SPOIWA BUDOWLANE:

są to związki chemicznie aktywne, które w połączeniu z wodą mają własności wiązania i twardnienia

Podział:

1. w zależności od rodzaju surowców z jakich zostały wykonane:

• spoiwa wapienne lub magmowe

• spoiwa gipsowe

• magnezjowe (wykonane z magnezu)

• spoiwa mieszane

2. w zależności od ich zachowania się w środowisku wodnym

• powietrzne (spoiwa wapienne, magnezjowe, gipsowe, cement anhydrytowy) Mają zdolność do wiązania i twardnienia tylko na powietrzu

• hydrauliczne (cement portlandzki, ekspansywny, wapno hydrauliczne), mogą wiązać zarówno powietrzu, jak i pod wodą, a po związaniu są odporne na działanie wody.

Zaczyn, zaprawa, beton:

• Zaczyn - po dodaniu drobnego kruszywa, spoiwo + woda

• Zaprawa - po dodaniu kruszywa 0-4mm, zaczyn + kruszywo drobne

• Beton - zaprawa + kruszywa grube >4mm

Metody badania spoiw:

-określenie stopnia miałkości

-określenie własnej ilości wody w zaczynie

-określenie początku i końca wiązania

-powierzchnia właściwa

-określenie konsystencji

-badanie wytrzymałości na ściskanie i zginanie

SPOIWA WAPIENNE

Występuje pod następującymi postaciami:

Wapno palone:

-produkuje się ze skały wapiennej, im % udziału węglanu wapnia jest większy, tym wapno palone będzie czystsze i lepsze.

-temperatura wypalania wynosi 950-1050˚C

-proces wypału wapnia CaCO₃→CaO+CO₂ - 176,6 KJ (ulatnia się), reakcja endotermiczna (wymaga dostarczenie ciepła)

-zużywamy 176,6kJ do wypalenia

• wapno niedopalone - powstaje przy zbyt niskiej temp, reaguje z kwasem solnym

• wapno spalone - wapno wypiekane w zbyt wysokiej temp, słaba wydajność

-wapno palone pod wpływem wilgoci wilżeje, trzeba je chronić przed nią i zabezpieczać

-ma zastosowanie marginalne w budownictwie

-podstawowe zastosowanie - lekkie betony jako dodatek, piano betony jako dodatek

-im dłużej wapno leży w ziemi tym jego jakość jest lepsza

-gaszenie wapna palonego: CaO+H₂O→Ca(OH)₂, wydziela się 300kilokcal/kg

-wapno sucho gaszone: bardzo lekkie, zastosowanie w przemyśle, dodatek do klei, tynków. Niewielka ilość dodana do np. zaprawy ułatwia jej nakładanie

Wapno gaszone (lasowane) - Ca(OH)₂ - wodorotlenek wapnia. Gaszenie (lasowanie), to reakcja chemiczna tlenku wapnia z wodą i powstanie wodorotlenku wapnia: CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Proces gaszenia może być przeprowadzony metodą:

• na mokro - dawniej metoda ta była często stosowana bezpośrednio na budowie, w wyniku daje ciasto wapienne i mleko wapienne

• na sucho - przy użyciu minimalnej ilości wody, niezbędnej dla prawidłowej reakcji chemicznej, proces przeprowadzany w warunkach przemysłowych. W wyniku otrzymywane jest wapno hydratyzowane.

Proces gaszenia "na mokro" (dla wcześniej rozkruszonych brył) powinien trwać minimum 2 tygodnie dla wapna służącego przy wykonywaniu prac murarskich i minimum 2 miesiące dla wapna używanego do wykonywania prac tynkarskich. Jednak w ten sposób gaszono dawniej raczej większe bryły wapna, proces ten przeprowadzano nawet na rok przed planowanym użyciem materiału. W wyniku procesu gaszenia otrzymywany jest wodorotlenek wapnia. Dodatkowym produktem otrzymywanym przy tej procedurze jest mleko wapienne.

• ciasto wapienne - plastyczna masa otrzymywana z wapna gaszonego. Powinna mieć kolor biały z odcieniem szarego, aż do szarego. Jeśli ma kolor brązowy, to znak, że proces gaszenia przebiegał przy użyciu za małej ilości wody. Wapno zostało "spalone" podczas procesu gaszenia i nie nadaje zaprawie lepkości. Przechowywane w dołach pod cienką warstwą piasku, który chroni wapno przed wysychaniem. Wapno gaszone można było przechowywać w ten sposób nawet wiele lat.

• mleko wapienne - zawiesina powstała przez rozcieńczenie ciasta wapiennego wodą. Używana jako dodatek do zapraw wapienno-cementowych. oraz do bielenia (malowania) ścian budynków i pomieszczeń gospodarczych. Ma silne własności odkażające. Rozrobienie innych form wapna do mleka przed dodaniem innych składników ułatwia równomierne mieszanie zaprawy murarskiej i zapobiega powstawaniu grudek nierozrobionego wapna, które po kilku latach rozszadzają tynk.

wapno hydratyzowane (suchogaszone) - wapno hydratyzowane to suchy proszek, gotowy do użycia przy przygotowywaniu zapraw wapiennych i cementowo-wapiennych. Zaleca się gaszenie wapna hydratyzownego na 24 godziny przed użyciem do murowania i tynkowania. Niewiele wody (tyle żeby doszło do reakcji), śnieżnobiałe, śliskie w dotyku, drobne uziarnienie.

Wapno wapienne: dodanie wody trochę więcej niż do wapnia hydratyzowanego, im dłużej leży tym jest lepszej jakości

Proces wiązania i twardnienia wapna zachodzi w wyniku następujących procesów:

• Przez krystalizację zaprawy tracącej wodę. Utrata wody następuje poprzez parowanie wody lub wsiąkanie wody do murowanych, tynkowanych lub malowanych ścian. Utrata wody jest główny sposobem wiązania zaprawy wapiennej. W zaprawie wapiennej z rozpuszczonego w wodzie wodorotlenku wapnia wydzielają się kryształki wodzianu wapna Ca(OH)2·2H2O, lub kryształki uwodnionego wodorotlenku wapniowego. Podczas krystalizacji, kryształki wodzianu i wodorotlenku zrastają się ze sobą, z kryształkami zaprawy i ziarnami piaski, tworząc sztuczny kamień. Procesy krystalizacji są odwracalne, co wykorzystywane jest do uplastyczniania częściowo zaschniętej zaprawy, umożliwia też przechowywanie zaprawy przez długi czas.

• przez karbonatyzację, czyli łączenie się z dwutlenkiem węgla, woda w reakcji odgrywa rolę katalizatora, po wyschnięciu zaprawy proces ten zachodzi znacznie wolniej. Proces jest reakcją chemiczną Ca(OH)₂ + nH₂O + CO₂ = CaCO₃ + (n+1)H₂O W wyniku karbonizacji zaprawa nieodwracalnie twardnieje, proces twardnienia jest powolny obejmuje zazwyczaj niewielką część wapna zawartego w zaprawie.

• przez tworzenie się krzemianów wapnia. Wapno wiąże w wyniku reakcji chemicznej z dwutlenkiem krzemu SiO₂, który jest głównym składnikiem piasku. Reakcja ta może zachodzić tylko w temperaturze powyżej + 100°C i w obecności wody. Wodorotlenek wapniowym łączy się z Kwarcem: 2Ca(OH)₂ + SiO₂ → 2CaO·SiO₂·2H₂O. Ten ostatni sposób twardnienia zachodzi przy produkcji cegły wapienno-paskowej i betonów komórkowych.

Czynniki wpływające na jakość spoiw wapiennych:

-stopień zmielenia

-stałość objętości - wapno ma dość duży skurcz

-czas wiązania

-czas gaszenia wapnia - minimum 2 tygodnie (zaprawa), 2 miesiące (tynki)

Tłustość wapnia: miara wydajności, wapno tłuste ma drobniejszą strukturę niż chude(szorstkie) i jest od niego wydajniejsze

Zalety i wady spoiw wapiennych:

Zalety: zdolność do nadawania zaprawie dobrej urabialności, łączenie się ze spoiwami hydraulicznymi i cementami.

Wady: słaba wytrzymałość <1Mpa, bardzo słaba odporność na destrukcyjne działanie wody, spoiwo energochłonne (produkcja wapna pochłania dużo energii)

Wapno magnezjowe:

To takie wapno w którym znajduje się do 15% tlenku magnezu

-wolno i długo się gasi

-ma znacznie większą odporność na działanie czynników atmosferycznych

-kolor szarawy

-charakteryzuje się mniejszą przyczepnością do podłoża

Wapno hydrauliczne - surowcem do wypalania są wapienie margliste zawierające od 6 do 20% domieszek gliniastych, jak również wapienie. Wypalanie może się odbywać w piecach stosowanych do wapna zwykłego. Temperatura wypalania wynosi od 900 do 1100­­­­°C. Po wypaleniu otrzymuje się żółtawe bryły, które trzeba zmielić i otrzymujemy wapno hydrauliczne.

Podstawowe cechy jakościowe wapien hydraulicznych:

-wytrzymałość 1kg/dm3

-niższy rozkład energetyczny

-ciężar objętościowy poniżej 1kg/dm3

Zastosowanie:

-do wszelkiego rodzaju zapraw, tynków

-do wykonania ścian fundamentowych

Wady i zalety:

-Charakteryzuje się dużym skurczem

-większa wytrzymałość na działanie wody

-mała wytrzymałość ok 3-5 MPa

Wskaźnik hydrauliczny: h=CaO/(SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃)=stosunek wagowy tlenku wapnia/do łącznej masy tlenków hydraulicznych

h>q spoiwo powietrzne

h<q spoiwo hydrauliczne

SPOIWA GIPSOWE I ANHYDRYTOWE

Spoiwa, których głównym składnikiem jest siarczan wapnia, zalicza się do powietrznych materiałów wiążących. Spoiwa te można podzielić na dwie podstawowe grupy: spoiwa gipsowe, wytwarzane przez częściową dehydratację w nizbyt wysokich temperaturach skał gipsowych lub gipsów odpadowych, oraz spoiwa anhydrytowe, otrzymywane w wyniki całkowitej dehydratacji skał gipsowych lub przeróbki anhydrytów naturalnych. Głównym składnikiem spoiw gipsowych jest rozdrobniony półwolny siarczan wapnia CaSO₄ * ½ H₂O, natomiast anhydrytowych - drobno zmielony i zmieszany z odpowiednimi aktywatorami bezwodny siarczan wapnia CaSO₄,

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA SPOIW GIPSOWYCH

• Gips ma małą odporność na działanie wilgoci, zmieszany z wodą tworzy zaczyn.

• Spoiwo tanie (zużywa 50-60kg węgla)

• W naturze gips występuje w 2 postaciach (skałach)

• Skała gipsowa uwodniona CaSO₄*2H₂O

• Spoiwo gipsowe pod wpływem wody w procesie wiązania pęcznieje.

• Gips ulega zjawisku pełzania, po nasączeniu wodą elementu gipsowego ma o ¾ mniejszą wytrzymałość

Gipsy syntetyczne:

• fosfogips: uzyskuje się przy produkcji kwasu fosforowego

• reagips: klasyczny gips syntetyczny, który uzyskujemy przy odsiarczaniu spalin węglowych. Jakość gorsza od gipsu budowlanego

Aby opóźnić wiązanie gipsu należy zastosować:

• wszelkiego rodzaju produkty kazeinowe (z kopyt, rogów)

• kwasek cytrynowy

• alkohol

Podstawowe cechy:

• gęstość 2,3kg/dm3

• twardość mniejsza niż 2Mpa (miękka)

• naturalna skała gipsowa jest biała

• łatwy proces wypału

• alabaster najszlachetniejsza forma gipsu

• CaSO₄*2H₂O↔CaSO₄*0,5H₂O+1,5H₂O(ulatnia)

Podział ze względu na uziarnienie:

• Gips budowlany (D - drobno mielony, G - grubo mielony)

• Gips modelowy

Podział ze względu na przeznaczenie

• Gips szpachlowy (B - do elementów betonowych, G do elementów gipsowych, F - do płyt gipsowo-kartonowych)

• Gips tynkarski (GTM - do wew. wypraw tynkarskich wyk. sposobem zmechanizowanym, GTR - do ręcznego tynkowania)

• Klej gipsowy (P - do klejenia prefabrykatów gipsowych, T - do osadzania płyt gipsowo-kartonowych)

Klasyczny gips budowlany powinien być stosowany w pomieszczeniach zamkniętych w temp do 50˚C

Odporność na działanie wody:

• Dodanie 1,5% siarczanu cynku powoduje hydratyzuje gips

• Dodanie CaO w małych ilościach

• Gips stosuje się jako zaczyn bez kruszywa, jest odporny na działanie kwasów i zasad. Chlorki źle działają na gips

Zalety: łatwość wykonywania odlewów, szybkość użycia, tanie spoiwo, małe zużycie paliwa.

Wady: -brak odporności na działanie wody, nie łączy się z kruszywem, agresja chemiczna z cementami

CHARAKTERYSTYKA I ZASTOSOWANIE SPOIW GIPSOWYCH I ANHYDRYTOWYCH

Gips budowlany - głównym składnikiem jest pół wodny siarczan wapnia, nie zawiera żadnych dodatków modyfikujących, stosowany do produkcji prefabrykatów gipsowych i do sporządzania zapraw tynkarskich, do wypełniania ubytków w tynkach i maskowania przewodów.

Gips szpachlowy - spoiwo wolnowiążące, drobnoziarniste, zawiera szereg dodatków modyfikujących, których zadaniem jest wydłużenie czasu wiązania zaczynu, zmniejszenie odciągania wody z zaczynu, stosuje się do wykonywania cienkich wypraw wewnętrznych, łączenie płyt gipsowych, przyklejania elementów gipsowych do powierzchni betonowych i ceramicznych, spoinowania złączy elementów gipsowych, wyrównania i maskowania uszkodzeń i ubytków powierzchni ścian i sufitów.

-typu B (budowlany), przeznaczony do wykańczania elementów budowlanych

-typu G, do produkcji produktów gipsowych, np. płyt gipsowo-kartonowych

Gips tynkarski - wolnowiążące spoiwo gipsowe, zawiera dodatki poprawiające plastyczność i zwiększające przyczepność do podłoża, ma w składzie lekki wypełniacz - perlit zmniejszający ciężar i zwiększający izolacyjność termiczną i ogniochronność tynku, przeznaczony do wykonywania jednowarstwowych, wewnętrznych wypraw tynkarskich 8-20 mm.

Klej gipsowy - głównym składnikiem jest półwolny siarczan wapnia i dodatki modyfikujące, stosowany głównie do łączenia ściennych płyt Pro Monta oraz klejenia i spoinowania płyt gipsowo-kartonowych.

Szlachetne odmiany gipsu:

1. Gips ceramiczny - spoiwo stosowane w przemyśle ceramicznym i do prac modelarskich, do dolewania sztukaterii gipsowych oraz wykonywania stiuków gipsowych. Duża wytrzymałość na ściskanie i zginanie (10MPa)

2. Gips autoklawizowany - otrzymuje się przez częściową dehydratacje czystych odmian kamienia gipsowego pod ciśnieniem, w atmosferze nasyconej pary wodnej z dodatkiem katalizatorów, stosuje się jako składnik gipsowych spoiw ceramicznych, do odlewania wyrobów o dużej wytrzymałości. Duża wytrzymałość do 40MPa, stosowany mało w budownictwie np. do wykonywania plomb

3. Gips ałunowy - produkowany z czystego kamienia gipsowego przez jednokrotne lub dwukrotne wypalanie mieszaniny gipsu z ałunem glinowo-potasowym lub boraksem, odznacza się powolnym wiązaniem i stosunkowo wysoką wytrzymałością na rozciąganie i ściskanie, stosowany do prac wykończeniowych wykończeniowych dekoracyjnych, do produkcji sztucznego marmuru, stiuków i boazerii.

4. Cement anhydrytowy (kenna): -czysty gips dwuwodny

• jest idealnie biały, śnieżnobiały

• początek wiązania 1h, koniec 6h

• posiada zdolność do polerowania. Wytrzymałość ok. 30Mpa.

• Zastosowanie: tynki polerskie, ozdoby, sztuczny marmur

5. Cement magnezjowy:

• uzyskuje się mieszając tlenek magnezu z chlorkiem magnezu

• dość odporny na działanie wody

• wytrzymałość przekracza 30Mpa

• cement drogi w produkcji

• początek wiązania 5h. Po 1 dobie ok. 4045% wytrzymałości finalnej.

• łączy się z pyłami drewnianymi, odpadami z drewna, stąd nazywany jest skałodrzewem.

• kłopotliwy odpad

• produkuje się z niego płytki, posadzki.

Estrichgips (Gips jastrychowy) - głównym składnikiem jest anhydryt, ma właściwości hydrauliczne i wskazuje większą wodoodporność niż zwykły gips, stosowany do podkładów pod posadzki wylewne, prefabrykowanych elementów budowlanych, płytek posadzkowych, wykonuje się z niego sztuczny mur, zaprawy murarskie, tynki wewnętrzne, mieszanki samopoziomujące, pustaki ścienne

• Proces technologiczny: gips wypalany w temperaturze 1000˚C, w wyniku wypału uzyskujemy:

• skład: 85%-gips bezwodny, 10% gips półwodny, 5% tlenek wapnia

• biały, drobny piasek

• początek wiązana 3-4h

• koniec wiązania 8-10h

• pełny czas twardnienia ok. 3 miesiące

• wytrzymałość 30-35MPa

• można wibrować

SPOIWA HYDRAULICZNE. CEMENT

Cement romański: wypala się margle w temp poniżej spiekania i przez zmielenie wypalonego produktu. Temperatura wypalania wynosi ok. 900-1100⁰C dla margli bezmagnezytowych i 800-9000C dla margli zawierających znaczniejsze ilości MgCO3.

W pierwszym wypadku chodzi o możliwie zupełne rozłożenie CaCO3 i utworzenie krzemianów i glinianów wapnia, w drugim o uzyskanie aktywnej magnezji MgO zdolnej do wiązania z wodą. Wskaźnik hydrauliczny wynosi 1,1-1,7.

Cement portlandzki: surowce do produkcji: skała wapienna 75%, glina 25% lub margiel oraz krzemionka. Przemiał może nastąpić dopiero po 2 tygodniach. Dwie metody produkcji: sucha i mokra.

Klinkier cementowy: Główny składnik cementu, którego udział w zależności od rodzaju wynosi od 95% (cement portlandzki bez dodatków) do 15% (cement hutniczy). Temperatura wypału klinkieru to ok 1400-1450˚C.(Trochę przypomina keramzyt)

Podstawowymi składnikami chemicznymi klinkieru są cztery tlenki:

• tlenku wapnia 65%,

• krzemionka 22%,

• tlenek glinu 5-10%,

• tlenek żelaza 3-3,4%.

Fizykochemiczną podstawą produkcji klinkieru są termochemiczne reakcje, w wyniku których tworzą się cztery główne fazy:

• Alit: krzemian trójwapniowy, stanowi 50% większości klinkierów portlandzkich. 3CaO*SiO₂

• Belit: krzemian dwuwapniowy, stanowi 20% klinkierów portlandzkich 2CaO*SiO₂

• Glinian trójwapniowy: jest go ok. 10% 3CaO*Al₂O₃

• Brownmilleryt: glinożelazian czterowapniowy, 4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃

Wymagania dotyczące składu cementu:

• Składnik którego masa to ponad 5% masy cementu, jest składnikiem głównym

• klinkier portlandzki

• granulowany żużel wielkopiecowy

• pucolany naturalne

• popioły lotne (krzemionkowe lub wapienne)

• wapień, kamień wapienny

• pyły krzemionkowe

• łupki krzemionkowe

• Mniej niż 5%, składnik drugorzędny

Oznakowania: CEM II/B-V 32,5N

CEM I, II, II, IV, V / A, B, C

1. Cement portlandzki `z wyższej półki' najszlachetniejsze materiały, 95% klinkieru

2. Cement portlandzki mieszany (w wersji A, B), A-składników nie będących cementem portlandzkim jest od 6 do 20%, B- składników nie będących jest 21-31%

3. Cementy hutnicze (wersje A, B, C), A-granulowanego żużla jest 36-65%, B- 66-80%, C 81-90%. Są to cementy belitowe.

4. Cementy pucolanowe (A, B), A- pucolany do 35%, B-pucolany 36-55%

5. Cementy wieloskładnikowe (A, B), A-elementów nie będących klinkierem portlandzkim jest 18-30%, B- 31-50%

Dodatki do cemnetu

• S-granulowany

• V-popiół lotny krzemionkowy

• W-popiół lotny wapienny

• P-pucolana naturalna

• Q-pucolana przemysłowa, syntetyczna

• L, LL-wapień, typu LL jest materiałem czystszym TOC<0,5%

• T- łupek, D-pył krzemionkowy,

32,5; 42,5; 52,5 - klasa wytrzymałości cementu mierzona na beleczkach 4x4x16 po 28 dniach,

N - normalny przyrost wytrzymałości wczesnej , R-szybki przyrost wytrzymałości wczesnej

LA - (w Polsce NA) niskoalkaliczny, nie następuje rozsadzanie od wewnątrz.

HSR - podwyższona odporność na działanie siarczanów.

LH - Cement o niskim cieple hydratacji.

CEMENTY

Cement - proces tworzenia jest dwufazowy:

• hydroliza

• hydratacja

Jest etapem trójfazowym. Pierwszy etap rozpoczyna się bezpośrednio po dodaniu do cementu wody. Powstaje roztwór przesycony. Z którego jako pierwsze produkty hydratacji wytrącają się: etringit i wodorotlenek wapnia. Po upływie około godziny do chwili zarobienia cementu wodą, rozpoczyna się drugi etap, w którym powstają pierwsze partie uwodnionych krzemianów wapnia w postaci długich włókien i igieł łączących ze sobą poszczególne ziarna cementu. Powstaje w ten sposób podstawowa struktura złożona z produktów hydratacji. Zakończenie tego etapu hydratacji następuje po ok. 24 godz. Od chwili zarobienia cementu. Trzeci etap rozciąga się na kilka dni bądź nawet miesięcy i obejmuje już pełną hydratacje cementu, przez co istniejące jeszcze pory wypełniają się, przez co struktura cementu staje się jeszcze bardziej zwięzła.

Cement biały:

• Mówimy o nim jeżeli zawartość feo₃ nie przekracza 39%

• Żeby go uzyskać stosuje się jak najczystsze składniki cementu portlandzkiego (klinkier po przejściu przez strefę gazu, zostaje zredukowana barwa od tlenku żelaza, klinkier jest czysto biały)

• Wytrzymałość 42,5 mpa w Polsce produkowany w Wejcherowie

• Stosuje się go do wytwarzania np. Małych elementów architektonicznych

Cement glinowy:

• Charakteryzuje się wytrzymałością osiąganą już po 24h

• Podczas wiązania wydziela drobne ilości ciepła

• Składniki: skała wapienna (1 część wagowa), boksyt( 2 część wagowa)

• Temp wypału 1500˚c (klinkieru)

• Właściwości: bardzo wysoka odporność korozyjna; odporny na działanie wody morskiej; nie wolno go mieszać z jakimkolwiek innym spoiwem

• W polsce jest produkowany cement glinowy o nazwie górkal

• Po zmieszaniu cementu glinowego (40) z portlandzkim (mała ilość) tworzą się masy samopoziomujące, po wylaniu takiej masy na podłoże cement glinowy powoduje zablokowanie pękania takiej warstwy

• Ich wytrzymałość jest nieznacznie mniejsza od cementu portlandzkiego, sięga ok. 50 MPa

10

SPOIWA I ZAPRAWY

---