1

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE

WYDZIAŁ INŻYNIERYJNO – EKONOMICZNY TRANSPORTU

Instytut Inżynierii Transportu

Zakład Techniki Transportu

INSTRUKCJA

Ceramika techniczna

MATERIAŁOZNAWSTWO I NAUKA O MATERIAŁACH

LABORATORIUM

Opracował:

dr inż. Jarosław Chmiel

mgr inż. Konrad Kruk

Zatwierdził:

dr inż. Jarosław Chmiel

Obowiązuje od: wrzesień 2012

2

3

Materiały ceramiczne

Definicja materiałów ceramicznych

•

Są to materiały nieorganiczne o wiązaniach kowalencyjnych lub jonowych

•

Otrzymywane zwykle w procesach wysokotemperaturowych

•

Do grupy tej zalicza się również szkło i ceramika szklana

Grupa ta obejmuje różnorodne substancje, poczynając od lodu, przez tlenki i węgliki metali aż do materiałów
węglowych

Ogólne właściwości materiałów ceramicznych

•

Sztywność

•

Wysoki moduł sprężystości

•

Znaczna twardość

•

Umiarkowana gęstość

•

Niska odporność na pękanie

•

słaba odporność na szoki cieplne

•

mała podatność na formowanie

Klasyfikacja i zastosowanie materiałów ceramicznych

Ceramika tradycyjna - zastosowanie

•

Masowo produkowane materiały budowlane

•

cegła i dachówka

•

kamionka

•

cementy i betony

•

materiały ogniotrwałe

•

Materiały dla techniki sanitarnej

•

porcelana, porcelit

Ceramika tradycyjna - surowce i podstawy technologii

•

Gliny zawierające tlenki krzemu, tlenki aluminium, rzadziej tlenki żelaza i magnezu

•

Kaolin

•

Piaski kwarcowe

Ceramika tradycyjna – ogólna technologia

•

Rozdrabnianie i oczyszczanie surowców

•

Przygotowanie masy z surowców i wody

•

Formowanie masy ceramicznej

•

Suszenie uformowanej kształtki (odparowanie wody)

•

Wypalanie w odpowiedniej temperaturze

•

Nakładanie szkliwa (polewy) i ponowne wypalanie

Ceramika

Masowa produkcja

Niski koszt

Surowce gliniaste i ilaste

Tradycyjna

(porowata)

Mała produkcja

Wysoki koszt

Surowce:

czyste składniki

In

ż

ynierska

(zaawansowana)

Ś

rednia produkcja

Umiarkowany koszt

Surowce: piaski

soda, tlenki

Szkło

4

Podstawowe parametry materiałów ceramicznych dla budownictwa

•

Wytrzymałość na ściskanie (nie powinny być bowiem obciążane siłami rozciągającymi)

•

Chłonność wody

•

Mrozoodporność

•

Odporność chemiczna

Cementy

•

Spoiwo mineralne, w którym po zmieszaniu z wodą zachodzą procesy wiązania i twardnienia.

•

Cementy są spoiwami hydraulicznymi - twardnieją na powietrzu lub w wodzie a po stwardnieniu są
odporne na działanie wody

Podstawowe rodzaje cementów

•

portlandzki – podstawowy rodzaj cementu stosowany w budownictwie lądowym – czas uzyskiwania pełnej
wytrzymałości – 28 dni.

•

hutniczy – zawiera dodatek żużla wielkopiecowego, w porównaniu z portlandzkim ma mniejsze ciepło
wiązania i z tego względu używany do betonowania dużych masywów (zapory wodne, śluzy, budownictwo
morskie)

•

glinowy – mieszanina boksytu z wapieniem – czas wiązania – 1 doba, odporny na wodę morską, silnie
egzotermiczna reakcja wiązania. Stosowany do napraw awaryjnych i betonowania podczas mrozu

Oznaczenie rodzajów cementów powszechnego użytku z uwagi na ilość dodatków

Nazwa cementu

Oznaczenie cementów
według PN-B-19701

Dopuszczalna ilość dodatków
[% wagowy]

Cement portlandzki

CEMI

-

Cement mieszany

CEM II/A
CEM II/B

20
35

Cement hutniczy

CEM III/A
CEM III/B

65
80

Cement pucolanowy

CEM IV/A
CEM IV/B

35
55

5

Kolory rozpoznawcze worków i nadruku

Klasy wytrzymałości

Kolor rozpoznawczy

Kolor nadruku

32,5
32,5 R

jasnobrązowy

czarny
czerwony

42,5
42,5 R

zielony

czarny
czerwony

52,5
52,5 R

czerwony

czarny
biały

Właściwości mechaniczne i fizyczne cementów powszechnego użytku

Klasa

Wytrzymałość na ściskanie [MPa]

Czas wiązania

Stałość
objętości
[mm]

wczesna

normowa

początek
[min]

koniec
[h]

2 dni

7 dni

28 dni

32,5

-

> 16

>32,5

<52,5

32,5 R

> 10

-

42,5

> 10

-

>42,5

<62,5

>60

< 12

< 10

42,5 R

>20

-

-

-

52,5

>20

-

>52,5

-

>45

< 10

52,5 R

>30

-

-

-

Kruszywa

Podział i nazwy kruszyw mineralnych

Rodzaj

Wielkość zia-
ren według
wymiarów
otworów sit
kontrolnych

Naturalne

Łamane

od

do

nieskruszone

kruszone

zwykłe

granulowane

drobne

-

2,0

p

ia

se

k

zw

y

k

ły

p

o

sp

ó

łk

a

m

ie

sz

an

k

k

ru

sz

y

-

w

a

n

at

u

-

p

ia

se

k

k

ru

sz

o

n

y

M

ie

sz

an

k

a

k

ru

sz

y

w

a

z

o

to

cz

ak

ó

w

m

ia

ł

n

ie

so

rt

(m

ie

sz

an

k

a)

P

ia

se

k

ł

am

an

y

(g

ra

n

u

lo

w

an

y

)

M

ie

sz

an

k

a

k

ru

sz

y

w

a

ła

m

an

eg

o

(

so

rt

o

w

an

a)

2,0

4,0

ż

w

ir

grube

4,0

8,0

G

ry

s

z

o

to

cz

ak

ó

w

k

li

n

ie

c

g

ry

s

8,0

16,0

16,0

31,5

31,5

63,0

t ł u -
czeń

bardzo
grube

63,0

250,0

otoczaki

kamień łamany

6

Wymagania techniczne dotyczące piasków do zapraw budowlanych

Właściwości piasku

Odmiana I

Odmiana II

gatunek I

gatunek II

gatunek I

gatunek II

Wskaźnik uziarnienia*

2,8-3,8

-

2,4--3,4

-

Zawartość pyłów mineralnych, nie więcej
niż [%]

5,0

8,0

4,0

5.0

Zawartość zanieczyszczeń obcych, nie
więcej niż [%]

0,1

0,25

0,1

1,0

Zawartość zanieczyszczeń organicznych

barwa nie ciemniejsza od wzorcowej

Zawartość siarki nie więcej niż [%]

1

Wymagania techniczne dotyczące surowca kamiennego do produkcji kruszyw łamanych

Rodzaj skały

Wytrzymałość skały na ściskanie

[MPa]

Marka kruszywa

Skały magmowe i metamorficzne

70

100
150

20
30
50

Skały osadowe (węglanowe,
krzemionkowe, piaskowce)

25
50
75

10
20
30

Wymagane właściwości dotyczące miału, piasku łamanego i drobnego kruszywa granulowanego

Właściwości

Wymagania dotyczące

miału

piasku

łamanego

Kruszywa

drobnego

granulowanego

Zawartość zanieczyszczeń obcych wag. [% masy], nie
więcej niż

0,5

0,1

0,1

Wskaźnik piaskowy, nie mniejszy niż:
a)

dla kruszywa z wyjątkiem wapieni

b)

dla kruszywa z wapieni

20,0
20,0

65,0
40,0

65,0
40,0

Zawartość zanieczyszczeń organicznych

barwa nie ciemniejsza niż wzorcowa

Zawartość nadziania, wag. nie więcej niż [%]

20,0

15,0

15,0

Zawartość frakcji, 2,0 + 4,0 mm, wag. [%] powyżej

-

-

15,0

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Właściwości surowców skalnych stosowanych do produkcji kruszyw łamanych do celów drogowych

Właściwości

Jednostka

Klasa

I

II

III

Wytrzymałość na ściskanie w stanie nasycenia
wodą, nie mniej niż

MPa

120,0

80,0

60,0

Nasiąkliwość, nie więcej niż:
skały magmowe i przeobrażone

b)

skały osadowe

%
%

0,5
1,5

1,5
2,5

2.5
4,0

Mrozoodporność według metody bezpośredniej,
ubytek masy

%

2,0

4,0

10,0

Właściwości piasków do nawierzchni drogowych

Cecha

Gatunek

1

2

3

Zawartość nadziania, wag. nie więcej niż [%]

15

15

15

Zawartość ziaren mniejszych niż 0,075 mm, wag. nie więcej niż [%]

1

5

10

Zawartość zanieczyszczeń obcych, wag. [% masy] nie więcej niż

0,1

0,1

0,2

Zawartość zanieczyszczeń organicznych, barwa cieczy

nie ciemniejsza niż

wzorcowa

Wymagane właściwości kruszyw żwirowych i mieszanek do celów drogowych

Cecha

Nie więcej niż [wag. %]

klasa I

klasa II

klasa III

Nasiąkliwość

1

2,5

4

Mrozoodporność

2,5

5

10

Zawartość związków siarki w przeliczeniu na S03

0,2

1,0

1,0

Zawartość ziaren nieforemnych

15

25

30

Zawartość ziaren słabych i zwietrzałych

7

10

15

Zawartość zanieczyszczeń obcych

0,1

0,2

0,3

Zawartość zanieczyszczeń organicznych

barwa cieczy nie ciemniejsza niż

wzorcowa

Wskaźnik piaskowy

75

65

40

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Wymagane właściwości klińca i tłucznia do nawierzchni drogowych

Cechy

Klasa

I

II

III

Nasiąkliwość, wag. nie więcej niż [%]

1,5 + 2,0 2 + 3

3 + 5

Odporność na działanie mrozu (strata masy), wag. nie więcej niż [%]

2

2 + 5

10

Właściwości i podział na klasy surowca skalnego do produkcji kruszywa łamanego do celów
kolejowych

Właściwości

Jed-

nostka

Klasa

I

II

ra

Wytrzymałość na ściskanie w stanie powierzchniowym, nie mniejsza niż

MPa

160

140

80

Nasiąkliwość, wag. w stosunku do suchej masy kruszywa nie więcej niż

%

1,5

2,0

3.0

Mrozoodporność, wag. nie więcej niż

%

1,5

3,0

5,0

Właściwości i podział na gatunki kruszywa kamiennego łamanego do celów kolejowych

Właściwości

Tłuczeń

Kliniec

Gatunek

1

2

1

2

Skład ziarnowy wag., [%]:

zawartość frakcji nominalnej, nie mniejsza niż

-

-

85

75

zawartość ziaren mniejszych od 63 mm
zawartość nadziania, nie większa niż
zawartość ziaren wydłużonych ponad 100 mm, nie więcej niż
zawartość podziarna, nie większa niż
zawartość ziaren mniejszych od 22,4 mm, nie większa niż
zawartość ziaren mniejszych od 2 mm, nie większa niż
zawartość cząstek mniejszych od 0,063 mm, nie większa niż

100

30

5

20

3
2

0,3

100

30

5

25

5
3

10
10

2

0,3

15
15

3

Zawartość ziaren nieforemnych [%], nie więcej niż

30

35

30

35

Zawartość zanieczyszczeń obcych [%], nie więcej niż

0,1

0,2

0,1

0,2

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Beton

•

Mieszanina cementu z kruszywem, zarobiona z wodą i twardniejąca wskutek wiązania i twardnienia
cementu

Betony – gęstość

•

beton lekki – poniżej 1800 kg/m3

•

beton zwykły - 1800 - 2600 kg/m3

•

beton ciężki – powyżej 2600 kg/m3

Podstawowy parametr: wytrzymałość na ściskanie

Betony – wytrzymałość wg. EN 206-1

Klasa wytrzy-

małości

[MPa]

C

8/10

C

12/15

C

16/20

C

20/25

C

25/30

C

30/37

C

35/45

C

40/50

C

45/55

C

50/60

fct cyl

8

12K

16

20

25

30

35

40

45

50

tek

cube

10

15

20

25

30

37

45

50

55

60

Klasy wytrzymałości betonu w zależności od klasy cementu i współczynnika C/W

Klasa

cementu

Współczynnik cementowo-wodny

1,54

1,67

1,82

2,00

2,22

32,5

C 20/25

C 25/30

C 30/37

C 35/45

C 40/50

42,5

C 25/30

C 30/37

C 35/45

C 40/50

C 45/55

Przybliżone wytrzymałości betonu (w procentach wytrzymałości po 28 dniach w zależności
od czasu dojrzewania i temperatury otoczenia

Tempe-

ratura

Cement portlandzki

powszechnego użytku

Czas twardnienia betonu [dni]

1

2

3

5

7

10

14

28

0°C

42,5
32,5

-

:

20
16

29
26

35
34

41
42

45
49

59
58

+10°C

42,5
32,5

10

32
35

44
42

59
53

70
65

80
75

88
85

96
90

+20°C

42,5
32,5

29
20

45
30

58
50

70
60

80
70

88
80

94
90

100
100

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Beton - konsystencja

Dane do porównywania oznaczeń konsystencji mieszanek betonowych
według PN-B-06250:1998

Konsystencja mieszanki
betonowej

Przyrządy do pomiaru konsystencji

Ve-Be stopień H

[s]

stożek opadowy

opad [cm]

wilgotna (KI)
gęstoplastyczna (K2)
plastyczna (K 3)
półciekła (K4)
ciekła (K 5)

powyżej 25

12 - 25

4 - 12

1 - 4

<7

7 - 15

powyżej 15

Klasy konsystencji mieszanki betonowej według opadu stożka

Klasa

Opad [cm]

SI

1 - 4

S2

5 - 9

S3

10 - 15

S4

16 - 21

S5

>22

Zastosowanie betonów kruszywowych o różnych konsystencjach

Konsystencja
mieszanki betonowej

Zastosowanie betonu i sposób zagęszczania

wilgotna

elementy betonowe ubijane ręcznie, prefabrykaty betonowe zagęszczane przez
prasowanie wibracyjne

gęstoplastyczna

elementy betonowe o nieskomplikowanych kształtach, zagęszczane
przez ubijanie lub za pomocą wibratorów powierzchniowych

plastyczna

konstrukcje betonowe i żelbetowe zagęszczane za pomocą wibratorów wgłębnych
lub przyczepnych; konstrukcje żelbetowe formowane
pionowo

Półciekła i ciekła

konstrukcje betonowe i żelbetowe o skomplikowanych kształtach,
gęsto zbrojone; mieszanki betonowe transportowane hydraulicznie
(pompami)

Beton – wodoszczelność

Wodoszczelność jest to cecha określająca odporność betonu na przeciekanie wody pod ciśnieniem. Miarą
wodoszczelności jest wskaźnik ciśnienia obliczany jako iloraz wysokości słupa wody do grubości przegrody.
Liczba po literze W określa dziesięciokrotną wartość ciśnienia wody w MPa, działającego na próbki betonów.

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Wskaźnik ciśnienia

Stopień wodoszczelności betonu przy jednostronnym

parciu wody

stałym

okresowym

0,5 - 5,0

W

2

W

2

6,0 - 10,0

W

4

W

2

11,0 - 15,0

W

6

W

4

16,0 - 20,0

W

8

W

6

21,0 - 40,0

W

10

W

8

ponad 40,0

W

12

W

10

Beton - mrozoodporność

Stopień mrozoodporności betonu wyraża się liczbą lat (n) użytkowania konstrukcji betonowej. Stopień
mrozoodporności jest osiągnięty wówczas, gdy po wskazanej w symbolu liczbie cykli zamrażania i odmrażania
próbki nie wykazują pęknięć, ubytek masy nie przekracza 5% w stosunku do próbek nie zamrażanych a spadek
wytrzymałości jest mniejszy od 20%.

Wskaźnik (n)

Stopień mrozoodporności

do 25

F. 25

26 - 50

F. 50

51-75

F. 75

76-100

F. 100

101 - 150

F. 150

151-200

F. 200

ponad 200

F. 300

Beton – odporność na czynniki środowiskowe

Klasa środowiska

Przykłady warunków środowiskowych

ś

rodowisko suche 1

wnętrza budynków mieszkalnych, biur i hal przemysłowych

a
bez mrozu

wnętrza budynków o wysokiej wilgotności (np.pralnie)
elementy zewnętrzne
—

elementy w nieagresywnych gruntach i/lub w wodzie

2
ś

rodowisko wilgotne

b
z mrozem

—

elementy zewnętrzne narażone na mróz

—

elementy w nieagresywnych gruntach i/lub w wodzie,

narażone na mróz
—

elementy we wnętrzach o wysokiej wilgotności,

narażone na mróz

3
ś

rodowisko wilgotne z mrozem

i środkami odladzającymi

— elementy wewnętrzne i zewnętrzne narażone na
mróz i środki odladzające (np. nawierzchnie mostów
i dróg kołowych)

4
ś

rodowisko wody

morskiej

a
bez mrozu

— elementy całkowicie lub częściowo zanurzone w wodzie
morskiej lub podlegające rozbryzgom wody
morskiej

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

b
z mrozem

—

elementy w powietrzu nasyconym solanką (strefa

przybrzeżna)
—

elementy częściowo zanurzone w wodzie morskiej

lub podlegające rozbryzgom wody i narażone na
mróz
—

elementy w powietrzu nasyconym solanką i narażone na

mróz

Poniższe klasy mogą występować niezależnie lub w kombinacji z klasami podanymi powyżej

5
ś

rodowisko

chemicznie
agresywne
(klasyfikacja
według ISO 9690)

a

-

ś

rodowisko słabo agresywne chemicznie (gazowe,

ciekłe lub stałe)
-

agresywna atmosfera przemysłowa

b

— środowisko umiarkowane agresywne chemicznie
(gazowe, ciekłe lub stałe)

c

— środowisko silnie agresywne chemicznie (gazowe,
ciekłe lub stałe)

Zalecane klasy betonów do konstrukcji budowlanych

Zastosowanie betonu

Klasa betonu

fundamenty budowli

B10-HB15

elementy zginane przy obciążeniu użytkowym < 8 kN/m2

B10 - B 15

elementy zginane przy obciążeniu użytkowym > 8 kN/m2

B15H-B20

elementy ściskane osiowo

B10-HB15

elementy ściskane mimośrodowo

B10 - B20

fundamenty pod maszyny

B15 - B25

ż

elbetowe elementy prefabrykowane

B15 - B40

słupy hal przemysłowych z ciężkimi suwnicami

B20 - B25

łupiny i elementy cienkościenne

B20 - B30

części budowli mostowych

B25 - B35

nawierzchnie drogowe

powyżej B45

Zalecane marki cementu w zależności od klasy betonu

Cement

Zastosowanie do betonów

portlandzki powszechnego użytku
32,5

betony konstrukcyjne klas B20- B30, żelbetowe elementy
prefabrykowane

hutniczy 32,5

betony konstrukcyjne klas B 20 - B 30

portlandzki powszechnego użytku
wysokich marek
(>32,5)

nadziemne konstrukcje oraz wyroby betonowe i żelbetowe, przy
wykonywaniu których są wymagane szybkie przyrosty wytrzymałości
w ciągu kilku (np. 7) dni

Akademia Morska w Szczecinie. Wszelkie prawa autorskie zastrzeżone.

Zalecane zastosowanie kruszyw kamiennych do betonów

Nazwa kruszywa

Zalecane zastosowanie

łamane, naturalne

do betonów zwykłych klas B 30 i wyższych

ze skał magmowych i węglanowych

do betonów nienarażonych na działanie środowisk agresywnych oraz
na częste zmiany wilgotności

piaski klasyfikowane

do betonów o specjalnych wymaganiach jakościowych

kruszywa wielofrakcyjne

do betonów o przeciętnych wymaganiach jakościowych
klas do B 20

Wykonanie ćwiczenia

1.

Na podstawie dokumentacji zidentyfikować typy i określić właściwości materiałów użytych do budowy
wybranych typów nabrzeży

2.

Na podstawie informacji zawartych w wyżej podanych tabelach dokonać analizy struktury próbki
betonu, oszacować udział frakcji kruszywa i jego skład granulometryczny.

Literatura uzupełniająca

Szymański E.: Materiałoznawstwo budowlane z technologią betonu. Warszawa 2002.