Politechnika Warszawska - Wydział Inżynierii Lądowej Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych
Sprawozdanie z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu MATERIAŁY BUDOWLANE
Temat: Spoiwa powietrzne
Numer ćwiczenia: 1		Data wykonania: 8.10.2007.
Zespół nr 1. 2. 3.	Grupa 1/I	Rodzaj studiów: dzienne	Prowadzący: mgr inż. Anna Chudan
		Semestr 3.	Ocena:

Spis treści:

1. Przedmiot badania i jego charakterystyka 1

2. Zakres badań 3

3. Opis wykonywanych badań 4

4. Wyniki badań wraz z obliczeniami 6

5. Ocena wyników badań 6

Załączniki:

I. Wyniki badań wapna budowlanego i ich ocena

II. Wyniki badań gipsu budowlanego i ich ocena

1. Przedmiot badania i jego charakterystyka

1. Definicje

spoiwa powietrzne - spoiwa mineralne, które po zarobieniu wodą twardnieją i uzyskują właściwe cechy wytrzymałościowe jedynie na powietrzu (w przeciwieństwie do spoiw hydraulicznych, wiążących również pod wodą)

spoiwa mineralne - wypalone i sproszkowane materiały mineralne, które dzięki nieodwracalnym reakcjom chemicznym wiążą i twardnieją po wymieszaniu z wodą

2. Przedmiot badania

Przedmiot badania stanowią wapno wapniowe sproszkowane i gips budowlany.

3. Charakterystyka wapna budowlanego wg PN-EN 459-1

1. 
   Podział:

Dodatkowo, wapno powietrzne dzielimy wg zawartości CaO+MgO, a wapno hydrauliczne wg wytrzymałości na ściskanie:

- wapno wapniowe: CL70, CL80, CL90

- wapno dolomitowe (o zawartości MgO co najmniej 30%): DL80, DL85

- wapno hydrauliczne: HL2; HL3,5; HL5

- naturalne wapno hydrauliczne: NHL2; NHL3,5; NHL5

2. Otrzymywanie:

Spoiwa wapienne otrzymuje się poprzez prażenie skał wapiennych w temperaturze od 800˚C do 1200˚C. Zachodzi wówczas reakcja: CaCO₃ → CaO + CO₂ q_teoret = 3200 kJ/kg CaO O właściwościach wapna palonego decydują surowce i temperatura wypału. Przy zbyt niskiej temperaturze otrzymuje się wapno niedopalone, zawierające CO₂ i nieprzereagowany CaCO₃, zaś w temperaturze zbyt wysokiej powstaje wapno martwo palone, powodujące brak stałości objętości zapraw, nadmiernie spieczone i trudno się gaszące. Przy prowadzeniu wypału w prawidłowych warunkach, w zależności od temperatury można otrzymać wapno lekko, średnio lub ostro palone (im niższa temperatura, tym mniejsze kryształy, jaśniejsza barwa i większa reaktywność). Po dodaniu wody wapno palone gasi się: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Ze względu na szybkość gaszenia się rozróżniamy wapna bardzo, średnio i słabo reaktywne (czas gaszenia odpowiednio: do 6 minut, od 6 do 9 minut i od 9 do 12 minut). Jest to reakcja silnie egzotermiczna, na każdy kilogram CaO przypada 1160 kJ wydzielonej energii. Ponieważ używanie czystego wapna palonego na budowie byłoby niebezpieczne, zazwyczaj dostarcza się je w postaci zhydratyzowanej. Możliwe postacie wapna hydratyzowanego to proszek (uzyskiwany przy użyciu najmniejszej możliwej ilości wody, dawniej ta forma nazywana była wapnem suchogaszonym), ciasto (mieszanina wodorotlenku wapnia i jego nasyconego roztworu) lub mleko wapienne (zawiesina wodorotlenku wapnia w wodzie).

3. Charakterystyka:

- biała barwa - poprawa wyglądu (beton architektoniczny, białe cementy)

- bardzo duże rozdrobnienie (powierzchnia właściwa od 8000 do 12000 cm²/g) - poprawia urabialność, plastyczność, przyczepność, nieprzepuszczalność i wygląd zapraw i zaczynów, zwiększa twardość i nieprzesiąkliwość gipsu

- egzotermiczna reakcja z wodą - może być przydatna do osuszania gruntów bądź w zimie

- właściwości retencyjne ( może zaabsorbować 40-50% wody)

- zmniejsza podatność zapraw na powstawanie rys

- silna zasadowość - bakteriobójcze, neutralizacja kwaśnych gruntów i materiałów

- zdolność do reakcji chemicznych z materiałami pucolanowymi i hydraulicznymi

- zdolność do tworzenia z krzemionką mocnych krzemianów wapniowych - wykorzystywane do autoklawizacji

- niewielka wytrzymałość wapna powietrznego - po 90 dniach zaledwie 1 - 2 MPa

1. Charakterystyka gipsu budowlanego wg PN-B-30041: 1997

1. Podział

Gips można podzielić na gips budowlany opisywany przez normę PN-B-30041:1997 i gipsy specjalne opisywane przez normę PN-B-30042: 1997.

Gips budowlany to spoiwo powietrzne, którego głównym składnikiem jest półwodny siarczan wapnia (CaSO₄
0,5 H₂O). Otrzymuje się go przez zmielenie i częściowe odwodnienie naturalnego kamienia gipsowego lub jako produkt uboczny innych procesów przemysłowych (np. odsiarczania spalin). Mechanizm wiązania gipsu budowlanego polega na jego powrocie do postaci dwuwodnej po zmieszaniu z wodą.

Tabela 1. Podział gipsu budowlanego wg PN-B-30041: 1997

ze względu na uziarnienie - odmiany	ze względu na wytrzymałość na ściskanie w stanie suchym - gatunki
GB-G - grubo mielony	6 - nie mniej niż 6,0 MPa
GB-D - drobno mielony	8 - nie mniej niż 8,0 MPa

Poza gipsem budowlanym istnieją gipsy specjalne opisywane przez normę PN-B-30042: 1997 W zależności od przeznaczenia rozróżnia ona:

- gips szpachlowy - przeznaczony do szpachlowania elementów betonowych B, gipsowych G i do spoinowania płyt gipsowo-kartonowych F.

- gips tynkarski - do tynkowania ręcznego GTR i mechanicznego GTM

- klej gipsowy - do prefabrykatów gipsowych P i płyt gipsowo-kartonowych T

Ponadto można wyróżnić gipsy sztukatorskie i samopoziomujące masy anhydrytowe

2. Charakterystyczne właściwości budowlanych materiałów gipsowych

- biała barwa

- łatwość formowania elementów, uzyskiwania gładkich powierzchni albo faktur

- krótki, możliwy do regulacji domieszkami, czas wiązania i twardnienia -

40% wytrzymałości maksymalnej już po 2 godzinach od zmieszania z wodą

- lekkość - gęstość objętościowa stwardniałego zaczynu wynosi zaledwie 1000 kg/m³

- czystość ekologiczna i wysoka higieniczność (obojętność elektryczna, brak radioaktywności i emisji związków chemicznych), korzystne oddziaływanie zdrowotne, zapewnia odpowiednią wilgotność i korzystny mikroklimat wnętrz mieszkalnych

- mała energochłonność produkcji spoiwa - prażenie w około 160˚C

- przepuszczalność pary wodnej

- mała higroskopijność - do 2%

- niepalność i odporność ogniowa

- dobra izolacyjność cieplna 0,26 W/mK

- dobra akumulacja ciepła

- dźwiękochłonność

- wytrzymałość na ściskanie 6÷15 MPa

- znaczny spadek wytrzymałości przy zawilgoceniu - już przy wilgotności 1-2% spadek 50%

- pełzanie w stanie zawilgocenia

- duża nasiąkliwość, od 15 nawet do 50%

- mała odporność na uderzenia

2. Zakres badań

1. Wapno wapniowe sproszkowane wg PN-EN 459-1

- skład ziarnowy (stopień zmielenia) - badanie wykonywane na sitach 0,09 mm i 0,2 mm

- stałość objętości - metoda wzorcową Le'Chateliera (≤2 mm) lub metody alternatywne - badanie odpowiednio przygotowanych próbek w kształcie krążków (≤20mm)

- gęstość nasypowa [kg/dm³]

- skład chemiczny

- wolna woda - procent ubytku masy próbki po suszeniu w 105˚C

- zawartość powietrza - metoda ciśnieniowa, polegająca na wyparciu powietrza wodą i pomiarze spadku ciśnienia

- reaktywność - metodą zlewkową (uproszczoną) lub metodą wzorcową w naczyniu Dewara

- wydajność - wyrażana w dm³/10kg

- stopień białości - wg indywidualnych ustaleń

2. Spoiwa gipsowe

1. Gips budowlany wg PN-B-30041: 1997

- konsystencja normalna

- czas wiązania

- skład ziarnowy

- wytrzymałość na zginanie po 2 godzinach od przygotowania próbki

- wytrzymałość na ściskanie po 2 godzinach od przygotowania próbki

2. Spoiwa gipsowe specjalne wg PN-B-30042: 1997

- uziarnienie

- czas wiązania

- ilość wody odciągniętej z zaczynu

- wytrzymałość na zginanie

- wytrzymałość na ściskanie

- przyczepność do podłoża

3. Opis wykonywanych badań

1. Wapno wapniowe sproszkowane

1. Stopień zmielenia wg PN-EN 459-2

Stopień zmielenia oznacza się metodą sitową: zważone 10 g próbki wapna przesiewa się przez znormalizowane sita o oczkach kwadratowych o bokach 0,09 mm i 0,2 mm. Pozostałości waży się i odnosi do badanej próbki wapna. Badanie należy wykonać dwukrotnie. Jako wynik należy podawać średnią obliczoną z dokładnością do 0,1%.

Wymagania wg normy PN-EN 459-1 podano w tabelach 2. i 3. :

Tabela 2. Wartości graniczne pojedynczych wyników stopnia zmielenia wg PN-EN 459-1

Właściwość	Sito	Wapno budowlane	Wartości graniczne pojedynczych wyników
Stopień zmielenia (% masy) - górna granica na sicie	0,09 mm	CL, DL	9
				HL, NHL	17
			0,2 mm	CL, DL	4
				HL, NHL	7

Tabela 3. Wartości graniczne średnich wyników stopnia zmielenia wg PN-EN 459-1

Właściwość, badanie, kryteria oceny	Rodzaj wapna budowlanego	Wapno powietrzne		Wapno hydrauliczne
				CL	DL	HL	NHL
Stopień zmielenia pozostałość na sicie - 0,09 mm - 0,2 mm nie więcej niż % masy	wapno hydratyzowane bez ciasta i mleka wapniowego, wszystkie HL i NHL dla wapna palonego w ramach badań właściwości dodatkowych	≤ 7 ≤ 2	≤ 7 ≤ 2	≤ 15 ≤ 5	≤ 15 ≤ 5

2. Reaktywność wapna niegaszonego mielonego metodą wzorcową

wg PN-EN 459-2 (tylko opis - badanie wykonano opisaną w punkcie c metodą uproszczoną)

Reaktywność podczas gaszenia bada się poprzez pomiar wzrostu temperatury podczas reakcji z wodą w funkcji czasu. Aby przeprowadzić badanie należy napełnić naczynie Dewara 600±1 g wody destylowanej o temperaturze 20˚C, włożyć termometr i uruchomić mieszadło (300±50 obr/min). Następnie należy wprowadzić jednorazowo 150±0,5 g wapna niegaszonego. Temperaturę mierzy się po pół i jednej minucie, a następnie w odstępach jednominutowych aż do 10 minut; potem co 2 minuty. W przypadku bardzo reaktywnego wapna temperaturę należy mierzyć częściej. Zmierzone wartości temperatury należy przedstawić na wykresie w funkcji czasu. W celu scharakteryzowania szybkości gaszenia należy podać czas t_u i temperaturę T_u odpowiadające przemianie 80% wapna.
[˚C] Całkowita przemiana następuje, gdy zostanie zaobserwowana najwyższa temperatura
. Jeżeli równoważnik wodny aparatury wynosi od 200 do 300 J/K, zaobserwowaną temperaturę maksymalną należy skorygować zgodnie ze wzorem:
[˚C].

Oznaczenie przeprowadza się w aparaturze przedstawionej na rysunku 1.:

Rysunek 1. Aparat do badania reaktywności wapna wg PN-EN 459-2

Norma dopuszcza metodę opisaną w punkcie c) jako metodę alternatywną.

3. Badanie czasu i temperatury gaszenia wapna palonego metodą zlewkową

Oznaczenie polega na pomiarze czasu, w którym mieszanina wapna i wody osiągnie temperaturę maksymalną. Badanie prowadzi się przy pomocy przyrządu złożonego z dwóch zlewek aluminiowych włożonych jedna w drugą i oddzielonych od siebie warstwą izolacyjną. Objętości zlewek wynoszą 350 ml i 450 ml. Przyrząd powinien być wyposażony w pokrywkę z odpowiednio umocowanym termometrem. Do mniejszej zlewki należy wlać 40 ml wody destylowanej, a następnie wsypać 20±0,1 g wapna. Przyrząd należy zamknąć, wstrząsnąć i odstawić, równocześnie uruchamiając sekundomierz. Temperaturę odczytuje się co minutę aż do osiągnięcia maksimum utrzymującego się przez 3 kolejne odczyty. Wynikiem badania są temperatura maksymalna i czas jej osiągnięcia.

1. Gips budowlany wg PN-B-30041: 1997

1. Konsystencja normalna

Należy odważyć 300 g gipsu i przygotować odpowiednią ilość wody, tak aby stosunek w/g wynosił od 0,6 do 0,8. W ciągu 2÷5 sekund należy stopniowo wsypać do wody gips, całość szybko mieszając mieszadłem. Po 30 s zaczyn wlać do ustawionego na płytce szklanej cylindra o wysokości 100±0,1 mm i średnicy 50 mm, po czym przy pomocy noża wyrównać powierzchnię zaczynu z górną krawędzią cylindra. Po 15 s od zakończenia mieszania szybko podnieść cylinder i zmierzyć średnicę rozlewu placka w dwóch prostopadłych kierunkach. Konsystencja normalna jeżeli średnica wynosi 180±5mm. W razie niepowodzenia próby należy powtarzać przy zmienionym stosunku w/g aż do uzyskania konsystencji normalnej.

2. Skład ziarnowy

Badanie polega na przesianiu suchej 50 g próbki spoiwa przez sita o wymiarze boku oczka kwadratowego 1,0 mm, 0,75 mm i 0,2 mm, zważeniu pozostałości i obliczeniu procentowej zawartości. W czasie przesiewania należy okresowo rozcierać pędzelkiem ewentualne grudki. Przesiewanie jest skończone, gdy w ciągu minuty przesiewa się mniej niż 0,1 g gipsu.

3. Czas wiązania

Pomiar czasu wiązania polega na oznaczeniu początku i końca wiązania zaczynu gipsowego o normalnej konsystencji przy użyciu aparatu Vicata. Igłę zarzucać w różnych miejscach zaczynu co 30 sekund, po każdym zanurzeniu dokładnie wyczyścić. Za początek wiązania uważa się czas od zmieszania gipsu z wodą do momentu gdy igła zatrzyma się w odległości 2-4mm od płytki szklanej, koniec wiązania następuje gdy igła zanurzy się w badanym zaczynie na głębokość do 1 mm.

4. Wytrzymałość na zginanie

Z zaczynu o normalnej konsystencji wykonać beleczki o wymiarach 4 cm x 4 cm x 16 cm. Po dwóch godzinach i wysuszeniu do stałej masy w temperaturze 40˚C beleczki łamie się w aparacie Michaelisa lub w prasie hydraulicznej. Wynik badania obliczamy ze wzoru
, gdzie P - siła niszcząca, l - rozstaw podpór, h - wysokość i szerokość poprzeczna próbki. Wynik podajemy w MPa.

5. Wytrzymałość na ściskanie

Badanie prowadzi się na połówkach beleczek pozostałych po badaniu wytrzymałości na zginanie z zastosowaniem metalowych nakładek o powierzchni 25 cm². Próbki ściska się w prasie hydraulicznej a wynik oblicza w MPa ze wzoru Rc = 10P/F, gdzie P to siła niszcząca w kN a F to powierzchnia ściskana w cm².

4. Wyniki badań wraz z obliczeniami

1. Wapno wapniowe sproszkowane

Wyniki badań i obliczenia znajdują się w załączniku I.

2. Gips budowlany

Wyniki badań i obliczenia znajdują się w załączniku II.

5. Ocena wyników badań

1. Wapno wapniowe sproszkowane

Ocena wyników znajduje się w załączniku I.

2. Gips budowlany

Ocena wyników znajduje się w załączniku II.

Aparat Vicata składa się ze stawianego na szklanej płytce pierścienia o grubości 7 mm, górnej średnicy wewnętrznej 65±5 mm, dolnej średnicy wewnętrznej 75±5 mm i wysokości 40±0,5 mm oraz umieszczonej powyżej na statywie opuszczanej igły o średnicy 1,1±0,02 mm i długości 50 mm. Przyrząd zaopatrzony jest w skalę pokazującą głębokość zanurzenia igły w zaczynie wypełniającym pierścień.

wapno budowlane

wapno powietrzne

wapno hydrauliczne

SPOIWA HYDRAULICZNE

wapno hydrauliczne

HL

naturalne wapno hydrauliczne

NHL

wapno wapniowe

CL

wapno dolomitowe

DL

palone

Q

hydratyzowane

S

półhydratyzowane

S1

całkowicie zhydratyzowane

S2

proszek

dp

kawałki

lu

proszek

dp

zawiesina

sl

ciasto

pu

proszek

dp

proszek

dp

występują w postaci proszku (dp)

naturalne wapno hydrauliczne z dodatkami

NHL Z

160

300

silnik mieszadła

termometr 0˚C - 100˚C o błędzie do 0,5 K i dużej szybkości reagowania

pokrywa

statyw i podpora

mieszadło łopatkowe o średnicy 60 mm

naczynie Dewara, 1000 ml

---