Gips i wapno
Spoiwa gipsowe - powietrzne
Gips to zarówno minerał, jak i skała zbudowana z tego minerału.
W spoiwie gipsowym głównym składnikiem jest siarczan wapnia. Spoiwa gipsowe zalicza się do spoiw powietrznych.
Głównym składnikiem spoiw gipsowych jest rozdrobniony półwodny siarczan wapnia:
Gips (skała) jest naturalnym dwuwodnym siarczanem wapnia o wzorze chemicznym:
CaSO4*2 H2 O
Spoiwa gipsowe
• Gips jest minerałem będącym głównym składnikiem skał noszących tę samą nazwę.
• Jest również podstawowym składnikiem odpadów powstających podczas odsiarczania spalin w energetyce oraz przy produkcji kwasu fosforowego z apatytów i fosforytów.
Spoiwo gipsowe otrzymuje się przez częściowe lub prawie całkowite odwodnienie kamienia gipsowego, tj. dwuwodnego siarczanu wapnia. Następuje to w prażarkach w temperaturach
140 – 230oC. Surowcem jest mączka gipsowa. Podczas wypalania zachodzi proces odwodnienia według reakcji:
CaSO4* 2H2 O<-> CaSO4*1/2 H2 O +3/2H2 O
Wypalanie CaSO4 w temperaturze powyŜej 8000C prowadzi do otrzymania estrichgipsu.
Estrichgips charakteryzuje się pewnymi właściwościami hydraulicznymi, posiada większą wodoodporność. Początek wiązania następuje po upływie około 2 godzin, koniec po 1 dobie, a wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach wynosi około 18MPa.
Estrichgips stosuje jako podkład pod posadzki, do produkcji prefabrykatów oraz wykonuje się z niego tzw. sztuczny marmur.
Wypalanie CaSO4w temperaturze około 400oC prowadzi do uzyskania spoiwa anhydrytowego (zastosowanie: do płyt gipsowych, jest składnikiem gipsu tynkarskiego, stosowany do samopoziomujących się posadzek).
Wiązanie gipsu polega na ponownym uwodnieniu spoiwa gipsowego – siarczanu wapnia półwodnego do siarczanu wapnia dwuwodnego wg reakcji:
CaSO4*1/2 H2 O +3/2H2 O-> CaSO4* 2H2 O
Proces wiązania rozpoczyna się od momentu, kiedy spoiwo gipsowe zmiesza się z wodą.
Spoiwo zaczyna się rozpuszczać w wodzie aŜ do powstania roztworu nasyconego.
Z przesyconego roztworu CaSO4 wykrystalizowują się kryształki gipsu dwuwodnego, w wyniku czego następuje wzrost wytrzymałości mechanicznej.
Proces wiązania i twardnienia można podzielić na trzy okresy:
- rozpuszczanie się gipsu i tworzenie dwuhydratu w postaci
Żelu;
- tężenie w wyniku przemiany żelu w postać krystaliczną;
- wysychanie oraz dalsze rośnięcie i zrastanie się kryształów gipsu dwuwodnego.
Duża szybkość, z jaką przebiega proces wiązania gipsu szybko wiążącego, jest czasami niekorzystna.
W takich przypadkach stosuje się tzw. opóźniacze – domieszki opóźniające proces wiązania gipsu. Zalicza się do nich: cytrynian potasu lub sodu, węglan wapnia i fosforany. Są to związki, które osiadają na powierzchni ziaren półhydratu oraz tworzą słabo rozpuszczalne związki, w efekcie
czego zmniejsza się szybkość wiązania gipsu.
Ze względu na uziarnienie gips budowlany dzieli się na dwie odmiany:
- gips budowlany grubo zmielony GB-G;
-gips budowlany drobno zmielony GB-D.
Ze względu na wytrzymałość na ściskanie po wysuszeniu do
stałej masy rozróŜnia się dwa gatunki gipsu:
- gips budowlany 6,
- gips budowlany 8.
W zależności od przeznaczenia wyróżnia się następujące rodzaje spoiw gipsowych:
- gips szpachlowy B – do szpachlowania elementów
betonowych;
- gips szpachlowy G – do szpachlowania elementów
gipsowych;
- gips szpachlowy F – do spoinowania płyt kartonowo –
gipsowych;
- gips tynkarski GTM – do wewnętrznych wypraw tynkarskich,
wykonywanych sposobem zmechanizowanym;
- klej gipsowy P – do klejenia prefabrykatów gipsowych;
- klej gipsowy T – do osadzania płyt gipsowo – kartonowych.
Podstawowe cechy spoiw gipsowych:
• Wytrzymałość zależy od rodzaju i gatunku spoiwa gipsowego oraz stosunku gips/woda. Maksymalną wytrzymałość tworzywa gipsowe uzyskują w stanie suchym, to jest po wysuszeniu do stałej masy. Niewielkie zawilgocenie tego tworzywa prowadzi do dużego spadku wytrzymałości. Ze
wzrostem wilgotności od 0 do 1% wytrzymałość może ulec zmniejszeniu nawet o 50-70%;
• Nasiąkliwość. Tworzywa gipsowe wykazują znaczną nasiąkliwość, wynoszącą 25-40%. Zmniejszenie nasiąkliwości można uzyskać poprzez stosowanie zaczynów o niskim
stosunku wodno – gipsowym, połączonym z mechanicznym zagęszczaniem, lub poprzez wprowadzanie do zaczynów dodatków modyfikujących, zwłaszcza środków hydrofobowych;
• Higroskopijność - czyli zdolność pochłaniania wilgoci z powietrza jest średnia. Przy dużej wilgotności powietrza w pomieszczeniu materiały gipsowe pochłaniają nadmiar wilgoci,
natomiast przy niskiej wilgotności – oddają ją (korzystne dla mikroklimatu pomieszczeń);
• Kapilarność – duża;
• Mrozoodporność – tworzywa gipsowe wykazują na ogół pełną mrozoodporność, tzn. wytrzymują one 15 krotne cykle zamrażnia (-150C) i odmrażania (+18oC);
• Izolacyjność termiczna – wyroby gipsowe charakteryzują się dobrą izolacyjnością termiczną;
• Odporność ogniowa – tworzywa gipsowe należą do materiałów niepalnych, w związku z tym znajdują zastosowanie w ochronie przeciwogniowej. W czasie pożaru tworzywa gipsowe pochłaniają duże ilości ciepła potrzebnego do odparowania wilgoci i odwodnienia gipsu. Pozwala to na ochronę konstrukcji budowlanych przed wzrostem temperatury krytycznej na długi okres czasu, zależnie od grubości zastosowanej otuliny gipsowej. Szerokie zastosowanie jako okładziny ognioochronne
mają płyty gipsowo – kartonowe zbrojone włóknem szklanym oraz lekkie zaprawy gipsowo - perlitowe.
Spoiwa wapienne
Spoiwa wapienne
Należą one do grupy spoiw powietrznych, które po zarobieniu wodą wiążą i twardnieją tylko na powietrzu. Zalicza się do nich wapno palone, wapno hydratyzowane, wapno pokarbidowe i wapno hydrauliczne. Do wytwarzania spoiw wapiennych stosuje się surowce, których podstawowym składnikiem jest węglan wapnia (CaCO3). Do skał wapiennych zalicza się skały węglanowe
zawierające nie mniej niŜ 50% węglanu wapnia. Węglan wapnia występuje najczęściej w postaci kalcytu oraz aragonitu.
Wapno palone – tlenek wapnia (wapno niegaszone) CaO
Otrzymuje się przez wypalanie (prażenie) węglanu wapnia CaCO3 w temperaturze 950-1050oC, podczas którego następuje reakcja przebiegająca zgodnie z równaniem:
CaCO3 ↔CaO + CO2 -176,6kJ
Wypalanie odbywa się w tzw. wapiennikach. Jest to reakcja endotermiczna, wymagająca doprowadzenia ciepła (jest to reakcja odwracalna). Na 1 kg CaCo3 ( w celu jego rozkładu) należy doprowadzić 176,6 kJ ciepła.
Wapno palone (niegaszone) może występować w handlu jako:
_-wapno palone mielone, pakowane w workach; Miałkość zbliżona do cementu. Można je przechowywać do 1 miesiąca, zabezpieczając przed działaniem wilgoci. W razie zawilgocenia dochodzi do tzw. gaszenia wapna, co powoduje wzrost objętości nawet o 250%. Towarzyszy temu
wysoka tempertaura (reakcja egzotermiczna), co może doprowadzić nawet do pożaru.
Zastosowanie:
-do produkcji wyrobów siliaktowych (wapienno – piaskowych;
-do produkcji betonów komórkowych;
-do robót murarskich w okresie niskich temperatur.
Wyroby silikatowe produkowane są z piasku kwarcowego(około 90%) i mielonego wapna palonego w ilości około 8%, z dodatkiem wody do uzyskania konsystencji wilgotnej.Wyroby poddawane są prasowaniu i autoklawizacji w parze wodnej.Wyroby silikatowe mają stosowanie: do wznoszenia ścian, zwłaszcza na elewacje nietynkowane, do produkcji elementów ogrodzeniowych.
• wapno palone (niegaszone) w bryłach – luzem
Takie spoiwo jest nietrwałe, ze względu na wchłanianie wilgoci i dwutlenku węgla z powietrza.
Transport koniecznie kryty. Na budowie naleŜy momentalnie poddać procesowi gaszenia.
Zastosowanie:
-w przemyśle hutniczym;
-półprodukt do zapraw murarskich.
Wapno gaszone – wodorotlenek wapnia (lasowane) – Ca(OH)2
Gaszenie wapna inaczej lasowanie, to reakcja chemiczna tlenku wapnia (wapna palonego) z wodą w wyniku czego powstaje wodorotlenek wapnia (wapno gaszone).
Jest to proces silnie egzotermiczny. Reakcja przebiega zgodnie z równaniem:
CaO + H2O = Ca(OH)2 +15,5 kcal
Proces gaszenia wapna palonego może być przeprowadzony metodą:
-na sucho – przy minimalnej ilości wody, wykonywany w warunkach przemysłowych (w hydratorach).Otrzymuje się wapno hydratyzowane - zastosowanie do zapraw wapiennych i cementowo - wapiennych.
-na mokro – stosowana na budowie, przy znacznie większej ilości wody. Prowadzi to do otrzymania ciasta wapiennego i mleka wapiennego.
Gaszenie na mokro powinno trwać:
- minimum 2-3 tygodnie dla wapna do prac murarskich;
- minimum 2-3 miesiące dla wapna do prac tynkarskich.
Im grubsze bryły wapna palonego, tym proces gaszenia powinien być dłuŜszy. Dawniej trwał on nawet rok czasu przed planowanym wykorzystaniem materiału.
W metodzie gaszenia na mokro - wapno palone miesza się z wodą w skrzyni drewnianej wyłożonej folią.
Wapno można gasić: szybko lub wolno - uzyskuje się wówczas:
- wapno szybko-gaszone;
- wapno wolno-gaszone.
W przypadku gaszenia szybkiego do folii wlewa się całą ilość potrzebnej wody, a następnie stopniowo dozuje się bryły wapna, tak aby nie doszło do przegrzania.
W przypadku gaszenia wolnego do folii umieszcza się bryływapna, a następnie stopniowo dozuje się wodę rozpylonym strumieniem. Zawiesinę miesza się do pełnego rozpadu wapna (15 -30
minut). Ilość potrzebnej wody potrzebnej do gaszenia wynosi od 2,4 do 4,5 m3 na tonę wapna Im wapno jest bardziej tłuste, tym potrzeba większej ilości wody. Zgaszone wapno spuszcza się do dołu o głębokości około 2 m. Boki dołu muszą być wyłoŜone deskami lub obmurowane. Dołowane wapno powinno być przysypane piaskiem o grubości minimum 20 cm, a w zimie ocieplone.
Wapno gaszone moŜe być przechowywane w dołach nawet kilka lat.
W wyniku zgaszenia wapna palonego metodą na mokro otrzymuje się w postaci ciasto wapienne i mleko wapienne.
Ciasto wapienne – to plastyczna masa otrzymywana z wapna gaszonego.
Ma kolor biały z odcieniem szarego, aż do szarego. Jeśli ma kolor brązowy, to znaczy, że proces gaszenia przebiegał przy użyciu za małej ilości wody. Wydajność ciasta wapiennego wynosi 2 ÷ 2,5 m3 z tony wapna palonego. Im dłużej dołowane jest wapno, tym jego właściwości są lepsze.
Mleko wapienne – to zawiesina, którą uzyskuje się w wyniku rozcieńczenia ciasta wapiennego wodą.
Jest wytwarzane bezpośrednio przed użyciem.
Używane jest jako:
- dodatek do zapraw wapienno-cementowych;
- dodawane do zapraw cementowych w celu poprawienia
plastyczności;
- oraz do bielenia (malowania) ścian budynków i pomieszczeń
gospodarczych;
- posiada silne własności odkażające.
Proces wiązania i twardnienia wapna
Wiązanie i twardnienie wapna odbywa się tylko na powietrzu, ale w obecności wody.
Wapno wiąże w wyniku reakcji chemicznych.Wzrost wytrzymałości wapna jest spowodowany
następującymi zjawiskami:
• utratą wody na skutek odciągania jej przez materiały muru i wysychanie. Jest to proces stosunkowo szybki, trwa kilka godzin;
Spoiwa wapienne – wiązanie i twardnienie
• przez karbonatyzację. Następuje ona w wyniku reakcji wodorotlenku wapnia z dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu, a woda odgrywa tutaj rolę katalizatora. Reakcja ta przebiega według równania:
Ca( OH)2+ nH2 O +CO2-> CaCO3+ (n+1) H2 O
Rosnące kryształy CaCO3 łączą się ze sobą, zrastają i spajają w ziarenka zaprawy, dając w efekcie wytrzymały mechanicznie materiał odporny na działanie wody. Proces karbonatyzacji rozciąga się w czasie i zależy od ilości dwutlenku węgla w powietrzu i grubości muru. W strefie powierzchniowej proces przebiega dość szybko, natomiast wiązanie CO2 z atmosfery przez głębsze strefy zaprawy może trwać nawet kilka lat.
• w wyniku powstawania krzemianów wapnia.
Reakcje zachodzą w temperaturze powyŜej 100oC w obecności wody i piasku. Proces ten wykorzystywany jest jedynie przy produkcji wyrobów wapienno – piaskowych (silikatowych) oraz betonu komórkowego.
Spoiwa wapienne
Zalety spoiw wapiennych:
- bardzo dobra urabialność (stosowane są do poprawy urabialności zapraw cementowych i gipsowych);
- łatwo mieszają się ze wszystkimi spoiwami mineralnymi;
- korzystny wpływ na mikroklimat pomieszczeń;
- posiadają właściwości bakteriobójcze);
-biała barwa (mogą być spoiwem do farb wapiennych i białych tynków);
- tanie i łatwo dostępne;
Wady spoiw wapiennych:
- niska wytrzymałość (w przypadku stosowania tylko spoiwa wapiennego);
- niebezpieczne podczas stosowania, gdyż rozpuszczają tkanki ludzkie powodując trudno gojące się rany.