1. Surowce używane do otrzymywania wapna budowlanego.

1. Spoiwa gipsowe ( siarczany ) otrzymywane z surowców, których głównym składnikiem jest dwuwodny siarczan wapnia CaS0₄*2H₂0 lub siarczan wapnia CaS0₄;

2. Spoiwa wapienne- głównym składnikiem jest węglan wapnia CaCO₃;

3. Spoiwa magnezjowe - głównym składnikiem jest Węglan magnezu MgCO₃ lub węglan wapnia i magnezu MgCa(C0₃)₂;

4. Spoiwa krzemieniowe - głównym składnikiem jest tlenek krzemu Si0₂ oraz węglan sodu lub potasu Na₂C0₃ lub K₂CO₃,

5. Spoiwa cementowe- otrzymywane ze skał węglanowych ( wapień kredy ) i surowców ilastych (glin) lub surowców wapienno-ilastych (margli), często używa się przemysłowych odpadów wtórnych (żużli wielkopiecowych, popiołów lotnych i innych ).

2. Sposób i podstawowe reakcje chemiczne zachodzące podczas otrzymywania wapna palonego.

Tlenek wapniowy (CaO), zwany wapnem palonym, powstaje przez wypalanie wapnia w powietrzu lub przez prażenie wodorotlenku, węglanu lub azotanu wapniowego. Technicznie - przez prażenie (wypalanie) kamienia wapiennego (CaCO₃) w piecach szybowych, bądź obrotowych w temperaturze 950 - 1050^oC. Proces wypalania zachodzi wg reakcji:

CaCO₃ <=> CaO + CO₂ + 165,5 kJ/mol

3. Gaszenie wapna palonego.

Polega na hydratacji (uwodnieniu) tlenku wapniowego.

Wapno palone poddaje się procesowi gaszenia wg reakcji:

CaO + H₂O --> Ca(OH)₂ - 63,5 kJ/mol

W czasie wypalania wapienia temperatura nie może być zbyt wysoka, ponieważ może wystąpić proces powlekania (oblepiania) ziarenek wapna palonego nieprzepuszczalnymi dla wody stopionymi tlenkami zanieczyszczeń. Najczęściej tymi zanieczyszczeniami są; krzemionka, tlenki żelaza, tlenki glinu lub węglan magnezu. Zbyt wysoka temperatura wypalania daje nam tzw. wapno martwe, nie podatne na proces gaszenia.

1. Ciasto wapienne.

Otrzymywane jest w dołach do gaszenia wapna palonego i stanowi układ koloidalny wodorotlenku wapnia w nasyconym wodnym roztworze tegoż wodorotlenku. zawartość wody wynosi ok. 50% masy ciasta wapiennego.

2. Wapno hydratyzowane (sucho gaszone).

Jest sproszkowanym wodorotlenkiem wapnia, który otrzymuje się metodą przemysłową przez gaszenie wapna palonego małą ilością wody (ok. 25%).

4. Wapno hydrauliczne - otrzymywanie i skład.

Wapno hydrauliczne jest spoiwem wykazującym po związaniu i twardnieniu przez pewien czas w środowisku powietrznym zdolność do dalszego twardnienia pod wodą. Cecha ta, którą wapno hydrauliczne zawdzięcza obecności krzemianów i glinianów wapniowych.

Surowcem do otrzymywania wapna hydraulicznego są wapienie margliste, zawierające obok składnika zasadniczego CaCo₃ znaczne ilości domieszek gliniastych (15÷20%), oraz wapienie krzemionkowe.

Podstawowymi składnikami wapna hydraulicznego są:

• wolny tlenek wapniowy (CaO);

• krzemian dwuwapniowy (2CaO∗SiO₂);

• glinian trójwapniowy (3CaO∗Al₂O₃);

• żelazian dwuwapniowy (2CaO∗Fe₂O₃).

Dobre wapna hydrauliczne zawierają średnio 66% CaO, 23% aktywnego SiO₂, 2% Al₂O₃ i 1% Fe₂O₃.

Wapno hydrauliczne znajduje zastosowanie do wytwarzania zapraw murarskich (fundamenty, piwnice), wypraw tynkarskich oraz do produkcji betonów o niewielkiej wytrzymałości.

5. Mechanizm wiązania i twardnienia wapna budowlanego.

Proces wiązania i twardnienia spoiwa wapiennego (zaprawy) zachodzi w dwóch etapach:

I etap (kilka godzin) to czas, w którym następuje proces wiązania i krzepnięcia spoiwa;

II etap trwający bardzo długo (do kilku lat) to okres twardnienia spoiwa.
Powyższe procesy polegają na odparowaniu wody przy równoczesnej reakcji wodorotlenku wapnia z dwutlenkiem węgla znajdującym się w powietrzu:

Ca(OH)₂ + CO₂ --> CaCO₃ + H₂O + 38 kJ/mol

Proces krystalizacji i wzrostu kryształów węglanu wapnia prowadzi do powstania dużych wzajemnie poprzerastanych kryształów tworzących szkielet, od którego zależy stwardnienie spoiwa.
Wiązanie zapraw wapiennych w pomieszczeniach zamkniętych można przyśpieszyć przez spalanie koksu (wzrost temperatury i wzrost stężenia CO₂ w powietrzu).
Piasek jest biernym pod względem chemicznym składnikiem (nie bierze udziału w procesie wiązania), jednakże ułatwia penetrację CO₂ z powietrzem w głąb zaprawy, przyspieszając w ten sposób tworzenie się CaCO₃.
Spoiwo wapienne ulega stwardnieniu tylko na powietrzu. Tak otrzymane spoiwo z czasem ulega osłabieniu w wyniku reakcji chemicznej

CaCO₃ + CO₂ + H₂ --> Ca(HCO₃)₂

Z przebiegu reakcji widzimy, że z czasem w wyniku oddziaływania wody i dwutlenku węgla z powietrza, nierozpuszczalny CaCO₃ przekształca się w rozpuszczalny Ca(HCO₃)₂.

Z twardej zaprawy zostaje więc wypłukany najbardziej istotny składnik - węglan wapnia.

6. Podział wapna budowlanego wg polskiej normy PN-B-30020.

Pomimo iż wspomniałem już o niektórych rodzajach wapna w poprzednim punkcie wymienię je jeszcze raz dla większej jasności.

Wapno - materiał zawierający głównie tlenki i/lub wodorotlenki wapnia i magnezu w różnorodnych odmianach oraz fizycznych i chemicznych postaciach:

1. wapno budowlane - głównymi składnikami są tlenki i wodorotlenki wapnia z niewielkim udziałem tlenku i wodorotlenku magnezu, dwutlenku krzemu, tlenku aluminium i tlenku żelaza;

2. wapno powietrzne - składa się głównie z tlenku lub wodorotlenku wapnia, powoli twardniejące w powietrzu poprzez działanie atmosferycznego dwutlenku węgla, w zasadzie nie twardniejące pod wodą i nie mające właściwości hydraulicznych;

3. wapno niegaszone - wapno powietrzne wytworzone przez prażenie wapienia i/lub dolomitu, które w kontakcie z wodą reaguje egzotermicznie, występuje w różnych stanach uziarnienia, od brył do materiału drobno zmielonego;

4. wapno palone - wapno niegaszone zawierające głównie tlenek wapnia;

5. wapno dolomitowe - wapno niegaszone zawierające głównie tlenek

wapnia i tlenek magnezu;

6. wapno gaszone - wapno powietrzne powstające w wyniku kontrolowanego gaszenia wapna niegaszonego i nie reagującego egzotermicznie w kontakcie z wodą; wytworzone w postaci suchego proszku lub ciasta;

7. wapno hydratyzowane wapniowe - wapno gaszone - zawierające

głównie wodorotlenek wapnia;

8. wapno hydratyzowane dolomitowe - wapno gaszone zawierające głównie wodorotlenek wapnia, wodorotlenek magnezu i tlenek magnezu;

9. wapno pokarbidowe - wapno gaszone - będące produktem ubocznym przy wytwarzaniu acetylenu z karbidu;

10. ciasto wapienne -wapno gaszone- zmieszane z wodą do żądanej konsystencji;

11. wapno hydrauliczne - zawiera głównie CaSi, Ca₃Al₂ i Ca(OH)₂ wytworzone albo przez wypalanie wapienia ilastego i następnie grzanie i mielenie i/lub przez mieszanie odpowiednich materiałów z Ca(OH)₂, mające właściwości wiązania i twardnienia pod wodą (atmosferyczny dwutlenek węgla przyczynia się do procesu twardnienia). Dzieli się na w zależności od pochodzenia:

1. CL - wapno wapniowe (wytwarzane z wapieni czystych)

2. DL - wapno dolomitowe (wytwarzane z wapieni

zdolomityzowanych)

3. HL - wapno hydrauliczne (wytworzone z wapieni ilastych)

Odmiany: w zależności od zawartości ( CaO + MgO) rozróżnia się trzy odmiany wapna wapniowego: 90,80 i 70 i dwie odmiany wapna dolomitowego: 85 i 80.

Klasy: w zależności od wytrzymałości zaprawy na ściskanie po 28 dniach rozróżnia się trzy klasy wapna hydraulicznego: 2; 3,5; 5.

Oznaczenia: wapno budowlane należy identyfikować przez podanie nazwy, numeru normy, symbolu i rodzaju, np.: PN-B-30020-CL90.

7. Podstawowe wiadomości o miareczkowaniu kompleksometrycznym z zastosowaniem EDTA.

Kompleksometryczne miareczkowanie - metody chemicznej analizy objętościowej stosowane gł. Do oznaczania jonów metali; polega na miareczkowaniu badanego roztworu mianowanym roztworem substancji kompleksotwórczej i tworzeniu się trwałych kompleksów typu chelatów oznaczonego metalu z odczynnikiem miareczkującym.

EDTA - sole kwasu etylenodwuaminoczterooctowego, zwane kwasem wersenowym lub kompleksonem II.

EDTA z wapniem tworzy kompleksy barwne. Po miareczkowaniu EDTA zmienia barwę na czystoniebieską:

Zawartość składnika oznaczonego w [g], wyznaczonego metodą miareczkową przy zastosowaniu titranta o znanym mianie (stężeniu), otrzymuje się mnożąc liczbę [ml] titranta zużytą na miareczkowanie przez miano titranta wyrażonego w [g].

8. Oznaczenie zawartości CaO i MgO w badanym wapnie budowlanym.

1. Oznaczenie zawartości CaO.

- średnia objętość EDTA;

m - masa próbki w [g];

W - liczba niemianowana
;

K₁ - miano EDTA wyrażone w [g] CaO na 1dm³ EDTA.

1. skrócony opis oznaczenia CaO

Dopełnienie kolby wodą destylowaną w celu uzyskania odpowiedniej ilości roztworu.

1. z kolby 250cm³ - pobrać 25cm³ roztworu pipetą do zlewki;

2. dodanie 100cm³ wody destylowanej do zlewki;

3. dodanie 2÷3cm³ trojetanolaminy pipetą do zlewki;

4. dolewamy 22cm³ KOH 20%;

5. dosypujemy kalcesu i mieszamy aż roztwór zmieni barwę na kolor -malinowo wrzosowy;

6. dolewamy EDTA aż do momentu zmiany barwy roztworu na kolor niebieski (mieszając na okrągło);

7. odczytujemy wartość objętości użytego EDTA potrzebnego do przeprowadzania reakcji;

8. eksperyment powtarzamy przynajmniej trzy razy.

2. obliczenie miana EDTA w [g] CaO na 1dm³ titrantu.

M= 0,05 mol/dm³

1cm³0,05 mol EDTA = 0,05/1000 = 0,00005 mol/Ca⁺²

masa atomowa CaO:

Ca = 40g

O = 16g

K₁ = 0,00005·56 = 0,0028 g/cm³

3. wyniki miareczkowania i zawartość CaO.

;

m = m(tygielka z próbką) - m(tygielka pustego) = 21,078 - 19,957 = 1,121 g;

.

1. Oznaczenie zawartości MgO.

;

- objętość EDTA;

m - masa próbki w [g];

W - liczba niemianowana
;

K₁ - miano EDTA wyrażone w [g] MgO na 1dm³ EDTA.

1. skrócony opis oznaczenia MgO.

1. z kolby - pobrać kolejne 25cm³ roztworu pipetą do zlewki;

2. dodanie 100cm³ wody destylowanej do zlewki;

3. dodanie 3÷5cm³ NH₃ (wody amoniakalnej) pipetą do zlewki;

4. dodanie 2cm³ trójetanolaminy pipetą do zlewki;

5. dodanie 25cm³ NH₃ (wody amoniakalnej) do zlewki;

6. dosypujemy kalcesu (wskaźnik barwny) i mieszamy aż roztwór zmieni barwę na kolor -ciemno-wiśniowy;

7. dolewamy EDTA aż do momentu zmiany barwy roztworu na kolor fioletowy (mieszając na okrągło);

8. odczytujemy wartość objętości użytego EDTA potrzebnego do przeprowadzania reakcji;

9. eksperyment powtarzamy przynajmniej trzy razy.

2. obliczenie miana EDTA w [g] MgO na 1dm³ titrantu.

M= 0,05 mol/dm³

masa atomowa MgO:

Mg = 24g

O = 16g

K₂ = 0,00005∗40 = 0,002 g/cm³

3. wyniki miareczkowania i zawartość MgO.

V_p= 26 cm³ ; V_d= 26,9 cm³

m = m(tygielka z próbką) - m(tygielka pustego) = 21,078 - 19,957 = 1,121 g;

.

8.3 Ostateczne wyniki oznaczenia CaO i MgO.

.

.

9. Klasyfikacja badanego wapna budowlanego.

W badanym materiale znajduje się 65% CaO i 2,2% MgO, co kwalifikuje go wg PN-B-30020 do wapna budowlanego CL 70.

10. Wykaz literatury z której korzystano przy opracowaniu sprawozdania.

• TECHNOLOGIA MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH t. II

Włodzimierz Skalmowski; - Warszawa 1973r.

• CHEMIA W BUDOWNICTWIE

L. Czarnecki, T. Broniewski, O. Henning; - Warszawa 1995r.

• CHEMIA NIEORGANICZNA

Z. Sokalski, St. Miracki - Warszawa 1954r.

---