C

2

S

,

C

3

A

i

C

4

AF

reaguj

ą

z wod

ą

tworz

ą

c nowe, nie rozpuszczalne w wodzie zwi

ą

zki

(hydraty).

W najwi

ę

kszym stopniu w rozwoju wytrzymało

ś

ci uczestnicz

ą

C

3

S

i

C

2

S

tworz

ą

c faz

ę

C-S-H (uwodnione krzemiany wapnia)

i

C-H (wodorotlenek wapniowy; portlandyt)

Spoiwa cementowe

W du

ż

ym uproszczeniu reakcja hydratacji alitu C

3

S et belitu C

2

S przebiega

nast

ę

puj

ą

co:

C

3

S

lub +

H2O

----> C-S-H + Ca(OH)

2

+ Q

C

2

S

Najwa

ż

niejszymi produktami hydratacji (hydratami) s

ą

uwodnione

krzemiany

wapniowe C-S-H

wyst

ę

puj

ą

ce w postaci tzw.

ż

elu cementowego.

ś

el ten wpływa

na wi

ę

kszo

ść

wła

ś

ciwo

ś

ci stwardniałego zaczynu cementowego.

Ca(OH)

2

(portlandyt) decyduje o pH, składnik słaby, rozpuszczalny w wodzie.

Reakcja

C

3

A

z wod

ą

jest gwałtowna (wydzielanie du

ż

ych ilo

ś

ci ciepła) i powinna

by

ć

kontrolowana przez dodatek (ok. 5% m) gipsu lub anhydrytu. W wyniku

uwodnienia powstaj

ą

siarczanogliniany, najcz

ęś

ciej w postaci ettringitu

(3CaO.Al

2

O

3

.CaSO

4

.31H

2

O).

Podczas reakcji

C

4

AF

z wod

ą

wydziela si

ę

niewiele ciepła. Uwodnienie C

4

AF

w niewielkim stopniu wpływa na rozwój wytrzymało

ś

ci.

Spoiwa cementowe

2010-12-27

20

w

y

tr

zy

m

a

ło

ść

n

a

ś

ci

sk

a

n

ie

czas dojrzewania [doby]

28

360

C

3

S –

wysokoaktywny,

wysokokaloryczny

C

2

S –

ś

rednioaktywny,

niskokaloryczny

C

3

A -

bardzo wysoko aktywny,

wysokokaloryczny

C

4

AF –

słaboaktywny,

ś

redniokaloryczny

Charakterystyka czterech głównych mineralnych składników

klinkieru (cementu) portlandzkiego

Kinetyka przyrostu wytrzymało

ś

ci zaczynu zale

ż

e

ć

b

ę

dzie w du

ż

ej mierze od

udziału czterech minerałów.

Spoiwa cementowe

Spoiwa cementowe

Ogólna klasyfikacja cementów powszechnego u

ż

ytku

Oznaczenie

Nazwa

Orientacyjny skład

CEM I

Portlandzkie

klinkier

CEM II

Portlandzkie
z dodatkami

klinkier

+ 6 do 53% dodatek

(

ż

u

ż

el wielkopiecowy, popioły lotne,

m

ą

czka wapienna, itp.)

CEM III

Hutnicze

klinkier

+ 36 do 95%

ż

u

ż

la

wielkopiecowego

CEM IV

Pucolanowe

klinkier

+ 11 do 55% dodatków

pucolanowych

CEM V

Wieloskładnikowe

klinkier

+ 36 do 90%

ż

u

ż

el i dodatek

pucolanowy

Stosowanie dodatków mineralnych, b

ę

d

ą

cych odpadami z innych

przemysłów, umo

ż

liwia obni

ż

enie emisji CO

2

oraz obni

ż

enie

energochłonno

ś

ci produkcji.