AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA

IM. STANISŁAWA STASZICA

WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I CERAMIKI

Spoiwa gipsowe i wapienne

PRZEDMIOT: Materiały budowlane a środowisko człowieka

Adam Kózka

1. Klasyfikacja i podział spoiw gipsowych i wapiennych według norm:
   

a) Spoiwa wapienne:

Podział spoiw wapiennych według normy PN-EN 459-1:2012

W normie PN-EN 459-1:2012 zostały podane także krótkie definicje poszczególnych rodzajów wapna budowlanego:

• Wapno powietrzne: odpowiednio zamieszane i zarobione z wodą tworzy zaczyn, poprawiający urabialność i zatrzymywanie wody w zaprawie. Pod wpływem dwutlenku węgla znajdującego w atmosferze powoli twardnieje.

• Wapno hydrauliczne: odpowiednio zarobione i zmieszane z kruszywem i wodą , tworzy zaprawę lub beton, który zachowuję urabialność wystarczająco długo i po określonym czasie osiąga określoną wytrzymałość, a także stałą objętość.

• Wapno wapniowe (CL) - wapno zawierające głównie tlenek wapnia lub wodorotlenek wapnia bez żadnych dodatków materiałów hydraulicznych lub pucolanowych.

• Wapno dolomitowe (DL) - wapno zawierające głównie tlenek wapnia i tlenek magnezu lub wodorotlenek wapnia i wodorotlenek magnezu bez żadnych dodatków materiałów hydraulicznych lub pucolanowych.

• Wapno palone (Q) - wapno powietrzne składające się głównie z tlenku wapnia i tlenku magnezu, wytwarzane poprzez prażenie kamienia wapiennego i/lub dolomitu. Wapno palone wchodzi w reakcję egzotermiczną z wodą.

• Wapno hydratyzowane (S) - wapno powietrzne - wapno wapniowe lub wapno dolomitowe, otrzymywane w wyniku kontrolowanego gaszenia wapna palonego.

• Wapno dolomitowe półhydratyzowane - wapno dolomitowe hydratyzowane składające się głównie z wodorotlenku wapnia i tlenku magnezu.

• Wapno dolomitowe całkowicie hydratyzowane - wapno dolomitowe hydratyzowane składające się głównie z wodorotlenku wapnia i wodorotlenku magnezu.

• Wapno hydrauliczne naturalne - wapno wytwarzane poprzez wypalenie bardziej lub mniej ilastego lub krzemionkowego kamienia wapiennego, sproszkowane w procesie gaszenia, mielone lub niemielone

• Wapno hydrauliczne (HL) - wapno składające się głównie z wodorotlenku wapnia, krzemianów wapnia i glinianów wapnia, wytwarzane poprzez mieszanie odpowiednich surowców. Ma ono właściwość wiązania i twardnienia pod wodą. Do proce­su twardnienia przyczynia się atmosferyczny dwutlenek węgla.

b) spoiwa gipsowe PN-EN 13279-1:2009 :

Spoiwo gipsowy - spoiwo złożone z siarczanu wapnia o różnym stopniu uwodnienia, na przykład półhydratu (CaSO4 ⋅ 0,5H₂O) i anhydrytu (CaSO₄). Spoiwo gipsowe można uzyskać przez prażenie dwuwodnego siarczanu wapnia (CaSO₄ ⋅ 2 H₂O). Po zmieszaniu spoiwa gipsowego z wodą, cząsteczki stałe spoiwa gipsowego łączą się w wyniku procesu wiązania.

Tynk gipsowy : wszystkie rodzaje tynków gipsowych, tynków na bazie gipsu i tynków gipsowo- wapiennych stosowanych w budownictwie. Składa się co najmniej 50% z siarczanu wapnia jako głównego składnika wiążącego i nie więcej niż 5% wapna ( wodorotlenku wapna). Dodatki i kruszywa mogą być wprowadzane do składu tynku przez producenta.

Tynk na bazie gipsu: tynk składający się co najmniej 50% z siarczanu wapnia jako głównego składnika wiążącego i nie więcej niż 5% wapna ( wodorotlenku wapna)

Tynk gipsowo wapienny: tynk składający się co najmniej 50% z siarczanu wapnia jako głównego składnika wiążącego i więcej niż 5% wapna ( wodorotlenku wapna)

Tynk gipsowy wykończeniowy- gipsowa mieszanka wykończeniowa do końcowego zastosowania, o grubości od 0,1 do 3,0 mm, w celu uzyskania gładkiej powierzchni.

Tynk gipsowy cienkowarstwowy – specjalnie wytwarzany tynk gipsowy nakładany w warstwach o grubości od 3-6 mm

Gipsowa zaprawa murarska – zaprawa o specjalnym skaldzie stosowana do montażu cegieł w ścianach działowych nie przenoszących obciążeń i przegród nienarażonych na działanie wody.

2.Badania uwzględnione w normach dla spoiw wapiennych i gipsowych:

Według normy PN-EN 459-2:2010P dla wapna budowlanego przeprowadza się następujące badania:

a)Badanie wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się zgodnie z procedurą przedstawioną dla badania wytrzymałości na ściskanie cementu według normy (PN-EN 196-1 2005). Różnica polega na odmiennym składzie zaprawy przeznaczonej do badania. W przypadku wapna HL 5 i NHL5 współczynnik woda spoiwo wynosi 0.5. Dla wapna HL-2 , HL 3.5 , NHL 2, NHL 3.5 należy przyjąć współczynnik 0.55 a ilość wody na jedną porcję powinna wynosić 248 ± 1 g . W przypadku wapna o gęstości nasypowej ≤0,60 kg/dm³ używamy 270±1g wody na jedną porcję ,przy współczynniku woda/spoiwo równym 0.60 . Zagęszczenie zaprawy przeprowadzamy na stole wibracyjnym o częstotliwości 50 Hz. Beleczki wykonuje się bezpośrednio po wykonaniu zaprawy, układając ją w dwóch warstwach w ciągu 45 sekund ciągle zagęszczając na stole wibracyjnym. Całkowity czas zagęszczenia wynosi 120 s. Beleczki po sformowaniu powinny być przechowywane do czasu badania w komorze klimatyzacyjnej w temperaturze (20 ±1) °C i wilgotności względnej min.90%. Badanie wytrzymałości należy przeprowadzić z zwiększając obciążenie ściskające z prędkością 400±40 N/s.

Wytrzymałość na ściskanie obliczmy ze wzoru :

­R_c=$\frac{\text{Fc}}{1600}$ [MPa]

w którym R_c- wytrzymałość na ściskanie [MPa] , Fc- siła niszcząca , 1600- powierzchnia dociskowa płytek 40x40 [mm²]

b)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%.

c)Stałość objętości- metoda wzorcowa. Metoda badania uzależniona jest od rodzaju wapnia.:

Dla wapna wyskowapniowego hydratyzowanego i wszystkich rodzajów wapna hydraulicznego oznaczenie stałości objętości przeprowadza się prze hydratację parą wodną sprasowanej próbki o kształcie krążka i zmierzenie zmian liniowych średnicy krążka. Forma krązka została przedstwaiona na rysunku 1:

Przebieg badania:

Formowanie próbki do badania przeprowadza się z 25±0,1 g wapna oraz wody w ilości pozwalającej uzyskać trwały placek po rozformowaniu. Na ilość wapna zwykle przyjmuję się 5g wody. Próbkę poddaje się naciskowi 2 kN przez czas 5s, a następnie rozformowuje się. Placek do badania powinien uzyskać grubość ok. 10 mm i średnicę około 50 m. Średnicę próbki należy zmierzyć w dwóch prostopadłych kierunkach z dokładnością do 0,1 mm i obliczyć średnią z oznacza wartość D_i. Następnie próbki umieścić w komorze parowej poddając działaniu pary wodnej przez 90 min, po czym próbki wyjąc i wystudzić do temperatury niższej od 40°C, dokonać ponownego pomiaru średnic placka i obliczyć średnią D_e po naparzaniu. Różnica D_i –D_e wyrażona w milimetrach jest wartością zmiany liniowej. Jeżeli wartość ta zgadza się z wymaganiami PN-EN 459-1 wynik podaje się „odpowiedni” w przeciwnym wypadku jako „nieodpowiedni”

d)Reaktywność wapna niegaszonego mielonego metodą wzorcową:

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 2:

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

e)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.

SPOIWA GIPSOWE. METODY BADAŃ.OZNACZANIE CECH FIZYCZNYCH PN-EN 13279-2:2006

a).Oznaczenie uziarnienia – wysuszoną w temp. 40oC próbkę gipsu przesiewa się przez sita o malejącym

wymiarze oczka (1; 0,75; 0,5; 0,2 mm). Pozostałości na kolejnych sitach waŜy się i oblicza procentowy udział

danej masy w masie całej próbki.

b).Oznaczenie normalnej konsystencji

Przyrządy i laboratorium:

- laboratorium o temp. 20°C i wilgotności względnej powietrza 60 %

- miska porcelanowa /gumowa/ z tworzywa sztucznego o pojemności ok. 1l

- mieszadło ręczne z 3 lub więcej prętami

- cylinder z metalu nierdzewnego o polerowanej powierzchni wewnętrznej

- płytka szklana

- linijka

Wykonanie oznaczenia:

- miskę, cylinder, płytkę oczyścić i przetrzeć wilgotną szmatką

- do miski wlać wodę destylowaną i w ciągu 2-3 s wsypać 350 g gipsu

- mieszać przez 30 s

- zaczyn wlać do cylindra ustawionego na płytce i po 45 s od wsypania spoiwa do wody podnieść cylinder

na wysokość 150-200 mm i zmierzyć rozpływ zaczynu (średnica w dwóch prostopadłych kierunkach)

- wynik – średnica rozpływu = 180±5 mm, jeśli jest inny, należy powtórzyć badanie ze zmienioną ilością

wody

c)Oznaczenie czasu wiązania

Przyrządy:

- aparat Vicata

Wykonanie:

- przygotować zaczyn o normalnej konsystencji i umieścić go w pierścieniu aparatu

- w celu pozbycia się pęcherzyków powietrza z zaczynu płytkę wraz z pierścieniem 4-5 razy wstrząsnąć

przez podniesienie i opuszczenie jednego z boków płytki na wysokość 10 mm

- wyrównać powierzchnię zaczynu

- zanurzać igłę w zaczynie w różnych miejscach co 30 s, po każdym zanurzeniu igłę oczyścić

- czas, który upłynął od wsypania gipsu do wody do chwili, gdy odległość igły od płytki szklanej wynosi 4 mm uznaje się za początek wiązania i podaje się w minutach

- czas który upłynął od momentu wsypania gipsu do wody do chwili gdy igła zanurza się w zaczynie na

głębokość 1 mm uznaje się za koniec wiązania i podaje się w minutach

Czas wiązania zależy od:

- rodzaju spoiwa,

- ilości i temperatury wody zaborowej (5-30°C – obniżenie temperatury wydłuża czas wiązania),

- dodatków regulujących czas wiązania (przyspieszacze – zmielony gips dwuwodny, siarczan potasu lub

sodu, opóźniacz: klej kostny).

d) Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie po 2 godzinach

Przyrządy:

- forma

- aparat Michaelisa, prasa lub maszyna wytrzymałościowa

- miska o pojemności 3 l

- mieszadło ręczne

Wykonanie:

- zaczyn: 1-1,6 kg spoiwa i odpowiedniej ilości wody do sporządzenia zaczynu o konsystencji normalnej

- do miski wlać wodę i wsypać spoiwo

- mieszać energicznie przez 60 s

- wypełnić formę zaczynem i wstrząsnąć ją 5 razy trzymając za krótszy bok i podnosząc na wysokość 80-

100 mm

- wygładzić powierzchnię górną

- po 15 minutach wyjąc beleczki z form i przechowywać w pomieszczeniu przeznaczonym do badań

- po 2 godzinach od momentu zarobienia badanie wytrzymałości:

Wytrzymałość na zginanie:

- beleczka układana w prasie na rolkach podporowych

- zwiększa się nacisk aż do złamania (siłę nacisku zwiększać o 50 N/s)

odczytuje się siłę niszczącą Fn

i oblicza wytrzymałość na zginanie:

połówki beleczek po badaniu na zginanie umieszcza się w prasie,

stosując przekładki o wymiarze 4x4 cm (przez które przekazywana jest siła),

obciążenie zwiększa się równomiernie aż do zniszczenia próbki

wynikiem badania jest średnia arytmetyczna z 6 wartości wytrzymałości na ściskanie – podstawa

klasyfikacji spoiwa gipsowego!

Ze wzrostem wilgotności obniża się wytrzymałość gipsu. Zmiana wilgotności z 0 do 1% powoduje zmniejszenie

wytrzymałości o 50-70%. Gips charakteryzuje się stosunkowo dużą wytrzymałością na zginanie w stosunku do

wytrzymałości na ściskanie (0,35-0,45) [dla cementu poniżej 0,2].

3.Wymagania normowe stawiane spoiwom gipsowym i wapiennym.

Wymagania stawiane wapnom według normy PN-EN 459-1:2012

Rodzaj wapna, symbole , zawartość CaO+MgO , oraz wytrzymałość na ściskanie przedstawiano w tabeli 1:

Wymania podstawowych własności fizycznych przedstawiono w tabeli 2:

Wymania podstawowych własności fizycznych przedstawiono w tabeli 2:

Wymagania stawiane gipsom według normy PN-EN13279-1: 2009

Podział spoiw gipsowych przedstawiono w Tabeli 3:

Wymagania dla tynków gipsowych przedstawiono w tabeli 4:

Wykorzystane Normy:

PN-EN 459-1:2012

PN-EN 13279-1:2009

PN-B-30041:1997

PN-EN 459-2:2010P

PN-86/B-04360