Ćwiczenie nr 2
Badania spoiw i zapraw  zagadnienia teoretyczne
1. Spoiwo  wypalony i rozdrobniony materiał mineralny, który po zarobieniu wodą wią\
e i
uzyskuje odpowiednie parametry wytrzymałościowe, dzięki zachodzącym reakcjom
chemicznym.
Mieszanina spoiwa z wodÄ… tworzy zaczyn.
Ze względu na zachowanie się spoiw w środowisku wodnym dzielimy je na:
" powietrzne;
" hydrauliczne.
1.1. Spoiwa powietrzne
Spoiwa powietrzne wiÄ…\
ą i nabierają właściwych cech wytrzymałościowych tylko w
warunkach powietrzno-suchych. Spoiwa te nale\
Ä… do najstarszych spoiw budowlanych.
Wszelkie wyroby i zaprawy na bazie tych spoiw mogą być stosowane wyłącznie w
warunkach powietrzno-suchych, poniewa\
przy dostępie wody tracą swe właściwości
wytrzymałościowe (ulegają rozmiękczaniu).
1.1.1. Spoiwa wapniowe.
Wapno palone:
- w bryłach;
- mielone.
Wapno gaszone:
- ciasto;
- proszek.
Wapno palone uzyskuje siÄ™ przez wypalenie w temperaturze od 950 ÷ 1250°C skaÅ‚y
wapiennej (CaCO3).
CaCO3 çÅ‚temp.CaO + CO2 Ä™!
çÅ‚
çÅ‚
Wapno palone nie nadaje się do bezpośredniego zastosowania do zapraw i wyrobów. Przed
u\
yciem nale\
y poddać je procesowi gaszenia (lasowania), który zachodzi według reakcji:
CaO + nH2O çÅ‚
çÅ‚Ca(OH )2 + (n -1)H2O + Q
Jest to wapno w postaci ciasta, w którym zawartość wody wynosi około 50 %. Wapno
gaszone w postaci ciasta powinno mieć kolor biały lub lekko szary, jeśli jest brązowe, to
oznacza, \
e jest  spalone , czyli gaszone zbyt małą ilością wody.
Wygodniejsze w stosowaniu, a przede wszystkim w magazynowaniu i dystrybucji jest wapno
hydratyzowane  czyli wapno palone, gaszone w sposób przemysłowy. Wapno to występuje
1
w postaci proszku i dostarczane jest w workach papierowych, które nale\
y przechowywać w
suchych pomieszczeniach.
Proces wiązanie wapna jest powolny i wymaga dostępu powietrza (CO2), bez którego nie
wiÄ…\
e. Wiązanie wapna przebiega według reakcji:
Ca(OH )2 + H2O + CO2 çÅ‚
çÅ‚CaCO3 + 2H2O
Zastosowanie spoiw wapiennych:
" zaprawy murarskie;
" zaprawy tynkarskie;
" farby budowlane;
" wyroby silikatowe;
" betony komórkowe.
1.1.2. Spoiwa gipsowe
Gips do celów budowlanych stosowano ju\
w staro\
ytności, około 9000 lat temu. Tak
wczesne stosowanie gipsu było mo\
liwe dzięki niewysokiej temperaturze pra\
enia kamienia
gipsowego (okoÅ‚o 200°C), Å‚atwego mielenia (materiaÅ‚ miÄ™kki) oraz jasnej barwie.
Spoiwo gipsowe  gips budowlany tzw. półwodny powstaje w wyniku wypalenia kamienia
gipsowego dwuwodnego wg reakcji:
.200° C
2(CaSO4 Å" 2H2O) çÅ‚tempçÅ‚çÅ‚ 2CaSO4 Å" H2O + 3H2O Ä™!
çÅ‚
Wiązanie gipsu jest bardzo szybkie  po zarobieniu wodą przyłącza ją i powstaje kamień
gipsowy dwuwodny:
2CaSO4 Å" H2O + nH2O çÅ‚
çÅ‚2(CaSO4 Å" 2H2O) + (n - 3)H2O
Zalety gipsu:
- estetyczny wygląd  gładkie powierzchnie, jasny kolor;
- dosyć du\
a wytrzymałość w gipsie wysokowytrzymałościowym dochodząca do
40,0 MPa na ściskanie i 5,0 MPa na rozciąganie (zwykły gips budowlany posiada
wytrzymaÅ‚ość rzÄ™du 6÷8 MPa na Å›ciskanie oznaczanÄ… na próbkach z zaczynu
normowego po wysuszeniu w temp. 50°C;
- ekologiczny  reguluje wilgotność powietrza;
- niepalny;
- mo\
liwość uzyskania gładkich odlewów architektonicznych.
Wady gipsu:
2
- szybkie wiÄ…zanie;
- koroduje stal;
- brak odporności na środowisko wodne  rozmięka w wodzie i szybko traci wytrzymałość
(do 70 %).
Zastosowanie gipsu:
" tynki gładzone;
" ścianki działowe;
" podsufiltki;
" sztukateria  ozdoby architektoniczne;
" wyroby budowlane np. płyty gipsowo-kartonowe;
1.2. Spoiwa hydrauliczne
Spoiwa hydrauliczne wiÄ…\
ą i twardnieją zarówno w warunkach powietrzno-suchych jak i w
środowisku wodnym. Przedstawicielem spoiw hydraulicznych są ró\
nego rodzaju cementy.
Wynalezienie cementu przypisuje się Anglikowi (Joseph Aspdin), który w 1824 r. uzyskał
patent na jego wyrób i nazwał cementem portlandzkim. Nazwa pochodzi stąd, \
e po
związaniu spoiwo miało kolor skał wydobywanych pod miastem Portland.
Cement powstaje przez zmielenie klinkieru cementowego z dodatkiem (do 5 %) kamienia
gipsowego i dodatkami hydraulicznymi (wodotrwałymi).
Klinkier cementowy otrzymuje siÄ™ przez wypalenie w temperaturze spiekania (1450°C)
mieszaniny surowców, zawierających wapień i glinokrzemiany. Podstawowe składniki
klinkieru to:
" alit (3CaO Å" SiO2)  krzemian trójwapniowy, oznaczany skrótowo C3S, jego zawartość
w klinkierze wynosi od 50 do 65 % wagowo;
" belit (2CaO Å" SiO2)  krzemian dwuwapniowy, oznaczany skrótowo C2S, ilość w
klinkierze 15 do 25 % wagowo, ma najwolniejszy proces hydratacji (uwodnienia);
" glinian trójwapniowy C3A  w ilości ok. 10 %, najszybciej ulega hydratacji w
poczÄ…tkowej fazie procesu;
" brownmilleryt (4CaO Å" Al2O3 Å" Fe2O3)  czterowapniowy zwiÄ…zek tlenku \
elaza
oznaczany jako C4AF  szybko wiÄ…\
e, lecz ma niską wytrzymałość, ilość wagowa
wynosi 5 do 15 %.
Poza tymi minerałami w klinkierze występują jeszcze inne związki mineralne.
3
Podobnie jak zło\
ony jest skład klinkieru cementowego, tak zło\
ony jest proces wiÄ…zania
cementu. Spoiwo cementowe po zarobieniu wodą częściowo się w niej rozpuszcza, cząstki
nierozpuszczalne otoczone sÄ… warstewkÄ… wody. Zachodzi reakcja czÄ…steczek cementu z wodÄ…,
w wyniku czego powstajÄ… nowe zwiÄ…zki stanowiÄ…ce produkty hydratacji i hydrolizy.
Hydratacja to uwodnienie polegające na przyłączeniu cząstek wody bez rozkładu cząstek
minerału. Przy hydrolizie następuje rozpad związków hydratacji, w wyniku czego powstają
nowe koloidalne (\
elowe) związki, które z czasem ulegają zagęszczeniu, odwodnieniu i
przekrystalizowaniu tworząc zwartą substancję o wysokiej wytrzymałości i wodotrwałości.
Przykład hydrolizy krzemianu trójwapniowego (alitu):
3CaO Å" SiO2 + nH2O çÅ‚ 2CaO Å" SiO2 Å" mH2O + Ca(OH )2
çÅ‚
1.2.1. Rodzaje cementów
Cementy dzielÄ… siÄ™ na dwie grupy:
" cementy powszechnego u\
ytku;
" cementy specjalne.
Cementy powszechnego u\
ytku dzielą się na 5 rodzajów:
" CEM I  cement portlandzki;
" CEM II  cement portlandzki wieloskładnikowy: A i B;
" CEM III  cement hutniczy: A, B, C;
" CEM IV  cement pucolanowy: A, B;
" CEM V  cement wieloskładnikowy: A, B.
Ze względu na zawartość składników innych ni\
klinkier, cementy dzieli siÄ™ na odmiany: A,
B, C.
W zale\
ności od wytrzymałości na ściskanie (MPa) po 28 dniach dojrzewania, oznaczonej
zgodnie z normą, rozró\
nia się 3 klasy wytrzymałości cementu:
" klasa 32,5  wytrzymałość normowa e" 32,5 i d" 52,5 MPa;
poczÄ…tek wiÄ…zania e" 75 min;
" klasa 42,5  wytrzymałość normowa e" 42,5 i d" 62,5 MPa;
poczÄ…tek wiÄ…zania e" 60 min;
" klasa 52,5  wytrzymałość normowa e" 52,5 MPa;
poczÄ…tek wiÄ…zania e" 45 min.
4
Te trzy klasy w zale\
ności od wytrzymałości wczesnej cementu dzielą się na:
" cementy o normalnej wytrzymałości wczesnej (symbol N);
" cementy o wysokiej wytrzymałości wczesnej (symbol R).
Przykładowe oznaczenie cementu:
CEM II / B-S 32,5N
oznacza:
CEM II  cement portlandzki wieloskładnikowy;
B-S  odmiana (B) dotycząca zawartości \
u\
la wielkopiecowego (S) w ilości od 21 do 35 %;
32,5N  klasę wytrzymałości i normalną wytrzymałość wczesną.
Wśród cementów specjalnych mo\
na wyró\
nić:
" cementy o niskim cieple hydratacji  LH;
" cementy o wysokiej odporności na siarczany  HSR;
" cementy o małej zawartości alkaliów  NA.
Do cementów powszechnego u\
ytku do daje siÄ™ odpowiednich symboli:
" CEM I do CEM V  symbol LH;
" CEM I do CEM IV  symbol HSR;
" CEM I do CEM V  symbol NA.
5