Σp=Σe Σ+=Σ-
Na + AgNO3 → AgCl + NaNO3
Na++ Cl- + Ag+ +NO3- → AgCl + Na++ NO3-
Cl- + Ag+→ AgCl
MOL-jednostka liczności - 6,02 * 1023
Objętość V=22,4 dm3
SPOIWA BUDOWLANE to minerały powstałe w procesie wypału naturalnych surowców kamiennych, charakteryzujących się tym, że po zarobieniu i dodaniu wody tworzą masy plastyczne, które z upływem czasu wiążą i twardnieją
Powietrzne-po zarobieniu wodą wiążą w powietrzu dzięki zawartości tlenku węgla(spoiwa te w kontakcie z wodą ulęgają procesowi rozmiękczania
np: spoiwa wapienne, gipsowe)
Hydrauliczne-procesy twardnienia i wiązania zachodzą w wodzie- są odporne na działanie wody(np cement)
Zawiera dodatkowo oprócz wapnia, krzemiany i gliniany
współczynnik wodno-cementowy- WC-określa zdolność wiązania w zależności od wody
WC = (2,8 SiO4 + 1,1 Al2O3 +0,7 Fe2O3)/(CaO + 1,4 MgO)
0,3-0,5 - słabo hydrauliczne
0,5-0,7 - średnio hydrauliczne
0,7-1,1 - silnie hydrauliczne
moduł hydrauliczny MH = C/S+A+F
1,7-3,0 - silnie hydrauliczne
3,0-4,5 - słabo hydrauliczne
skróty:
C-CaO , S-SiO2 , A-Al2O3 , F-Fe2O3 , H-H2O , S(z kreska nad)-SO3 , M-MgO
Spoiwa wapienne-uzyskuje się je w procesie wypalania wapieni (np: wapienie osadowe)
Główny skład:
-Węglan wapnia 80-99%
-domieszki magnezu (węglan magnezu),glinokrzemiany i związki żelaza
domieszki: CaCO 3 ,MgO (MgCO3), SiO2, Al2O3, Fe2O3, SO3
>90%-wapno wysoko hydrauliczne(właściwości zbliżone do cementu)
90%< CaCO3 <94% wapno hydrauliczne
2CaOSiO2 - dwuwodny krzemian wapnia
CaOAl2O3 - glinian wapnia
Reakcja do uzyskania wapna palonego:
CaCO3→CaO + CO2 r jest odwracalna
K- stała równowagi reakcji
K=[CO2][ CaO]/[ CaCO3]
K=[CO2]
Każdej zmianie ciśnienia jest przypisana określona temperatura i na odwrót.
Warunki stanu: ciśnienie, objętość, temperatura
CaO + H2O→ Ca(OH)2∆H= - 66kJ/mol
(„-”reakcja egzotermiczna)
Rodzaje wapna gaszonego (określenie zależności w zależności od wody)
Wapno szybko gaszące się t<10
Umiarkowanie gaszące się 10<t<30
Wolno gaszące się t>30
Wapno hydratyzowane (suchogaszone) - wodorotlenek wapnia
Ciasto wapienne
Mleko wapienne
Wapno gaszone:
13-32 m2/g
36-46 m2/g (2% roztwór sacharozy)
Beton komórkowy - mieszanina wapna, cementu, czasami popiołów hutniczych i zmielonego piasku.
2Al + 3 Ca(OH)2 + 6H2O→ Ca[Al(OH)6]2 + 3H2
powstaje materiał porowaty posiadający bardzo dobre własności izolacyjne
Proces wiązania wapna gaszonego:
1)odparowanie wody-powstaje żel-potem wykrystalizują się cząsteczki Ca(OH)2
2)twardnienie, zwiększanie cząsteczek-kryształów oddziałujących z piaskiem (aglomeracja)
3)reakcja karbonatyzacji- przebiega na powietrzu gdzie CO2 reaguje z kryształami:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
(Zaczyna się na powierzchni, a z czasem dociera do dalszych warstw; powoduje, że wytrzymałość tych warstw wzrasta.)
Wiązanie cementu-utrata plastyczności i twardnienie
Do ceramiki budowlanej zaliczamy:
Wyroby ceglarskie i cegły, szkliwione kafle, płytki ścienne i podłogowe, elementy ogniotrwałe, rury i kształtki kanalizacyjne, płytki kwasoodporne, ceramikę półszlachetną - fajans-nie porowate, kruszywa lekkie z wypalonej gliny (glino poryta), ceramikę szlachetna- porcelana-nieporowate
Surowce do produkcji tych wyrobów dzielą się na:
Plastyczne: Gliny(surowce plastyczne zdolne do formowania po dodaniu wody),gliny ceglarskie, kaoliny
Nie plastyczne (są dodawane do plastycznych): kwarc, piasek, glina palona, dolomity, wapienie, tlenki metali
Są dodawane do gliny w celu ograniczenia skurczu w czasie wypalania. Czasami dodaje się np. trociny, albo torf, które w trakcie wypalania, spalają się, ale powodują uzyskanie materiałów silnie porowatych.9lepsza izolacja ciepła)
Można tez dodawać topniki, które regulują temperaturę topnienia wyrobów
[Si2O5]2- - regularny czworościan tetraedr
kaolinit: A2[Si2O5](OH)4 Al2O3*2SiO2*2H2O AS2H2
montmorylonit: { (H3O,Ca,K) (Al.,Mg,Fe3+,Fe2+,Ti)2[(Si,Al)4O10](OH)2
Al2(OH)2[Si2O5]24H2O Al2O5 4SiO2*5H2O AS4H5
Illity : (H3O,K)Al2[Si,Al)4O10](OH)2
Wzór uproszczony: Al2(OH)2[Si2O5]2K2O*4H2O
Al2O3$Si2K2O5H2O AS4KH5
Domieszki: Fe2O3 (hematyt), SiO2 (piasek), FeS2(piryt), organiczne,(dwa ostatnie nie są korzystne dla późniejszych wyrobów)
Wypalanie kaolinitu:
Dehydrokrylacja- usuwanie grup OH
Al4[Si4O10](OH)8→temp550°C→2Al2O3*4SiO2+4H2O(metakaolinit)
2Al2O3*4SiO2→temp925°C→2Al2O3*3SiO2+SiO2(spinek krzemianowo- glinowy- niższa zawartość krzemionki)
2Al2O3*3SiO2→temp1100°C→2Al2O3*2SiO2+SiO2(mullit przejściowy)
2Al2O3*2SiO2→temp1200°C→2Al2O3*5/3SiO2+2/3SiO2(mullit- główny składnik gotowej ceramiki budowlanej)
Składniki gotowego wyrobu ceramiki budowlanej: krzemionka(pod różnymi postaciami),mullit(45% materiałów illastych), domieszki Fe2O3 (52%-kwarc, 1%-wypełniacz, 2%-węgiel)
Niekorzystne cechy:
CaSO4*1/2H2O-Gips palony-pochłania wodę
↓CaSO4*H2O -tworzy biały nalot
FS2→wypalanie→SO2,SO3-siarczany- tworzą naloty w wilgoci
Niekorzystne składniki: Gips palony-pochłania wodę, gops- powoduje wykwity, piryt-tworzy siarczany- powoduje naloty.
Spoiwa gipsowe-rożne odmiany siarczanu wapniowego:
CaSO4 -bezwodny gips- anhydryt}wiążą z powietrzem
CaSO4*1/2H2O -półwodny gips }
CaSO4*2H2O -dwuwodny gips-brak właściwości wiążących
Odwadnianie siarczanu wapiennego:
CaSO4*2H2O↔temp140°-160°C↔ CaSO4*1/2H2O+3/2H2O ∆H=-30kJ/mol
β- CaSO4*1/2H2O}różnią się właściwościami fizycznymi w zależności
α- CaSO4*1/2H2O }od prażenia
β- dobrze rozpuszczalne w wodzie
α-lepiej wykształcone struktury krystaliczne, większa wytrzymałość mechaniczna
Gips szybkowiążący -oparty na odmianie β, wiąże lepiej(gips budowlany)
Gips wolnowiążący -oparty na odmianie α- stosowany w medycynie
CaSO4*1/2H2O↔temp160°-300°C↔ CaSO4+1/2H2O
(całkowite odwodnienie)
Odmiany anhydrytu:
Rodzaj I-CaSO4 -1200°C schladzany przechodzi w II rodzj
Rodzaj II-CaSO4 -300°C -właściwości wiążące
Rodzaj III-CaSO4 - ok. 180°C-forma nietrwała, łatwo ulega uwodnieniu
Dla temp.400-500°C-Iirodzaj-słabe własciwości wiążące, zbliżone do naturalnych
Anhydryt po dodaniu wody wiąże
Uwodnienie siarczanu wapiennego:
CaSO4+1/2H2O → CaSO4*1/2H2O
CaSO4*1/2H2O+3/2H2O→ CaSO4*2H2O+1/2H2O
Wykres rozpuszczalności:
CaSO4*2H2O→2g/dm3
CaSO4*1/2H2O→2g/dm3
i-iloczyn rozpuszczalności i=[Ca2+][SO42-] (stężenie jonów)
Odmiana gipsu w zależności od dodanej wody:
CaSO4*1/2H2O+3/2H2O → CaSO4*2H2O
18,6% wody potrzeba do całkowitego uwodnienia siarczanu wapiennego półwolnego
WG-współczynnik wodno-gipsowy WG=[0,4(β)÷0,7 (α)]
W-ilość wody do uzyskania plastyczności G -masa gipsu
Estrychgips (gips jastrychowy, jastrych) CaSO4→ CaO +SO3
95-99%- CaSO4 3-5%- CaO
Gips półtwardy wiec CaSo4*2H2O
(utwardzona masa)
wiec CaSo4
cement Kezua
cement Bohan
Na2B4O7
Tynk gipsowy-przyjazny materiał, regulator wilgoci
Gdy powietrze jest suche to paruje i oddaje pochłoniętą wilgoć, która zaabsorbował w czasie zwiększonej wilgotności.
Retencja - zatrzymywani wody w strukturze
Tynki i gładzie szpachlowe posiadaj dużą przyczepność do podłoża
Okres wiązania trwa 5-7 min, sól wapniowa przyspiesz proces (dzięki jonom wapniowym)
Opóźnienie wiązań - kwasy organiczne , np. winowy cytrynowy (kiedyś fosforan) eteryt skrobiowy, substancje napowietrzne np. kwas sulfonowy
Tworzy się warstewka galaretowata która otaczając zarodki krystaliczne opóźnia proces
Trudno rozpuszczalne sole ze związkami wapnia-fosforany
Większa plastyczność przy mniejszej ilości wody - eteryt skrobiowy
Rodzaje gipsow :
Gips budowlany -półwodny siarczan odmiany Beta kilka procent aldelcydu3i-dwuwodnego siarczany wapnia
Kolor szary - obecność związków żelaza i chromu
Gips sztukatorski - bialy
Gips tynkarski - podstawowym jego elementem jest gips sztukatorski 50% i anhydryt3 tez 50%+wapno hydratyzowane ok10%-20% od1 do3 godz. trwa proces wiązania
Gips szpachlowy - gładzie do łączenia elementów budowlanych, płyty kartonowo szpachlowe
Estncugips(gips jastrykowy)-szczególny rodzaj anhydrytu gipsowego w 900stCnastepuje reakcja
CaSO4 -> CaO+SO3
95-97%CaSO4
3-5%CaO
Zadanie1
Jaka ilosc wody potrzebna jest do zgaszenia 20kg 95%wapna palonego
CaO+H2O->Ca(OH)2 +Q
95% 50kg=19kgCaO=nmol
n=
CaO=nH2O
n=
Zadanie2
Minerał dolomit zawiera węglany wapnia i magnezu. W celu analizy wyprazono odwazke o m=0.4296g(CaO3*MgCO3) i otrzymano pozostalosc o m=0.2205g(CaO i MgO) oblicz zawartość procentowa CaCO3 i MgCO3
a x
CaCO3
CaO+CO2 a+b=04296g
MgCO3
MgO+CO2 x+y=0.2205g
b y
1molMgCO3 -1mol MgO
84.3g/mol - 40.3g/mol
b y y=
a=0.4296-b
0.56a+0.48b=0.2205
0.56(0.4296-b)+0.48b=0.2205
0.240576-0.56b+0.48b=0.2205
0.8b=0.020076
b=0.25095g MgCO3
a=0.17865g CaCO3
% CaCO3=0.18/0.4296*100%=42%
% MgCO3=0.25/0.4296*100%=58%
Zadanie3
Oblicz formalna zawartość procentowa krzemionki SiO2 w krzemianie CaMgSi2O4
CaO*MgO*2SO2 - 2 mole SiO2
216,6g/mol - 2*60.1g/mol
100% - 55.5%
Zadanie4
Jaka stechiometryczna ilość wody jest potrzebna aby przeprowadzić 10g gipsu półwodnego w dwuwodny
CaSO4* ½ H2O + 3/2 H2O
CaSO4 * 2H2O
n=0.1033
145g/mol 10g m=0.11083*18(masa molowa)=1.86g
n=0.0689moli
Zadanie5
168.24kg tlenku wapniowego zmieszano z 27dm3 wody
Czy taka ilość wody wystarczyla do zgaszenia calej masy
Spoiwa magnezowe
MgCO3
MgO+CO2
650C-850C
Im bardziej nieuporządkowana jest struktura krystaliczna tym lepsze własności wiążące
Dolomity mieszanina węglanów magnezu i węglanów wapnia
MgCO3*CaCO3
MgO+CaCO3+CO2
Reakcja przebiega w CO2, temp nie może być za wysoka bo CaCO3 się rozklada-650-750C
MgCO3+CaCO3
CaO+MgO+2CO2
Gdy zaleje się woda nast. Proces gaszenia i powstają wodorotlenki Ca(OH)2, MG(OH)2
Do zarabiania wodorotlenku magnezu dodajemy wode z dodatkiem soli magnezu (np. chlorek magnezu)
W czasie zarabiana powstaje Mg(OH,Cl)n*nH2O
Tata struktura spoiwa pozwala na lepsze wiazanie ale jest malo odporna na dzialanie wody
Zast:(obecnie nie jest zbyt duze)
Dawniej pomieszane z trocinami wylewano spoiwami magnezjowymi podlogi
Spoiwa krzemionkowe
Składają się z roztworow szkla wodnego i wypełniaczy (njaczesciej maszki kamienne, talk) oraz sub przysp proces wiazania
Modul szkla wodnego M=
R-Na,K
gęstość szkla wod: 1.4g/cm3 M(2-3.5)
Na2O*nSiO2+CO2+2nH2O
NaCO3+nSi(OH)4
Kwasy krzemowe
2Na2O*nSiO2+Na2SiF6+2(2n+1)H2O
6NaF+(2n+1)Si(OH)4
Zastosowanie
Do łączenia elem szklanych z innymi(np. metalowymi
- sa odporne na kwasy wiec stosuje się je tam gdzie ta wl jest potrzebna
Klinkier portlandzki
Spoiwa hydrauliczne
kamien wapienny 75-85%
glina 10-20%
piasek kwarcowy <10%
zuzle hutnicze <5%
2Al2O3*4SiO2*4H2O
Al4(OH)8Si4O10
2(Al2O3*2SiO2)+4H2O
Klinkier portlandzki+gips
cement portlandzki
Dodatki do cementu: MgO;Cr2O3 (powoduje odcień zielonkawy); TiO2 (biały);MnO2 (brunatny);Na2O (niekorzystny składnik)
Moduły cementowe:
Metody otrzymywania cementu:
- mokra (mieszamy-rozrabiamy surowce w postaci szlamu,który powst po dodaniu wody - sprzyja homogenizacji - jednorodna masa)
- sucha (mieszamy na sucho)
Żeby utworzyć cement potrzebujemy ok. 1,7 MJ/1g
Energochłonność produkcji metodą:
W 200°C usuwanie wody Al4(OH)8Si4O10→ 2(Al2O3*2SiO2) + 4H2O
600°-700°C Al2O3*2SiO2 + 5CaCo3 → CaO*Al2O3 + 2CaO*SiO4 + 5CO3
Fe2O3 + 2CaCO3 → 2CaO*Fe2O3 + 2CO3
900°-1000°C CaCO3 → CaO + CO2
1000°-1300°C 5CaO + 2SiO2 + Al2O3 → 2(2CaO*SiO2) + CaO*AlsO3
2CaO + SiO2 → 2CaO*SiO2
2CaO + CaO*Al2O3 → 3CaO*Al2O3
1300°-1450°C 3CaO + CaO*Al2|O3 + Fe2O3 → 4CaO*Al2O3* Fe2O3
3CaO + 2CaO*SiO2 → 3CaO*SiO2 (klinkieryzacja)
Chłodzenie: 1200°C krystalizacja,wzrost Krzystałów
Główne składniki klinkiery portlandzkiego: 2CaO*SiO2 3CaO*SiO2 3CaO*Al2O3 4CaO*Al2O3* Fe2O3
Może zawierać niezwiązany tlenek wapnia co jest zjawiskiem niekorzystnym.
Po zmieleniu dodaje się ok. 5% gipsu.
2CaO*SiO2 3CaO*SiO2
3CaO*SiO2 + H2O → C-S-H + Ca(OH)2
(24h) 2(3CaO*SiO2) + 7HzO → 3CaO*2SiO2*4H2O + 3Ca(OH)2
2(2CaO*SiO2) + 5H2O → 3CaO*2SiO2*4H2O + Ca(OH)2
Proces utwardzania krzemianu dwuwapniowego jest bardziej rozcięty w czasi niż krzemianu trójwapniowego.
3CaO*Al2O3 - reakcja gwałtowna
3CaO*Al2O3 + H2O → 2CaO*Al2O3*8H2O
(nietrwały) → 4CaO*Al2O3*13H2O
4CaO*Al2O3*19H2O
(kryształy heksagonalne)
2CaO*Al2O3*8H2O + 4CaO*Al2O3*19H2O→ 2(3CaO*Al2O3*6H2O)+20H2O
Proces o wiele szybszy niż proces uwalniania krzemianów wapniowych. Do klinkieru wprowadza się gips,aby opóźnić czas wiązania glinu.
POLIMERY
nA → (-A)
monomer mer
reakcje w których powstaja polimery:
-polimeryzacja (przebiega gwałtownie, reakcja lancuchowa, brak produktow ubocznych)
-polikondensacja (kondensuja co najmniej dwa roznego typu polimery, przebiega stopniowo, wydziela się produkt uboczny np. alkohol)
-poliaddycja (przebiega stopniowo, niewydziela się produkt uboczny, reakcja zachodzi w wyniku przegrupowania atomow wodoru)
polimery:
struktura liniowa lub lancuchowa
ulegaja stopieniu- możliwość wielokrotnego ferniowania(?czy jakos tak?)
usieciowione(kauczuki)- nie ulega stopieniu
Polimery winylowe:
Tworzywa sztuczne:
-konstrukcyjne
-powlokowe (lakiery,farby)
-wloknotworcze
KOROZJA
Korozji ulegaja wszystkie materialy
Trwalosc betonu jest to zdolność do wypelniania z odpowiednim współczynnikiem bezpieczeństwa i przez odpowiedni okres funkcji wyznaczonych projektem budowli lub konstrukcji. Aby beton był odporny na korozje powinien mieć mala porowatość kapilarna, od której zalezy jego przepuszczalność. Pory kapilarne umożliwiają migracje roztworow agresywnych do wnętrza betonu i ich reakcje ze składnikami zaczynu
Typowe środowisko dla betonu: typowo zasadowe o pH ok. 13 roztwory kwasne oraz siarczan(VI) i chlorki o pH ≥ 5
Szybko reaguja z betonem przepuszczalnym
Żelbeton: Fe2O3
przy pH <10 nastepuje zniszczenie warstwy pasywacyjnej stali zbrojeniowej i umozliwia korozje żelbetu. Powstaje rdza o dużej objętości, odkrusza się beton od metalu(naruszenie struktury żelbetu)
uwaza się, ze korozja betonu wymaga wodnego środowiska lub przynajmniej znacznej wilgotności atmosfery
Rozróżniamy dwa mechanizmy procesu korozji betonu:
Rozpuszczenie i wymywanie składników zaczynu powoduje rozluźnienie jego mikrostruktury, co umozliwia proces szybkiej destrukcji w wyniku tego powiększają się pory, może wpływać tam woda, która zamarzając rozsadza beton
Reakcje ekspansywne- powstaja związki o malej rozpuszczalności które wytracaja się z fazy cieklej wywołują tzw krystalizacje
Np. korozja siarczanowa (korozja gipsu i eltringitu? lub CaO x CaCl2 x 2H2O; H2OMg(OH)2 x 5H2O; Na2CO3 x 10H2O
Kryteria podzialu korozji:
-wartosc pH (kwasowa i zasadowa)
-rodzaj anionu biorącego udzial korozji (siarczanowa, chlorkowa, mieszana)
-rodzaj środowiska (pod wpływem wody miękkiej, z udzialem dwutlenku wegla, wody morskiej, ścieków, roztworow cukru, tluszczu)
1) Karbonatyzacja:
Ca(OH)2+ C02 → CaCO3 + H2O
CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2
4CaO x Al2O3 x 13H2O + 4CO2 → 4CaCO3 + 2Al(OH)3 x 10H2O
3CaO x 2SiO2 x 3H2O + 3CO2 → 3CaCO3 + 2SiO2 + 2H2O
Zmienia ona strukture porow, calkowita porowatość maleje, wieksze
wymiary średnic istniejących porow
2) Pod wpływem kwasnego środowiska:
SO2 + H2O→H2SO3
H2SO3+1/2H2SO4
Kwasy: HNO3, HCl:
Ca(OH)2+2HNO3 → Ca(NO3)2+ 2H2O
Ca(OH)2+H2SO4→CaSO4+2H2O
3)Korozja siarczanowa:
MgSO4 + 3CaO x 2SiO2 x 3H2O + (2+2n)H2O-→ 3CaSO4 x 2H2O + 3Mg(OH)2 +2(SiO2+nH2O)
Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O→ CaSO3 x 2H2O+2NaOH
4CaO x Al2O3 x 13H2O + 3(CaSO4 x 2H2O) + 14H2O→ 3CaO x Al2O3 x 3CaSO4 x 32H2O+Ca(OH)2
Odporność betonu na agresje siarczanowe zalezy od składu mineralnego cementu: jest lepsza gdy wystepuje mala zawartość(do 5%) glinianu trójwapniowego oraz umiarkowana zawartość(do 50%) krzemianu trójwapniowego
cienka warstwa otoczka pęknięcie monosiarczan
złożonej soli zaczyna się wypełnione
(produkt reakcji kruszyć gipsem
z gipsem - powietrza)
3CaO x Al2O3+3CaSO4x 2H2O+26H2O→3CaO x Al2O3 x 3CaSO4 x 32H2O
2(CaO x Al2O3)+3CaO x Al2O3 x 3CaSO4 x 32H2O + 4H2O→ 3(3CaO x Al2O3 x CaSO4 x 12H2O)
Wiązanie żlazianu glinu tojwapniowego:
C4AF + 7H → C3(A,F)H6 + C(A,F)H
W obecności gipsu
C4AF+ 3CSH2 + 27H→ C6(A,F)S3H32 + C(A,F)H
C4AF+ C6(A,F)S3H32 +2CH+2H-→3C4(A,F)SH12
Reakcje przebiegają dużo wolniej niż hydratacja samego krzemianu wapniowego
Składniki betonu pochodzą z cementu (objętościowo)
55% C-S-H
10% etringit+ monosiarczan+hydragarmet
15% pory kapilarne po odprowadzeniu wody
Karbonatyzacja
Ca(OH)2+ C02 → CaCO3 + H2O
3CaO x Al2O3 x 6H2O+3CO2→ 3CaCO3+Al.(OH)2+3H2O
3CaO x Al2O3x3CaSO4 x 32H2O+3CO2→3CaCO3+2Al(OH)3+3(CaSO4 x 2H2O+23H2O)
3CaO x 2SiO2 x 3H2O + 3CO2 → 3CaCO3 + 2SiO2 + 2H2O
Przyrost warstwy skarbonatyzowanej: 0,5÷1 mm/rok
Dodatki do cementu
-plastyfikatory
-superplastyfikatory
-dodatki napowietrzające
Odmiany:
-cement bialy:
Fe3+→Fe2+
3(CaO,FeO)SiO2
2(CaO,FeO)SiO2
-cementy kolorowe≤10% pigmentow
-cement ekspansywny→dodatek 3CaO Al2O3 SiO2
-cementy popiołowe
-cementy puculanowe(60-85% SiO2-puculany)
Ca(OH)2+2SiO2→C-S-H