SPOIWA MINERALNE
SPOIWA MINERALNE
SPOIWA MINERALNE
SPOIWA MINERALNE
PODSTAWOWE POJ
CIA
PODSTAWOWE POJ
CIA
PODSTAWOWE POJ
CIA
PODSTAWOWE POJ
CIA
SPOIWO MINERALNE
SPOIWO MINERALNE - rozdrobniony materiał skalny, który po zmieszaniu z wodą daje
plastyczny zaczyn, wiąże i twardnieje na skutek reakcji chemicznych
WI
ZANIE SPOIWA
WI
ZANIE SPOIWA - proces chemiczny w wyniku, którego spoiwo zmienia stan
skupienia z ciekłego na stały (od kilkunastu minut do kilku godzin)
CZAS WI
ZANIA
CZAS WI
ZANIA - jest to przedział czasu od chwili zmieszania spoiwa z wodą lub
roztworem wodnym do utraty przez to spoiwo (mieszaninę) pewnej plastyczności.
Spoiwo traci zdolność do odkształceń plastycznych
TWARDNIENIE SPOIWA
TWARDNIENIE SPOIWA - dalszy ciąg procesu wiązania, w którym spoiwo nabiera
wytrzymałości mechanicznej (od kilku do kilkudziesięciu dni a nawet lat)
KONIEC TWARDNIENIA
KONIEC TWARDNIENIA - jest to czas, po którym spoiwo staje się na tyle wytrzymałym
mechanicznie materiałem, że może zostać obciążone siłami zewnętrznymi
ZACZYN -
ZACZYN mieszanina spoiwa z wodą lub roztworem wodnym
ZAPRAWA
ZAPRAWA - zaczyn + kruszywo drobne
1
PODSTAWOWE KLASYFIKACJE SPOIW
PODSTAWOWE KLASYFIKACJE SPOIW
PODZIAA
SPOIW ZE WZGL
DU NA RODZAJ SUROWCA
PODZIAA
SPOIW ZE WZGL
DU NA RODZAJ SUROWCA
spoiwa mineralne
krzemianowe
wapienne gipsowe magnezjowe
cementowe anhydrytowe
R2O �nSiO2 �kH2O
MgCO3
CaCO3 CaSO4�2H2O
(szkła wodne)
(magnezyt)
(wapień) (gips)
CaCO3�MgCO3
CaSO4
R2O -> K2O, Na2O
(dolomit)
(anhydryt)
PODSTAWOWE KLASYFIKACJE SPOIW
PODSTAWOWE KLASYFIKACJE SPOIW
PODZIAA
SPOIW ZE WZGL
DU NA RODZAJ ŚRODOWISKA, W KTÓRYM WI
Ż

PODZIAA
SPOIW ZE WZGL
DU NA RODZAJ ŚRODOWISKA, W KTÓRYM WI
Ż

I TWARDNIEJ

I TWARDNIEJ

SPOIWA POWIETRZNE  wiążą i twardnieją tylko w środowisku powietrznym,
generalnie spoiwa z tej grupy są wrażliwe na działanie wody, wśród nich:
- wapno palone (w bryłkach lub mielone)
- wapno suchogaszone (hydratyzowane)
- wapno pokarbidowe
- spoiwa gipsowe
- spoiwa magnezjowe
- spoiwa krzemianowe
SPOIWA HYDRAULICZNE  wiążą i twardnieją zarówno w środowisku
powietrznym jak i wodnym, generalnie po związaniu są odporne na działanie
wody, wśród nich:
- cementy
- wapno hydrauliczne (wymieszane z dodatkami hydraulicznymi np.
aktywna krzemionka zdolna do wiązania wapna w
roztworzewodnym)
2
Spoiwa wapienne
Spoiwa wapienne
SPOIWA WAPIENNE  i d e o w y s c h e m a t p r o d u k c j i
SPOIWA WAPIENNE  i d e o w y s c h e m a t p r o d u k c j i
3
SPOIWA WAPIENNE  c y k l ż y c i a w a p n a
SPOIWA WAPIENNE  c y k l ż y c i a w a p n a
SPOIWA WAPIENNE  r o d z a j e w a p n a b u d o w l a n e g o
SPOIWA WAPIENNE  r o d z a j e w a p n a b u d o w l a n e g o
WAPNO PALONE (niegaszone) - otrzymujemy w bryłkach lub w postaci sproszkowanej.
W zależności od sposobu wypalania uzyskujemy:
WAPNO LEKKO PALONE (niedopalone)  mała gęstość pozorna , duża
powierzchnia właściwa, duża reaktywność
WAPNO OSTRO PALONE (przepalone)  duża gęstość pozorna, mała
powierzchnia właściwa, niska reaktywność
WAPNO GASZONE CaO + H2O Ca(OH)2 (reakcja silnie egzotermiczna)
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 ; WOD
WAPIENN

WAPNO POKARBIDOWE - jest produktem ubocznym przy produkcji acetylenu z
karbidu CaC2 + H2O C2H2 + Ca(OH)2
(karbid poddany działaniu wody) (acetylen) (wapno pokarbidowe)
4
SPOIWA WAPIENNE  r o d z a j e w a p n a w g P N - E N 4 5 9 - 1
SPOIWA WAPIENNE  r o d z a j e w a p n a w g P N - E N 4 5 9 - 1
SPOIWA WAPIENNE  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
SPOIWA WAPIENNE  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
Procesy wiązania i twardnienia wapna :
Procesy wiązania i twardnienia wapna :
-krystalizacja węglanu wapniowego (karbonatyzacja) zachodząca w
wyniku reakcji wodorotlenku wapniowego z dwutlenkiem węgla z
powietrza w obecności wilgoci.
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
- krystalizacja wodorotlenku wapniowego, odparowanie wody
powodujące zagęszczenie przesyconego roztworu, a w dalszym ciągu
następuje bardzo powolna krystalizacja Ca(OH)2, kryształy łącząc się
tworzą szkielet krystaliczny.
Twardnienie jest procesem powolnym, długotrwałym sięgającym nawet kilka lat.
5
SPOIWA WAPIENNE  w ł a ś c i w o ś c i
SPOIWA WAPIENNE  w ł a ś c i w o ś c i
ZALETY:
ZALETY:
dostępność surowca,
dostępność surowca,
duże rozdrobnienie, powierzchnia właściwa 300�2000 m2/kg,
bardzo duże rozdrobnienie
zdolność do łączenia się chemicznego z
dobra urabialność zapraw oraz zdolność do łączenia się chemicznego z
dodatkami hydraulicznymi (tworzą spoiwa hydrauliczne),
dodatkami hydraulicznymi
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
SPOIWA WAPIENNE  w ł a ś c i w o ś c i
SPOIWA WAPIENNE  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 ścianie 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).
6
SPOIWA WAPIENNE  w ł a ś c i w o ś c i
SPOIWA WAPIENNE  w ł a ś c i w o ś c i
ZASTOSOWANIE:
ZASTOSOWANIE:
zaprawy murarskie (w miejscach nie wymagających dużej wytrzymałości,
zaprawy murarskie
zaprawy tynkarskie (w
zaprawy tynkarskie miejscach nie narażonych na działanie wody lub
nadmiernie wilgotnych,
stosowany jako dodatek zwiększający urabialność do zapraw ze spoiw
hydraulicznych ,
surowiec do produkcji cegieł wapienno-piaskowych, bloczków
podstawowy surowiec do produkcji cegieł wapienno-piaskowych
silikatowych itp.
Spoiwa gipsowe
Spoiwa gipsowe
7
SPOIWA GIPSOWE I ANHYDRYTOWE
SPOIWA GIPSOWE I ANHYDRYTOWE
SPOIWA GIPSOWE
SPOIWA GIPSOWE - wytwarzane przez częściową dehydratację skał gipsowych
(dolina rzeki Nidy, rejon Buska oraz Pińczowa) lub gipsów odpadowych (syntetyczny 
odsiarczanie spali w przemyśle energetycznym
CaSO4 � 2H2O CaSO4 � 0,5H2O + 1,5H2O
SPOIWA ANHYDRYTOWE - otrzymywane w wyniku całkowitej dehydratacji skał
gipsowych lub przeróbki anhydrytu naturalnego
SPOIWA GIPSOWE  i d e o w y s c h e m a t p r o d u k c j i
SPOIWA GIPSOWE  i d e o w y s c h e m a t p r o d u k c j i
8
SPOIWA GIPSOWE  r o d z a j e g i p s u
SPOIWA GIPSOWE  r o d z a j e g i p s u
PODZIAA
SPOIW GIPSOWYCH
w zależności od temperatury wyprażania:
temperatury wyprażania
gips szybkowiążący - temp. wyprażania 200oC
początek wiązania do 15 min,
gips wolnowiążący - temp. wyprażania 700oC
początek wiązania do około 1,5 godz.
w zależności od ciśnienia pary wodnej
ciśnienia pary wodnej w urządzeniach do prażenia:
ą
odmiana ą (niskie ciśnienie) - sieć przestrzenna bardziej zagęszczona,
ą
ą
mniejsza wodożądność, większa wytrzymałość,
�
odmiana � (wysokie ciśnienie) - nieregularna struktura bardziej
�
�
zdefektowana
SPOIWA GIPSOWE  r o d z a j e g i p s u
SPOIWA GIPSOWE  r o d z a j e g i p s u
9
SPOIWA GIPSOWE  r o d z a j e g i p s u
SPOIWA GIPSOWE  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 :
SO3 + Ca(OH)2 + H2O CaSO4 + 2H2O
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.
SPOIWA GIPSOWE  r o d z a j e w g P N - B 3 0 0 4 1 , P N - B 3 0 0 4 2
SPOIWA GIPSOWE  r o d z a j e w g P N - B 3 0 0 4 1 , P N - B 3 0 0 4 2
10
SPOIWA GIPSOWE  w i ą z a n i e i t w a r d n i e n i e
SPOIWA GIPSOWE  w i ą z a n i e i t w a r d n i e n i e
ETAPY PROCESU WI
ZANIA
ETAPY PROCESU WI
ZANIA
I etap - rozpuszczanie gipsu w wodzie,
II etap - uwadnianie,
CaSO4 � 0,5H2O + 1,5H2O CaSO4 � 2H2O
(siarczanu wapnia półwodnego) (siarczany wapnia dwuwodnego)
III etap - krystalizacja, tworzenie się kryształów gipsu dwuwodnego
SPOIWA GIPSOWE  w ł a ś c i w o ś c i
SPOIWA GIPSOWE  w ł a ś c i w o ś c i
ZALETY:
krótki czas wiązania i twardnienia,
łatwość produkcji i formowania wyrobów (metoda odlewania),
lekkość - gęstość objętościowa 300 (pianogipsy) �1300 (zaczyny zwykłe)
kg/m3 w zależności od współczynnika w/g
duża wytrzymałość w stanie suchym,
mrozoodporność,
ognioodporność (materiał niepalny),
dobre właściwości cieplne i dz
więkochłonne (=0,35 W/mK),
korzystne oddziaływanie na mikroklimat pomieszczeń,
dostępność surowca,
niskie koszty produkcji
możliwość uzyskiwania gładkich powierzchni lub odpowiednich faktur
11
SPOIWA GIPSOWE  w ł a ś c i w o ś c i
SPOIWA GIPSOWE  w ł a ś c i w o ś c i
SPOIWA GIPSOWE  w ł a ś c i w o ś c i
SPOIWA GIPSOWE  w ł a ś c i w o ś c i
Przyczyny i konsekwencje braku odporności
na kontakt z wodą
- w kontakcie z wodą:
- kryształy zostają powleczone warstewką wody,
co obniża tarcie wewnętrzne,
- kryształy CaSO4�2H2O są częściowo rozpuszczalne
w wodzie,
Efekt: obniżenie wytrzymałości
12
SPOIWA GIPSOWE  w ł a ś c i w o ś c i
SPOIWA GIPSOWE  w ł a ś c i w o ś c i
WADY:
spadek wytrzymałości po zawilgoceniu współczynnik
gwałtowny spadek wytrzymałości po zawilgoceniu
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
SPOIWA GIPSOWE  zastosowanie
SPOIWA GIPSOWE  zastosowanie
Zaczyny i zaprawy
" zaprawy i wyprawy gipsowe,
" gładz
z zaczynów gipsowych modyfikowanych dodatkami
organicznymi,
" samopoziomujące się podkłady pod podłogi,
13
SPOIWA GIPSOWE  zastosowanie
SPOIWA GIPSOWE  zastosowanie
Wyroby prefabrykowane:
" pustaki ścienne i stropowe,
" elementy ścianek działowych,
" płyty kartonowo-gipsowe,
" galanteria gipsowa
SPOIWA GIPSOWE  zastosowanie
SPOIWA GIPSOWE  zastosowanie
ZASTOSOWANIE
płyty gipsowo-kartonowe
płyty gipsowo-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)
14
SPOIWA GIPSOWE  zastosowanie
SPOIWA GIPSOWE  zastosowanie
ZASTOSOWANIE
płyty gipsowo-kartonowe
płyty gipsowo-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
Spoiwa cementowe
Spoiwa cementowe
15
Spoiwa cementowe
Spoiwa cementowe
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.
Spoiwa cementowe  zarys produkcji
Spoiwa cementowe  zarys produkcji
główne surowce
Wapień Glina
Rozdrabnianie, homogenizacja
1/ metoda sucha: granulat
2/ metoda mokra: szlam
Wypalanie
piec obrotowy 1450oC
Gips
Klinkier
ew. dodatki mineralne
Mielenie w młynie kulowym
Cement
16
Spoiwa cementowe  zarys produkcji
Spoiwa cementowe  zarys produkcji
składniki
wstępna dodatkowe
homogenizacja
kruszarka
młyn
CO2
silosy
prekalcynacja
magazyn klinkieru
800  1000oC
schładzacz
dodatki
piec obrotowy
młyn kulowy
ok. 1450oC
Spoiwa cementowe
Spoiwa cementowe
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.
1450oC.
Początki produkcji spoiwa we Francji: Louis Vicat, 1817 r.
Opatentowanie cementu portlandzkiego w Anglii: Joseph Aspdin, 1824 r.
17
Kopalnia:
wapie
ń
, glina
Spoiwa cementowe
Spoiwa cementowe
Orientacyjny skład surowcowy klinkieru portlandzkiego
H" 80% + H" 20%
kamień wapienny surowce ilaste (glina)
CaO
Al2O3; SiO2; Fe2O3; &
Spoiwa cementowe
Spoiwa cementowe
Skład tlenkowy klinkieru (cementu) portlandzkiego
Zawartość [% m.]
Oznaczenie Nazwa
Zakres Średnio
CaO tlenek wapnia 60-70 63
Si02 krzemionka 18-25 22
Al2o3 tlenek glinu 4-9 7
Fe203 tlenek żelaza 1-5 3
MgO tlenek magnezu 1-5 2
SO3 trójtlenek siarki 1-3 2
tlenek sodu
Na20 + K20 0,5-1,8 0,8
i potasu (alkalia)
18
Spoiwa cementowe
Spoiwa cementowe
Skład mineralogiczny klinkieru (cementu) portlandzkiego
Wzór chemiczny Skrót Nazwa Właściwości Zawartość
[% masy]
krzemian " wysokoaktywny
C3S 35-65
3CaO�Si02
trójwapniowy " wysokokaloryczny
(szybki przyrost
(alit)
wytrzymałości)
krzemian " średnioaktywny
C2S 15-40
2CaO�Si02
dwuwapniowy " niskokaloryczny
(powolny, lecz duży
(belit)
przyrost wytrzymałości)
glinian " bardzo wysoko
C3A 8-12
3CaO� Al203
trójwapniowy aktywny
" wysokokaloryczny
(celit)
(przyspiesza wiązanie)
żelazoglinian " słaboaktywny
C4AF 8-12
4CaO �Al203� Fe203
czterowapniowy " średniokaloryczny
(mała wytrzymałość)
(braunmilleryt)
Spoiwa cementowe
Spoiwa cementowe
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) C3S, C2S, C3A i C4AF
reagują z wodą tworząc nowe, nie rozpuszczalne w wodzie związki
(hydraty).
W największym stopniu w rozwoju wytrzymałości uczestniczą
C3S i C2S tworząc fazę
C-S-H (uwodnione krzemiany wapnia)
i
C-H (wodorotlenek wapniowy; portlandyt)
19
Spoiwa cementowe
Spoiwa cementowe
W dużym uproszczeniu reakcja hydratacji alitu C3S et belitu C2S przebiega
następująco:
C3S
lub + H2O ----> C-S-H + Ca(OH)2 + Q
C2S
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 C3A 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.Al2 O3.CaSO4.31H2O).
Podczas reakcji C4AF z wodą wydziela się niewiele ciepła. Uwodnienie C4AF
w niewielkim stopniu wpływa na rozwój wytrzymałości.
Spoiwa cementowe
Spoiwa cementowe
Ogólna klasyfikacja cementów powszechnego użytku
Oznaczenie Nazwa Orientacyjny skład
CEM I Portlandzkie klinkier
Portlandzkie klinkier + 6 do 53% dodatek
CEM II z dodatkami (żużel wielkopiecowy, popioły lotne,
mączka wapienna, itp.)
CEM III Hutnicze klinkier + 36 do 95% żużla
wielkopiecowego
CEM IV Pucolanowe klinkier + 11 do 55% dodatków
pucolanowych
CEM V Wieloskładnikowe klinkier + 36 do 90% żużel i dodatek
pucolanowy
Stosowanie dodatków mineralnych, będących odpadami z innych przemysłów,
umożliwia obniżenie emisji CO2 oraz obniżenie energochłonności produkcji.
20