PYTANIE SPRAWDZAJĄCE Z TECHNOLOGII BETONU DO CZĘŚCI LABORATORYJNEJ

1.        Jak jest różnica między klinkierem portlandzkim a cementem? Co to jest klinkier portlandzki, jak się go uzyskuje?

2.        Rodzaje spoiw do betonów i zapraw. Co to jest spoiwo mineralne? Różnica między spoiwem hydraulicznym a powietrznym.

3.        Które właściwości cementu podlegają badaniu normowemu i dlaczego? (m. in. oznaczenie czasu wiązania, wytrzymałości, stałości objętości, itp.).

4.        Opisać badanie normowej konsystencji, czasu wiązania, wytrzymałości.

5.        Na czym polega ocena zgodności cementu według obowiązujących norm?

6.        Klasyfikacja kruszyw ze względu na pochodzenie i wielkość.

7.        Na czym polegają główne różnice między kruszywem otoczakowym i łamanym.

8.        Normowe badania kruszyw: uziarnienia, gęstości pozornej, gęstości nasypowej, gęstości właściwej.

9.        Podać skład zaprawy o określonym przeznaczeniu (można korzystać z norm) - jeżeli będą już zajęcia z zapraw.

10.    Podział zapraw budowlanych, ich przeznaczenie (warunek jak wyżej).

11.    Zdefiniować pojęcia:

• ·frakcja kruszywa, grupa frakcji;

• · uziarnienie kruszywa;

• ·punkt piaskowy i punkt pyłowy;

• · próbka laboratoryjna kruszywa - jak ją otrzymać?

• · marka zaprawy;

• ·klasa cementu;

• ·gęstość nasypowa, pozorna, właściwa, jamistość szczelność, porowatość.

12.  Zadanie na przykład: analiza sitowa, obliczanie jamistości, porowatości itp., obliczanie wytrzymałości (dot. badań cementów).

 

1.        Jak jest różnica między klinkierem portlandzkim a cementem? Co to jest klinkier portlandzki, jak się go uzyskuje?

Klinkier portlandzki i cementem różni się pod względem składu mineralnego . Cement oprócz klinkieru portlandzkiego zawiera również około 5% gipsu

Klinkier portlandzki - półprodukt cementu.

Uzyskiwanie klinkieru portlandzkiego:

• surowce:

Podstawowe: wapienie, margle i gliny

Do korekty składników: piasek, rudy żelaza, boksyt.

Dodatki: surowce wtórne, żużel, popioły lotne, pyły wielkopiecowe itp.

• I metoda wypału klinkieru - Metoda mokra:

Przygotowanie, czyli sortowanie, które polega na odrzuceniu złych partii składników(ocenia się je makroskopowo) oraz rozdrobnienie w trzech etapach:

• kruszenie bloków w łamaczach

• mielenie w młynku kulowym

• przesyłanie do szlamownika

Przy czym kruszywa twarde jak np wapień podlegają kruszeniu i łamaniu. Kruszywa miękkie jak np glina podlegają rozdrabnianiu w szlamowniku i są przelewane do basenu szlamowego, gdzie po zmieszaniu z wodą powstaje zhomogenizowany szlam.

Dokonuje się również korekcji składu pod względem chemicznym, stosując odpowiednie dodatki.

Kolejno zhomogenizowany szlam przechodzi do pieców obrotowych, gdzie jest wypalany do 1450 C(temperaturę tą uzyskuje się poprzez wydmuchanie płomienia z płu węglowego od strony niżej położonego końca pieca). Następnie szlam przechodzi do wyższych temperatur. Blisko końca osiąga 1450 C, a następnie jest chłodzona do 1200 C.

Przy odpowiednich temperaturach zachodzą procesy chemiczne i skałotwórcze. Szybkość studzenia, zwłaszcza w ostatniej części pieca decyduje o ostatecznym stosunku ilościowym poszczególnych minerałów w cemencie. Klinkier musi przebywać tak długo w piecu aż nastąpi zakończenie wszystkich reakcji chemicznych, a temperatura obniży się do co najmniej 40 C.

Metoda mokra jest droższa. Zużycie ciepła na 1kg klinkieru: 5300-7200kJ.

• II metoda wypały klinkieru - Metoda sucha:

Przygotowanie polega na rozdrobnienie w łamaczach,a następnie przeniesieniu do suszarni, która w nowoczesnych rozwiązaniach jest młynem obrotowym (susząco-mielącym). Tam materiał jest suszony do wilgotności 1-2% i rozdrabiany (surowce takie jak np żużel od razu trafiają do tego pieca). Po tym materiał trafia do zbiorników korekcyjnych, gdzie następuje skorygowanie składu i wymieszanie metodą pneumatyczną. Następnie jak w metodzie I - wypał i leżakowanie.

Metoda sucha jest ekonomiczniejsza i nowocześniejsza. Zużycie ciepła na 1kg klinkieru: 3600-4000kJ.

• Podstawowe tlenki klinkieru

Skład chemiczny surowców:

• CaO - 45%

• SiO2 - 15%

• Al2O3 - 3%

• FeO3 - 2%

• MgO, SO3 i inne - 1%

Skład chemiczny klinkieru: (zmiana proporcji wynika z prażenia podczas przeróbki)

• CaO - 67%

• SiO2 - 24%

• Al2O3 - 4%

• Fe2O3 - 3%

• MgO, SO3 i inne - 2%

Skład mineralny klinkieru:

• alit, krzemian trójwapniowy - Ca3SiO5(51.5-85.2% masy klinkieru)

• belit, krzemian dwuwapniowy - Ca2SiO4 (0.2-27.1% masy klinkieru)

• brownmilleryt związek tlenku wapnia, tlenku glinu i tlenku żelaza(III) - Ca4·Al2Fe2O10 (4-12.2% masy klinkieru)

• glinian trójwapniowy - Ca3·Al2O6 (6.8-15.6% masy klinkieru)

• wolne CaO (0.08-5.58% masy klinkieru)

2.        Rodzaje spoiw do betonów i zapraw. Co to jest spoiwo mineralne? Różnica między spoiwem hydraulicznym a powietrznym.

Pod pojęciem spoiwo budowlane rozumiemy grupę tworzyw, które rozdrobnione do postaci pyłu i zarobione wodą dają plastyczny zaczyn, łatwo układający i formujący się oraz wiążący po pewnym czasie i twardniejący na powietrzu lub w wodzie.

Do tej grupy materiałów należą produkty przemysłowe, często znacznie różniące się między sobą składem chemicznym i właściwościami. Różnorodność tę należy uwzględnić przy klasyfikacji tych materiałów. Jako podstawę klasyfikacji przyjmuje się rodzaj surowców, z których spoiwa wiążące są produkowane, skład chemiczny i właściwości fizyczne tych materiałów, zachowanie się ich w środowisku wodnym oraz wynikający z tego zakres ich stosowania.

W betonie, spoiwo to składnik twardniejący w wyniku przemian chemicznych, fizycznych lub fizykochemicznych, łącząc się z rozdrobnionym składnikiem stałym.

W zależności od rodzaju betonu dobiera się spoiwo spośród spoiw mineralnych bądź organicznych.

Spoiwo mineralne to materiał wiążący 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.

Ze względu na zachowanie się w środowisku wodnym wśród spoiw mineralnych wyróżniamy spoiwa:

1. powietrzne:

• wapno palone,

• wapno gaszone,

• magnezjowe,

• gips,

• anhydryt

2. hydrauliczne:

• cement,

• wapno hydrauliczne,

• żużel wielkopiecowy,

• cementopopiołowe,

• spoiwo popiołowo-wapienno-gipsowe,

• spoiwo żużlowo-wapienno-gipsowe,

• spoiwo żużlowo-siarczanowe,

• spoiwo żużlowo-alkaliczne.

Spoiwo powietrzne po zarobieniu wodą może wiązać i następnie twardnieć tylko na powietrzu, poddane zaś po związaniu i początkowym stwardnieniu działaniom wody traci swoje właściwości wiążące i wytrzymałościowe. Wykonane z tych spoiw betony są wrażliwe na wilgoć bądź całkowicie nieodporne na wodę przy stałym zetknięciu. Wykorzystywane są w zasadzie tylko do produkcji niektórych betonów lekkich np. komórkowych.

Spoiwo hydrauliczne natomiast wiąże i twardnieje zarówno na powietrzu, jak i w wodzie bez dostępu powietrza. Wykonane z niego betony są odporne na działanie wody, a nawet woda powoduje stały wzrost ich wytrzymałości (woda nieagresywna dla betonu). Do betonów zwykłych stosuje się jako spoiwo wyłącznie cement - podstawowe spoiwo tej grupy.

Do spoiw organicznych zaliczamy natomiast:

1. żywiczne:

• polikondensacyjne,

• poliaddycyjne,

• polimeryzacyjne

2. bitumiczne:

• asfalt,

• bitum,

• smoła.

Podział spoiw żywicznych wynika z różnicy sposobu tężenia. najbardziej przydatne są żywice epoksydowe, poliestrowe, akrylowe oraz furanowe i fenolowe. Dobierając żywicę należy zwrócić uwagę na wymagane warunki dojrzewania (temperaturę, wilgotność kruszywa i otoczenia).

Tężenie spoiw bitumicznych polega natomiast na przemianie fizycznej w wyniku krzepnięcia lub odparowania rozpuszczalnika. Często spoiwa te są określane jako lepiszcza.

3. Które właściwości cementu podlegają badaniu normowemu i dlaczego? (m. in. oznaczenie czasu wiązania, wytrzymałości, stałości objętości, itp.).

CZAS WIĄZANIA- jest istotna ze względów wykonawczych betonu. Mieszanka betonowa nie może być już w zasadzie poruszana po rozpoczęciu procesu wiązania. Może wtedy uszkodzić tworzącą się strukturę mieszanki, zwłaszcza że po rozpoczęciu procesu wiązana wykonuje ona już pewne stężenia i utratę plastyczności. W wyniku poruszania można doprowadzić do zmniejszenia wytrzymałości czy strzelności. Przy badaniu konsystencji normowej ważne jest określenie wody. Stosunek wody do masy cementu oznacza wodożądność, która wynosi dla cementu portlandzkiego 24-28%.

ZMIANA OBJĘTOŚCI -w badaniach zmiany objętości chodzi o stwierdzenie, czy cement nie wykazuje po związaniu nadmiernego skurcz bądź pęcznienia. Normowo przeprowadza się badanie w pierścieniu Le Chateliera. Z dobrym praktycznym skutkiem można badanie prowadzić na tzw. próbnych plackach. W obu przypadkach stosuje się zaczyn normowy. Rysy promieniste na plackach oznaczają, że zaczyn pęcznieje, a rysy współśrodkowe, że zaczyn kurczy się. Dopuszcza się nieznaczne rysy skurczowe, natomiast promieniste dyskwalifikują cement.

STOPIEŃ ROZDROBNIENIA- cementu ma istotny wpływ na jego właściwości. Cementy bardziej miałkie wiążą szybciej, uzyskują wyższe wytrzymałości początkowe i w ogólnej swojej masie posiadają po związaniu wyższy stopień hydratacji. Zakłada się że układ ziaren poszczególnych frakcji automatycznie przy mieleniu dobrze się ureguluje, jeśli tylko ograniczy się górną wielkość ziaren cementowych. Przyjęto w normach odpowiednie ilości ziaren powyżej 80 µm i powyżej 200 µm. Kontrolę tego przeprowadza się analizą sitową. Przy pełnej charakterystyce miałkości określa się powierzchnie właściwą cementu. Idea metody polega na pomiarze szybkości przepływu powietrza przez odpowiednio przygotowaną warstwę cementu. Im dłużej przepływa powietrze, tym cement posiada drobniejsze ziarna.

WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE R_C - wystarcza na przybliżone ustalenia pozostałych cech wytrzymałościowych i dlatego stanowi podstawę do oceny jakości cementu. I tak np. wytrzymałość na rozciąganie 0,1 R_C, na zginanie 0,2 R_c

W betonie każda z wymienionych wytrzymałości zależy od wytrzymałości słabszego składnika. Kruszywo skalne jest drugi, obok zaczynu, składnik betonu posiada wszystkie z wymienionych właściwości wyższe niż zaczyn cementowy, a zatem zaczyn jest składnikiem decydującym.

Wytrzymałość zaczynów w zależności od wielkości W/C uzyskuje się z cementów klasy 35,5 od 10 do 45 MPa; klasy 42,5 od 15 do 55MPa; a z klasy 52,5 od 20 do 65 MPa. Natomiast wytrzymałość kruszyw skalnych wynoszą od 90 do 350 MPa.

Zaprawa jest bardziej jednorodna niż beton, dlatego ocenę pod względem jego wytrzymałości prowadzi się na znormalizowanej zaprawie. Próbki zaprawy wilgotnej wykazują niższa wytrzymałość na ściskanie, a wyższą na rozciąganie. Im większa wilgotność, tym większy spadek wytrzymałości na ściskanie. Wpływ wilgotności można wyjaśnić zmianami napięcia wewnętrznego w porach.

Coraz powszechniejsza potrzeba szybkiego dojrzewania betonu, zwłaszcza uzyskiwania znacznie podwyższonych wytrzymałości początkowych, sprowadzają się do odpowiedniej modyfikacji zaczynu cementowego stosując sposoby:

- nagrzewanie polega na przyspieszeniu czasu wiązania,

- zagęszczanie mechaniczne zaczynu polega na poddawaniu go ściskaniu w celu uzyskania większej szczelności struktury zaczynu,

- domielenie daje zwiększenie pow. styku z wodą zarobową przyspieszając proces wiazania, - - dodawanie aktywatorów - mogą być domieszki o działaniu chemicznym bądź fizykochemicznym,

- oddziaływanie fal ultradziwękowych - rozbijając skoagulowane ziarna cementu przyspieszają łączenia się cementu z wodą.

1. Opisać badanie normowej konsystencji, czasu wiązania, wytrzymałości

Norma z laborek 1

5. Na czym polega ocena zgodności cementu

według obowiązujących norm

W części pierwszej napisalem co w jamrożym piszą o tych badaniach,

a w drugiej co normy o tym piszą i zebranie do kupy meritum zagadnienia.

Część pierwsza:

3.10. Charakterystyka i celowość badania cementu

3.10.1. Właściwości przewidziane do badań

W celu uzyskania możliwie wysokiej gwarancji, że z danego cementu uzyska się założone

wartości podstawowych cech betonu, cement musi mieć ściśle określone właściwości techniczne,

których sposoby badania są podane w odnośnych normach.

Normy przewidują badanie niżej podanych właściwości technicznych cementu, dzieląc je na 3

grupy:

1.właściwości fizyczne:

-czas wiązania, zmiana objętości.

-stopień rozdrobnienia,

-powierzchnia właściwa.

-skurcz;

2.właściwości wytrzymałościowe:

-wytrzymałość na ściskanie;

3.właściwości chemiczne:

-strata przy wyżarzaniu.

-zawartość części nierozpuszczalnych w kwasie solnym SO3

-zawartość siarczanów, zawartość MgO.

-zawartość Cl-

-

Wyróżnia się badania:

•pełne - wszystkie właściwości,

•zwykłe - właściwości fizyczne i wytrzymałościowe,

•doraźne tylko badanie czasu wiązania i wytrzymałości na ściskanie.

Według normy PN-88/B-06250 cement może nic być badany przed zastosowaniem, jeżeli

przechowywany był zgodnie z wymaganiami normowymi i jego jakość została potwierdzona

przez producenta przy dostawie. W pozostałych przypadkach konieczne jest przeprowadzenie

badań sprawdzających. Badanie takie prowadzi się tylko w zakresie próby doraźnej obejmującej

czas wiązania i wytrzymałość na ściskanie W szczególnych przypadkach zachodzić może potrzeba

określenia wytrzymałości cementu na zginanie.

Właściwości chemiczne bada się bezpośrednio na ziarnach cementu. Właściwości fizyczne,

odpowiednio do ich rodzaju, bada się bezpośrednio na cemencie, na zaczynie lub na zaprawie.

Właściwości wytrzymałościowe bada się na próbkach wykonanych z zaprawy normowej o ściśle

określonym stosunku masowym składników, a mianowicie - cement: piasek normowy: woda =

1 :3 : 05.

Założeniem wszystkich metod badań i sposobu postępowania przy badaniach jest. aby

prowadzone były one w jednakowych warunkach w celu unikania wpływu ubocznych czynników.

6. Klasyfikacja kruszyw ze względu na pochodzenie i wielkość.

Klasyfikacja ze względu na pochodzenie.

1. Skały magmowe - powstały wskutek krystalizacji lub zakrzepnięcia magmy w głębi skorupy ziemskiej lub lawy na powierzchni Ziemi.

Skały magmowe dzielimy na:

1. głębinowe (granit, sjenit, dioryt, gabro) - mają one wysoką wytrzymałość na ściskanie, niską natomiast wytrzymałość na rozciąganie i odporność na wysoką temperaturę.

2. Wylewne (bazalt, diabaz, porfir, andezyt, trachit, liparyt) - wytrzymałość na ściskanie mają równie dużą jak skały głębinowe, zaś wytrzymałość na rozciąganie i odporność na wysoką temperaturę znacznie lepszą.

2. Skały osadowe - powstają w wyniku osadzania i nagromadzania się produktów wietrzenia starszych skał, a także resztek roślinnych i zwierzęcych o różnym stopniu rozkładu. Cechy techniczne tych skał zależą od rodzaju lepiszcza, które może być krzemionkowe, żelaziste, gliniaste lub wapienne.

Skały osadowe dzielimy na:

1. osady mechaniczne i chemiczne ( piaskowiec, dolomit, zlepieńce, martwica wapienna)

2. osady organiczne ( wapienie )

Skały węglanowe to jedyne skały osadowe organiczne, które są dopuszczone do wykonywania betonu od około 30 lat. Powstały one w wyniku osadzania się w wodzie materiałów zbudowanych z węglanu wapnia lub węglanu wapnia i magnezu.

3. Skały przeobrażone ( metamorficzne ) - powstałe ze skał magmowych lub osadowych na skutek przeobrażenia pod wpływem wysokich temperatur bądź wysokiego ciśnienia, oraz związanych z nimi procesów chemicznych. Metamorfizm powoduje zmiany składu mineralnego.

Skały te dzielimy na:

1. kontaktowe ( marmur, kwarcyt)

2. dynamiczne (gnejsy)

W zależności od pochodzenia, skały mają różne właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne, spośród których najważniejsze - ze względu na zastosowanie do betonów - to wytrzymałość na ściskanie, porowatość nasiąkliwość, odporność korozyjna.

Klasyfikacja ze względu na wielkość.

Ze względu na wielkość ziaren kruszyw rozróżnia się:

1. piasek - o ziarnach do 2 mm

2. kruszywo drobne - o ziarnach od 2 do 4 mm

3. kruszywo grube - o ziarnach od 4 do 63 mm

4. kruszywo mieszane (mieszanki) - zawierające piasek oraz kruszywo drobne i grube

5. kruszywo bardzo grube - od 63 do 250 mm

7.Na czym polegają główne różnice między kruszywem otoczakowym i łamanym?

Kruszywem otoczakowym nazywane są okruchy skalne, które przemieszczały się w korytach rzek i uzyskały okrągły kształt. Kruszywo otoczakowe jest kruszywem naturalnym. Kruszywo łamane natomiast powstaje z rozdrobnienia skał w wyniku celowego działania człowieka (łamanie, kruszenie), bądź też jako odzysk przez dodatkową przeróbkę odpadów kamiennych przy obróbce kamienia budowlanego.

Kruszywo otoczakowe występuje w postaci luźnych, zaokrąglonych okruchów skalnych o gładkich powierzchniach ziaren; natomiast kruszywo łamane charakteryzuje się szorstką powierzchnią i kształtem zbliżonym do foremnych brył o ostrych krawędziach. Istotnym momentem przy produkcji kruszywa łamanego jest takie postępowanie, aby kształt ziaren był możliwie krępy, a nie płaski i wydłużony. Zależy to od rodzaju skały, typu kruszarek i krotności kruszenia. Ziarna pochodzące z jednokrotnego kruszenia są zazwyczaj wydłużone. Dlatego stosuje się 2- i 3- krotne łamanie.

Istotnymi cechami kruszywa łamanego jest kształt poszczególnych ziaren oraz tekstura ich powierzchni. Ziarna kruszywa łamanego są znacznie więcej zróżnicowane niż kruszywa otoczakowego.

Do wykonania betonu o wysokiej wytrzymałości lepiej jest stosować kruszywa łamane, których chropowata powierzchnia poprawia przyczepność zaczynu cementowego; do betonów niskich wytrzymałości należy stosować kruszywo otoczakowe. Wraz ze wzrostem stopnia nieregularności ziaren kruszywa maleje łatwość urabialności mieszanki betonowej. Różnica w kształcie ziaren oraz teksturze powierzchni pomiędzy kruszywem otoczakowym i łamanym może zmieniać wytrzymałość betonu na ściskanie.

Wymóg ochrony środowiska powoduje, że w wielu krajach ogranicza się stosowanie kruszyw naturalnych (czyli między innymi kruszyw otoczakowych). Wydobywanie ich prowadzi do zakłócenia stosunków gruntowo-wodnych. Ze względu na powyższe stwierdzenie, obecnie przeważać będzie stosowanie kruszyw łamanych.

---