1. Spoiwa powietrzne i hydrauliczne.

Spoiwa powietrzne - wiążą tylko na powietrzu, wykonane z nich betony są wrażliwe na wilgoć bądź całkowicie nie odporne na wodę przy stałym zetknięciu. Wykorzystane są w zasadzie do produkcji niektórych betonów lekkich np. beton komórkowy. Głównymi składnikami są związki zasadowe: CaO, MgO. Pobierając CO₂ z powietrza przechodzą w węglany. Rodzaje:

- wapno palone

- wapno gaszone

- wapno magnezjowe

- gips

- anhydryt

Spoiwa hydrauliczne - mogą wiązać na powietrzu i pod wodą. Wykonane z nich betony są odporne na działanie wody, a nawet woda powoduje stały wzrost ich wytrzymałości.

Głównymi składnikami są związki kwaśne: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃. Rodzaje:

- cement

- wapno hydrauliczne

- żużel wielkopiecowy

2. Miałkość i jej wpływ na właściwości spoiw.

Miałkość - wywiera ona istotny wpływ na proces dojrzewania. Im drobniejsze ziarna, tym w tej samej objętości cementu istnieje większa powierzchnia styku cementu z wodą, a więc i większa powierzchnia na której zachodzi jednocześnie reakcja. Powoduje to jednocześnie intensyfikację procesu hydratacji, wpływa więc na proces samo ocieplenia oraz na przyśpieszenie procesu wiązania i szybszego przyrostu wytrzymałości wyrobu. Im cementy są wyższych klas tym z reguły są bardziej miałkie.

Gips i wapno w całej swojej objętości reaguje z wodą.

Cement w zależności od wielkości ziaren może ulec hydratacji w pewnym stopniu:

• <15 um - całkowicie ulegają uwodnieniu (90 dni)

• <10 um - całkowicie ulegają uwodnieniu (28 dni)

• >15 um - ulegają hydratacji w 50%

3. Kaloryczność spoiw i jej praktyczne znaczenie.

Kaloryczność - wiązanie cementu jest procesem egzotermicznym tzn. podczas wiązania wydziela się ciepło. Ilość wydzielonego ciepła zależy od rodzaju cementu, jego składu chemicznego. Wydzielające się ciepło podnosi temperaturę dojrzewającego zaczynu, zaprawy i betonu. Wzrost temperatury zależy od sposobu izolacji przed utartą ciepła (może dochodzić do 60C dla betonów ).

Zależy od:

- Miałkości - im drobniej zmielony cement tym szybciej reaguje z wodą

- Składu chemicznego spoiwa - najbardziej kaloryczny jest tlenek wapnia CaO - 1170 J/kg , na drugim miejscu jest MgO - 850 J/kg.

- Temperatury spoiwa - zmiana temperatury o 10C przyspiesza reakcje dwukrotnie,

temp. wykonywania próbek do ilości ciepła 4C -154, 24C -284 , 32C -309, 41C -35 J/kg

Kaloryczność może być cechą pozytywną, gdy prace wykonywane są w obniżonej temperaturze lub negatywną np. przy dużych budowach powstają różnice temperatur przez co powstają naprężenia termiczne, które mogą powodować pękanie.

4. Otrzymywanie, lasowanie i wiązanie wapna.

Spoiwa wapienne należą do grupy spoiw powietrznych, które po zarobieniu wodą wiążą i twardnieją tylko na powietrzu. Zalicza się do nich: wapno palone, wapno hydratyzowane, wapno pokarbidowe oraz wapno hydrauliczne.

Głównym składnikiem wapna jest węglan wapnia CaCO3, który występuje w dwóch postaciach polimorficznych: kalcytu i aragonitu. Innymi składnikami wapna są: dolomit, kreda oraz tufy wulkaniczne. Zawierają one liczne zanieczyszczenia hydrauliczne: SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃

Proces wiązania i twardnienia spoiw wapiennych

Spoiwo wapienne , składnik zapraw budowlanych, wiąże i twardnieje w wyniku reakcji chemicznych. Dzięki temu zaprawa po pewnym czasie uzyskuje wymagane właściwości mechaniczne i fizyczne. Po zmieszaniu składników z woda zaprawa nabiera pewnej płynności lub plastyczności technologicznej.

Wzrost wytrzymałości jest związany z :

- Utrata wody na skutek odciągania jej przez mury i wysychanie

- Krystalizacja Ca(OH)₂ . nH₂O z przesyconego roztworu wodnego wodorotlenku wapnia znajdującego się w zaprawie

- Powstanie krzemianów wapnia jako produktów reakcji Ca(OH)₂ z SiO₂

- Karbonizacja wodorotlenku wapnia, która następuje w wyniku reakcji wodorotlenku wapnia z dwutlenkiem węgla zawartym w powietrzu :

Ca(OH)₂ + nH₂O +CO₂ → CaCO₃ + (n+1)H₂O

Rosnące kryształy CaCO₃ łączą się, zrastają i spajają ziarenka zaprawy ze sobą, dając w efekcie wytrzymały mechanicznie materiał odporny na działanie wody (proces karbonizacji rozciąga się w czasie i zależy od ilości CO₂ w powietrzu i grubości muru).

lasowanie, gaszenie wapna, bud. łączenie (mieszanie) wapna palonego z wodą; stosowane w celu uzyskania spoiwa do zapraw budowlanych lub rozcieńczonej zawiesiny do bielenia ścian.

5. Wapno palone i mielone.

Wapno palone

Otrzymuje się je poprzez rozkład węglanu wapnia CaCO3. Podczas jego wypalania w 950-1050 C następuje reakcja przebiegająca zgodnie z równaniem:

CaCO₃ → CaO + CO₂ - 1772 J/kg

Jest to reakcja endotermiczna, czyli wymagająca doprowadzenia ciepła oraz odwracalna. W celu rozkładu 1 kg węglanu wapnia należy doprowadzić 1772 J ciepła. Szybkość wypalania naturalnego kamienia wapiennego nie tylko zależy od ciśnienia CO2 i temperatury, ale również od właściwości fizycznych i chemicznych surowca, stopnia rozdrobnienia, twardości oraz innych jego cech.

W zależności od sposobu wypalania wapna oraz od rodzaju stosowanych pieców uzyskuje się wapno lekko palone o dużej aktywności oraz wapno ostro palone o mniejszej aktywności. Różnica pomiędzy wapnem lekko palonym leży w teksturze tlenku wapnia, oba rodzaje wapna palonego różnią się między sobą gęstością i stopniem uporządkowania sieci krystalicznej CaO. Podczas wypalania kamienia wapiennego po osiągnięciu temperatury rozkładu z sieci krystalicznej kalcytu zaczyna uwalniać się dwutlenek węgla CO₂. Powstające kryształy tlenku wapnia przyjmują postać regularną. Wapno palone składające się z regularnych kryształów CaO jest bardzo porowate, a jego ciężar objętościowy jest mały.

Rodzaje wapna palonego:

- szybko gaszące się ok. 15 min

- wolno gaszące się ok. 15 - 30 min.

- bardzo wolno gaszące

Rodzaje wapna palonego z/w na zawartość CaO:

- wapno tłuste 94-99%

- wapno średnio tłuste 91-94 %

- wapno chude 85-91 %

W zależności od pochodzenia rozróżnia się trzy rodzaje wapna:

- wapniowe, wytwarzane z wapieni czystych CL

- dolomitowe, wytwarzane z wapieni dolomitowych DL

- hydrauliczne, wytwarzane z wapieni ilastych HL

W zależności od zawartości CaO + MgO rozróżnia się trzy odmiany wapna wapniowego 90, 80, 70 oraz dwie odmiany wapna dolomitowego 85 i 90.

Wapno palone jest w kawałkach jest porowate, barwy białej, żółtawej do szarej. Powinno być transportowane i przechowywane w taki sposób , aby zabezpieczyć je przed opadami atmosferycznymi i wilgocią.

Wapno mielone

Otrzymuje się poprzez rozdrabnianie wapna w kawałkach w urządzeniach mielących do odpowiedniego składu ziarnowego. Zaleca się wapno z wodą wymieszać z piaskiem, potem zarobić wodą (piasek pobiera część ciepła). Podczas wypalania otrzymuje się bryły o średnicy 18 cm, należy je zmielić do ziaren <0,2 cm. Ziarna o  0,0085 mm < 15%. Na budowie miesza się je z wodą, następnie tworzą się wodorotlenki wapnia CaO + H₂O --> Ca(OH)₂ +1126 KJ/kg

Często na budowie dodaje się opóźniacze ok.5% gipsu lub gliny. Zalecane jest także dłuższe mieszanie. Zaletą wapna palonego mielonego jest to, ze odpada czynność gaszenia wapna na budowie, a oprócz tego dzięki wydzielaniu się ciepła w toku gaszenia się proszku w zaprawie przyśpiesza się znacznie proces wiązania i twardnienia zaprawy, co ma znaczenie przy robotach zimowych. Wapno to jest wyjątkowo szkodliwe dla zdrowia, a szczególnie działa ujemnie na drogi oddechowe i skórę. Dlatego przy posługiwaniu się nim należy stosować środki ochrony osobistej. Wapno palone, mielone powinno być pakowane w worki. Spoiwo to stosuje się do robót murowych i tynkowych.

6. Wapno hydrauliczne i wapno hydratyzowane.

Wapno hydratyzowane - mokrogaszone (ciasto wapienne)

Otrzymuje się z wapna palonego przez gaszenie (lasowanie) polegające na łączeniu wapna z dużą ilością wody. Dobrze zgaszone ciasto wapienne powinno mieć kolor biały do szarego. Barwa brązowa oznacza, że jest spalone tzn. zgaszone zbyt dużą ilością wody. Dobre ciasto wapienne jest lepkie, tłuste i jednolite. Jeśli w dotyku wyczuwa się szorstkość i grudkowatość, to znaczy, że wapno jest zaparzone lub nie dogaszone. Zawartość wody w cieście wapiennym wynosi ok. 50%. Ciasto wapienne może być w dwu gatunkach o zawartości CaO + MgO odpowiednio 67% i 60%.

Gaszenie może odbywać się ręcznie lub mechanicznie. Ręcznie gasi się wapno w skrzyni zw. Folą. Praca przy gaszeniu wapna wymaga zachowania szczególnej ostrożności, aby nie dopuścić do poparzenia ciała „gotującym się” wapnem. Dlatego też pracownicy zatrudnieni przy gaszeniu wapna powinni być zaopatrzeni w okulary ochronne, ubranie robocze i buty gumowe.

Wapno tłuste gasi się następująco: do połowy wysokości foli nalewa się wodę i wrzuca się do niej 1/5 część danej partii wapna palonego, przeznaczonej na jedno gaszenie, a następnie miesza się gracą. Po 10 minutach dodaje się nowe porcje wapna i dolewa wody tyle, by zakrywała wapno. Należy uważać żeby nie dokonać tzw. spalenia wapna, objawiającego się silnym parowaniem. Można zapobiec temu szkodliwemu zjawisku, dolewając wody w to miejsce, gdzie następuje parowanie.

Wapno średnio tłuste gasi się podobnie jak wapno tłuste, lecz na początek wrzuca się wapno w ilości 1/3 objętości foli. Gaszenie rozpoczyna się po 10 minutach i trwa ok. 20-30 min.

Gaszenie wapna chudego przebiega bardzo wolno, jego początek występuje przeważnie po 30 min. Do foli wrzuca się bryły wapna palonego rozdrobnione do wielkości pięści, a następnie polewa się je wodą z konewki z sitkiem. Rozpadające się kawałki wapna polewa się dalej wodą i przerabia ostrożnie gracą. Nadmierna ilość wody może spowodować, że wapno stanie się grudkowate, wodniste i źle będzie wiązało. Celowe jest - w celu uzyskania gorącego środowiska gaszenia - użycie wody podgrzanej do ok. 60-80C lub wrzucenie kilka kawałków wapna szybko gaszącego się.

Przerabianie wapna w skrzyni odbywa się tak długo, aż otrzyma się masę o jednolitej konsystencji podobnej do śmietany. Po zgaszeniu spuszcza się je przez siatkę, zatrzymane na siatce nie zgaszone pozostałości wyrzuca się łopatą Po zapełnieniu dołu wapno powinno się zabezpieczyć przed wpływami atmosferycznymi. Przy dłuższym przechowywaniu ciasta w dole należy je pokryć warstwą piasku grubości co najmniej 20 cm. Szczególnie starannie należy chronić ciasto wapienne przed działaniem mrozu., gdyż przemarznięte wapno nie może być stosowane do robót tynkarskich.

Czas dołowania wapna zależy od jego przeznaczenia i wynosi:

6 miesięsy - do tynków szlachetnych

3 miesiące - do tynków zwykłych

3 tygodnie - do prac murarskich

Tłuste wapno jest lżejsze, chude zaś cięższe.

Stosuje się także gaszenie mechaniczne. Maszyny umożliwiają produkcję mleka wapiennego bez odpadów przy jednoczesnym skróceniu okresu dojrzewania ciasta wapiennego. Występuje tu jednak konieczność przemiału wapna palonego bezpośrednio przed gaszeniem. Wydajność maszyny wynosi ok. 2-4 ton wapna palonego w ciągu godziny. Po zgaszeniu wapno powinno dojrzewać w dołach przez 1 tydzień. Do wydobycia ciasta stosuje się coraz częściej żurawiki typu Pionier z chwytakami, do rozwożenia ciasta - wywrotki o specjalnej konstrukcji.

Podczas wiązania i twardnienia wapna gaszonego w zaprawach zachodzą procesy:

- odparowanie wody, wskutek czego zaprawa gęstnieje

- potem w wapnie gaszonym tworzą się kryształki uwodnionego wodorotlenku wapnia, stanowiący główny składnik wapna gaszonego.

Wapno hydratyzowane - suchogaszone

Otrzymuje się je fabrycznie, traktując wapno niegaszone odpowiednią ilością wody do chwili rozpadu na suchy proszek. Po przesianiu proszek pakowany jest do worków po 50 kg. W celu do gaszenia zgaszonych cząstek wapna wskazane jest zarobić wodą wapno suchogaszone na 24-36 godz. Przed użyciem. Rozróżnia się dwa gatunki wapna suchogaszonego 1 oraz 2 z zawartością CaO+MgO odpowiednio 70& i 68%. Wapno suchogaszone należy przechowywać w suchych, szczelnych magazynach. Spoiwo to stosuję się do murarskich i tynkarskich oraz do przygotowania suchych mieszanek tynków szlachetnych. Zaleta jest, że można używać bezpośrednio do zapraw bez kłopotliwego gaszenia i dołowania.

Wapno hydrauliczne

Po zarobieniu z woda wiążę i twardnieje zarówno na powietrzu jak i pod wodą. Otrzymywane jest przez wypalenie wapieni marglistych lub margli, a następnie przez zgaszenie na sucho i zmielenie. Zastosowanie: zaprawy murowe, tynki zewnętrzne, fundamenty i mury piwnic, produkcja farb wapiennych. Przechowywane w workach 50 kg . wapno ma lekko brązowy odcień, jak wapno suchogaszone.

7. Wpływ temperatury prażenia na właściwości gipsu.

Dehydratacja dwuwodnego siarczanu wapnia (gipsu) jest jednym z najważniejszych etapów produkcji spoiw gipsowych, a w większości przypadków także anhydrytowych.

Podczas ogrzewania w temp. 140C gips stopniowo traci wodę krystalizacyjną, przechodząc w gips półwodny, a w miarę podwyższania temperatury w anhydryt, aż do rozkładu CaSO₄. Reakcje chemiczne przebiegają wg następujących równań:

CaSO₄ . 2H₂O → CaSO₄ . ½ H₂O + 3/2 H₂O

CaSO₄ . ½ H₂O → CaSO₄ + ½ H₂O (temp. 400C)

200C - następuje częściowa dehydrytacja, otrzymujemy anhydryt (gips bezwodny CaSO₄) , odmiany trzeciej bardzo trudno rozpuszczalny w wodzie.

450C-750C - dehydrytacja gipsu półwodnego powoduje powstanie anhydrytu II, trudno rozpuszczalny w wodzie, możemy stosować różnego rodzaju katalizatory (siarczan sodu, siarczan żelazowy, cement portlandzki, dolomit, żużel wielkopiecowy). Stosujemy jako zaprawy, wykładziny.

800C-100C - powstaje estrichgips

CaCO3 → CaO + SO₂ + ½ O₂

8. Gips półwodny, otrzymywanie, wiązanie.

Gips budowlany tzw. półwodny, otrzymuje się przez prażenie kamienia gipsowego w prażarkach lub piecach obrotowych i następnie jego zmielenie. W zależności od sposobu prażenia mamy 2 rodzaje gipsu budowlanego:

• Odmiana  - powstaje gdy wypalanie zachodzi przy obecności pary wodnej, gips gruboziarnisty, duża wytrzymałość na ściskanie (do 50 MPa), bardzo wysokie ciepło hydratcji

• Odmiana  - powstaje gdy wypalanie odbywa się przy odprowadzeniu pary wodnej, gips drobnoziarnisty, kryształki typu igiełki, mała wytrzymałość (ok. 6MPa), niskie ciepło hydratacji

• Wiązanie i twardnienie spoiw gipsowych

Wiązanie gipsu polega na ponownym uwodnieniu spoiwa gipsowego - siarczanu wapnia połwodnego do siarczanu wapnia dwuwodnego wg rekcji:

CaSO₄ . ½ H₂O +3/2 H₂O → CaSO₄ . 2 H₂O

Proces wiązania rozpoczyna się od momentu, kiedy spoiwo gipsowe zmiesza się z wodą. Spoiwo to zaczyna się rozpuszczać aż do powstania roztworu nasyconego. Z przesyconego roztworu CaSO4 wykrystalizowują się kryształki gipsu dwuwodnego, w wyniku czego następuje wzrost wytrzymałości mechanicznej.

Duża szybkość wiązania jest w pewnych okolicznościach niekorzystna. W takich przypadkach stosuje się specjalne opóźniacze. Gips zarabia się większą ilością wody niż wynika to z rachunku stechiometrycznego.

9. Skład fazowy(mineralny) i jego wpływ na właściwości cementu.

cement - drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą tworzy zaczyn wiążący i twardniejący w wyniku reakcji i procesów hydratacji, a po stwardnieniu pozostaje wytrzymały także pod wodą. Otrzymuje się przez zmielenie klinkieru cementowego z siarczanem wapnia oraz dodatkami hydraulicznymi i pucolanowymi.

Skład mineralny:

Krzemian trójwapniowy 3CaO.SiO₂ - C₃S Alit - w cemencie portlandzkim w ilości 50-60%

Krzemian dwuwapniowy 2CaO.SiO₂ - C₂S Belit - w cemencie portlandzkim w ilości 20%

Glinian trójwapniowy 3CaO.Al2O3 - C3A stanowi 10% klinkieru

Glinożelazian czterowapniowy 4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃ - C₄AF Brownmilleryt stanowi 7% klinkieru

Cement jest to mieszanina składników: głównych, drugorzędnych, siarczanu wapna i dodatków.

Składnikiem głównym cementu jest klinkier portlandzki (K), którego udział w zależności od rodzaju cementu wynosi 95% do 15%. Klinkier portlandzki jest produktem spiekania w temp. 1450C mieszaniny surowców składających się z wapieni i glinokrzemianów.

Materiały modyfikujące właściwości cementu:

• Granulowany żużel wielkopiecowy - S

• Pucolana naturalna - P

• Pucolana wypalana - Q

• Popiół lotny krzemionkowy - V

• Popiół lotny wapienny - W

• Łupek palony - T

• Wapień - L

Moduł hydrauliczny Mz = 1,7 - 2,3

Wzrost Mz powoduje wzrost wytrzymałości na ściskanie, ale gorsza odporność na działanie siarczanów. 
 Moduł krzemianowy Ms = 2,4 - 2,7

Odpowiada za szybkość wiązania cementu, wzrost Ms następuje spowolnienie szybkości wiązania cementu. 
 Moduł glinowy  Mg = 1 - 4

Im wyższy moduł glinowy tym wyższy skurcz, niższa odporność na siarczany, ale wyższa wytrzymałość i niższa kaloryczność. 

Wpływ gipsu na wiązanie cementów: gips ma duży wpływ na szybkość wiązania cementu, ponieważ w spoiwie gipsowym bardzo szybko następuje krystalizacja, twardnienie oraz zdobywanie dużej wytrzymałości na ściskanie.

10. Popioł lotny i jego wpływ na właściwości cementu

4 Popiół lotny (V, W)

4.1 Wpływ popiołów lotnych na właściwości betonu świeżego.

Podstawowe zmiany jakie niesie ze sobą zastosowanie popiołów lotnych to zapotrzebowanie na wodę oraz urabialność. Przy stałej urabialności obniżenie zapotrzebowania na wodę wynosi zwykle 5 - 15 % w porównaniu z mieszanką o takiej samej zawartości materiału wiążącego zawierająca tylko cement portlandzki. Mieszanka betonowa zawierająca popioły lotne jest spoista i wykazuje obniżone tendencje do odsączania. Mieszanka może być pompowana i formowana metoda ślizgu, a operacje wykańczania betonu  z popiołami lotnymi są łatwiejsze. Wpływ popiołów na właściwości świeżego betonu związany jest z kształtem popiołów lotnych. Większość ziaren jest kulista i przypisano tej właściwości efekt „kulek łożyskowych” poprawiający urabialność. Popiół lotny wpływa na opóźnienie wiązania mieszanki.

Wpływ popiołów lotnych na trwałość betonu

Popiół lotny wpływa na zwiększenie szczelności betonu, a dzięki temu poprawia się odporność na agresje chemiczną. Ponadto dodatek popiołu wpływa na ograniczenie reakcji alkalia - krzemionka. Na podstawie dotychczasowych doświadczeń stosowania popiołów lotnych do betonów wiadomo, że popiół powoduje obniżenie wytrzymałości betonu dojrzewającego w okresie 28 dni. Po okresie trzech miesięcy następuje najczęściej wyrównanie wytrzymałości betonów z dodatkiem popiołu z wytrzymałością takich samych betonów, lecz wykonanych przy wyłącznym użyciu cementu. W późniejszych terminach, po dłuższym okresie dojrzewania, wytrzymałość betonów z dodatkiem popiołów jest zwykle wyższa od wytrzymałości betonów porównawczych. Zjawisko to jest efektem reakcji pucolanowych, które są procesami długotrwałymi, a stwierdzono, że jeszcze po okresie jednego roku około 50% nie weszło w reakcję. Opóźnienie wiązania i spowolnienie twardnienia betonu przyczynia się z drugiej strony do zmniejszenia efektów termicznych hydratacji składników  mieszanki. 

11. Cement portlandzki, skład i właściwości.

Cement portlandzki CEM I

Uzyskuje się go poprzez zmielenie klinkieru portlandzkiego z dodatkiem ok. 5% siarczanu wapnia dwuwodnego lub anhydrytu. Cement ten jest spoiwem powszechnie stosowanym w budownictwie (ok. 40%). Wyróżnia się cementy portlandzkie klasy 32,5 42,5 oraz 52,5 oraz cement o zwiększonej wytrzymałości początkowej oznaczone symbolem R .

- 95 % klinkieru cementowego

- wysoka dynamika przyrostu wytrzymałości do 28 dni

- wysoki skurcz

- mało odporny na czynniki chemiczne i wysokie T

- najwyższe ciepło hydratacji

- koagulacje - zdolność do zbijania się ziaren w grudki (żeby temu zapobiec stosuje się plastyfikatory)

- higroskopijny, łatwo ulega wietrzeniu pod wpływem wilgoci z powietrza (dlatego nie można zostawiać otwartego worka)

CEM I 32,5 charakteryzuje się wysoką wytrzymałością wczesną i umiarkowanym ciepłem hydratacji. Stosuje się go do produkcji betonu towarowego i komórkowego, elementów prefabrykowanych .

CEM I 42,5 ma szybki przyrost wytrzymałości, wysokie ciepło hydratacji i krótki czas wiązania. Stosuje się go do produkcji betonów klas B20- B50, wytwarzania elementów prefabrykowanych i konstrukcji monolitycznych.

CEM I 52,5 charakteryzuje się wysoką wytrzymałością początkową i dużą szybkością wydzielania ciepła w początkowym okresie twardnienia. Stosowany do produkcji elementów prefabrykowanych drobo- i wielkowymiarowych.

Cement mieszany CEM II

Cement ten produkuje się przez wspólne zmielenie klinkieru portlandzkiego, dodatków mineralnych oraz gipsu jako regulatora czasu wiązania. Zawartość dodatków mineralnych w zależności od odmiany (A i B) może wynosić 6-35% . Do produkcji CEM II stosuje się dodatki takie jak: żużel wielkopiecowy, pył krzemionkowy, pucolane naturalną i sztuczną, popiół lotny, łupek palony i wapień. W zależności od rodzaju dodatku cement ten charakteryzuje się różnorodnymi właściwościami. Cement ten ma wiele zalet: zmniejsza ciepło hydratacji, mały skurcz, zwiększoną odporność na działanie wód agresywnych. Stosuje się go do produkcji: betonu towarowego, prefabrykatów wielko- i drobnowymiarowych.

Oznaczenie: np. CEM II (A/B) - D :cement portlandzki z dodatkiem pyłu krzemionkowego.

12. Cement hutniczy, skład i właściwości.

Cement hutniczy CEM III

Otrzymuje się go przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z gipsem i granulowanym żużlem wielkopiecowym lub przez wymieszanie oddzielenie zmielonych składników. Cement ten wytwarza się w dwóch odmianach różniących się zawartością żużla.

-mała przepuszczalność wykonanych z niego betonów i wysoka odporność na korozję siarczanową.

- niskie ciepło twardnienia, dzięki czemu jest przydatny do wykonywania dużych elementów betonowych i obiektów hydrotechnicznych. Może również być stosowany w budownictwie komunikacyjnym do budowy dróg, autostrad, wiaduktów i mostów

- mały skurcz

- wolne przyrosty wytrzymałości

- długi czas wiązania

- mała ilość ciepła

- wyższa odporność chemiczna

- odporny na wysokie T

- mniejsza wytrzymałość i mrozoodporność

Porównanie CEM I oraz CEM III:

- Cement hutniczy ma opóźniony początek i koniec wiązania o 30%

- Wolniejszy czas wiązania

- Większa odporność na agresję chemiczną

- Mniejsza kaloryczność

- Większe przyrosty wytrzymałości po 28 dniach

- Mniejszy nawet o 40% skurcz

- Niższa nasiąkliwość, ale dużo gorsza mrozoodporność

13. Właściwości fizyczne kruszyw(jamistość, porowatość, wodowięźliwość, wodożądność).

Jamistość -objętość wolnych przestrzeni między ziarnami kruszywa znajdującego się w pojemniku, obliczona zgodnie ze wzorem:

gdzie:

v - jamistość wyrażona w procentach

ρ_b - gęstość nasypowa w stanie luźnym, w megagramach na metr sześcienny

ρ_p - gęstość cząstek wysuszonych w suszarce lub wstępnie suszonych, w megagramach na metr sześcienny.

Porowatość

Polega na obliczeniu stosunku objętości porów ziaren kruszywa do całkowitej objętości próbki kruszywa.

gdzie:

ρ - gęstość

ρ_a - gęstość objętościowa (pozorna)

s - szczelność

Wodożądność

Jest to ważna cecha, która wpływa na konieczną ilość domieszki upłynniającej. Im mniejsza wodożądność cementu, tym można utrzymać niższy stosunek w/c w betonie. Wodożądność rośnie ze wzrostem rozdrobnienia. Dodatki nie wykazują dużego wpływu na wodożądność. Wyjątek stanowi kamień wapienny, który zapewnia wyjątkowo niską wodożądność.

Jest to ilość wody, którą należy dodać do 1 kg kruszywa, aby uzyskać odpowiednią konsystencję mieszanki betonowej (wskaźnik wodożądności).

Wodowięźliwość

Zdolność kruszywa do zatrzymywania wody. Ilość zatrzymanej wody zależy od uziarnienia kruszywa i powierzchni ziaren. Im drobniejsze kruszywo tym więcej wody zatrzymuje. Woda może być zatrzymana w trzech postaciach: błonkowa, meniskowa oraz kapilarna.

14. Wskaźnik uziarnienia wg Kuczyńskiego.

Umożliwia porównanie jakości kruszyw normowych o różnych uziarnieniach. Określa stosunek ciężaru ziaren grubych do sumy ciężaru ziaren. Im wyższy, tym kruszywo lepsze. Bardzo dobre kruszywo: 5>= U_K>=7,5

15. Istota efektu ściany i możliwość zapobiegania temu zjawisku.

Występujący podczas formowania elementu betonowego tak zwany efekt ściany może w pewnych przypadkach powodować, iż w niektórych obszarach elementu mieszanka betonowa może być istotnie zubożona w zaprawę cementowa. Efekt ten występować może zwłaszcza w elementach o małej objętości, rozbudowanej powierzchni zewnętrznej oraz o dużym zagęszczeniu prętów zbrojeniowych.
Powstałe luki między grubymi frakcjami kruszywa muszą być wypełnione zaprawą i w efekcie zapotrzebowanie na nią w pobliżu ścian formy rośnie. Zjawisko takie określa się jako "efekt ściany".

Sposoby zminimalizowania efektu:

• zmniejszenie max wymiaru ziarna

• zwiększenie ilości zaczynu lub zaprawy aby gęstość wzrosła z 1,1 do 1,2 lub 1,3

• stosuje się mieszanki o zwiększonej ciekłości, domieszki, zagęszcza się mieszankę

16. Wytrzymałość betonu na ściskanie.

Wytrzymałość betonu na ściskanie:

Podstawowym czynnikiem zmian wytrzymałości wszystkich kompozytów cementowych jest stosunek wodno-cementowy (w/c). Zmiany te przyczyniają się do zmian porowatości i rozkładu wielkości porów zaczynu cementowego, wyniku czego zmienia się wytrzymałość betonu. Zmniejszenie w/c powoduje wzrost wytrzymałości betonu, natomiast zwiększenie wywołuje efekt odwrotny. Bardzo duży wpływ w/c na wytrzymałość betonu podkreśla fakt, ze wartość współczynnika w/c jest bezpośrednio uwzględniona jako warunek wytrzymałości na ściskanie przy projektowaniu składu mieszanki betonowej. Od strony jakości składników głównymi czynnikami wpływającymi na wytrzymałość betonu zwykłego jest klasa cementu i rodzaj kruszywa, w przypadku którego powszechnie rozróżnia się tylko kształt ziarna, pomijając skład mineralny.

Została wprowadzona nowa norma (PN-EN 206-1) określająca wytrzymałość betonów zwykłych i ciężkich symbolem C../.. (np. C20/25 oznacza beton o minimalnej wytrzymałości charakterystycznej oznaczonej na próbkach walcowych wynoszącej 20 MPa (próbka walcowa o wymiarach: średnica 15 cm, wysokość 30 cm) i minimalnej wartości wytrzymałości charakterystycznej (wytrzymałość charakterystyczna to wartość osiągana przez minimum 95% próbek danej partii, równoznaczne jest to z 5% przedziałem ufności) oznaczonej na próbkach sześciennych wynoszącej 25 MPa (próbka sześcienna 15 cm × 15 cm × 15 cm).

17. Wpływ powietrza w betonie na jago wytrzymałość na ściskanie.

Porowatość zwiększa nasiąkliwość betonu, zaprawy czy zaczynu. Wzrasta też możliwość nadmiernego pęcznienia i ścieralność betonu. Przede wszystkim powoduje spadek wytrzymałości na ściskanie i zginanie.

18. Projektowanie betonu metodą trzech równań.

Metoda ta stosowana jest w przypadku, gdy kruszywo traktuje się jako całość nie rozdzielając w obliczeniach na drobne i grube. Można tak postępować, jeśli kruszywo zostanie ocenione jako dopuszczalne do zastosowania.

Projektowanie betonu metodą 3R polega na obliczeniu trzech poszukiwanych wartości, tj. ilości cementu, kruszywa i wody w kg/m³ mieszanki betonowej dzięki wykorzystaniu podstawowych równań, tj. wytrzymałości, konsystencji i szczelności.

• warunek wytrzymałości - ujęty we wzorze Bolomeya (doświadczalnie ustalona zależność wytrzymałości na ściskanie betonu stwardniałego od klasy zastosowanego cementu, rodzaju zastosowanego kruszywa i wskaźnika C/W charakteryzującego zaczyn cementowy)

[MPa]

W tej metodzie klasę betonu, jaką chcemy uzyskać zakładamy na początku projektu.

• warunek konsystencji - ujęty we wzorze na ilość wody niezbędnej do sporządzenia mieszanki betonowej o wymaganej konsystencji

[dm³]

• warunek szczelności - ujęty wzorem absolutnych objętości, który wskazuje, że szczelną mieszankę betonową uzyskuje się jeżeli suma objętości poszczególnych składników jest równa objętości mieszanki betonowej

[dm³]

Powyższy układ równań z trzema niewiadomymi pozwala obliczyć poszukiwane ilości: cementu C, kruszywa K i wody W w 1 m³ betonu. Układ ten jest słuszny pod warunkiem przyjęcia założenia, że w betonie nie ma pęcherzyków powietrza (p=0).

19. Projektowanie betonu metodą iteracji.

Metoda prof. Kuczyńskiego (metoda iteracji)

Metoda polegająca na dobraniu takiego składu frakcji kruszywa, by otrzymać jak największą gęstość. Składa się z dwóch części:

• skomponowania kruszywa - aby jamistość była jak najmniejsza, czyli staramy się uzyskać jak największą gęstość pozorną

• szukamy optymalnego składu frakcji kruszywa

• dalej metodą analityczną - metoda 3 równań albo można dalej projektować metodą doświadczalną.

20. Różnica pomiędzy domieszką a dodatkiem do betonu.

Domieszka - są to substancje organiczne lub nieorganiczne , których nie traktujemy jako składników objętościowych. Dodawane w ilościach mniejszych niż 5% całkowitej masy cementu. Są to substancje w postaci: płynów, proszków, zawiesin. Modyfikacja właściwości betonów na dodrze reakcji fizycznych, chemicznych lub fizyko-chemicznych.

Dodatek - są to substancje, które wpływają na objętość cementu. Występują w ilości większej niż 5% np. popioły lotne (zwiększają urabialność, zmiana płynności lub wytrzymałości a także odporności chemicznej). Dodatkami nowej generacji są włókna polipropylenowe lub włókna stalowe. Będą one miały inne parametry, nie będą już zwykłym materiałem kruchym. Rozróżniamy dodatki:

• obojętne - obojętne chemiczne lub prawie obojętne w stosunku do składników cementu

• pucolanowe - zawierają dużo krzemionki SiO₂ ,nie mają właściwości wiążących, tworzą związki nie rozpuszczalne w wodzie

21. Rola plastyfikatorów i superplastyfikatorów w technologii betonu

Plastyfikatory - obniżenie wody 8-18%

I. Obniżenie konsystencji, nawet do półpłynnej, ciekłej

II. Gęstoplast + domieszka (nie zależy nam na zmianie konsystencji)

Konsystencja pozostaje stała, natomiast wytrzymałość rośnie

II. Gestoplast + domieszka. Konsystencja i wytrzymałość ma wartość stałą

R = A_i (c/w - 0,5) zmieniając ilość wody zmieniamy ilość cementu

Superplastofikatory - są domieszkami obniżającymi potrzebną zawartość wody w mieszance, lecz w stopniu silniejszym od zwykłych domieszek (są to rozpuszczalne w wodzie polimery organiczne). W postaci soli sodowych (lub soli wapnia).Obniżenie wody 8-30%. Działanie: ziarenka cementu i dostarczone im silne ładunki powodują, że się wzajemnie odpychają, uzyskuje się w ten sposób poprawę urabialności lub otrzymuje się normalną urabialność o zwiększonej wytrzymałości, dzięki bardzo dużemu zmniejszeniu stosunkowi woda-cement. Mają zastosowanie w gęsto zbrojonych konstrukcjach.

Np. SK1 - roztwór żywicy melanino formaldehydowej, zmniejszenie nasiąkliwości i porowatości, wzrost wytrzymałości.

22. Domieszki przyspieszające wiązanie betonu

Domieszki przyśpieszające wiązanie:

- Są to preparaty, które powodują natychmiastowe wiązanie cementu

- zastosowanie ograniczone, można stosować do pilnych prac remontowych oraz układane w niskich temperaturach 2-4C

- Najbardziej rozpowszechniony jest chlorek wapnia (CaCl₂) - przyspiesza uwolnienie się wapnia, powstanie zarodników przyspieszających proces, zwiększają uplastycznienie, duże wydzielenie ciepła. Dodajemy jedynie do cementów hutniczych i portlandzkich, nigdy do glinowych. Nie można dodawać do betonów sprężonych. Powoduję korozję stali.

+2% - wzrost 40%

+4% - dla betonów bez zbrojenia, ma wady: intensywne wykwity, spadek wytrzymałości.

- Kwas solny HCl , działa podobnie jak chlorek wapniowy, przyspiesza hydratację ziaren cementu

- chlorek sodu i potasu

23. Domieszki opóźniające wiązanie betonu

- zwalniają reakcję cementu z wodą

- obniżają ciepło hydratacji

- do betonowania w wysokich temp

- do betonowania warstwowego

- przy transporcie betonu na dłuższe odległości

24. Domieszki napowietrzające

Powodują znaczące zwiększenie mrozoodporności, polepszenie urabialności, zwiększają w sposób sztuczny ilość frakcji pylastej np. Abiesad E1 -do betonów hydrotechnicznych, wodny roztwór środków powierzchniowo czynnych

25. Parametry wibracji.

1.Przyspieszenie drgań

• drgania z reguły są harmoniczne a = 0,011Af² [m/s²] A- amplituda f- częstotliwość

• w praktyce stosujemy drgania takie aby: 2g <a < 15g

2.Częstotliwość

• zależy od max ziarna, kształtu, formy i konsystencji

3.Amplituda

• dobór amplitudy uzależniony jest od konsystencji mieszanki

4.Czas wibracji

5.Siła wzbudzająca F=M_kf² / 10⁴ [N] M_k = Q_e

Q- masa mimośrodu

M_k - siła kinematyczna

6.Intensywność wibracji J = Va = 8²A²f³  

26. Układanie betonu pod wodą

Układanie mieszanki betonowej pod wodą

- mieszanka betonowa musi być ułożona tak, aby był jak najmniejszy kontakt z wodą

- układamy kilka warstw

- pod nimi znajduje się warstwa, która nie miała kontaktu z wodą

- warstwy betonu, które miały kontakt z wodą można zostawić lub w elementach konstrukcyjnych skuć

- układanie mieszanki odbywa się przy pomocy pojemników i pomp

 

Metoda Contraktor:

- mieszanka betonowa podawana jest przy pomocy rury 45 cm

- mieszankę podajemy pod wcześniej położoną warstwą

- rura wykonana jest ze stali, którą ustawiamy na dnie

- kruszywo nie większe niż ¼ średnicy rury

- mieszanka na granicy półciekłej i plastycznej

27. Betony pompowe.

28. Beton natryskowy(torkret).

• nakładanie betonu za pomocą torketnic polega na nadaniu cząstkom mieszanki betonowej takiej energii kinematycznej, że padając na powierzchnię przylepia się tworząc powłokę betonową

• dobra przyczepność do wszystkich powierzchni

• mamy dwie grupy torkretnic

Metoda sucha:

• urządzenie składa się z: zasypnik, powietrze pod ciśnieniem, cylinder obrotowy, mieszadło, wąż gumowy, regulator ilości wody oraz dyszy

• początkowo mieszanka się odbija: 20-30%torketu odbija się

• najpierw przyczepia się zaczyn

• ilość wody musi być regulowana - bardzo ważna sprawa

poziom 400-500 m

• przed ułożeniem warstwy torketu nawilżamy powierzchnię

Metoda mokra:

• do zasypnika podawana jest mieszanka betonowa przygotowana wcześniej w betoniarce

• również mamy narzut poczatkowy (70-80%)

Torket zbrojony:

• zbrojenie włóknem rozproszonym

• włókna stalowe od 2-4 mm w różnych kształtach

• zabezpieczają w dużym stopniu przed spękaniem

Zalecany skład mieszanki betonowej:

• cement portlandzki (najlepiej klasy 42,5)

• nie stosować cementów hutniczych ze względu na czas wiązania

• ilość cementu zależy od max ziarna

Średnica ziaren [mm]	Ilość cementu [kg/m^3]
 7	350-450
 15	320-400
 30	270-350

• max ziarno nie może być większe niż 1/3 średnicy węża i 1/2 grubości warstwy torketnic

• stosujemy różnego rodzaju środki zwiększające przyczepność, a także czas wiązania

• stosunek w/c od 0,3 do 0,5 (metoda mokra)

• punkty piaskowe są nieco wyższe niż w zwykłych betonach, cementach

Wykonawstwo:

• oczyścić powierzchnię z resztek brudu, korozji

• na 2-3 dni przed ułożeniem torketu myjemy powierzchnię wodą pod ciśnieniem, nasycamy je wodą

• zakładamy siatkę wzmacniającą na powierzchnię

• torket układami na powierzchni od dołu pasmami o szerokości 1-1,5 m (można nakładać kilka razy)

• jednorazowo można ułożyć: w metodzie suchej torket o grubości 2-5 cm, w metodzie mokrej 1-3 cm

• druga warstwa może być nakładana po 2 h (poprzednia powierzchnia jeszcze mokra, gdy jest już sucha nawilżamy aby następna warstwa miła lepszą przyczepność)

• po ułożeniu betonu przez 14 dni należy go pielęgnować (utrzymywać w stanie wilgotnym)

Zastosowanie:

• prace remontowe

• prace wzmacniające

• prace zabezpieczające

• stabilizacja zboczy

• wykonanie siatkobetonu

29. Beton mrozoodporny.

• zamarzająca woda zwiększa swoją objętość o 9% (nawet do 13%)

• temperatura zamarzania może być nawet od -4C (w zależności od zawartości innych związków)

• destrukcja zależy od stopnia nasycenia betonu wodą (zwiększenie objętości po zamarznięciu), krytyczne nasycenie betonu wodą - 92%

• im mniejsze pory kapilarne tym woda nie będzie zamarzała szybko (im mniejsza średnica tym mniejsza temp zamarzania)

• destrukcja zależy także od wędrówki wody w kapilarach (sorpcje, dyfuzje)

Skład betonu mrozoodpornego:

• 400 kg/m³ cementu (zbyt duża ilość powoduje skurcze oraz rysy)

• konsystencja gęstoplastyczna

• kruszywo nienasiąkliwe

• domieszki napowietrzające (wprowadzają powietrze do betonów)

• na powierzchni tworzy się cienka błona elastyczna

30. Beton wysokowartościowy.

Beton wysokowartościowy

• beton o wytrzymałości większej niż 60 MPa

• najwieksza uzyskana wytrzymałość to 120 (Chicago)

• dobra urabialność przez co najmniej 1h od wymieszania składników

• dobra szczelność o odporność na ścieranie , mała nasiąkliwość

• posiada bardzo mały skurcz

• są bardzo szczelne, mrozoodporne, wodoszczelne i odporne na korozję chemiczna

• uzyskujemy tworząc beton o bardzo małych porach, równomiernie rozłożonych

• maksymalnie obniżamy stosunek w/c

• obniżamy maksymalnie dodawanie wody (ciężkourabialny), dodajemy superplastyfikatorów

• cementy klas 42,5 oraz wyższe

• kruszywo łamane o chropowatej powierzchni

• piasek płukany , bez pyłu

• frakcja 2/4 powinna stanowić nie więcej niż 4%

• dodajemy mikrokrzemionkę w ilości 10-25% wagi cementu , która wypełnia pory cementu

• mikrokrzemionka zmielona jest do stanu koloidalnego

• beton nie spełnia wzoru Bolomey'a, przy projektowaniu bazujemy na wzorze Abramsa

• zastosowanie: wysokie budynki, mosty, tunele

31. Wibrobeton.

oprócz kruszyw naturalnych zawierają włókna stalowe, szklane lub syntetyczne, stosowane jako betony do wykonywania np. posadzek przemysłowych

Fibrobetony są materiałami kompozytowymi o spoiwie cementowym (zaczyny,zaprawy i betony),w których rozmieszczone są krótkie włókna z różnych tworzyw. Podstawowym celem stosowania zbrojenia rozproszonego w betonie jest kontrolowanie powstawania i propagacji. Jeżeli liczba wprowadzonych do betonu włókien jest odpowiednio duża, to występujące w betonie defekty w postaci drobnych rys wywołanych skurczem lub efektami termicznymi zostaną „zszyte ” przez włókna. W przypadku rys powstających wskutek oddziaływania na beton obciążeń zewnętrznych ma miejsce podobny efekt. W chwili gdy nastąpi lokalne pęknięcie betonu-matrycy, obciążenia zostaną przejęte przez włókna. Rosnące obciążenie włókna wywołane może albo jego wysunięcie z matrycy, albo zerwanie. Sposób, w jaki włókno utraci swą nośności będzie zależało od wytrzymałości włókien, ich przekroju poprzecznego oraz siły kotwiącej włókno w matrycy, która zależy od przyczepności zaczynu do jego powierzchni bocznej oraz kształtu zakończeń.
Zbrojenie rozproszone w postaci włókien, stosuje się w betonach zwykłych a także w betonach zbrojonych prętami stalowymi, siatkami oraz w betonach sprężonych. Oprócz hamowania powstawania i rozwoju zarysowań w betonie, włókna wpływają znacznie na podwyższenie energii zniszczenia. We właściwej ilości zastosowanie włókien pozwala na uzyskanie wzrostu wytrzymałości na rozciąganie i ścinanie, oraz wzrost odporności zmęczeniowej i udarności. Uzyskiwane efekty stosowania włókien zależą m.in. od ich właściwości fizycznych.
Duże różnice w gęstości pozornej włókien mają istotne znaczenie przy ich dozowaniu do mieszanki betonowej. Dozowanie może być: objętościowe włókien w procentach w stosunku do objętości betonu, wagowe w procentach w stosunku do masy betonu lub wagowe włókien na m³ betonu. To zróżnicowanie jest bardzo ważne w praktycznym zastosowaniu włókien. Ilości włókien w kg na m³ betonu zależą od rodzaju włókien. Przy jednakowym udziale objętościowym (%)różnią są masą.
Przedział zużycia włókien polipropylenowych został w tablicy rozszerzony o objętość 0,1%, która to ilość jest zalecana jako optymalna przez producentów tych włókien. W przypadku włókien stalowych objętość może być zwiększana nawet do 20%,gdzie taka ilość jest stosowana np. w betonach SIFCON. Zwykle zawartość włókien stalowych w fibrobetonie nie przekracza 2%udziału objętościowego.

---