Zaprawy wiążące

Poprzez zaprawy wiążące rozumiemy spoiwa, uzyskane z materiałów, które po zmieszaniu tworzą masę plastyczną, która po stwardnieniu wykazuje zdolność do spajania ze sobą różnych materiałów.

Wyróżniamy zaprawy:

• powietrzne

• plastyczne

Zaprawy powietrzne to zaprawy twardniejące na powietrzu i nie odporne na działanie wody. Do najważniejszych zaliczamy wapno. Wapno palone CaO otrzymuje się przez termiczny rozkład wapieni w temperaturze 900 - 1100^oC.

CaCO₃ → CaO + CO₂

Wapno gaszone Ca(OH)₂ otrzymujemy w wyniku działania wody na wapno palone.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Z wapna gaszonego wytwarza się zaprawę murarską złożoną z 1 części obj. wapna i 3-6 części piasku i wody. Piasek ma za zadanie zwiększyć porowatość zaprawy i zapobiec skurczom podczas wysychania zaprawy. Proces wiązania i twardnienia zaprawy ilustruje reakcja.

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O + 3,81 ∗ 10^4y / mol (9,1 kcal/mol)

Do sporządzania zaprawy stosuje się również wapno hydrauliczne, czyli stały wodorotlenek wapnia w postaci sproszkowanej.

Do zapraw powietrznych zaliczyć można także gips sztukaterski zawierający głównie półhydrat CaSO₄ * ¹/₂ H₂O.

Zaprawy hydrauliczne to zaprawy twardniejące na powietrzu i w wodzie, a po stwardnieniu odporne na działanie wody. Do najważniejszych materiałów spośród spoiw hydraulicznych wyróżniamy cement portlandzki, składający się z wapieni, glin lub mieszaniny tych składników - margli. Zawartość tych składników określają moduły: hydrauliczny, krzemianowy i glinowy.

Podstawowymi składnikami cementu są:

• krzemian trójwapniowy - 3CaO ∗ SiO₂

• krzemian dwuwapniowy - 2CaO ∗ SiO₂

• glinian trójwapniowy - 3CaO ∗ Al₂O₃

• żelazoglinian czterowapniowy - 4CaO ∗ Al₂O₃

Wiązanie i twardnienie cementu przebiega w trzech zasadniczych etapach:

1. Uwodnienie (hydratacja) różnych soli

2. Hydroliza - uzyskuje się zasadę wapniową oraz słabe kwasy

3. Krystalizacja nowych soli

Fizyczne zjawiska towarzyszące wiązaniu i twardnieniu cementu wyjaśnia teoria A.A. Bajkowa: wg. niej rozróżniamy trzy stadia; stadium rozpuszczania, koloidacji i krystalizacji. Wiązanie cementu jest procesem egzotermicznym. Istnieje kilka odmian cementu portlandzkiego. Najważniejsze z nich to cement boksytowy i żużlowy. Cement znajduje szerokie zastosowanie w budownictwie; poprzez zmieszanie go z wodą i kruszywem otrzymuje się materiał budowlany zwany betonem. Uzbrojenie cementu prętami stalowymi daje tzw. żelazobeton łączący wytrzymałość betonu na ściskanie z wytrzymałością stali na rozciąganie. Natomiast dodanie do zaprawy środków gazotwórczych powoduje powstanie tzw. gazobetonu charakteryzującego się 2-3 razy mniejszym ciężarem właściwym od ciężaru cegły.

Ćwiczenie 1

Oznaczenie zawartości wolnego CaO w cemencie.

1 g. wysuszonego cementu wsypano do kolby Erlenmeyera. Następnie do niej wlano 80 cm³ zagotowanej wody destylowanej i 40 cm³ roztworu HCl. Całość gotowano przez ok. 3 min. celem odpędzenia CO₂. Następnie dodano 3-5 kropel 1% r-ru fenoloftaleiny i miareczkowano roztworem KOH do wystąpienia barwy różowej. Część HCl przereagowała z CaO wg. reakcji:

CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O

Część kwasu, który nie przereagował z CaO oznaczono przez miareczkowanie KOH. Wyniki doświadczenia ujęto w tabelce 1.

Procentową zawartość CaCO w próbce można również obliczyć wg wzoru:

%CaO = (40 - a) * 1.4

%CaO = (40 - 28) * 1.4

%CaO = 16.8

gdzie: a - ilość cm³ KOH, zużyta na zobojętnienie nadmiaru HCl, który nie przereagował z wolnym CaO

(40 - a) - ilość cm³ HCl, która przereagowała z wolnym CaO

Tab.1.

Nr. oznaczenia	Ilość cm^3 0.5 M		Ilość HCl reagująca z CaO		Zawartość CaO w próbce
		HCl	KOH	cm^3 0.5 M roztworu	g	g	g
1	40	28	12	0.02328	0.168	16.8

Ćwiczenie 2

Oznaczenie zawartości niedopału w wapnie palonym.

Niedopał - ta część węglanu wapnia CaCO₃, która podczas prażenia wapienia nie uległa rozkładowi na CaO i CO₂. Doświadczenie przeprowadzono na aparacie do analizy gazometrycznej.

Rys 1. Aparat do analizy gazometrycznej

B - kalibrowana biureta

Z - zbiornik wyrównawczy

N - naczynie reakcyjne - zamknięte korkiem

Do naczynia wlano 25 cm³ HCl i umieszczono w nim probówkę z polistyrenu w której znajdował się 1 g wapna palonego i ołowiany ciężarek. Poprzez poruszenie naczyniem N zainicjowano reakcję HCl z próbką (wapno). Wydzielił się CO₂, który zwiększył objętość gazu w biurecie. Po 15 minutach zmierzono obj. gazu w biurecie. Ponadto odczytano temp. otoczenia (t) i ciśnienie barometryczne (b). Prężność pary wodnej (f) nad roztworem NaCl odczytano z tabeli. Objętość (V) wydzielonego CO₂ przy temp. t i ciśn. b oraz prężność pary f nad roztworem NaCl w biurecie zredukowano do objętości V₀ posługując się wzorem:

8.974

Procentową zawartość CO₂ w wapnie palonym oblicza się ze wzoru:

gdzie: n - ciężar badanej próbki wapna palonego w g.

0.0019768 g/cm³ - ciężar właściwy CO₂ w warunkach normalnych.

Wyniki doświadczenia ujęto w tabeli 2.

Tab.2.

Nr próbki		1
Masa próbki (g)		1
Temperatura otoczenia t(^0C)		20
Ciśnienie barometryczne b(mmHg)		745
Prężność pary H2O przy temp. t f (mmHg)		13.0
b-f (mmHg)		732
Objętość gazu w biurecie	przed reakcją V1 (cm^3)	15
		po reakcji V2 (cm^3)	25
		różnica V2-V1 V (cm^3)	10
Objętość CO2 w war. Norm. V0 (cm^3)		8.974
Zawartość w probówce	% CO2	0.01773

-1-

---