1

SPOIWA MINERALNE

SPOIWA MINERALNE

SPOIWA MINERALNE

SPOIWA MINERALNE

Kraków, 17.12.2012

P OD STAWOW E P OJĘC IA

P OD STAWOW E P OJĘC IA

P OD STAWOW E P OJĘC IA

P OD STAWOW E P OJĘC IA

SPOIWO MINERALNE

SPOIWO MINERALNE

- wypalone lub wyprażone i

sproszkowane surowce mineralne, które po połączeniu z
wodą wykazują zdolność do wiązania i twardnienia.

WIĄZANIE

WIĄZANIE SPOIWA

SPOIWA

- proces chemiczny w wyniku, którego

spoiwo zmienia stan skupienia z ciekłego na stały (od
kilkunastu minut do kilku godzin)

2

P OD STAWOW E K L A SY F IK AC J E SP OIW

P OD STAWOW E K L A SY F IK AC J E SP OIW

PODZIAŁ SPOIW ZE WZGLĘDU NA RODZAJ SUROWCA

PODZIAŁ SPOIW ZE WZGLĘDU NA RODZAJ SUROWCA

PODZIAŁ SPOIW ZE WZGLĘDU NA RODZAJ ŚRODOWISKA, W KTÓRYM WIĄŻĄ

PODZIAŁ SPOIW ZE WZGLĘDU NA RODZAJ ŚRODOWISKA, W KTÓRYM WIĄŻĄ
I TWARDNIEJĄ

I TWARDNIEJĄ

P OD STAWOW E K L A SY F IK AC J E SP OIW

P OD STAWOW E K L A SY F IK AC J E SP OIW

S

POIWA HYDRAULICZNE

–

wiążą i twardnieją zarówno w
środowisku powietrznym jak i
wodnym,

generalnie

po

związaniu

są

odporne

na

działanie wody, wśród nich:

S

POIWA

POWIETRZNE

–

wiążą i twardnieją tylko w
środowisku

powietrznym,

generalnie

spoiwa

z

tej

grupy

są

wrażliwe

na

działanie wody, wśród nich:

3

Spoiwa wapienne

Spoiwa wapienne

SP OIWA WAP IEN NE

SP OIWA WAP IEN NE ––

i d e o w y s c h e m a t p r o d u k c j i

i d e o w y s c h e m a t p r o d u k c j i

4

SP OIWA WA P IEN NE

SP OIWA WA P IEN NE ––

c y k l ż y c i a w a p n a

c y k l ż y c i a w a p n a

WAPNO PALONE (niegaszone) - otrzymujemy w bryłkach lub w postaci sproszkowanej.

WAPNO GASZONE

SP OIWA WA P IEN NE

SP OIWA WA P IEN NE ––

r o d z a j e w a p n a b u d o w l a n e g o

r o d z a j e w a p n a b u d o w l a n e g o

wodorotlenek wapnia

5

SP OIWA WAP IEN NE

SP OIWA WAP IEN NE ––

w i ą z a n i e i t w a r d n i e n i e w a p n a

w i ą z a n i e i t w a r d n i e n i e w a p n a

 WAPNO HYDRATYZOWANE (suchogaszone) - otrzymujemy przez gaszenie wapna

palonego możliwie najmniejszą ilością wody (wynikającą z zapisu reakcji)

 CIASTO WAPIENNE - produkt uzyskany przez gaszenie wapna dużą ilością wody

 MLEKO WAPIENNE ; WODA WAPIENNA

 WAPNO POKARBIDOWE - jest produktem ubocznym przy produkcji acetylenu z

karbidu CaC

2

+ H

2

O → C

2

H

2

+ Ca(OH)

2

(karbid poddany działaniu wody) (acetylen) (wapno pokarbidowe)

SP OIWA WA P IEN NE

SP OIWA WA P IEN NE ––

r o d z a j e w a p n a b u d o w l a n e g o

r o d z a j e w a p n a b u d o w l a n e g o

6

ZALETY:

ZALETY:

 dostępność surowca,

dostępność surowca,

 bardzo duże rozdrobnienie

duże rozdrobnienie, powierzchnia właściwa 300÷2000 m

2

/kg,

 dobra urabialność zapraw oraz zdolność do łączenia się chemicznego z

zdolność do łączenia się chemicznego z

dodatkami hydraulicznymi

dodatkami hydraulicznymi (tworzą spoiwa hydrauliczne),

 silna zasadowość

silna zasadowość – wykorzystywana do neutralizacji np. kwaśnych gruntów.
Wapno ma właściwości bakteriobójcze i dezynfekujące, co sprawia że tynki
wapienne zapobiegają rozwojowi pleśni i grzybów,

 rysoodporność

rysoodporność – dobra współpraca z podłożem, wapno nie ulega spękaniom
(elastyczność). Odkształcalność zapraw wapiennym jest ceniona przy
restaurowaniu starych zabytkowych budynków,

 spoiwa wapienne w środowisku nasyconym parą wodną i o podwyższonej

temp. tworzą z piaskiem trwałe i odporne na działanie wody związki ,

tworzą z piaskiem trwałe i odporne na działanie wody związki ,

krzemiany wapniowe

krzemiany wapniowe.

 korzystny wpływ na mikroklimat pomieszczeń (naturalny surowiec, duża

przepuszczalność pary wodnej (oddychanie ścian), korzystne właściwości
cieplne i akustyczne



możliwość recyklingu

SP OIWA WA P IEN NE

SP OIWA WA P IEN NE ––

w ł a ś c i w o ś c i

w ł a ś c i w o ś c i

WADY:

WADY:

 niewielka wytrzymałość

niewielka wytrzymałość – zaprawy wapienne dojrzewające w normalnych
warunkach po 90 dniach wytrzymałość na ściskanie wynosi około 2 MPa



mała odporność na działanie wody

mała odporność na działanie wody



energochłonność procesu produkcji

energochłonność procesu produkcji (wypalanie)

 niebezpieczne podczas stosowania

niebezpieczne podczas stosowania

, gdyż rozpuszczają tkanki ludzkie

powodując trudno gojące się rany (zagrożenie ślepotą wskutek oparzeń oczu).

SP OIWA WA P IEN NE

SP OIWA WA P IEN NE ––

w ł a ś c i w o ś c i

w ł a ś c i w o ś c i

7

ZASTOSOWANIE:

ZASTOSOWANIE:

 zaprawy murarskie

zaprawy murarskie (w miejscach nie wymagających dużej wytrzymałości,

 zaprawy tynkarskie

zaprawy tynkarskie (w miejscach nie narażonych na działanie wody lub

nadmiernie wilgotnych,

 stosowany jako dodatek zwiększający urabialność do zapraw ze spoiw

hydraulicznych ,

 podstawowy surowiec do produkcji cegieł wapienno

surowiec do produkcji cegieł wapienno--piaskowych

piaskowych, bloczków

silikatowych itp.

SP OIWA WA P IEN NE

SP OIWA WA P IEN NE ––

z a s t o s o w a n i e

z a s t o s o w a n i e

Spoiwa gipsowe

Spoiwa gipsowe

8

SPOIWA

SPOIWA GIPSOWE

GIPSOWE

- wytwarzane przez częściową dehydratację skał gipsowych

(dolina rzeki Nidy, rejon Buska oraz Pińczowa) lub gipsów odpadowych (syntetyczny –
odsiarczanie spali w przemyśle energetycznym

CaSO

4

· 2H

2

O

dwuwodny siarczan wapniowy

CaSO

4

– 79% m.; H

2

O – 21% m.

SPOIWA ANHYDRYTOWE - otrzymywane w wyniku całkowitej dehydratacji skał
gipsowych lub przeróbki anhydrytu naturalnego.

CaSO4

bezwodny siarczan wapniowy

gr. an = bez i hydro = woda (anhydros = bezwodny)

SP OIWA G IP SOW E I ANH YD RYTOW E

SP OIWA G IP SOW E I ANH YD RYTOW E

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E ––

i d e o w y s c h e m a t p r o d u k c j i

i d e o w y s c h e m a t p r o d u k c j i

9

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E -- wypra ża ni e

wypra ża ni e

Mikrostruktura gipsu α i β

w zależności od

ciśnienia pary wodnej

ciśnienia pary wodnej

w urządzeniach do prażenia:

 odmiana a (autoklawizacja) - sieć przestrzenna bardziej
zagęszczona, mniejsza wodożądność, większa wytrzymałość,
 odmiana b (ciśnienie atmosferyczne) - nieregularna struktura bardziej
zdefektowana, lepiej rozpuszczalna w wodzie, szybciej reaguje z wodą)

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E ––

r o d z a j e g i p s u

r o d z a j e g i p s u

10

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E ––

r o d z a j e g i p s u

r o d z a j e g i p s u

GIPS SYNTETYCZNY

GIPS SYNTETYCZNY

- uzyskuje się w procesie odsiarczania spalin w energetyce

węglowej.

Metoda wapniowa, w której sorbentem
jest wodorotlenek wapniowy :

SO

3

+ Ca(OH)

2

+ H

2

O → CaSO

4

+ 2H

2

O

siarczan wapnia

Różnice w porównaniu do gipsów naturalnych:

 kształt i wielkość ziaren,

 zawartość wilgoci,

 gęstość nasypowa.

Gips syntetyczny stosowane jest jako regulator czasu wiązania w cementach.

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E ––

r o d z a j e g i p s u

r o d z a j e g i p s u

11

ETAPY PROCESU WIĄZANIA

ETAPY PROCESU WIĄZANIA

I etap - rozpuszczanie gipsu w wodzie,

II etap - uwadnianie,

CaSO

4

· 0,5H

2

O + 1,5H

2

O → CaSO

4

· 2H

2

O

(siarczanu wapnia półwodnego) → (siarczany wapnia dwuwodnego)

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E ––

w i ą z a n i e i t w a r d n i e n i e

w i ą z a n i e i t w a r d n i e n i e

III etap - krystalizacja, tworzenie się kryształów gipsu dwuwodnego

ZALETY:

 krótki czas wiązania i twardnienia,

 łatwość produkcji i formowania wyrobów (metoda odlewania),

 lekkość - gęstość objętościowa 300 (pianogipsy) ÷1300 (zaczyny zwykłe)

kg/m

3

w zależności od współczynnika w/g

 duża wytrzymałość w stanie suchym,

 mrozoodporność,

 ognioodporność (materiał niepalny),

 dobre właściwości cieplne i dźwiękochłonne (l=0,35

W

/

mK

),

 korzystne oddziaływanie na mikroklimat pomieszczeń,

 dostępność surowca,

 niskie koszty produkcji

 możliwość uzyskiwania gładkich powierzchni lub odpowiednich faktur

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E ––

w ł a ś c i w o ś c i

w ł a ś c i w o ś c i

12

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E ––

w ł a ś c i w o ś c i

w ł a ś c i w o ś c i

w kontakcie z wodą:
- kryształy zostają powleczone warstewką wody, co obniża
tarcie wewnętrzne,
- kryształy CaSO

4

·2H

2

O są częściowo rozpuszczalne w wodzie,

Przyczyny i konsekwencje braku odporności

na kontakt z wodą

Efekt:

obniżenie wytrzymałości

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E ––

w ł a ś c i w o ś c i

w ł a ś c i w o ś c i

13

WADY:

 gwałtowny

spadek wytrzymałości po zawilgoceniu

spadek wytrzymałości po zawilgoceniu

współczynnik

rozmiękania k = 0,25÷0,50



materiał hydrofilny

materiał hydrofilny

- szybkie i duże podciąganie kapilarne, duża

nasiąkliwość (stosowanie dodatków hydrofobowych ogranicza chłonność
wody nie zmniejszając oporu dyfuzyjnego)



korozyjne oddziaływanie na elementy stalowe

korozyjne oddziaływanie na elementy stalowe

( pH =7,0)



pełzanie w stanie zawilgocenia

pełzanie w stanie zawilgocenia



mała odporność na uderzenia

mała odporność na uderzenia

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E ––

w ł a ś c i w o ś c i

w ł a ś c i w o ś c i

Zaczyny i zaprawy

•

zaprawy i wyprawy gipsowe,

•

gładź z zaczynów gipsowych modyfikowanych dodatkami

organicznymi,

•

samopoziomujące się podkłady pod podłogi,

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E –– za stos o wa n i e

za stos o wa n i e

14

Wyroby prefabrykowane:

•

pustaki ścienne i stropowe,

•

elementy ścianek działowych,

•

płyty kartonowo-gipsowe,

•

galanteria gipsowa

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E –– za stos o wa n i e

za stos o wa n i e

ZASTOSOWANIE



płyty gipsowo

płyty gipsowo--kartonowe

kartonowe

Standardowe wymiary płyt

 grubość:

płyty zwykłe – 9,5 ; 12,5 ; 15 mm,

płyty giętkie - 6 lub 6.5 mm

płyty do ścianek masywnych 20 i 25 mm

 szerokość - 1200 lub 1250 mm

 długość - 2 do 3 m (4m)

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E –– za stos o wa n i e

za stos o wa n i e

15

ZASTOSOWANIE



płyty gipsowo

płyty gipsowo--kartonowe

kartonowe

A – zwykła
H – o zmniejszonym stopniu wchłaniania wody, w zależności od stopnia wchłaniania

wody klasyfikowane od H1 do H3

E – usztywniające, o zmniejszonym stopniu wchłaniania wody
F – o zwiększonej spójności rdzenia przy działaniu wysokich temperatur
P – do tynkowania
D – o kontrolowanej gęstości
R – o zwiększonej wytrzymałości
I – o zwiększonej twardości powierzchni

SP OIWA G IP SOW E

SP OIWA G IP SOW E –– za stos o wa n i e

za stos o wa n i e

Spoiwa cementowe

Spoiwa cementowe

16

Cementy są

spoiwami hydraulicznymi

, to znaczy,

że po połączeniu z wodą wykazują zdolność do
wiązania i twardnienia zarówno w powietrzu
jak i w wodzie.

Głównym

produktem

hydratacji

(uwodnienia)

spoiwa są związki (hydraty) wykazujące stabilność
zarówno w środowisku powietrznym jak
i wodnym.

Sp oiwa ce m ento we

Sp oiwa ce m ento we

Sp oiwa ce m ento we

Sp oiwa ce m ento we

Cement portlandzki jako typowe spoiwo cementowe

Cement portlandzki
składa się w ok. 95% z odpowiednio zmielonego
klinkieru portlandzkiego i ok. 5% dodatku
gipsu jako regulatora wiązania.

Klinkier portlandzki
powstaje w wyniku wypalenia odpowiednio
przygotowanych surowców w temperaturze ok.
1450

o

C.

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

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

17

Sp oiwa ce m ento we

Sp oiwa ce m ento we

≈ 80% + ≈ 20%

kamień wapienny surowce ilaste (glina)

CaO

Al

2

O

3

; SiO

2

; Fe

2

O

3

; …

Orientacyjny skład surowcowy klinkieru portlandzkiego

Sp oiwa ce m ento we

Sp oiwa ce m ento we

Skład tlenkowy klinkieru (cementu) portlandzkiego

Oznaczenie

Nazwa

Zawartość [% m.]

Zakres

Średnio

CaO

tlenek wapnia

60-70

63

SiO

2

krzemionka

18-25

22

Al

2

O

3

tlenek glinu

4-9

7

Fe

2

O

3

tlenek żelaza

1-5

3

MgO

tlenek magnezu

1-5

2

SO

3

trójtlenek siarki

1-3

2

Na

2

O + K

2

O

tlenek sodu

i potasu (alkalia)

0,5-1,8

0,8

18

Sp oiwa ce m ento we

Sp oiwa ce m ento we

Skład mineralogiczny klinkieru (cementu) portlandzkiego

Podstawowe informacje o wiązaniu cementu

Stwardniały zaczyn cementowy powstaje w wyniku reakcji
chemicznych między cementem i wodą (reakcje hydratacji).

Złożony proces chemiczny, podczas którego podstawowe składniki
mineralne klinkieru (cementu portlandzkiego)

C

3

S

,

C

2

S

,

C

3

A

i

C

4

AF

reagują z wodą tworząc nowe, nie rozpuszczalne w wodzie związki
(hydraty).

W największym stopniu w rozwoju wytrzymałości uczestniczą

C

3

S

i

C

2

S

tworząc fazę

C-S-H (uwodnione krzemiany wapnia)

i

C-H (wodorotlenek wapniowy; portlandyt)

Sp oiwa ce m ento we

Sp oiwa ce m ento we

19

W dużym uproszczeniu reakcja hydratacji alitu C

3

S et belitu C

2

S przebiega

następująco:

C

3

S

lub +

H2O

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

2

+ Q

C

2

S

Najważniejszymi produktami hydratacji (hydratami) są uwodnione

krzemiany

wapniowe C-S-H

występujące w postaci tzw. żelu cementowego. Żel ten wpływa na

większość właściwości stwardniałego zaczynu cementowego.

Ca(OH)

2

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

Reakcja

C

3

A

z wodą jest gwałtowna (wydzielanie dużych ilości ciepła) i powinna być

kontrolowana przez dodatek (ok. 5% m) gipsu lub anhydrytu. W wyniku uwodnienia
powstają siarczanogliniany, najczęściej w postaci ettringitu (3CaO.Al

2

O

3

.CaSO

4

.31H

2

O).

Podczas reakcji

C

4

AF

z wodą wydziela się niewiele ciepła. Uwodnienie C

4

AF

w niewielkim stopniu wpływa na rozwój wytrzymałości.

Spoiwa cem e nto we

Spoiwa cem e nto we