1. Rozkład węglanu wapnia; parametry wyznaczające szybkość tej reakcji; zmiany właściwości produktu w funkcji temperatury wypalania.

- reakcja heterogeniczna, - stała równowagi uzależniona od: , T, rozdrobnienia, zdefektowania

-

Mechanizm dekarbonatyzacji:

- Kostka kalcytu rozszerza się podczas ogrzewania,

- Zarodkowanie CaO na powierzchni kalcytu,

- Rozkład termiczny w całej objętości,

- Rekrystalizacja CaO. Dysocjacja termiczna węglanu wapnia zachodzi wówczas, gdy wartości ciśnienia parcjalnego CO₂ i temperatury w układzie odpowiadają wartością leżącym na wykresie poniżej krzywej równowagi. Jeżeli warunki w układzie odpowiadać będą wartościom leżącym powyżej krzywej równowagi, wówczas reakcja będzie przebiegać przeciwnie, czyli z utworzeniem CaCO₃.

Temperatura, w której ciśnienie parcjalne CO₂ wynosi 1013 hPa (ciśnienie normalne) określona jest zwyczajowo jako temperatura dysocjacji i wynosi około . Warunki, w jakich zachodzić będzie rozkład termiczny węglany wapniowego, decydować będą o właściwościach otrzymanego CaO – na właściwości te rzutować będzie przede wszystkim stopień spieczenia tlenku wapniowego uzależniony głównie od temperatury i czasu spiekania. Parametry wapna palonego zależne od temperatury jego wypalania: *Porowatość, *Powierzchnia właściwa, *Gęstość pozorna, *Wielkość krystalitów

2. Schemat dehydratacji gipsu; czynniki wpływające na proces wiązania spoiwa gipsowego; odniesienie do reguł chemii roztworów

Dehydratacja gipsu. Jest jednym z najważniejszych etapów produkcji spoiw gipsowych, a w większości przypadków także anhydrytowych. Podczas ogrzewania gips stopniowo traci wodę krystalizacyjną przechodząc w gips półwodny, a później anhydryt. Dalszy wzrost temperatury powoduje rozkład siarczanu wapniowego. Reakcje chemiczne przebiegają wg następujących równań: CaSO₄ · 2H₂O ↔ CaSO₄ · 0,5H₂O + 1,5H₂O; CaSO₄ · 0,5H₂O ↔ CaSO₄ + 0,5H₂O

CaSO₄ ↔ CaO + SO₂ + 0,5O₂ Dehydratacja gipsu i przejście dwuwodnego siarczanu wapnia w siarczan półwodny związane jest z przebudową sieci krystalicznej o symetrii jednoskośnej w sieć rombową. W zależności od tego, jakie warunki panują podczas procesu dehydratacji uzyskuje się odmianę α lub β CaSO₄ · 0,5H₂O. Odmiana α półhydratu powstaje wtedy, gdy dehydratacja CaSO₄ · 2H₂O prowadzona jest w atmosferze nasyconej pary wodnej, natomiast podczas dehydratacji gipsu prowadzonej w warunkach, gdy para wodna usuwana jest ze środowiska reakcji, powstaje odmiana β CaSO₄ · 0,5H₂O. Obie odmiany półhydratu mają strukturę rombową, różnią się natomiast zdecydowanie stopniem wykrystalizowania.

Dehydratacja gipsu półwodnego prowadzi do otrzymania anhydrytu III, charakteryzującego się nieco bardziej uporządkowaną strukturą w porównaniu z CaSO₄ · 0,5H₂O i dużą reaktywnością w stosunku do wody. W zależności od tego czy anhydryt III powstał z odmiany α czy też β gipsu półwodnego rozróżnia się dwie jego odmiany α i β.

Ogrzewanie obu odmian anhydrytu III powoduje przebudowę sieci krystalicznej, wzrost jej uporządkowania i powstanie mało aktywnego anhydrytu II, który w temperaturze 1180˚C przechodzi w anhydryt I, ulegając jednocześnie częściowemu rozkładowi na CaO, SO₂, O₂. CaSO₄ · 0,5H₂O , CaSO_{4 III,} CaSO_{4 II} są metatrwałe. Obie przemiany: anhydrytu III w anhydryt II i anhydrytu II w anhydryt I są przemianami egzotermicznymi, w czasie których następuje przemiana stosunkowo luźnej sieci o wysokiej energii swobodnej w sieć gęstszą o odpowiednio niższej energii swobodnej. Anhydryt III-łatwo rozpuszczalny, nietrwały bo higroskopijny, niepożądany skł. w spoiwie gipsowym. Anhydryt II-zwarta struktura, duża gęstość, trwałość, mała rozpuszczalność.

Hydratacja.

CaSO₄ · 0,5H₂O ↔ CaSO₄ + 0,5H₂O

Początek wiązania: 5-10 min, koniec wiązania:15-20min.

Proces wiązania i twardnienia gipsu: - rozpuszczenie półhydratu siarczanu wapnia i powstanie roztworu przesyconego w odniesieniu do dwuhydratu siarczanu wapnia, - zarodkowanie CaSO₄ · 2H₂O - krystalizacja i twardnienie, charakteryzujące się przejsciem bezpostaciowego i drobnokrystalicznego zaczynu w „agregat” krystaliczny, czemu towarzyszy wzrost wytrzymałości mechanicznej spoiwa,tworzy się sztywny szkielet. - dalszy rozrost kryształów- odparowywanie nadmiaru wody Modyfikacja szybkości hydratacji. 1. Rozdrobnienie spoiwa, mieszanie zaczyny, zwiększanie rozpuszczalności spoiwa, aktywatory, zmniejszanie rozpuszczalności gipsu dwuwodnego, dodatek zarodków krystalizacji.(wprowadzając dodatki o wspólnym jonie Ca²⁺ lub SO₄^2- efekt wspólnego jonu-zmniejszamy rozpuszczalność gipsu dwuwodnego. Opóźnienie procesu wiązania.1. Zmniejszenie szybkości rozpuszczania półhydratu w wyniku zwiększania lepkości zaczynu (dodatek np. gliceryny), opóźnienie zarodkowania poprzez dodatek organicznych substancji polarnych(kwas cytrynowy, alkh.etylowy) absorbujących się na ścianach kryształów obsadzonych przez Ca 2+,spowolnienie wzrostu kryształów w wyniku tworzenia się powłok po dodaniu pewnych substancji koloidalnych(kazeina,kleje).

3. Jak tworzy się struktura stwardniałego zaczynu cementowego i betonu? (fizykochemia wiązania i twardnienia)

Struktura, czyli budowa jest to wzajemne przestrzenne ułożenie składników. W stwardniałym zaczynie cementowym są to:* ziarna cementu z otoczkami produktów hydratacji, *produkty hydratacji postaci kryształów i żelu, *granice rozdziału, *pory, spękania.

Przebieg hydratacji - tworzenie struktury

1) atak wody na ziarna cementu – rozpuszczanie składników 2) otoczki na ziarnach i kryształy w wodzie 3) wiązanie – produkty na ziarnach i pory pomiędzy nimi tworzą sztywny szkielet. W wyniku reakcji krzemianów wapniowych z wodą powstaje uwodniony krzemian wapniowy zwany fazą C-S-H. Zapis procesu hydratacji alitu: Ca₃[SiO₄]O + nH₂O -> Ca(OH)₂ + xCaO ySiO₂ + 2H₂O; C₃S + H -> CH + C-S-H ( szybko).

Zapis hydratacji belitu: Ca₂[SiO₄] + nH₂O -> Ca(OH)₂ + xCaO ySiO₂ + 2H₂O

C₂S + H -> CH + C-S-H ( wolno). Zapis hydratacji glinianu trójwapniowego w obecności gipsu: 3₂O₃ + 3CaSO₄ 2H₂O + 30H₂O -> 3₂O₃ 3CaSO₄ 32H₂O – etringit

Elementy budujące strukturę stwardniałego zaczynu cementowego:

- matryca stała, zbudowana ze składników krystalicznych i żelowych

- woda zarobowa – roztwór zawierający jony wapnia, alkaliów, -OH, siarczanowe i inne

- pory Matryca stała - pozostałość ziaren cementu - produkty hydartacji

Faza C-S-H jest podstawowym lepiszczem, które spaja wszystko co znajduje się w betonie w jedną wytrzymałą i trwałą całość. Pory w zaczynie - pory żelowe w fazie C-S-H ( < 0,003μm) - pory kapilarne (0,003 – 0,1μm) decydują o wytrzymałości i trwałości, wynikają z nadmiaru wody - pory powietrzne „makropory” (>0,1μm) Woda w zaczynie – związek z wilgotnością i porowatością - woda związana chemicznie i woda zaadsorbowana

- przy30% RH tworzy monowarstwę - przy70- 8-% RH woda wypełnia pory żelowe

- przy 90% wypełnia pory do 2 μm Zasadniczym elementem budowy fazy C-S-H jest zaburzona warstwa CaO, w której grupy –OH zostały podstawione tetraedrami SiO₄. Faza C-S-H jest zbudowana z 2,3 wyjątkowo z 6 takich warstw. Miedzy warstwami występują jony wapniowe oraz cząsteczki wody.

4. Trwałość materiałów; mechanizmy korozji materiałów budowlanych - omówić dokładniej 3 rodzaje korozji

Na trwałość żelbetu wpływa : - jakość betonu, a zwłaszcza jego szczelność,

-pH

-grubość otuliny zbrojenia.

Korozja jest procesem elektrochemicznym który przebiega w obecności elektrolitu dostępności i dostępności tlenu.W wyniku różnic stężeń jonów w formie ciągłej oraz niejednorodności stali powstają ogniwa lokalne w postaci mikro anodowych i katodowych powierzchni metalu.

2. Korozja zbrojenia rozpoczyna się gdy pH betonu spadnie poniżej 9. np. z powodu karbonizacji lub gdy zastanie przekroczona krytyczna koncentracja chlorków, będzie się rozwijać przy obecności wody czyli od pośredniej wilgotności, dostępu tlenu i oporności elektrycznej.

3. Zbrojenie w betonie jest zabezpieczone gdy ph jest od 11.5 do 12.5. Beton ulega wpływom czynników zewnętrznych a przede wszystkim działaniu CÓ₂ i SO₂ roztworom chlorków i siarczanów które powoduj ą spadek ph poniżej 10. Na anodzie przebiega proces utleniania żelaza 2Fe-2Fe²⁺ + 4e "

Na anodzie 2H₂O + O₂ + 4 e - 4 OH ' oraz reakcje uboczne Fe ^ZT+ 2OFT - Fe(OH)₂ 2Fe(OH)₂+'/₂ O₂ - 2FeOOh + H₂O Szybkość korozji zależy od: przewodności elektrolitu, różnicy potencjału miedzy anoda a katodą, dostępności tlenu

Rozpoczęcie korozji zbrojeniowej stali wywołuje niszczenie betonu w wyniku jego rozsadzania, żelazo zwiększa 10krotnie swoja objętość w procesie utleniania.

Prowadzi np. do powstawania rys i szczelin w betonie, które znacznie zwiększają przepuszczalność tego materiału dla cieczy i gazów. Na trwałość żelbetu wpływa głównie jakość betonu, a zwłaszcza jego szczelność i ph. .Badając wpływ składu betonu stwierdzono, że przy zawartości cementu wynoszącej od 200 do 400 kg/m3 korozja rozpoczyna się mniej więcej w tym samym czasie, natomiast zwiększenie ilości cementu powyżej 400 kg/m3 powoduje, że objawy korozji występują znacznie później.

Na trwałość żelbetu znaczny wpływ wywiera również wskaźnik wodno-cementowy. Praktycznie wskaźnik W/C powinien mieścić się w granicy 0,5-0,6.

Ochrona stali

1. nakładanie powłok ochronnych (żywice epoksydowe, zawiesiny cementowe z dodatkiem bitumów)

2. galwanizacje

3. stosowanie inhibitorów korozji

4. dobór składu betonów —

5. pokrycie betony warstwami ochronnymi.

Sposobem zabezpieczenia stali zbrojeniowej może być stosowanie inhibitorów korozji (opóźniaczy korozji) czyli domieszek chemicznych, które wprowadzone do mieszanki betonowych działają hamująco na korozję zbrojenia.

Obecność tych substancji znacznie obniża szybkość korozji metali przez zmianę procesów zachodzących na granicy faz układu metal-środowisko

.Jako inhibitory mogą być stosowane w substancje nieorganiczne lub organiczne, rozpuszczalne w wodzie zarobowej. W grę wchodzą materiały nie wpływające ujemnie na wiązanie twardnienie betonu, trwałe w zasadowym środowisko żelbetu a jednocześnie zapewniające długotrwały efekt przeciwkorozyjny.

Inhibitory można stosować jako środek pomocniczy, jednak długotrwała ochrona stali w betonie za pomocą wyłącznie inhibitorów nie jest możliwa a do sprawy ich stosowania należy podchodzić bardzo ostrożnie Jako inhibitory nieorganiczne stosuje się:

-azotyn sodowy,

-chromian lub dwuchromian potasowy,

-fosforany,

-fluorki,

-fluorokrzemiany,

-krzemiany,

dozowane w ilościach 0,3-2% masy cementu, rozpuszczone w wodzie zarobowej bądź dodawane w postaci sproszkowanej. Obok substancji nieorganicznych wprowadzono także dodatki inhibitorów organicznych.

5. Szkła – definicja, właściwości, skład chemiczny i reaktywność na  przykładach z dziedziny materiałów budowlanych - żużle, popioły

Materiały w postaci szklistej – produkty o dużej zawartości fazy szklistej ; stosowane jako surowce i składniki materiałów budowlanych. Materiały o charakterze szklistym w budownictwie:- szkło budowlane, - szkło piankowe - włókno szklane - wełna mineralna

- żużle i popioły Szkło - ciało bezpostaciowe o właściwościach mechanicznych zbliżonych do ciała stałego, powstaje w wyniku przechłodzenia stopionych surowców głownie mineralnych i innych surowców nieorganicznych bez krystalizacji składników. Brak uporządkowania struktury w przestrzeni zbliża szkło do cieczy, sztywność postaci i kruchość do ciał stałych. Szkło dobrze przepuszcza promieniowanie widzialne (ok. 90%), wykazuje dużą wytrzymałość na ściskanie lecz małą na zginanie i rozciąganie, przełam muszlowy; gęstość typowego szkła sodowo-wapniowego wynosi ok. 2,5 g/m³

Największe znaczenie przemysłowe mają szkła tlenkowe, jednak w przypadku szkieł specjalnych spotykamy szkła halogenkowe zaś przy otrzymywaniu cienkich warstw nawet szkła metaliczne. Najważniejsze rodzaje szkieł są następujące:

1. pierwiastki z grupy V i VI układu okresowego: fosfor, selen, siarka

2. szkła tlenkowe (tlenki: krzemu, germanu, boru, fosforu arsenu, antymonu,) same mogą tworzyć szkło. Szkła przemysłowe są prawie wyłącznie szkłami krzemianowymi

3. chalkogenki – szkła o skomplikowanym składzie mogą powstawać przez przyłączenie róznych siarczków i selenków, jak również i pierwiastków

4. halogenki - jedynymi halogenkami które tworzą szkła są : BeF₂ i ZnCl₂

5. Związki organiczne – metanol, glicerol, glukoza

6. Polimery organiczne – polietylen, polistyren, polichlorek winylu

7. Metale – stopy typu metal – metaloid i metal – metal.