Laboratorium materiały budowlane

Dzień 13.11.2009r. godzina 14¹⁵ grupa IV

Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska

semestr I rok akademicki 2009/2010

Ćwiczenie nr 7:

1. WAPNO BUDOWLANE

Paulina Czechowska

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

imię i nazwisko

nr indeksu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Anna Krysztofik

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

imię i nazwisko

nr indeksu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Daniel Legierski

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

imię i nazwisko

nr indeksu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Paweł Łon

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

imię i nazwisko

nr indeksu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ocena _____

WSTĘP TEORETYCZNY

WAPNO
Wapno budowlane jest to spoiwo powietrzne (z wyjątkiem wapna hydraulicznego), którego głównymi składnikami są: tlenki (CaO) i wodorotlenki wapnia z niewielkim udziałem tlenku i wodorotlenku magnezu, dwutlenku krzemu, tlenku glinu i tlenku żelaza.

W zależności od rodzaju surowca rozróżnia się trzy rodzaje wapna budowlanego:
- CL (wapniowe) – wytwarzane z czystych wapieni; odmiany CL 90, CL 80, i CL 70 określają dodatkowo łączną, procentową zawartość tlenków wapnia i magnezu,
- DL (dolomitowe) – wytwarzane z wapieni zdolomityzowanych; odmiany DL 85 i DL 80 określają dodatkowo łączną, procentową zawartość tlenków wapnia i magnezu,
- HL (hydrauliczne) – spoiwo hydrauliczne (klasy HL2, HL3,5 i HL5) wytwarzane z wapieni ilastych (dostarczane w gotowych opakowaniach); stosowane jest do betonów niskich marek, do zapraw zastępujących zaprawy wapienno-cementowe i do murowania ścianek fundamentowych.

Wapno palone (niegaszone) – CaO, czyli tlenek wapnia. Otrzymywane przez wypalanie (prażenie) kamienia wapiennego w temperaturze 900 – 1300°C, w wapienniku. Po wypaleniu, ma formę brył, których barwa zależy od domieszek. Do niektórych zastosowań wapno palone bywa mielone. Im mniej jest domieszek, tym bardziej białe jest wapno. Wapno palone łatwo chłonie wilgoć z powietrza i wchodzi w reakcję chemiczną, w wyniku której powstaje wodorotlenek wapnia.

Wapno palone w bryłach jest używane: w przemyśle hutniczym jako topnik, do produkcji karbidu, jako półprodukt do zapraw murarskich, tynkarskich i sztukatorskich, do neutralizacji odpadów

Wapno palone mielone jest używane do: do produkcji betonów komórkowych i cegły wapienno-piaskowej, w hutnictwie (głownie do odsiarczania), w przemyśle chemicznym, w przemyśle energetycznym jako sorbent do odsiarczania spalin, w ochronie środowiska, było używane jako dodatek do trocin przy wypełnianiu ścian drewnianych szkieletowych (także suchogaszone), obecnie jest używane głównie w ochronie środowiska (neutralizacja i higienizacja odpadów stałych).

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.

Doświadczenie A:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie stopnia zmielenia wapna, który wpływa na cechy użytkowe spoiwa wapiennego.

1. Opis zagadnienia:

Stopień zmielenia inaczej skład ziarnowy ustala się przy za pomocą analizy sitowej polegającej na przesiewaniu danego materiału przez szereg sit o różnych wymiarach oczek. Stopniem zmielenia (R_i) określa się stosunek masy odsiewu (pozostałości na sicie) do masy badanej próbki wyrażony w procentach.

$$R_{i} = \frac{m_{i}}{m} \bullet 100\lbrack\%\rbrack$$

Gdzie:

m_i – masa odsiewu [g]

m – masa próbki [g]

Przy czym przesiewając jednocześnie przez kilka sit o wielkości oczek ustawionej, tak aby próbka przesiewana była najpierw przez sito o największych oczkach i stopniowo mniejszych, masa pozostałości na sitach jest kolejno równa sumie masy pozostałej na danym sicie i sitach poprzednich:

- pozostałość na sicie 1 o największych oczkach ma masę m_i = m₁

- pozostałość na kolejnym sicie 2 ma masę m_i = m₁ + m₂

- pozostałość na sicie n ma masę m_i = m₁ + m₂ +…+ m_n

1. Przebieg doświadczenia:

1. odmierzamy 10 g wapna wysuszonego do stałej masy w temperaturze 105±2°C z dokładnością do 0,01 g

2. przesiewamy przez sita o grubościach 0,20 i 0,09 mm

3. pozostałości na sitach ważymy również z dokładnością do 0,01 g

4. obliczamy stopień zmielenia

5. postępujemy zgodnie z punktami a-d

6. jeśli wyniki różnią się o więcej niż o 1% bezwzględny powtarzamy czynności z punktów a-d

7. wynikiem doświadczenia jest średnia z tych pomiarów

1. Opracowanie wyników pomiarowych:

	I pomiar	II pomiar	III pomiar
m [g]	9,99	10	10
mi na sicie 0,20mm [g]	0,23	0,01	0,19
mi na sicie 0,09mm [g]	0,39	0,10	0,47
Ri na sicie 0,20mm [%]	$\frac{0,23}{9,99} \bullet 100$≈2,3	$\frac{0,01}{10} \bullet 100$≈0,1	$\frac{0,19}{10} \bullet 100$≈1,9
Ri na sicie 0,09mm [%]	$\frac{0,39}{9,99} \bullet 100$≈3,9	$\frac{0,10}{10} \bullet 100$≈1,0	$\frac{0,47}{10} \bullet 100$≈4,7

Średnia R_i na sicie 0,20mm [%]

$$R_{i} = \frac{2,3 + 0,1 + 1,9}{3} = 1,4$$

Średnia R_i na sicie 0,09mm [%]

$$R_{i} = \frac{3,9 + 1 + 4,7}{3} = 3,2$$

1. Wnioski:

Stopień zmielenia na sicie o oczkach 0,20 mm jest mniejszy niż na sicie o oczkach 0,09 mm wobec tego można stwierdzić, że wapno jest wystarczająco zmielone a przez to krystalizacja i łączenie cząstek zajdzie lepiej i dokładniej.

Doświadczenie B:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie gęstości nasypowej.

1. Opis zagadnienia:

Gęstość nasypowa jest to masa jednostki objętości materiału sypkiego w stanie luźnym. Do oznaczania jej stosuje się objętościomierze o różnej pojemności naczyń pomiarowych (najczęściej cylindrów metalowych), zależnie od rodzaju kruszywa. Warunki techniczne oznaczania gęstości nasypowej określa norma PN-EN 1097-3:1998.

Gęstość nasypową wapna w stanie luźnym oblicza się ze wzoru:

$G = \frac{a - b}{V}$ [$\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$]

gdzie:

a – masa objętościomierza z wapnem [kg]

b – masa pustego objetościomierza [kg]

V – objętość objętościomierza [dm³]

1. Przebieg doświadczenia:

1. nie wysuszone wapno przesiewamy przez sito o oczkach 2,0 mm

2. ważymy pusty objetościomierz (b)

3. wsypujemy do niego próbkę usuwając nadmiar linijką

4. ważymy objętościomierz wraz z zawartością (a)

5. wyznaczamy gestość nasypową (G)

6. dwukrotnie powtarzamy kroki b-e

7. wynikiem doświadczenia jest średnia z trzech pomiarów

1. Opracowanie wyników pomiarowych:

	I pomiar	II pomiar	III pomiar
a [kg]	0,565	0,561	0,561
b [kg]	0,11151	0,11158	0,11161
V [dm^3]	0,986	0,986	0,986
G [$\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$]	$\frac{0,565 - 0,11151}{0,986}$=0,4599	$\frac{0,561 - 0,11158}{0,986}$=0,4558	$\frac{0,561 - 0,11161}{0,986}$=0,4557

Średnia gęstość nasypowa wynosi G=$\frac{0,4599 + 0,4558 + 0,4557}{3}$≈0,457 [$\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$]

1. Wnioski:

Gęstość nasypowa wapna wynosząca 0,457 [$\frac{\text{kg}}{\text{dm}^{3}}$] pozwala stwierdzić że jest ono lekkie.

Doświadczenie C:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest oznaczenie czasów początku wiązania i czasu końca wiązania ciasta wapiennego.

1. Opis zagadnienia:

Do oznaczania czasów początku i końca wiązania służy przyrząd zwany aparatem Vicata. Schemat jego budowy jest przedstawiony na rysunku poniżej.

1-podstawa 2-wspornik

3-drążek 4-skala

5-trzonek 6-igła

7-ciężarek 8-pierścień

9-płytka szklana

Aparat Vicata składa się z metalowego drążka o wadze 300 g dającego się przesuwać bez oporu w otworach wysięgnika oraz wyposażenia pomiarowego (trzonek pomiarowy, igła pomiarowa, pierścień).

Za początek wiązania uznaje się czas który upłynął od momentu zmieszania wody z wapnem do czasu kiedy odległość igły od płytki szklanej wyniesie 4±1 mm. Natomiast za koniec wiązania czas który upłynął od momentu zmieszania wody z wapnem do czasu kiedy igła zanurza się na głębokość 0,5 mm.

1. Przebieg doświadczenia:

1. aparat Vicata przed doświadczeniem należy wyregulować opuszczając igłę na płytkę szklaną i ustawiając wskazówkę na punkcie zerowym skali

2. pierścień aparatu wypełniamy ciastem wapiennym

3. ustawiamy igłę aby dotykała ciasta wapiennego

4. po chwili zwalniamy igłę, odczytujemy głębokość zanurzenia gdy igła przestaje się zanurzać

5. następnie zanurzamy igłę w równych odstępach czasu w innym miejscu niż poprzednio w odległości 10 mm od ścianki pierścienia i poprzedniego pomiaru

6. notujemy czas początku i końca wiązania

1. Opracowanie wyników pomiarowych:

Doświadczenie nie było przez nas przeprowadzane więc nie możemy wykonać opracowania wyników pomiarowych.

Doświadczenie D:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zbadanie wydajności ciasta wapiennego.

1. Opis zagadnienia:

Badanie wydajności przeprowadza się w pojemniku gaszenia zbudowanym z cylindra wewnętrznego otoczonego materiałem izolacyjnym, pokrywy oraz cylindra zewnętrznego. Pojęcie ciasta wapiennego jest stosowane jako uzyskiwana objętość ciasta z gaszenia jednostki masy wapna palonego. Na ogół z 1 kg wapna palonego otrzymuje się 2,2–3 l ciasta (wg PN-EN wydajność podaje się w dm³ z 10 kg wapna palonego). Im większa jest wydajność ciasta wapiennego, tym więcej można z niego otrzymać zaprawy. Gęstość objętościowa ciasta wynosi 1300 do 1450 kg/m³. Z uwagi na wydajność i właściwości plastyczne ciasta wapiennego, jak też jego zdolność

przyjmowania większej lub mniejszej ilości piasku – wapno może być:

– tłuste – dające ciasto lżejsze (gęstość 1300 kg/m³), o bardzo dużym rozdrobnieniu cząstek, szybko gaszące się, w dotyku tłuste, bardzo plastyczne, przyjmujące dużą ilość piasku i potrzebujące więcej wody, lżejsze od pozostałych,

– średniej tłustości,

– chude – mniej rozgrzewające się przy gaszeniu i dłużej gaszące się, dające ciasto cięższe (1450 kg/m³), brudnawe, w dotyku szorstkie, o mniejszym rozdrobnieniu i z tego względu mało plastyczne i mniej wydajne; barwa brązowa ciasta wskazuje, że wapno zgaszono zbyt małą ilością wody, zostało „spalone”.

Ciasto wapienne dobrej jakości jest lepkie, tłuste i jednolite, bez grudek.

1. Przebieg doświadczenia:

1. do pojemnika do gaszenia wlewamy (320±1) ml wody o temperaturze (20±2)°C

2. wsypujemy (200±1)g niegaszonego wapna

3. mieszamy do czasu rozpoczęcia gaszenia i zamykamy pojemnik

4. odstawiamy na 24 h

5. po upływie doby zdejmujemy pokrywę

6. jeśli na powierzchni ciasta znajduje się niewielka ilość wody i ciasto odstaje od ścianek pojemnika możemy stwierdzić że ilość wody dodanej do gaszenia byłą prawidłowa.

7. dokonujemy pomiaru wysokości ciasta wapiennego w czterech miejscach

8. wynikiem jest średnia tych pomiarów

1. Opracowanie wyników pomiarowych:

I pomiar: 55 mm

II pomiar: 54 mm

III pomiar 56 mm

IV pomiar 55 mm

Średnia pomiarów: $\frac{55 + 54 + 56 + 55}{4}$=55 mm

Na każde 2 mm wysokości ciasta wapiennego odpowiada wydajność 1dm³ na 10 kg niegaszonego wapna.

$\frac{55}{2}$=27,5

A więc dla naszych pomiarów wydajność wynosi 27 dm³ na 10 kg niegaszonego wapna.

1. Wnioski:

Otrzymany przez nas wynik mieści się w przeciętnym przedziale wydajności z 10 kg. Jest to górna granica tego przedziału wobec tego możemy stwierdzić iż można otrzymać z niego dosyć dużą ilość zaprawy.

Doświadczenie E:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest oznaczenie temperatury gaszenia wapna, czyli reaktywności wapna.

1. Opis zagadnienia:

Gaszenie wapna jest egzotermiczną reakcją uwodnienia, związaną z wydzielaniem

się ciepła, w wyniku której wapno (tlenek wapnia) przechodzi w postać wodorotlenku wapnia, czemu towarzyszy też zwiększenie objętości. Wynika stąd konieczność stosowania wapna całkowicie uwodnionego, gdyż w przeciwnym razie mogą wystąpić w budowli punktowe miejsca ekspansji, powodujące odpryski i inne objawy niszczenia. Dla stosowania wapna w praktyce, a także z uwagi na właściwe prowadzenie procesu gaszenia, ważna jest reaktywność wapna. Reaktywność wapna oznacza czas, potrzebny do przebiegu reakcji w 80%. Rozróżnia się:

– wapno bardzo reaktywne – szybko gaszące się (przed upływem 6 minut), zbyt mała ilość wody może powodować przegrzanie (tzw. spalenie), co objawia się zbrązowieniem wapna, nadmiar wody jest tu mniej szkodliwy niż jej brak,

– wapno średnio reaktywne – umiarkowanie gaszące się (6–9 minut),

– wapno słabo reaktywne – wolno gaszące się (9-12 minut), zanieczyszczone lub zawierające większą ilość MgO.

Zasada oznaczania polega na pomiarze czasu, w którym mieszanina wapna z wodą osiągnie maksymalną temperaturę. Pomiar wykonuje się przy użyciu naczynia Dewara do którego wkładamy termometr.

1. Przebieg doświadczenia:

1. do naczynia Dewara wlewamy (20±0,5)g wody destylowanej o temperaturze 20°C

2. wsypujemy (10±0,5)g wapna

3. co 15 sekund odczytujemy temperaturę do momentu kiedy 4 kolejne pomiary będą mniejsze od temperatury maksymalnej

1. Opracowanie wyników pomiarowych:

czas [min]	temperatura [°C]
0	20
1/4	47
1/2	63
3/4	76
1	85
5/4	85,5
3/2	84
7/4	82,5
2	80,5
9/4	79

W czasie wykonywania doświadczenia została osiągnięta temperatura maksymalna T’_max=85,5°C, a T₀=20°C.

Aby wyznaczyć temperaturę T_u przy której reakcja zaszła w 80% korzystamy ze wzoru:

T_u= (0,8× T’_max) + (0,2× T₀) = (0,8×85,5) + (0,2×20) = 68,4 + 4 = 72,4 [°C]

Z wykresu odczytujemy t_u = 0,68 min ≈ 41 s

Obliczamy również temperaturę maksymalną:

T_max = (1,1× T’_max) – 2 = (1,1×85,5) – 2 = 92,05 [°C]

1. Wnioski:

Reaktywność wapna wynosi 41 sekund ponieważ jest to czas potrzebny do przebiegu reakcji w 80%. Stwierdzamy więc że jest to wapno szybkogaszące.