Opole, 04.06.2009r.

Materiały budowlane
Sprawozdanie z ćw. Nr II

Spoiwa powietrzne: spoiwa wapienne, gipsowe, krzemianowe i magnezjowe - podział, właściwości i zastosowania.

Autorzy:

1.WSTĘP TEORETYCZNY

1.1.SPOIWO MINERALNE

Jest to materiał wiążący (spoiwo) otrzymany przez wypalenie i zmielenie surowców mineralnych (najczęściej skał osadowych). W materiałach tych, po dodaniu wody, zachodzą reakcje chemiczne, w wyniku, których następuje proces wiązania i twardnienia. Spoiwa mineralne dzielimy na hydrauliczne i powietrzne ze względu na sposób ich zachowania się w środowisku wodnym podczas twardnienia.

Spoiwa powietrzne - twardnieją (uzyskują odpowiednią wytrzymałość mechaniczną) tylko na powietrzu:

• wapno,

• gips oraz cement anhydrytowy,

• spoiwo magnezjowe,

• spoiwo,

spoiwa hydrauliczne - twardnieją na powietrzu i pod wodą:

• cementy,

• wapno hydrauliczne.

1.2.SPOIWA WAPIENNE

Jak są otrzymywane?

Spoiwo wapienne należy do grupy spoiw powietrznych i oparte jest na tlenku wapnia CaO.
Wapno palone (CaO) otrzymuje się przez wypalanie kamienia wapiennego (CaCO3) w piecach szybowych, bądź obrotowych w temperaturze 950 - 1050oC. Proces wypalania zachodzi wg reakcji
CaCO3 <=> CaO + CO2 + 165,5 kJ/mol
W czasie wypalania wapienia temperatura nie może być zbyt wysoka, ponieważ może wystąpić proces powlekania (oblepiania) ziarenek wapna palonego nieprzepuszczalnymi dla wody stopionymi tlenkami zanieczyszczeń. Najczęściej tymi zanieczyszczeniami są: krzemionka, tlenki żelaza, tlenki glinu lub węglan magnezu.
Zbyt wysoka temperatura wypalania daje nam tzw. wapno martwe, nie podatne na proces gaszenia.

Jakiemu procesowi poddaje się wapno palone i jakie są produkty tego procesu?

Wapno palone poddaje się procesowi gaszenia wg reakcji
CaO + H2O --> Ca(OH)2 - 63,5 kJ/mol
W zależności od sposobu prowadzenia procesu gaszenia wapno dzieli się na:
• ciasto wapienne
• wapno hydratyzowane
• mleko wapienne
Ciasto wapienne otrzymywane jest w dołach do gaszenia i stanowi układ koloidalny wodorotlenku wapnia w nasyconym wodnym roztworze tegoż wodorotlenku; zawartość wody wynosi ok. 50% masy ciasta wapiennego.
Wapno hydratyzowane (sucho gaszone) jest sproszkowanym wodorotlenkiem wapnia, który otrzymuje się metodą przemysłową przez gaszenie wapna palonego małą ilością wody (ok. 25%)
Mleko wapienne charakteryzuje się znacznym nadmiarem wody w układzie koloidalnym wodorotlenku wapnia.

WYRÓZNIA SIĘ TRZY RODZAJE WAPNA

(W zależności od pochodzenia - rodzaju surowca)

-wapno wapniowe wytwarzane z wapieni czystych - CL
-wapno dolomitowe wytwarzane z wapieni zdolomityzowanych - DL
-wapno hydrauliczne wytwarzane z wapieni ilastych - HL

1.3. SPOIWA GIPSOWE

Spoiwa gipsowe stanowią zróżnicowaną pod wieloma względami grupę materiałów wiążących. W zależności od zastosowania muszą spełniać określone wymagania i odznaczać się specyficznymi właściwościami. Spoiwa gipsowe powinny się charakteryzować przede wszystkim wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz odpornością na działanie czynników atmosferycznych. Różnice dotyczące właściwości spoiw gipsowych wynikają nie tylko z ich składu chemicznego, stopnia rozdrobnienia i sposobu otrzymywania, ale są także zależne wprowadzenia do nich różnego typu modyfikatorów wpływających na czas wiązania, barwę i wzrost wytrzymałości.

Spoiwa gipsowe otrzymuje się przez prażenie kamienia gipsowego (CaSO4*2H2)0 w prażarkach lub piecach obrotowych a następnie jego zmielenie.

Wiązanie gipsu polega na ponownym uwodnieniu spoiwa gipsowego - siarczanu wapnia półwodnego do siarczanu wapnia dwuwodnego. Szybkie wiązanie gipsu często utrudnia jego stosowanie w budownictwie. Aby temu przeciwdziałać stosuje się domieszki opóźniające proces wiązania gipsu.
Do spoiw gipsowych należą: gips budowlany, gips szpachlowy, gips tynkarski i klej gipsowy.
Gips budowlany w zależności od stopnia rozrobienia dzieli się na: grubomielony i drobnomielony.

Gips budowlany przeznaczony jest do produkcji wyrobów z zaczynów, zapraw, rzadziej betonów, które będą wbudowane w budynki, zabezpieczając te wyroby przed zwilgoceniem.
Spoiwa gipsowe specjalne przeznaczone są do robót wykończeniowych. Markę (wytrzymałość na ściskanie) oznacza się po 7 dniach twardnienia i wysuszeniu do stałej masy.
W grupie budowlanych gipsów produkuje się: gipsy szpachlowe przeznaczone do szpachlowania powierzchni z wyrobów gipsowych (G), betonowych (B) oraz spoinowania płyt gipsowo-kartonowych (F). Gipsy tynkarskie przeznaczone są do wykonywania wewnętrznych wypraw tynkarskich sposobem zmechanizowanym (GTM) lub ręcznym (GTR). Kleje gipsowe przeznaczone są do klejenia prefabrykatów gipsowych (P) oraz do osadzania płyt gipsowo-kartonowych (T).
Wadą spoiw gipsowych jest ich wpływ korozyjny na stal zbrojeniową oraz to, że charakteryzują się bardzo dużym spadkiem wytrzymałości na ściskanie, tj. o ok. 70% po nawilżeniu suchego zaczynu gipsowego.
Spoiwa gipsowe dostarczane są w czterowarstwowych workach papierowych o pojemności 25-30 i 50 kg; przechowuje się je w warunkach zabezpieczających przed wilgocią.

1.4. SPOIWA MAGNEZJOWE

Spoiwa magnezjowe, czyli tzw. cementy magnezjowe, otrzymywane są przez zmieszanie magnezytu kaustycznego lub dolomitu kaustycznego z roztworami soli metali dwuwartościowych. Spoiwa magnezjowe charakteryzują się szybkim procesem wiązania (kilka godzin), dużą wytrzymałością na ściskanie; nie są one jednak odporne na długotrwałe oddziaływanie wody. Znajdują zastosowanie w budownictwie do produkcji posadzek bezspoinowych, płytek podłogowych, płyt izolacyjnych. Zaprawy magnezjowe powodują korozję betonu oraz silnie korodują żelazo. Działanie korodujące jest wynikiem obecności MgCl2 w spoiwie i jest potęgowane przez obecność wilgoci.

1.5. SPOIWO KRZEMIANOWE

Spoiwo krzemianowe ze szkłem wodnym, otrzymywane przez zmieszanie szkła wodnego (roztwór krzemianów sodowych lub potasowych otrzymywany przez stopienie piasku z węglanem sodowym lub potasowym i rozpuszczenie stopu w wodzie pod ciśnieniem) z wypełniaczem mineralnym o uziarnieniu do 0,2 mm. Jako wypełniacza używa się np. mączki kwarcowej. Obecnie raczej nieużywane.

Najczęściej w budownictwie można się spotkać z użyciem gipsu do wykonywania:
* tynków wewnętrznych,
* ozdobnych detali architektonicznych, stiukówi i sztukaterii, posągów,
* płyt na ścianki działowe, płyt gipsowo-kartonowych,
* posadzek pod wykładziny podłogowe,
* form do odlewów,
* drobnych napraw tynku lub jako gładzi na tynkach cementowo-wapiennych (tzw. szpachlowania).

2. TEORIA POTRZEBNA DO ĆWICZENIA

2.1. OZNACZENIA KONSYSTENCJI

PRZYRZĄDY

a) Miska porcelanowa, gumowa, z tworzywa sztucznego lub emaliowana, pojemności około 1000 cm3.

b) Mieszadło ręczne z trzema lub więcej pętlami wykonane z drutu nierdzewnego,

c) Cylinder wykonany z metalu nierdzewnego, o polerowanej wewnętrznej powierzchni,

d) Płytka szklana średnicy > 240 mm.

e) Cyrkiel traserski lub linijka długości 250 mm i dokładności pomiaru do 1 mm.

WYKONAIE OZNACZNIA

Ze średniej próbki laboratoryjnej przygotowanej należy odważyć 300 ÷ 350 g

spoiwa gipsowego. Przed przystąpieniem do wykonywania oznaczania należy miskę, cylinder i płytkę dokładnie oczyścić i przetrzeć wilgotną tkaniną. Do uprzednio przygotowanej miski należy wlać wodę w ilości zależnej od rodzaju spoiwa, a następnie wsypać w ciągu

2 ÷ 5 s odważone spoiwo. Całość szybko mieszać mieszadłem przez 30 s, licząc czas od wsypania spoiwa do wody. Po zakończeniu mieszania należy otrzymany zaczyn wlać do cylindra ustawionego na płytce, a nadmiar zaczynu usunąć nożem i wyrównać powierzchnię zaczynu z górną krawędzią cylindra. Po 45 s, licząc od początku wsypywania spoiwa do wody (lub 15 s po zakończeniu mieszania), cylinder należy szybko podnieść pionowo na

wysokość 150 ÷ 200 mm, odstawić na bok i zmierzyć rozpływ zaczynu. Pomiar należy wykonać cyrklem traserskim lub linijką mierząc średnicę placka w dwóch prostopadłych do

siebie kierunkach, z dokładnością do 5 mm.

WYNIK

Za wynik oznaczania normalnej konsystencji należy przyjąć średnią arytmetyczną dwóch pomiarów średnicy placka.

Jeżeli rozpływ zaczynu jest większy lub mniejszy niż 180 ±5 mm, oznaczanie należy powtórzyć ze zmienioną ilością wody.

2.2.OZNACZENIE CZASU WIĄZANIA

PRZYRZĄDY

a) Przyrząd Vicata (o masie ruchomych części 300 ±2 g) wraz z igłą i pierścieniem. Igła powinna być

wykonana ze stali nierdzewnej, a jej powierzchnia stykająca się z zaczynem gipsowym powinna być polerowana.

Pierścień powinien być wykonany z materiału nieulegającego korozji.

b) Płytka szklana o wymiarach 100 × 100 mm.

WYKONANIE OZNACZENIA

Przed przystąpieniem do wykonania oznaczania należy sprawdzić, czy trzonek

przyrządu Vicata opada swobodnie. Następnie zamocować igłę w dolnej części trzonka, na podstawie przyrządu umieścić szklaną płytkę, po czym opuścić trzonek wraz z zamocowaną igłą do jej zetknięcia się z powierzchnią płytki. W tym położeniu ustawić skalę tak, aby wskazówka przyrządu znajdowała się w punkcie zerowym podziałki.

Przed przystąpieniem do wykonywania oznaczania pierścień oraz płytkę szklaną należy lekko przetrzeć olejem. Zaczyn gipsowy o normalnej konsystencji należy wykonać. Przygotowany zaczyn umieścić w pierścieniu ustawionym na płytce szklanej. Z chwilą dodania spoiwa do wody należy odnotować czas badania. W celu uniknięcia znajdujących się w zaczynie pęcherzyków powietrza płytkę wraz z pierścieniem należy 4 ÷ 5 razy wstrząsnąć przez podniesienie i opuszczenie jednego z boków płytki na wysokość około 10 mm. Następnie

nadmiar zaczynu usunąć nożem, wyrównać powierzchnię z górną krawędzią pierścienia i natychmiast całość ustawić na podstawie przyrządu Vicata. Trzonek ruchomy przyrządu należy ustawić w takim położeniu, aby igła dotykała powierzchni zaczynu. W celu oznaczania czasu wiązania należy igłę swobodnie zanurzać w różnych miejscach zaczynu, w odstępach czasu nie dłuższych niż 30 s. Po każdym zanurzeniu igłę należy dokładnie oczyścić.

WYNIK

Za początek wiązania należy przyjąć czas, w którym igła zanurzona w zaczynie zatrzyma się w odległości 2 ÷ 4 mm nad powierzchnią szklanej płytki. Za koniec wiązania należy przyjąć czas, w którym igła zanurzy się w zaczynie na głębokość nie większą niż 1 mm. Początek i koniec wiązania należy liczyć w minutach od chwili dodania spoiwa do wody.

3.BADANIE NA ĆWICZENIACH

3.1. OZNACZENIA KONSYSTENCJI

Do badania użyliśmy próbki o masie 350g gipsu. Badanie przeprowadziliśmy dla trzech stosunków W/G.

Przy stosunku W/G=0,5 (175ml wody) rozpływ równał się 10cm x 10cm śr.= 100mm

Przy stosunku W/G=0,58 (203ml wody) rozpływ równał się 19cm x 19,5cm śr.= 192,5mm

Przy stosunku W/G=0,56 (169ml wody) rozpływ równał się 18,5cm x 18,5cm śr.= 185mm

WNIOSKI

Po dokonaniu doświadczenia przy powyższych stosunkach W/G udało się nam ustalić optymalny stosunek, jaki został podany w normie, ponieważ rozpływ podczas dwóch pierwszych doświadczeń był nieodpowiedni to świadczyło to o tym, że konsystencja zaczynu jest nieodpowiednia. Następnie dokonaliśmy kolejne badanie, w którym udało się nam określić odpowiedni stosunek wodno-gipsowy(WG), który wynosi 0,56 i rozpływ przy takim stosunku równał się 18,5cm x 18,5cm

3.2.OZNACZENIE CZASU WIĄZANIA

\Do wykonania ćwiczenia należy odważyć 350 g gipsu. Przy współczynniku W/G = 0,56g , czyli 169 ml wody gdzie rozpływ wyniósł 18,5 cm (średnica) - jest to wynik wystarczający wg normy.

Przygotowany zaczyn umieszczamy w pierścieniu ustawionym na płytce szklanej. Z chwilą dodania spoiwa do wody odnotowaliśmy czas badania. W celu uniknięcia znajdujących się w zaczynie pęcherzyków powietrza płytkę wraz z pierścieniem kilka razy wstrząsnęliśmy przed podniesieniem i opuszczeniem jednego z boków płytki na wysokość około 10 mm. W celu oznaczania czasu wiązania igłę swobodnie zanurzaliśmy w różnych miejscach zaczynu, w odstępach czasu 30 s.

Początek czasu wiązania wyniósł 6 minut, a koniec czasu wiązania 15 minut. Ćwiczenie zostało wykonane zgodnie z wymaganiami normowymi.

WNIOSKI

Doświadczenie, które przeprowadziliśmy potwierdziło, że gips jest spoiwem bardzo szybko wiążącym. Jest to cecha pożądana, ponieważ gips używa się często do prac wykończeniowych i potrzeba czasu na wymodelowanie gipsowanego fragmentu. Jednocześnie szybkie jego wiązanie skraca czas prac wykończeniowych. Gips dzięki tej właściwości znalazł zastosowanie np. w medycynie, kiedy potrzebne jest szybkie usztywnianie kończyn. Jakiekolwiek prace związane ze spoiwem gipsowym wymagają wcześniejszego zapoznania i przygotowania się do czynności, które mamy wykonać.

2

---