Wykład 1.

Podstawowe wymaganie które musi spełniać obiekt budowlany dzięki materiałom budowlanym:

• Nośność i stateczność

• Bezpieczeństwo pożarowe

• Higiena zdrowie i środowisko

• Bezpieczeństwo użytkowania

• Ochrona przed hałasem

• Energooszczędność

Podział materiałów budowlanych

1. ze względu na pochodzenie

• materiały rodzime

• wytworzone fabrycznie

• wykonane na placu budowy

• z odpadów przemysłowych

ze względu na skład chemiczny

• nieorganiczne (mineralne)

• organiczne (drewno)

• tworzywa sztuczne

• tworzywa mieszane

3. ze względu na zastosowanie

• do budowy ścian stropów

• do wykonywania podłóg posadzki

• do krycia dachów

• do izolacji termicznej

• do izolacji przeciwwilgociowej

• instalacyjne

4. ze względu na gęstość objętościową

• materiały ciężki ῤ₀ > 1800 kg/m³ (betony betony ciężki, skały)

• półciężkie ῤ₀=800 - 1800 kg/m³ (ceramika)

• materiały lekkie ῤ₀ < 800 kg/m³

5. ze względu na charakter pracy w obiekcie budowlanym

1. materiały konstrukcyjne (nośne - przenoszą obciążenia mechaniczne)

2. niekonstrukcyjne - nie przenoszą obciążeń

Cechy techniczne materiałów budowlanych

1. fizyczne

gęstość objętościowa szczelność porowatość wilgotność nasiąkliwość przesiąkliwość kapilarność przewodność cieplna

rozszerzalność cieplna mrozoodporność higroskopijność ogniotrwałość ognioodporność skurcz powierzchnia właściwa współczynnik rozmiękania

emisja subst. toksycznych promieniowanie jonizujące dźwiękochłonność tłumienia hałasu

2. chemiczne

• skład: chemiczny, fazowy

• odporność na działanie kwasów zasad soli

• reaktywność chemiczna

3. mechaniczne

• wytrzymałość na ściskanie rozciąganie zginanie

• twardość

• ścieralność

• pełzanie

• kruchość

• udarność

• sprężystość

1. Gęstość objętościowa

ῤ₀= m/V₀ [kg/m³]

2. Gęstość

ῤ=m/V [kg/m³]

3. Szczelność

S ῤ₀/ῤ x 100%

4. Porowatość

P=1-S = (ῤ - ῤ₀)/ῤ x 100%

5. Nasiąkliwość - zależy od struktury materiału, porowatości

N_w=(m_n-m_s)/m_s x 100% gdzie: m_s - masa próbki suchej m_n- masa próbki max nasączonej

6. Wilgotność - zależy od wilgotności względnej, porowatości charakteru materiału

W = (m_wm_s)/m_s x 100% (obniżenie wytrzymałości, materiał cięższy, skłonność do degradacji, korozji)

7. Przesiąkliwość (wodoszczelność, wodoodporność) przenikanie wody przez materiał pod wpływem danego stałego ciśnienia.

8. Mrozoodporność - odporność na wielokrotne zmrażanie i odmrażanie przy maksymalnym nasyceniu materiału cieczą (wodą)

9. Przewodność cieplna

λ= (Q x d)/(F x t x(T₁ - T₂)

Q - ilość ciepła d - grubość materiału F - powierzchnia t - czas przepływu T - temp.

Gdy λ ≤ 0,2 - materiał termoizolacyjny

10. Kapilarność (włoskowatość) - zdolność do podciągania wody przez włoskowate otwarte kanaliki materiału pozostającego w zetknięciu z wodą

11. Higroskopijność - zdolność do wchłaniania wilgoci z otaczającego powietrza

12. Ogniotrwałość - trwałość kształtu materiału podczas długotrwałego działania wysokiej temperatury (> 1580' C)

13. Ognioodporność - zdolność do opierania się wpływom wysokich temperatur podczas pożaru

• Materiały palne

• Materiały niepalne

14. Rozszerzalność cieplna - zmiany wymiaru materiałów pod wpływem wzrostu temp. (współczynnik rozszerzalności liniowej i objętościowej)

15. Reaktywność naturalna

⁴⁰K ²²⁶Ra ²³²Th

16. Wartość plastyczna - cecha fizyczna ale oceniana tylko jakościowo - subiektywna

• Barwa naturalna - ceramika kamienie naturalne, tworzywa sztuczne, szkło betony

• Rysunek - układ linii smug plam barwnych kamienie naturalne drwno)

• Faktura

17. Wytrzymałość na ściskanie

R_c=(F_n/A) [Pa]

18. Wytrzymałość na zginanie

R_z=M/W [Pa]

19. Wytrzymałość na rozciąganie

R_r= F_r/A [Pa]

20. Twardość

Skala Mohsa: 1-tak, 2-gips, 3-kalcyt, 4-fluoryt, 5-apatyt, 6-ortoklaz, 7-kwarc, 8-topaz, 9-korund, 10-diament

Skala Janki (drewno), Skala Brunella i Rockwella dot. Metali

21. Ścieralność - mierzona ubytkiem masy (np. kruszywo drogowe) lub spadkiem wysokości (np. próbek betonowych)

Wykład 2.

Podział skał:

1. magmowe

• wylewne (bazalty porfiry, melafiry)

• głębinowe (granity, sjenity, gabro)

2. przeobrażone/metamorficzne (gnejs, kwarcyt, marmur)

3. osadowe

• pochodzenie mechanicznego (piaskowce, zlepieńce)

• pochodzenia organicznego (wapienie, margle, dolomity)

• pochodzenia chemicznego (gips, trawertyn, anhydryt, alabaster)

Skały magmowe i przeobrażone są najtwardsze.

Skład mineralogiczny skał:

• kwarc

• skalenie (glinokrzemiany alkaliów i wapnia)

• ortoklaz

• łuszczyki/miki (uwodnione glinokrzemiany potasu z domieszkami)

• pirokseny/amfibole

• oliwin

• glaukonit

• węglany

• związki żelaza

• siarczki

Struktura skał - wielkość, stopień wykształcenia i formy składników oraz wzajemne powiązanie minerałów skałotwórczych (ze względu na: gubo-, średnio-, drobno-, skrytoziarnista, ze względu na ukształtowanie minerałów: krystaliczna, porfirowa, porfirowo-krystaliczna, szklista, ziarnista=klasyczna)

Tekstura skał - geometryczne ułożenie i wypełnienie składników w przestrzeni zajmowanej przez skałę (ze względu na ułożenie: bezkierunkowe, warstwowe, kuliste ze względu na stopień wypełnienia zwarta i porowata)

Zmiany zachodzące w skałach pod wpływem środowiska zewnętrznego:

• wahania temperatur

• zamarzająca woda

• wiatr

• woda i CO₂

• roślinność

Skały naturalne materiały kamienne eksploatacja i obróbka

• wydobycie w kamieniołomach (kopalnie odkrywkowe)

• oddzielenie bloków kamienia ze skały

• oddzielenie bloków kamiennych od calizny (ręcznie - kilofy, łomy mechanicznie (piły linowe, metody perforacji połączone z rozklinowywaniem) za pomocą materiałów wybuchowych (dynamit, trotyl)

Skały/ naturalne materiały budowlane

• obróbka powierzchni (w celu nadania żądanych kształtów) ręczna(wstępna i wtórna), udarowa(młotkowanie, ścinanie dłutem) ścierna(materiałami proszkowymi) maszynowa: traki(piły linowe) piły tarczowe z naniesionym karbonindem, frezarki, szlifierki do wygładzania, polerki do polerowania powierzchni,

• materiały szlifierskie: piasek kwarcowy, korund, pumeks, szmergiel

• przyrządy i materiały polerskie

Naturalne materiały kamienne

• Zastosowanie

• W budownictwie ogólnym i monumentalnym ( w murach fundamentalnych, licówkach, schodach, posadzkach, parapetach, okładzinach, poręczach)

• W budownictwie drogowym (płyty kamienne krawężniki drogowe, kostka drogowa)

• Mostowym i wodnym (filary, przyczółki mostów kamiennych, umocnienia brzegowe, budowa grobli, tam, zapór, jaz, regulacja rzek i potoków górskich)

• W architekturze krajobrazu:

• kamień łamany - do budowy murów fundamentów, dróg budowli inżynierskich do przerobu na kruszywo),

• kamień łupany - warstwowy i rzędowy (do wykonania murów zew.)

• bloki surowe ( do wyrobu elementów budowlanych i drogowych),

• kształtki budowlane (do wznoszenia murów fundamentowych, ścian, budowli, jako zewnętrzne okładziny ścian)

• płyty kamienne (chodnikowe)

• inne: krawężniki, kostka drogowa, podokienniki, stopnie schodowe,

• spoiwa (gipsowe wapienne cementowe)

• leizna bazaltowa

Spoiwa mineralne (nieorganiczne)

• powietrzne (M_H > 4,5)

• wapienne

• gipsowe

• hydrauliczne (M_H < 4,5)

• cementowe

Spoiwa powietrzne - po wymieszaniu z wodą wiążą i twardnieją tylko na powietrzu w atmosferze (podatne na działanie wilgoci)

Spoiwa hydrauliczne - po wymieszaniu z wodą wiążą i twardnieją nie tylko na powietrzu ale i w wodzie (większa trwałość)

Spoiwa mineralne (powietrzne)

• Zastosowanie spoiw wapiennych

• Tynki zaprawy wyprawy

• Farby budowlane (farby wodne - wapienne)

• Betony komórkowe (gazobetony, YTONG)

• Wyroby silikatowe (wapienno - piaskowe)

• . ρ₀= 1200 - 1700 kg/m³ autoklawizacja, (p=1,6 MPa, temp >1500'C przez 6h)

• Cegły (pełne i drążone) pustaki bloki

• Klasy: 7,5, 10 i 15 (na zamówienie elementy o wytrzymałości 20-60 MPa)

• N_w ≤ 6% λ = 1,0 W/mK(cegły pełne) λ = 0,86 W/mK wyroby drążone

Spoiwa mineralne powietrzne

• Gips budowlany CaSO₄ 0,5H₂O (prażenie kamienia gipsowego w 200'C)

• Gips szpachlowy CaSO₄ 0,5H₂O (+dodatki opóźniające wiązanie)

• Gips jastrychowy CaSO₄ (wypalanie kamienia gipsowego w temp. Powyżej 800'C)

Zastosowanie spoiw gipsowych

• Gipsu budowlanego

• Płyty na ścianki działowe w pomieszczeniach o RH ≤ 65%

• Pustaki ścienne i stropowe

• Roboty tynkarskie i sztukarskie

• Wyroby architektoniczne i ozdobne

• Gipsu szpachlowego

• Szpachlowanie

• Spoinowanie prefabrykatów gipsowych

• Gładzie gipsowe

• Gipsu jastrychowego

• Podkłady pod posadzki

• Posadzki bezspoinowe

• Prefabrykaty gipsowe

• Płytki posadzkowe i okładzinowe

• Zaprawy do tynkowania

• Murowanie ścianek działowych

Wyroby gipsowe (wyroby z zaczynów gipsowych)

• Dyle ścienne (do ścian zewn. i wew. Budynków mieszkalnych)

• Pustaki ścienne dwukomorowe (w tym z wkładką termoizolacyjną ze styropianu) do ścian zewn. budynków mieszkalnych do 5 kondygnacji

• Pustaki narożnikowe nie wymagające tynkowania

• Pustaki i elementy stropowe

• Płyty gipsowo kartonowe (ścianki działowe, sufity podwieszany, podkłady pod posadzki) z gipsu budowlanego hydrofobizowanego z dodatkiem włókien szklanych obłożone kartonem, często impregnowanym płyty wodoodporne (n_w≤10%) płyty ognioodporne

• Płyty warstwowe gipsowo-kartonowe (z kartonowym rdzeniem komórkowym)

• Płyty dźwiękochłonne(z perforowaną stroną licową), dekoracyjne(z powierzchnią gładką lub fakturowaną) i wentylacyjne(z otworami do przepływu powietrza)

Wyroby gipsowe

• Płyty gipsowo - włókniste (80% gipsu + 20% papieru makulaturowego - sprasowanie pod ciśnieniem, granulowanie roztworem krochmalu i krzemionki, suszenie) zastosowanie w sufitach podwieszanych

Wyroby z zapraw cementowych

• Dachówki (karpiówki, nakładkowe) i gąsiony z zapraw cementowych (formowane ciśnieniowo, barwione powierzchniowe lub objętościowo dodatkowo malowane natryskowo farbą akrylową, mocowane za pomocą gwoździ lub łączników stalowych

Wykład 3.

1824r. - patent otrzymany przez Aspdina na cement portlandzki

1825r. - pierwsza cementownia w Anglii

1857r. - pierwsza cementownia w Polsce

Surowce do produkcji klinkieru:

• Surowce naturalne: wapienie, margle, glina, łupki, boksyt(cement glinowy)

• Odpady przemysłowe: żużel wielkopiecowy, popioły lotne, pyły wielkopiecowe

Surowce

• Wysokie (> 67% CaO)

• Niskie (<67% CaO)

Cement produkcja

• Wydobycie surowca

• Kruszenie surowców (kruszarki: walcowe szczękowe wlotowe)

• Przemiał surowców metodami: na sucho(ekologicznie) półsucho, mokro(wycofywane)

• Wypalanie na klinkier cementowy (obrotowe piece rurowe z płaszczem stalowym wykładziną ogniotrwałą, wewnątrz materiały wysokoglionowe magnezytowe wieloszamatowe) I=30-60 m (50 - 250) średnica - 2,5 - 8m 0,5-2 obr/min

Strefy w piecu: suszenia, podgrzewania, dekarbonizacji(kalcynacji) 550-1200'C spiekania 1450/1460'C T_max = 2000'C

Paliwa: stałe(węglowe) ciekłe(mazut) gazowe(gaz ziemny, ropa) alternatywne(zużyte opony oleje rozpuszczalniki, scinki drzewne)

• Chłodzenie klinkieru (chłodniki planetarne rusztowe z wykładziną ogniotrwałą)

• Dojrzewanie klinkieru Ca) Ca(OH)₂

• Przemiał klinkieru na cement: komorowe młyny kulowe, mielniki o średnicy 20-110 mm stalowe, żeliwne krzemienne ze stopów Mo-Ni (cement biały/wykładzina pancerna młynów) z dodatkiem siarczanu wapnia( jako regulatora wiązania) w ilości 2-5% masy klinkieru (i dodatkami mineralnymi: żużlem wielkopiecowym popiołem lotnym etc. cementy portlandzkie, z dodatkiem minerałów cementy portlandzkie wieloskładnikowe)

Cement hutniczy w porównaniu do cementu portlandzkiego zawiera więcej minerału (żużlu wielkopiecowego)

Beton wykonany z cementu hutniczego jest trwalszy bardziej wytrzymały:

32,5 N/R 42,5N/R 52,5N/R klasy wytrzymałości cementu N - normalnie twardnienie

R - szybkie twardnienie

Cementy o właściwościach specjalnych

- cement o niskim cieple hydratacji (LH) CEMI do CEMIV

- cement o wysokiej odporności na siarczany (HSR) CEMI CEMII B-V CEMIII CEMIV

- cementy niskoalkaliczne (NA) - CEMI do DEMV

Alkalia w cemencie Na₂O + K₂O

Cement wysokoglinowy

• Surowce: wapień i boksyt

• Produkcja: stapianie w piecu w temp. 1600'C

• Zalety: ogniotrwałość (zast. Betony ogniotrwałe do temp. 1350'C), kwasoodporność (betony kwasoodporne)

• Wady: utrata wytrzymałości po kilku latach przy zawilgoceniu w porównaniu z wytrzymałością po 24h

Spoiwa cementowe

Skład chemiczny w %

• CaO - 60-68%

• SiO₂ - 17-25%

• Al₂O₃ 3-8 %

• Fe₂O₃ 0,5-6%

• MgO 1-2

• SO₃ 1-3%

• Alkalia 0,5 - 1,2%

Skład chemiczny cementów

Cement	Portlandzki	Hutniczy	Glinowy
CaO	60-68%	45-55%	38-42%
Al2O3	3-8%	8-20%	35-60%

Skład mineralogiczny

Alit/C₃S/3CaO x SiO₂ 50-65%

Belit/C₂S/2CaO x SiO₂ 15-25%

Etteringit/C₃A/3CuO x Al₂O₃ ~10 %

C₄AF/4CaO x Al₂O₃ x Fe₂O₃ 5-15%

Proces twardnienie polega na zagęszczeniu żelu CSH (uwodnionych krzemianów wapnia) krystalizacji CAOH₂ i etteringitu

Szkielet hydratyzowanego zaczynu cementowego stanowią hydraty krzemianów

Zaczyn zaprawy betonu:

Zaczyn cementowy - cement + woda

Zaprawa cementowa - cement + woda + piasek

Beton cementowy - sztuczny kamień powstały z połączenia cementu(spoiwa) wody(upłynniacza) i składnika niezbędnego do hydratacji cementu kruszywa (szkieletu wypełniacza) w przewadze grubego (>2mm) po ukończeniu wiązania, współcześnie także z dodatkami i domieszkami chemicznymi jako modyfikatorami właściwości (mieszanki betonowej i/lub betonu). Beton to materiał kruchy przenoszący obciążenia ściskające.

Beton zbrojony = żelbet(1867-1877) beton sprężony(1888-1889)

Podział betonów

Ze względu na gęstość objętościową:

• Ciężkie (>2600 kg/m³)

• Zwykłe (2000 - 2600)

• Lekkie (800 - 2000)

Ze względu na przeznaczenie w konstrukcji

• Konstrukcyjne

• Konstrukcyjno izolacyjne

• Izolacyjne

• Architektoniczne

Ze względu na technologiczne warunki pracy ;

• hydrotechniczne

• żaroodporne

• wodoszczelne

• inne

Ze względu na miejsce urobienia mieszanki :

• wykonanie na placu budowy

• towarowe

Ze względu na zagęszczenie (betony wibrowane, wibroprasowane, odpowietrzone itp.)

Ze względu na sposób transportu ( betony pompowane, natryskiwane itp.)

Ze względu na strukturę ( betony zwarte, półzwarte, porowate itp.)

Betony specjalne - przystosowane do specjalnego przeznaczenia charakteryzujące się właściwościami specjalnymi prócz wytrzymałości np. beton samozagęszczalny

Woda zarobowa do betonu

• sucha pozostałość

• zawartość siarczanów

• pH > 4

• zawartość cukrów

• zawartość H₂S i Cl^-

• woda pitna +

• wody powierzchniowe +

• wody ściekowe -

• wody mineralne -

Woda chemicznie czynna (na proces hydratacji) cement przyłącza chemicznie wodę w ilości ok. 25% swojej masy a stopień hydratacji cementu osiąga w betonach ok. 50-60% wyjątkowo 70%

Woda chemicznie bierna - do osiągnięcia konsystencji mieszanki betonowej po zakończeniu wiązania odparowuje

Wykład 4.

Projektowanie betonu.

- ustalenie wstępnych założeń takich jak przeznaczeni i warunki użytkowania betonu, ewentualne stopnie szczelności i mrozoodporności, warunki formowania, konsystencje mieszanki betonowej, klasa betonu

- dobór i badanie składników betonu(cementu kruszywa)

- ustalenie wstępne składu mieszanki betonowej

- próby kontrolne, kolejne korekty ustalenie recepty laboratoryjnej (skład w jednostkach masy na 1 m³, kruszywo suche)

Zasady projektowania betonu zwykłego

1. warunek urabialności/ wodożądności

C - ilość cementu na m³

K - ilość kruszonki na m³

w_c - wodożądnośc cementu

w_k - wodożądnośc kruszonki

Ilość wody, która przypada na jednostkę masy cementu lub kruszywa, aby mieszanka na danym cemencie i kruszywa wykonana miała założona konsystencję.

2. warunek szczelności (wzór na 1000 dm³)

q_c - gęstość cementu (3,1
)

q_k - gęstość kruszywa ( 2,65
) [do otoczowego tylko]

3. warunek wytrzymałości 9 wzór Boloneya)

Odpowiednik klasy betonu

dla
<2,5

dla

2,5

A - zależy od klasy cementu, od rodzaju kruszywa.

PN - EN 206 - 1

Oznaczenie zawartości powietrza w mieszance betonowej. Z wykorzystaniem prawa Boyle'a-Marriotte'a ρV=const. (powietrze w porach mieszanki to jedyny ściśliwy jej składnik)

• metoda słupa wody

• metoda ciśnieniowa

PN-EN 206 - 1

Oznaczenie konsystencji mieszanki betonowej stanu ciekłości. Metody badania

• metoda opadu stożka

• Vebe

• Zagęszczalności

• Stolika rozpływowego

Klasa betonu (pojęcie)

Symbol literowo liczbowy w którym wartość liczbowa odpowiada 28-dniowej wytrzymałości charakterystycznej betonu na ściskania oznaczona na próbkach betonowych walcowych śr. 15cm h=30 cm) lub sześciennych (a=15cm) przechowywanych przez 28 dni w warunkach normowych (temp. 20 ± 2'C wilgotność względna ≥ 95%)

Technologia robót betonowych (receptura laboratoryjna receptura robocza)

• Dozowanie, odmierzanie składników

• Mieszanie składników: ręczne (C+K)+W, mechaniczne (1dno 2u lub wielostopniowe)
  betoniarki: wolnospadowe, o ruchu wymuszonym t_min= 1 - 3 min

• Transport mieszanki betonowej:

• Bliski do 200/250m

• Daleki - transport kołowy przenośniki taśmowe, betoniarki na podwoziu samojezdnym

• Pompowy ( w pionie do 200m w poziomie do kilku km)

• Podawanie mieszanki betonowej (wprowadzenie do miejsca przeznaczenia)

• Układanie mieszanki betonowej (urządzenia formujące - dekowania - szczelność, sztywność, termoizolacyjność, ze stali, z Al., ze sklejki wodoodpornej, z drewna, z tworzyw sztucznych) Deskowania:

• Przestawne

• Przesuwne

• Stacjonarne

• Masztowe

• ślizgowe

- poziomymi warstwami ciągłymi (grubość pojedynczej warstwy 20-30-40cm)

- poziomymi warstwami ze stopniami

- warstwami ukośnymi/pochylnymi

• preparaty antyadhezyjne - smaruje się nimi ścianki form od wewnątrz

• Zagęszczenie mieszanki betonowej
  Cel - wyeliminowanie pęcherzyków powietrza z mieszanki betonowej, równomierne wypełnienie deskowania z zachowaniem jednorodności mieszanki betonowej
  - ręczne (sztychowanie lub ubijanie)
  - mechaniczne

• Wibrowanie, wibratory: wgłębne powierzchniowe przyczepne stoły wibracyjne

• Prasowanie

• Wibroprasowanie (kostka brukowa)

• Wirowanie (rury żelbetowe)

• Próżnowanie

• Urabialność - zdolność mieszanki betonowej do szczelnego wypełnienia formy dekowania U=S/L (urabialność lepsza: gdy rośnie szczelność S i maleje energia włożona w urabianie mieszanki L)

• Pielęgnowanie / dojrzewanie betonu
  Cel - prawidłowy proces skałotwórczy betonu/stwarzanie odpowiednich warunków cieplno-wilgotnościowych, ochrona młodego betonu przed uszkodzeniami mechanicznymi, ograniczenie skurczu(reakcja zaczynu cementowego mniejszy CEMIII CEMII)

• Pielęgnacja mokra (zraszanie polewanie wodą)

• Pielęgnacja z zastosowaniem powłok (okładanie folią natrysk, preparatu błonkotwórczego - na ogół żywicowego)

Jak najwięcej wody na beton jak najmniej do betonu.

Czynniki wpływające na czas pielęgnacji:

• Rodzaj cementu: krócej CEMI krócej grupa A dłużej grupa B, najdłużej CEMIII

• Wartość wskaźnika w/c mniejszy - krócej, większy - dłużej

• Warunki otoczenia (temp wilgotność wietrzność)

• Grubość elementów betonowych

Pielęgnacje należy rozpocząć jak najwcześniej. Im mniejsza temperatura tym proces hydratacji przebiega dłużej.

Obróbka cieplna. (pielęgnacja, prefabrykacja)

• To przyspieszenie dojrzewania betonu w środowisku wodnym lub nasyconej pary wodnej, umożliwiające uzyskanie po kilku godzinach wytrzymałości 40-70 % f_cm28 nagrzewanie w komorach lub basenach grzewczych

• Rozgrzewanie betonu do temp 60-90'C w krótkim czasie po uformowaniu a następnie jego ostudzenie (czas wstępnego dojrzewania w temp 20' - 5h, czas podgrzewania do temp. 80'C - 3h, czas studzenia do temp ≤ 40'C od temp. Otoczenia - 3h)

Domieszki chemiczne do betonu. (do 5% masy cementu, maksymalnie dwie) - modyfikatory właściwości betonu

• Plastyfikatory (uplastyczniające)

• Superplastyfikatory (upłynniające)

• Domieszki napowietrzające

• Przyspieszające wiązanie i twardnienie

• Opóźniające wiązanie i twardnienie

• Uszczelniające

• Przeciwmrozowe

• Wielofunkcyjne (np. uplastyczniające-przyspieszające)

Plastyfikatory/superplastyfikatory

- kryterium podziału według delta H₂O

Środki uplastyczniające (plastyfikatory) - stosowane od 0,2 do 0,5% masy cement

Delta H₂O 5-12% (8-15%)

Środki upłynniające (superplastyfikatory) stosowane od 1,5 do 2%. Delta H₂O >12% (>15%)

Do superplastyfikatorów nowej generacji H₂O > 30% max 40% (beton samozagęszczalny)

Beton bez superplastyfiaktora

Zwiększenie wytrzymałości, mniej wody zarobwej

Beton z supeplastyfikatorem Ta sama urabialność Miejszy wskaźnik w/c Większa wytrzymałość i twardość

Superplastyfiaktory / domieszki upłynniające - związki wielocząstkowe o rozwiniętej budowie liniowej absorbujące na ziarnach cementu dyspergujące je

• Dyspersja ziaren cementu w H₂O

• Większa powierzchnia właściwa ziaren cementu

• Lepsze ich zwilżanie - pełniejsza hydratacja

Niedogodności - krótsze oddziaływania na mieszankę betonową niż w przypadku plastyfikatorów = po 60 - 90 min mieszanka powraca do pierwotnej urabialności

Sposoby zapobiegania

• Dodawanie superplastyfikatorów z opóźnieniem

• Dodawanie superplastyfikatorów porcjami

Wydłużenie czasu działania do > 120 min dzięki superplastyfikatorom nowej generacji.

Domieszki napowietrzające - związki powierzchniowo czynne o działaniu hydrofobowym mające zdolność wytworzenia i stabilizowania dużej liczby pęcherzyków powietrza w mieszane betonowej, pozostających w betonie po stwardnieniu.

• Stosowane od 0,05 - 0,5% masy cementu

• Zawartość powietrza w mieszance - 4-6%

Następuje:

• Poprawa mrozoodporności (+)

• Zmniejszenie nasiąkliwości (+)

• Spadek wytrzymałości (-)

Pęcherzyki z napowietrzenia o średnicy 20-250 µm w odległości 150-200 µm od siebie

Zastosowanie:

(strefy klimatyczne z cyklami zmrażania i odmrażania)

• Betony hydrotechniczne

• Do nawierzchni drogowych

• lotniskowych

• Konstrukcji mostowych

• W warunkach zimowych

Domieszki opóźniające wiązanie - opóźnienie początku wiązania w technologii betonu
(od 1-3h), wytrzymałość początkowa zmniejszona końcowa zwiększona

Zastosowanie:

• Betonowanie podczas upałów

• Beton towarowy

• Pompowanie mieszanki betonowej

• Beton architektoniczny

• Układnie na dużych powierzchniach i przy dużych objętościach betonu

Domieszki przyspieszające wiązanie - preparaty skracające czas do rozpoczęcia przechodzenia mieszanki betonowej ze stanu plastycznego w sztywny (domieszki bezchlorkowe w przypadku żelbetu)

Zastosowanie:

• Beton natryskowy (torket)

• Temponaż

• Szybki doraźne naprawy

Wady

• Możliwe obniżenie wytrzymałości

• Skraca się czas urabialności

• Korozja zbrojenia

Domieszki przyspieszające twardnienie - preparaty przyspieszające narastanie początkowej wytrzymałości bez niekorzystnego wpływu na końcową (domieszki bezchlorkowe w przypadku żelbetu)

Zastosowanie:

• Prefabrykacja (eliminacja obróbki cieplnej)

• Niskie temperatury betonowania (ale nie jako domieszki mrozoodporne)

Wady:

• Większy skurcz

• Obniżenie odporności chemicznej

• Wzrost napowietrzenia (pogorszenie mrozoodporności)

Domieszki uszczelniające - zwiększenie wodoodporności, preparaty zmniejszające przepuszczalność betonów narażonych na działanie wody pod zwiększonym ciśnieniem i zmniejszające nasiąkliwość.

Zastosowanie:

• Budownictwo wodne i hydrotechniczne

• Mostowe

• Przemysłowe

Domieszki przeciwmrozowe: produkty umożliwiające przebieg reakcji cementu z wodą w temp. Ujemnych nawet poniżej 10'C

Zastosowanie:

• Betonowanie w ujemnych temp.

Domieszki - inhibitory korozji, związki o różnorodnym działaniu pasywującym powierzchnię stali.

MCI - migrujące inhibitory korozji - dodawane do mieszanki betonowej lub stwardniałego betonu…

Skuteczność domieszki:

• w/c

• temperatura

• rodzaj kruszywa

• czas mieszania

• skład domieszki

• ilość domieszki

• obecność innych domieszek

• rodzaj cementu

C₃A (spada) - lepsze upłynnienie

Dodatki do betonu ( >5% masy cementu)

Dodatki pylaste -

• mielony żużel wielkopiecowy

• popiół lotny wszystkie aktywne chemicznie

• pył krzemionkowy (mikrokrzemionka) Pk/Mk

Dodatki w postaci żywic syntetycznych - akrylowych, epoksydowych

Dodatki uodparniające na oddziaływanie mechaniczne:

• opiłki/włókna stalowe

• włókna: szklane, węglowe, roślinne

• polimerowe, polipropylenowe, poliakrylonitrowe

Dodatki do betonu - zadania dodatków pylastych:

• polepszenie wybranych właściwości betonu

• zaoszczędzenie energii

• uzupełnienie pylastych frakcji kruszywa

Dodatki pylaste:

• popioły, żużle, Pk(Mk) = dodatki pucolanowe aktywne chemicznie

• mączki kamienne = składniki chemicznie bierne

• popiół - do bezpośredniego wykorzystania pozostałe po zmieleniu

Popiół lotny -

• poprawa urabialności mieszanki betonowej

• zwiększona odporność na SO₄^-2

• zwiększona odporność na temp. (z 400 na 600'C)

• obniżenie zawartości cementu (przy betonach niższych klas)

• spowolnienie twardnienia

• zmniejszenie skurczu

• wodoodporność maleje przy zmienia cementu na popiół, zwiększa się przy C=const.

• mrozoodporność maleje (domieszki napowietrzające)

Dodatki uodparniające na oddziaływanie mechaniczne - jako mikrozbrojenie/zbrojenie rozproszone

• rola włókien (np. stalowych i polipropylenowych)

• redukcja pęknięć skurczowych (powtrzymanie propagacji rys)

• poprawa wytrzymałości na rozciąganie, przy zginaniu, na ściskanie, udarność, odporność na ścieranie, mrozoodporności(równomierne rozmieszcznie włókien w matrycy = większa zwięzłość), wodoszczelność

Wykład 5.

Zaprawy budowlane (wykonywane na budowie)

Zaprawy gipsowe (gips + piasek + woda) i gipsowo wapienne (gips + wapno + piasek +woda)

Wady: szybkie wiązanie, wysoki koszt, podatność na wilgoć

Zastosowanie: obrzutka pod tynki wew. narzut dla tynków wew.

Zaprawy wapienne (wapno + piasek + woda)

Zalety: dobra urabialność i plastyczność

Wady:

• długi okres twardnienia nawet do ilku lat

• wrażliwość na wilgoć

• niska wytrzymałość (stosowanie do murów nadziemnych do 0,6 MPa i jako narzut pod tynki zewn.)

Zaprawy cementowe (cement + piasek + woda + często dodatek popiołów lotnych i/lub domieszek uplastyczniających oraz domieszek rozjaśniających lub barwiących)

Zastosowanie:

• murowanie fundamentów i ścianek zbiorników ogrodowych, ścian i murów ogrodowych

• budowa słupków pergoli i elementó cienkościennych

• Wykonywanie podłoży pod posadzki

• Obrzutka pod tynki zewn.

• Warstwa wierzchnia tynków zewn.

• Mocowanie kotwic

Zaprawy cementowo - wapienne (cement + wapno + piasek + woda)

Zalety: wytrzymalsze od wapiennych, lepiej urabialne od cementowych

Zastosowanie: roboty murowe, tynkarskie i okładzinowe

Zaprawy cementowe - gliniane (cement + zawiesina gliniasta + piasek + woda)

„renesans” ze względu na budownictwo ekologiczne

Zastosowanie: jako zaprawy murarskie tynkarskie (naprawy zbiorników wodnych)

Zaprawy budowlane (wytwarzane fabrycznie)

Składniki:

• Spoiwa: cement, gipsy, wapno

• Kruszywa kwarcowe (SiO₂) i wapienne (CaCO₃) lekkie spiekane przy zaprawach ciepło-chronnych

• Dodatki mineralne: Pk, popioły lotne, bentonity, BaSO₄

• Dodatki włókniste (włókna szklane)

• Pigmenty mineralne (jako barwnik)

• Dyspersje żywicowe modyfikujące przyczepność do podłoża wytrzymałość urabialność, szczelność

Warunek spełnienia wymagań dotyczących sposobu mieszania, nakładania i ochrony przed wpływami środowiska

1. zaprawy do systemów dociepleń ścian zew. - płytami ze styropianu lub wełny mineralnej (zaprawa klejowa, podkład tynkarski, tynk szlachetny cementowo - żywicowy)

2. zaprawy tynkarskie - cementowe, wapienne, gipsowe, gipsowo-wapienne, cementowo gliniane, stosowane najczęściej jako wew.

3. zaprawy murarskie - do wznoszenia murów z cegieł i pustaków ceramicznych, bloków betonowych, cegieł silikatowych

4. zaprawy tynkarskie ciepłochronne do murowania i tynkowania ścian z betonu komórkowego pustaków z lekkim kruszywem i ceramiki

5. zaprawy posadzkowe - jako suche zaprawy cementowe zdolne po zarobieniu wodą do samorozlewności

6. zaprawy do mocowania płytek ceramicznych - (produkowane jako suche z cementu zwykłego i białego, mączki kwarcowej, domieszki zwiększające urabialność lub upłynnione na lepiszczach epoksydowych lub polimerowych)

7. masy fugujące - z cementu często białego wypełniaczy mineralnych i barwników

8. zaprawy do rekonstrukcji renowacji i napraw konstrukcji betonowych i ceramicznych w tym odporne na wpływy środowiska
   Zastosowanie: zabezpieczenia obiektów oczyszczalni ścieków, mostów dróg, obiektów zabytkowych 1składnikowe (cement + polimer + kruszywo 0-2 mm 0-4mm 0-8mmi domieszki uplastyczniające lub 2składnikowe (sucha zaprawa cementowa + wodna dyspersja żywicy akrylowej)

Nowość jw. z dodatkami włóknistymi, z migrującymi jonami inhibitorów korozji (ochrona żelbetu), zaprawy - „kompres” przejmujące sole z zawilgoconych murów (renowacje zabytków)

Betony lekkie:

1. kruszywowe

• zwarte (z kruszyw organicznych)

• półzwarte (z kruszyw sztucznych)

• jarniste (z kruszyw sklnych)

2. komórkowe (mikrokruszowowe)

• pianobetony, garobetony

Betony lekkie kruszywowe

Właściwości:

. f_cm = 11 MPa ρ₀ = 1000 kg/m³(jarniste) ρ₀ = 1300 kg/m(półzwarte)
ρ₀ = 17000 kg/m(zwarte)

f_cm = 20 MPa

z łupkoporytu do 16mm f_cm = 30 MPa

z popiołoporytu do 16mm f_cm = 40/50 MPa

z keramzytu do 16mm f_cm = 30 MPa

z żużla do 16 mm f_cm = 30 MPa

.λ = 0,35 / 0,8 W/mK

ρ₀ = 1000 kg/m³ ρ₀ = 1600 kg/m³

n_w = 12 - 30/35% są mrozoodporne

Betony lekkie kruszywowe (jako zwarte półzwarte jarniste)

CEMI 32,5 (CEMI 42,5 gdy LC≥ 20/25)

• kruszywo lekkie z obecnością piasku przy zwarty betonie

• dodatki - popiół lotny

• domieszki - przyspieszające napowietrzające plastyfikujące

• mieszanie - w betoniarkach przeciwbieżnych t=3-5 min

• przy betonie jarnistym - zagęszczanie tylko przez sztychowanie lub ubijanie (w czasie wibrowania spływa zaczyn)

Zastosowanie - produkcja

• pustaków ściennych stropowych

• płyty stropowe

• elementy nadprożowe

• budowa fundamentów mostów wilogabarytowych prefabrykaty stropowe

W konstrukcjach sprężonych (beton zwarty na popiołoporycie)

Betony komórkowe = mikrokruszywowe

Wyroby:

• bloczki ścienne (z gładką lub profilowaną powierzchnią czołową)

• bloczki docieplające wieniec stropu

• belki nadprożowe

• płyty i płytki dachowe i stropodachowe

• elementy osłonowe do instalacji wentylacyjnych i kominowych

• płyty na ekrany akustyczne (beton hydrofobizowany) przy drogach

ρ₀ = 350-750 kg/m³ f_cm = 1-7,5 MPa .λ = 0,1 / 0,3 W/mK n_w = 40-60%

na ogół mrozoodporne

UNIPOL (cement + wapno)

YTONG (wapno)

SIPOREX (cement)

+ mielony piasek kwarcowy + popiół lotny + płatki/proszek Al + autoklawizacja (ciśnienie 1,1 - 1,3 MPa, temp.180 - 190'C) aby rosła wytrzymałość i mrozoodporność, malał skurcz

Betony z kruszyw organicznych

Wióbrobeton - f_cm = 1 MPa

Trocinobeton - f_cm = 5 MPa

Zrębkobeton - f_cm = 8 MPa (f_{cm max} do 10/15MPa)

ρ₀ = 300-1500 kg/m³ λ = 0,01 / 0,6 W/mK wady: higroskopijność, nasiąkliwość

Cel stosowania:

• termoizolacyjność (wypełniające płyty ścienne) stropowe pustaki i bloczki, płytki ścienne dachowe, stropodachowe, stosowane na mała skalę)

Wyroby z betonów.

Beton wykonywany i stosowany na miejscu budowy, a także wykonywany w zakładach budowy, a także wykonywany w zakładach przemysłowych (wytwórniach betonu - beton towarowy) oraz zakładach prefabrykacji.

Beton zwykły(fundament (schody zbiorniki) i zbrojony (żelbet) ściany słupy stropy

Obiekty inżynierskie: mosty, tunele, zapory wodne, kominy przemysłowe, chłodnie kominowe nawierzchnie drogowe, lotniskowe (betony specjalne)

Elementy ścian zewnętrznych/wewnętrznych

• cegły pełne i drążone

• bloczki pełne

• pustaki wielootworowe

• systemowe elementy wielkowymiarowe (np. ściany zespolone Baumat), mrozoodporność

• C 35/40 n_w≤ 5% F50 - ilość cykli zamrażania/odmrażania

Elementy stropowe i dachowe

• Kanałowe żelbetowe i sprężone płyty stropowe z otworami okrągłymi (z B2 i popiołoporytowego)

• Płyty żelbetowe wspornikowe żebrowe

• Płyty stropowe sprężone Spiroll

• Stropy zespolone Filigram

• Płyty dachowe sprężone

• Płyty żebrowe

• Płyty stropowe i dachowe sprężone żebrowe

Elementy dróg ulic i parkingów

• Kostka brukowa
  ρ₀ = 2100 - 2400 kg/m³ f_cm = 40-60 MPa n_w = do 5%
  wytrz. na zginanie 5-6MPa C_min= 400kg/m³

Kruszywa: piaski żwiry grysy

CEMI CEMII CEMIII klasa 42,5 52,5

• Ścieki uliczne (przykrawężnikowe, międzyjezdniowe)

• Rury i kształtki

• Betonowe

• Żelbetonowe

• Sprężone

O przekroju kołowym średnicy 200 - 2000 mm i jajowym bez stopki, ze stopką, kielichowe, bezkielihowe

• Kręgi studzienne

• Przestrzenne komory zakończone kształtką stożkową

• C 25/30 C45/50 n_w ≤ 3%

Wykład 6.

Produkcja ceramiki

Surowce zasadnicze (ilaste/pylaste)

• Gliny ilaste

• Łupki ilaste

• Gliny morenowe

• Gliny wstępne

• Gliny chude

• Iły

Ceramika - wyprodukowana z mas plastycznych, 800-1100'C wypalanie w piecu lub spiekanie.

Surowce pomocnicze

• Szamat

• Piasek kwarcowy

• Miał węglowy

• Żużel wielkopiecowy

Glina - dyspersyjna skała osadowa składająca się z cząstek minerałów płytkowych które pod względem składu mineralogicznego są uwodnionymi glinokrzemianami, w przeważającej części w postaci drobnoziarnistej (od 0,01 do 1µm) i towarzyszącymi im domieszkami innych minerałów. Wyróżniamy: Monomineralne (kaolinitowe) i polimineralne)

Gliny:

• Pierwotne

• Wtórnie osadzone

• Skały przetworzone

Gliny:

• Tłuste (proces suszenia trudniejszy)

• Średnioplastyczne - najlepsze

• Chude (mały stopień uplastycznienia większa kruchość)

Skład chemiczny glin:

SiO₂ 60-68%

Al₂O₃ 5-20

Fe₂O₃

TiO₂ 3-15% (dwa ostatnie dają czerwony odcień)

Tlenki pierwiastków alkalicznych 4-19

CaO 0-25

MgO 0-3

Produkcja ceramiki (etapy)

1. wydobywanie surowca

2. transport i przygotowywanie masy

3. formowanie półfabrykatów

4. suszenie półfabrykatów

5. wypalanie (spiekanie) wyrobów

6. studzenie wyrobów

Wydobywanie gliny - w kopalniach koparkami jednonaczyniowymi, wielonaczyniowymi, spycharkami, zgarniarkami, koparkami frezującymi

Transport do cegielni - szynowy, bezszynowy (przenośniki taśmowe ciągniki)

Przygotowanie masy - by przekształcić gliny z warstwowej w ziarnistą by nadać glinie odpowiednią plastyczność

Sposobami naturalnymi (przemrażanie = hołdowanie zimą, wietrzenie = hołdowaniem latem lub wiosną dołowanie) sposobami mechanicznymi (gniotowniki walcowe, kruszarki walcowe, przecieraki)

Formowanie surówki (mechaniczne) - w ślimakowych prasach pasmowych (zwykłych lub próżniowych) lub prasach wytłaczających na mokro (z mas o wilgotności 16-30%) lub na półsucho/sucho (z mas o wilgotności 6-12%)

Suszenie półfabrykatów - by obniżyć ilość wody do 4-8% gliny średnio i małoplastyczne łątwe do suszenia, gliny tłuste trudne do suszenia. W suszarniach komorowych (z regulacją prędkości wilgotności i temp. Powietrza; kilka dni) w suszarniach tunelowych 12-48h

Wypalanie wyrobów

• w temp. 800 - 1000'C - ceramika o czerpie porowatym (lepsza termoizolacyjność.

• W temp. 1100 - 1300'C ceramika o czerepie spieczonym-zwartym

W komorowych piecach kręgowych (piec Hoffmana) liczba komór = 14,16,20,36 cykl opałowy do 120h. W piecach tunelowych (cykl opałowy do 60h)

Procesy w piecu do wypalania/spiekania

• Podgrzewanie/dosuszanie (do 200'C) usuwanie wody fizycznej z gliny

• Nagrzewanie (do 700'C) usuwanie wody chemicznie związanej

• Dojrzewanie czerepu (800 - 1100'C)(1100 - 1300'c)

• Studzenie wyrobów (powolne do 500'C szybki od 500 - 50'C)

Wyroby ceramiczne

• Wyroby ceglarskie (o czerepie porowatym)

• Cegły pełne

• Cegły drążone: dziurawki, kratówki, szczelinówki (też pustaki)

• Cegły pustaki i elementy poryzowane

• Dachówki (czerep porowaty)

• Harpiówka

• Zakładkowa (z pojedyńczą lub podwójna zakładką)

• Pola

• Holenderka = holenderska (esówka)

• Marsyllka

• Mnich i mniszka

• Gąsiory dachowe

• Pustaki i płyty stropowe (czerep porowaty)

• Ackermana

• DZ-3

• CERAM

• CERIT

• Fert

• Hurdis n_w = 6-22% (wyroby o czerepie porowatym)

• Rurki drenarskie (czerep porowaty)

• Kafle piecowe szkliwione -||-

• Elementy ogrodzeniowe -||-

• Pustaki

• elementy słupków

• daszki

• nakrywy kablowe -||-

• kształtki do nadproży ceramiczno-żelbetowych -||- (element nośny)

• Klinkier (czerep zwarty)

• Cegły klinkierowe

• Klinkier drogowy

• Cegły kominowe

• Cegły kanalizacyjne (klinowe i proste)

• Kształtki podokienne

• Kształtki elewacyjne

• Płytki elewacyjne

• Kamionka (czerep zwarty)

• Płytki kamionkowe (ścienne posadzkowe) w tym kwasoodporne ( z wyjątkiem HF H₂SiF₆) rury kamionkowe, kamionka kanalizacyjna sanitarna gospodarcza

• Terakota (czerep zwarty)

• Płytki posadzkowe n_w = 6-22% (wyroby o czerepie zwartym)

ρ₀ = 1100-2000 kg/m³ wyroby o czerepie porowatym

ρ₀ = 2000 -2500 kg/m³ wyroby o czerepie zwartym

Wyroby ogniotrwałe: szamotowe, krzemionkowe, magnezytowe

1300 - 1600'C temp. wypalania ρ₀ = 2300 - 3500 kg/m³

Wyroby wysokoogniotrwałe: grafitowe, węglowe boksytowe

1620 - 2000'C - temp. wypalania ρ₀ = 2600 - 3500 kg/m³

Ceramika szlachetna i półszlachetna (nie ma związków żelaza)

Płytki elewacyjne:

• Porcelana

• Porcelit

• Fajans

Wyroby ogniotrwałe ( >1500 do ponad 2000'C)

• Kształtki i cegły szamotowe (z szamotu i plastycznej gliny ogniotrwałej) o ogniotrwałości >1580'C zastosowane jako wykładziny pieców grzewczych i przemysłowych

• Kształtki krzemionkowe (> 90% SiO₂ ze zmielonych kwarcytów piasek kwarcowy zast. Jako wykładziny pieców gazowniczych

• Wyroby wysokoglinowe (>85% MgO ze spieczonego magnezytu) zast. Jako wykładziny pieców martenowskich elektrycznych

• Wyroby szamotowo-grafitwe (z gliny wysokoplastycznej, szamotu, grafitu w ilości 6-60%) zast. W przemyśle metalurgicznym, hutniczym

• Wyroby z węgliku krzemu zast. Min w hutnictwie z żelaza i metali niezależnych

Wyroby ceramiczne (cechy techniczne)

• Cegły pełne (czerep porowaty)

• Klasy 3,5 5 7,5 10, 15,20,25 ρ₀ = 1800 kg/m³ = 0,76 W/mK

Zast. budowa ścian podziemnych części budynków, ścian wew. i zewn. sklepień

Słupów (klasy 7,5 10, 15,20) i ścian działowych (klasy 5, 7,5)

• Cegły drążone (czerep porowaty) klasy (3,5 5, 7,5) cegły dziurawki
  (10, 15,20)kratówki ρ₀ = 1400 kg/m³ λ = 0,55 W/mK

• Szczelinówki ρ₀ = 1100 kg/m³ λ= 0,4 W/mK

• Elementy poryzowate (czerep porowaty) - dodatek trocin lub granulek styropianu do surowca gliniastego
  Klasy 3,5 5 7,5 10, 15,20 ρ₀ = 500 - 1200 kg/m³ λ= 0,55 W/mK

Zastosowanie cegieł drążonych (czerep porowaty)

• Dziurawek - budowa ścian na ogół działowych stropów (Kleina)

• Kratówek - wyk. murów piwnicznych ścian nośnych o wys. Budynków do dwóch kondygnacji

• Szczelinówek - wykonywanie otynkowanych obustronnie ścian zewnętrznych i wewnętrznych

• Wyrobów poryzowatych - murowanie zwykłe na suchy tynk

• Dachówek - do krycia połaci dachów stromych

• Gąsiorów dachowych - do krycia kalenic i grzbietów dachów, też pokryć murów ogrodzeń i innych elementów architektonicznych

• Rurek drenarskich - w pracach melioracyjnych do osuszania i nawadniania

• Kafli piecowych - do wykonywania zewnętrznych części domowych pieców grzewczych trzonów kuchennych ozdobnych kominków, elementów ogrodzeniowych do wykonywania murków balustrad, tarasów (w arch. Krajobrazu)

• Nakryw kablowych - do ochrony kabli w gruncie przed uszkodzeniami podczas prac ziemnych

• Ceramicznych pustaków stropowych - do konstruowania belkowo-pustakowych stropów (złożonych z lekkich pustaków ceramicznych belek stropowych żelbetowych ceramiczno-żelbetowych, stalowych) DZ3 Fert CERAM CERIT lub do układania deskowaniu i stanowiąc wypełnienie pomiędzy wykonanymi na budowie żebrami nośnymi stropu Ackermana

• Ceramicznych płyt kanałowych Hurdis - z czołami prostymi lub skośnymi

Wyroby ceramiczne - cechy techniczne

Cegły klinkierowe budowlane - czerep zwarty

Klasy: 30, 35,45,60

.ρ = 2000 kg/m³ λ = 0,9 w/mK

(pełne drążone szczelinowe)

• Cegły klinkierowe kominówki czerp zwarty klasy 18 i 25

• Cegły kanalizacyjne czerep zwarty prosta - kl. 15, klinowe - kl. 8

• Klinkier drogowy czerep zwarty kl. 33 50 65

• Klinkierowe kształtki podokienne i płytki czerep zwarty

Zastosowanie wyrobów o czerepie zwartym.

• Cegły klinkierowe - do oblicowań ścian piwnic w posadowionych wodę gruntach
  wykonywanie elementów budowli mających kontakt z wodą np. w budownictwie hydrotechnicznym

• Cegieł kominowych - do budowy wolno stojących kominów

• Cegieł kanalizacyjnych - do budowy przewodów kanalizacyjnych nie wymagających szczególnej odporności na działanie kwasów i ługów

• Klinkieru drogowego - do wykonywania nawierzchni drogowych

• Płytek kamionkowych/(ciągnionych prasowanych odlewanych) - do wykładania ścian podłóg łazienek kuchni garaży szpitali do wykładania tarasów schodów tez prasowane płyty podłogowe gresowe

Wady ceramiki:

• Wynikające z zanieczyszczeń surowców

• Margiel, siarczany II, związki org. Piryt

• Wynikające z błędów podczas produkcji

• Nieodpowiedni stopień uplastycznienia gliny

• Niedostateczne zhomogenizowanie gliny

• Niedostateczne wysuszenie prefabrykatów

• Niedopalenie lub przepalenie czerepu

• Zbyt szybkie studzenie

Konsekwencje - deformacja spękanie obniżenie wytrzymałości, im większe ziarenka margla tym gorzej. Korozja jest przewidywalna.

Siarczany - nie można przewidzieć korozji np. siarczan magnezu - najgroźniejszy. Skutkiem krystalizacji siarczanów jest zwiększenie objętości - biały nalot po tym można przewidzieć korozję siarczanów - skutek np. odpadanie tynków

Piryt- transformacja podczas wypalania pojawia się rdzawy nalot na ceramice

Zw. organiczne - w wysokich temp. spalają się większa porowatość nasiąkliwość gorsza wytrzymałość brak mrozoodporności

Glina nie może być zbyt plastyczna lub za mało plastyczna.

Wykład 7.

Szkło budowlane. Pierwsze przedmioty szklane z przed ponad 800 lat. W Polsce najstarsze z XII wieku.

Zastosowanie szkła z uwagi na przepuszczalność światła. (określonej współczynnikiem przepuszczania) Oświetlenie światłem naturalnym wnętrza budynków, umożliwienie z wnętrza oglądanie otoczenia.

Przejrzystość szkła - przepuszczani i rozpraszanie światła widzialnego.

Przezroczystość szkła - przepuszczanie ale nie rozpraszanie światła widzialnego.

Szkło budowlane - ciało przezroczyste bezpostaciowe otrzymywane ze stopienia tlenków nieorganicznych, ostudzenia stopu złożonego z prosty i złożonych krzemianów, glinokrzemianów borowców fosforanów w krzemionce.

Surowce do produkcji szkła:

Piasek kwarcowy SiO₂ 55 - 80 %

Soda NaCO₃ Potaż (K₂CO₃) topniki

Węglan wapnia CaCO₃

Barwnik - tlenki metali

Etapy produkcji:

• Przygotowanie surowców - mielenie, mieszanie

• Topienie surowców - w piecach donicowych, periodycznie, lub wannowych w sposób ciągły - max temp 1400 - 1500'C

• Kształtowanie formowanie wyrobów - temp 1000'C

• Wydmuchiwanie

• Wytłaczanie

• Prasowanie

• Ciągnienie (w tym metoda Float)

• Walcowanie

• Odprężanie w temp. 600'C

Właściwości techniczne.

.ρ=2600 kg/m³ twardość według skali Mohsa 6-7 Rc - ok. 800 MPa λ - 0,85 W/mK

Odporność na czynniki chemiczne z wyjątkiem prócz HF i H₃PO₄ kruchość (Rr/Rc = 0,0375)

Wyroby.

• Szkło płaskie

• Kształtki szklane wielowarstwowe

• Szkło piankowe białe czarne

• Włókna szklane o średnicy o 2-40µm

• Siatki welony tapety

Szkło płaskie

• Okienne (grub. 2-10mm)

• Płaskie grube (grub. 7-35mm)

• Wzorzyste hartowania

• Płaskie barwione nieprzejrzyste (szkło opakowe / morbit)

• Witromozaikowe

• Pochłaniające promieniowanie IR

• Odbijające promieniowanie

• Szyby zespolone

Szkło płaskie rodzaje:

• Ciągnione (płyty otrzymywanie prze cięcie tafli szklanej formowanej metodą ciągnienia do szklenia okien

• Walcowane (płyty jw. ale metodą walcowana) zast. jw.

• Float (jw. ale metodą przeciągania na powierzchni stopionego metalu przeważnie cyny) zast. jw.

• Wzorzyste ( tak jak przejrzyste ale nie przeźroczyste ze wzorem wytłoczonym na jednej lub obu powierzchniach) szklenie otworów drzwiowych

• Walcowane barwne przejrzyste lub nieprzejrzyste - jako material okładzinowy i dekoracyjny

• Zbrojone (wtopione siatką metalową) do szkleń poziomych i pionowych w miejscach o zwiększonych wymaganiach w zakresie odporności na uderzenia

• Bezpieczne - hartowane termicznie (nagrzewane i gwałtownie chłodzone) hartowanie emaliowane (z warstw. emalii wtapianej w procesie hartowania), klejone (złożone z wielu tafli sklejonych na całej powierzchni)

Szkło płaskie

• Szkło matowe

• Szkło mrożone

• Szkło wodne

(K₂SiO₃ lub NaSiO₃)

Zastosowanie:

• Do impregnacji materiałów budowlanych

• Jako spoiwo w farbach wodnych

• Jako spoiwo w kitach i zaprawach uszczelniających

• Do stabilizacji nawierzchni gruntowych

• do wykonywania tynków krzemionkowych

Szkło lustrzane. Fotochromowe.

Szkło budowlane - wyroby

• szyby zespolone - wyroby złożone z min dwóch szyb/szyby zew. i wew. typu float lub float niskoemisyjne grubości po 4mm (oddzielone elementem dystansowym (z metalu lub tworzywa sztucznego) na całym obwodzie połączone hermetycznie (przestrzeń pomiędzy szybami wypełniona powietrzem lub gazem szlachetnym - argonem, kryptonem np. grubości 16mm/max 20mm) 70% wymiany ciepłą przez promieniowanie 30% przez przewodzenie i konwekcję, zestawy 1 lub dwukomorowe.
  Izolacyjność termiczna, akustyczna)

• też jako szyby o specjalnych właściwościach - z niskoemisyjną folią heat mirror(poprawa termoizolacyjności) jako ognioodporne i ogniochronne odporne na uderzenia strzały z broni palnej

• kształtki szklane i wielowarstwowe

• kopułki szklane (świetliki dachowe)

• pustaki szklane - do wypełniania przegród doświetlających w budynku

• luksfery (zastosowanie jw.)

• dachówki szklane

• kształtki posadzkowe

• profilowane płyty szklane - jako przegrody pionowe poziome lub pochyłe

ad. Szkła piankowego

- zastosowanie jako materiał termoizolacyjny

Ad. Przędzy i waty szklanej z

- zast. jw. + jako izolacja akustyczna

Ad. Siatek szklanych

- zast. do wzmacniania mas plastycznych betonu, tkanin

Ad. Welonu szklanego

- zast. jako osnowa w papach i materiał okładzinowy w materiałach termoizolacyjnych

Szkło budowlane - zastosowanie

• do szklenia okien

• jako materiał okładzinowy

• termoizolacyjny

• konstrukcyjny

• oświetleniowy

• dekoracyjny

Wykład 8.

Drewno

• Iglaste

• Liściaste

Budowa warstwowa - włóknista

(kora - łyko - biel - twardziel - rdzeń )

Biel i twardziel - stanowią o wartości drewna

Cechy techniczne drewna:

ρ₀ = 450 - 800 kg/m³ (max wzdłuż włókien)

R_c= 30 - 60 MPa -||-

R_r=80 - 150 MPa (max w poprzek włókien)

λ= 0,14-0,2 W/mK (min w poprzek włókien)

Elementarny skład chemiczny drewna:

C - ok. 50%

O - ok. 43%

H - ok. 6%

N~ 0,05 - 0,03%

Subst. szkieletowa drewna to celuloza . Lepiszcze i wypełniacz to związki pektynowe, gumy drzewny subst. śluzowate.

Sortymenty drewna budowlanego

• Drewno okrągłe (okrąglaki) na pale słupy ogrodzeniowe, do rusztowań, dłużyce, kłody wyrzynki

• Tarcica obrzynana i nie obrzynana: do rusztowań produkcji stolarki budowlanej budowy dekowań, podłóg jako materiał konstrukcyjny i wypełniający deski bale listwy łaty belki krawędziaki

Wyroby z drewna i drewnopochodne

• Sklejki (arkusze forniru/ cienkie arkusze ze skrawania drewna - obłogi lub okleiny) w l. nieparzystej sklejone z kierunkiem prostopadłym włókien w przyległych warstwach i presowane w wysokiej temp. i meblarstwie, także do wykonywania deskowań
  Odmiany: szlifowana i nieoszlifowana

• Suchotrwała - na kleju albuminowym kazeinowym stosowana przy RH do 70% i temp. 0-35'C

• Półwodoodporna ( na kleju mocznikowym) stosowana przy RH do 90% i temp. 30 - 50'C

• Wodoodporna ( na kleju bakelitowym) stosowana w wodzie i temp do 30'C

• Płyty stolarskie klejone (środek pełny lub komórkowy, w postaci deszczułek lub forminu oklejony pojedynczymi lub podwójnymi warstwami obłogu lub płytami pilśniowymi) stosowane przy wykonywaniu boazerii drzwi płytowych ścianek działowych w meblarstwie

• Deski podłogowe (z drewna sosnowego) do wykonywania podłóg białych

• Deszczułki posadzkowe (lite z drewna liściastego, przytwierdzone do podłoża gwoźdźmi lub lepikiem)

• Parkiety mozaikowe (z drewna dębowego przyklejona na idealnie gładkiej podłodze betonowej lub gipsowej za pomocą kleju PCV szlifowane i lakierowane)

• Stolarka budowlana (okienna drzwiowa)

• Gonty (elementy klinowe mające z jednej strony wpus a z drugiej grzebień z drewna iglastego) stosowane do krycia dachów głównie w okolicach górskich i podgórskich

• Drewno modyfikowane (nasycone w podwyższonej temp. workiem, parafiną, syntetycznymi olejami żywicznymi spojone lub nasycone żywicami a następnie utwardzone termicznie (130-160'C) zagęszczane pod ciśnieniem 5-10 / 15-35 MPa zwiększenie odporności na wnikanie wody, wzmacnianie mechaniczne (wzrost wytrzymałości twardości odporności na ścieranie) lignostosz, lignofol (bukowe, olchowe, brzozowe)

Materiały drewnopochodne

• Płyty wiórowe - z wiórów drzewnych połączonych klejem syntetycznym sprasowane w podwyższonej temp. też jako wytłaczane) pełne pustakowe, pokryte innym materiałem - laminowane oklejone okleiną obłogiem, płytą pilśniową, też jako wodoodporne ognioodporne owadoodporne

• Wiórowo cementowe: konstrukcyjne (na ściany działowe, podsufitki stropów drewnianych) i izolacyjne (do izolacji cieplnej i akustycznej ścian stropów posadzek dachów (z wełny drzew iglastych, poddanych mineralizacji zmieszanej z cementem, formowanie i prasowanie)

• Płyty pilśniowe - miękkie półtwarde twarde, bardzo twarde (z włókien lignocelulozowych z dodatkiem środków hydrofobowych lub bez) też w opcji o zwiększonej odporności na wodę (bitumiczne) laminowane pokrywane lakierami chemoutwardzalnymi) stosowane jako materiał do izolacji cieplnych akustycznych w meblarstwie taż jako płyty budowlane

• Wyroby korkowe jako materiał termoizolacyjny też o wartości plastycznej

Wady drewna

1. kształtu: krzywizny i spłaszczenia

2. budowy: sęki skręt włókien pęknięcia, pęcherze żywiczne

3. spowodowane przez owady

4. skurcz, pęcznienie

Czynniki niszczące drewno

1. atmosferyczne abiotyczne

2. ogień abiotyczny (temp zapłonu drewna 250/300'C termiczny rozkład w 105'C)

3. owady - biotyczny

4. grzyby - przy optymalnej wilgotności dla ich rozwoju 35-50%

Konserwacja drewna

• suszenie (do wilgotności 8-12%)

• malowanie (farbami emaliami)

• impregnacja: powierzchniowa i wgłębna(ciśnieniowa bezciśnieniowa)

Lepiej ścinać drzewa jesienią/zimą Bi powolne i równomierne jest ich wysuszenie większa odporność na grzyby, nie jest ono atakowane przez owady.

Chemiczne środki ochrony drewna.

• Impregnaty

• Solne

• Oleiste

• Wodorozcieńczalne (biocydy w postaci syntetycznych zw. org.)

• Pasty

• Emulsje (wodno-oleiste, wodno-rozpuszczalnikowe)

Impregnaty solne -

Zalety: brak drażniącego zapachu, przydatne do impregnacji drewna o różniej wilgotności

Wady: wymywane, wymagana przestrzeń wentylowa, zawartość zw. toksycznych (związki baru, fosforu miedzi cynku)

Impregnaty oleiste -

Zalety: duża głębokość wnikania skuteczność zabezpieczenia mała wymywalność

Wady: zwiększenie zapalności drażniący zapach zawartość związków toksycznych (naftalen fenole)

Impregnaty rozpuszczalnikowe -

Zalety - duża głębokość wnikania w krótkim czasie (do kilkunastu mm w ciągu 15 min kąpieli) skuteczność zabezpieczenia

Wady - lotność łatwopalność duża toksyczność drażniący zapach zawartość zw. toksycznych (butanol)

Impregnaty wodorozcieńczalne -

Zalety - wysoka toksyczność dla owadów, niska dla ludzi i innych ssaków

Impregnacja powierzchniowa przez:

• Smarowanie (2-3 krotne pokrywanie impregnatem za pomocą pędzla lub szczotki) zużycie 0,4-0,5 l/m²

• Opryskiwanie (dot. powierzchni dużych lub trudnodostępnych; wodą rozpylanie związków toksycznych w powietrzu) zużycie o 25-30% większe niż przy smarowaniu

• Kąpiele - zanurzenie na czas od 15min do kilku godzin w impregnacie o temp. ok. 20'C - kąpiele zimne przy zużyciu 0,5 - 0,7 l/m² lub gorące z podgrzaniem do 50-60'C w przypadku impregnató solnych i 70-80'C w przypadku impregnatów oleistych przy zużyciu 0,6 1 l/m²

Impregnacja głęboka przez:

• Kąpiele zimne (zanurzenie na 6-8 dni w impregnacie temp. ok. 20'C)

• Kąpiele gorące (zanurzenie na 1-2 dni w impregnacie solnym o temp. 50-60'C głębokość wnikania 10-30mm zużycie 150kg/m²)

• Nasycenie niskociśnieniowe hydrostatyczne - metoda zastępowanie sokó przez 6-12 dni dotyczy impregnacji drewna mokrego nieokorowanego bezpośrednio po ścięciu drzewa

• Nasycenie próżniowe prze 10-15 min dotyczy drewna o wilgotności ≤ 25%

• Nasycenie ciśnieniowo-próżniowe w autoklawach przez wytworzenie próżni wstępnej wprowadzenie impregnatów w podciśnieniu a następnie wytworzenie nadciśnienia od 0,8-1,4 MPa

• Inne metody impregnacji przez

• Pastowanie za pomocą past grzybobójczych

• Bandażowanie - miejscowe owijanie bandażem nasyconym solnym preparatem wnikającym przez dyfuzję

• Iniekcję (zastrzyki osmotyczne)

• Nawiercanie otworów o średnicy 10-25mm i umieszczanie w nich preparatu a następnie zaklepanie kołkami)

Wnikanie impregnatów zależy od wilgotności drewna. Przy wilgotności < 28% (brak w strukturze drewna wody wolnej) - wnikanie kapilarne (preparaty oleiste rozpuszczalnikowe) przy wilgotności >35 - 40% (drewno mokre) wnikanie dyfuzyjne (preparaty proszkowe pasty wodne roztwory soli o dużym stężeniu)

Klasy zagrożenia drewna korozją biologiczną:

1. Klasa zagrożenia 1 - drewno pod ziemią pod przykryciem, całkowicie zabezpieczone przed działaniem czynników atmosferycznych i wilgoci zabezpieczone przed owadami

2. Klasa zagrożenia 2 - drewno jw. Ale w przypadku dużej wilgotności powietrza może sporadycznie nastąpić jego zawilgocenie zabezpieczenie jw. i grzybom

3. Klasa zagrożenia 3 - drewno pod przykryciem nie styka się z ziemią i jest stale narażone na działanie czynników atmosferycznych lub jest przed nimi zabezpieczone ale często ulega zawilgoceniu, zabezpieczenie jw. i wymywaniu

4. Klasa zagrożenia 4 - drewno stale narażone na zawilgocenie przez kontakt z ziemią lub wodą słoną jw. i próchnicy

5. Klasa zagrożenia 5 - drewno pod stałym wpływem wody słonej zabezpieczenia jw.

Wykład 9.

Metale i ich stopy.

• Struktura krystaliczna

• Bezkierunkowość wiązań pomiędzy atomami ( plastyczność)

• Budowa izotropowa ( jednakowe właściwości we wszystkich kierunkach)

• Nieprzeźroczystość, połysk

• Zdolność do odkształceń trwałych w stanie pod działaniem sił zew. (=plastyczność kształtowanie elementó konstrukcyjnych w formie półfabrykatów i wyrobów gotowych)

• Występowanie w przyrodzie w postaci tlenków wodorotlenków węglnów siarczków krzemianów (lub w stanie czystym)

Procesy metalurgiczne

• Pirometalurgia - metalurgia wysokich temp. (powyżej temp. topnienia otrzymywanego metalu) - redukcja tlenków metali w wyniku hutniczych procesów wielkopiecowych (spiekanie, redukcja tlenków metali, świeżenie = utlenianie) Cu Fe

• Elektrometalurgia - otrzymywanie metali w piecach elektrycznych (rafinacja = oczyszczanie przy użyciu prądu elektrycznego) Cu Al.

• Hydrometalurgia - otrzymywanie metali z rud przez ługowanie odpowiednich odczynników chemicznych

Metal i ich stopy

• Żelazo i stopy żelaza: surówka, żeliwo, stal

• Metale kolorowe (nieżelazne) i ich stopy: miedź, cynk, cyna, ołów aluminium

Otrzymywanie stopów żelaza przez stapianie i redukcję w wielkim piecu rud żelaza (z koksem i topnikami, wapieniami lub dolomitem) żużel wielkopiecowych jako odpad

• Rudy żelaza : magnetyt Fe₄O₃ hematyt Fe₂O₃ limonit 2Fe₂O₃ syderyt FeCO₃

Stopy żelazne

Surówka - (temp. topnienia 1150 - 1200'C) zawiera 3-5% węgla do przerobu (przez usunięcie nadmiaru węgla) na żeliwo (przetopiona) lub stal (utleniona) nie mięknie przed stopieniem nie daje się kuć ani walcować

Żeliwo - szare, białe, ciągliwe, stopowe, C >2% odporniejsze na korozję od stali ale kruche mało odporne na obciążenia dynamiczne

Zastosowanie: kształtki instalacji kanalizacyjnej wew. i zew. pokrywy włazów odlewnych i armatura pieców grzewczych, przybory sanitarne grzejniki żeliwne

Stal - (temp. topnienia 1400 - 1500'C) C≤ 1,7(2,0) % (na ogół 0,01 - 1,5%)

• Stopowe

• Niestopowe (węglowe)

Stale stopowe:

• Niskostopowe (suma pierwiastków poza węglem , 3,5%)

• Średniostopowe ( -||- 12%)

• Wysokostopowe ( -||- 55%)

Stale stopowe konstrukcyjne narzędziowe specjalne (chromowe, chromowo-niklowe - odporne na korozję żaroodporne - z zawartością Cr Si Al. Odporne na ścienianie z zawartością Mn)

Stal:

• Plastyczność

• Kowalność

• Ciągliwość

• Spoiwalność

• .ρ = 7850 kg/m³

• .λ = 41 W/mK

• R_r=R_c=400 MPa

• Współczynnik rozszerzalności cieplnej liniowej 0,000012 L/K

Stal/wyroby:

Wyroby ze stali:

• Kształtowniki

• Blachy

• Taśmy

• Rury

• Liny

• Siatki

• Kraty

• Trzepienie cięgna

• Śruby

• Gwoździe wkręty łączniki kotwy tuleje kausze

• Pręty i druty do zbrojnia betonu

Kształtowniki (kątowniki, ceowniki, zetowniki) - jako elementy konstrukcyjne do wykonywania lekkich konstrukcji szkieletowych (płatwi dachowych, rygli ściennych) na ścianki działowe do tarcz szalunkowych na obramowania płyt warstwowych

Gięte na zimno ze stali konstrukcyjnych zwykłych, niskostopowych stali trudno rdzewiejących z taśm walcowanych na gorąco (bednarka) blach walcowych na gorąco i zimno oraz ciętych blach ocynkowanych.

Blachy:

• Cienkie ( < 3mm) - walcowane (na zimno lub gorąco) w 2 kierunkach do robót blacharskich

• Ocynkowane - na pokrycia dachowe pokrycia parapetów rynien dachowych i spustowych

• Ryflowane o profilu falistym lub rombowym

• Profilowane (faliste lub trapezowe) cynkowane lub ocynkowane i pokryte powłoką akrylową/emalią poliestrową do krycia dachów do obudowy ścian budynków mieszkalnych przemysłowych magazynowych

• Dachówkowe (i trapezowe) - ze stroną licową cynkową cynkowo-aluminiową lub aluminiowo-cynkową lub/z powłokami organicznymi (akrylowymi poliuretanowymi poliestrowymi)

• Taśmy / bednarka (1,5 - 5 mm) - ze stali zwykłej walcowej na gorąco, do robót ślusarskich zbrojenia nadproży stropów Kleina w kręgach snopkach lub odcinkach

• Rury - do przewodów instalacyjnych na rusztowania, elementy konstrukcyjne, ocynkowane Kub z powłokami organicznymi

• Liny - ze stali z niską zawartością węgla (do 1%) oraz dodatkami Mn Cn Ni Cu z 6 lub 8 splotów z rdzeniem metalowym lub organicznym (juka, bawełna) lub z tworzyw sztucznych (PP, PE) jako dwuzwite lub jednozwite (spiralne, także w opcji zamkniętych stosowane w budowlanych konstrukcjach cięgnowych.

• Panele fasadowe

• Profile kasetonowe (na dachy ściany stropy z rdzeniem Q)

• Szyny dźwignicowe - stosowane w halach jako tory suwnic dźwigowych

• Siatki

1. cięte - ciągnione do produkcji osłon maszyn krat pomostowych schodów podestów

2. ślimakowe - (ogrodzeniowe) - o oczkach kwadratowych lub sześciokątnych

3. plecionych (tzw. Siatki Rabitza) - do owijania drewna i stali przy tynkowaniu w celu zwiększenia przyczepności tynku

• trzepienie dylatacyjne - do wykonywanie nieskomplikowanych szczelin dylatacyjnych

• systemy cięgnowe - do skomplikowanych konstrukcji cięgnowych (pręty końcówki widlaste, złączki, tarcze koliste)

• gwoździe budowlane - (z trzepieniem gładkim okrągłym lub kwadratowym /rzy robotach ślusarskich i ciesielskich/skręcane i walcowane spiralnie/ do łączenia elementów konstrukcji drewnianych/karbowane / prefabrykowanych złączach ciesielskich / papowe)

• wkręty - (w tym samowiercące) - śruby (zwykłe pasowane sprężające fundamentowe) nity kołki

• kotwy - (wklejane rozprężone transportowe)

• kausze - (lekkie gięte z blachy lub cięższe - odkuwanie z odlewów ocynkowane stosowane do zakotwień w konstrukcjach budowlanych

Łączenie(cieplne) stali przez spawanie lutowanie zgrzewanie.

Stal zbrojeniowa do żelbetu:

• jako stal węglowa (niestopowa)

• jako stal stopowa

• pręty okrągłe gładkie

• pręty okrągłe żebrowane

• pręty proste lub w kręgach

grubość 5,5 - 40mm R_r=300 - 750MPa

Stal do sprężania betonu:

• jako węglowa ciągniona

• jako walcowa na zimno

pojedyncze struny/druty (średnica 2,5 - 5mm) lub sploty z kilku strun R_r=1470-18560MPa

Aluminium:

• .ρ = 2700 kg/m³

• R_r= 420 MPa (po obróbce plastycznej)

• Rudy: boksyt (Al₂O₃ x nH₂O)

• Stopy: Al - Cu Al. - Mg Al. - Si

• Wyroby: blachy, taśmy, folie, kształtowniki, rury, druty

• Zast. wykładziny, pokrycia dachowe, stolarka okienna, drzwiowa, żaluzje

Ad. Aluminium - 8% skorupy ziemskiej stanowią jego związki

• Produkcja Al z rud to proces bardzo energochłonny światowa produkcja to ok. 20mln ton z możliwością odzysku w ok. 50%

• Al w postaci czystej ma niezbyt wielką wytrzymałością mechaniczną, która poprawia się w stopach ale niestety mniejsza jest odporność na korozję niż Al w postaci czystej

• Obróbki cieplne i cieplno-mechaniczne stopów Al jako procesy poprawiające jakość

Miedź

• .ρ = 8900 kg/m³

• R_r = 150 - 250 MPa

• Rudy: siarczki, tlenki, węglany

• Kowalna ciągliwa

• W wilgotnym powietrzu pokrywa się zasadowym węglanem, miedź (plastyczną) = trwałość pokryć dachowych z blach miedzianych > 300 lat

• Stopy Cu-Zn,(mosiądz) Cu-Sn,(brąz), Cu-Zn-Sn - spiż

• Wyroby: blachy kształtowniki taśmy druty osprzęt instalacji wodociągowej elektrycznej

Cynk

• .ρ = 7200 kg/m³

• R_r = 110 - 140MPa

• Rudy: siarczki, węglany

• Stopy: Zn - Cu, Zn-Al, Zn-Al.-Cu

• Zast. wyroby walcowe, powłoki rdzochronne, pigmenty farb olejnych antykorozyjnych (okucia budowlane)

Ołów

• .ρ = 11900 kg/m³

• R_r = 20MPa

• Rudy siarczki siarczany węglany

• Zast. ochrona przed działaniem kwasów promieniowaniem, pigmenty farby olejnych

Wykład 10.

Tworzywa sztuczne.

Materiały, którego głównym składnikiem są żywice, związki wielocząsteczkowe otrzymywane przez modyfikację polimerów naturalnych lub na drodze syntezy związków małocząsteczkowych.

Zmiana/poprawa właściwości tworzyw przez:

• Wypełniacze (mączki kamienne, drzewne, kreda, grafit, sadza)

• Napełniacze wzmacniające (proszki włókna szklane węglowe grafitowe polimery sztywniejsze od matrycy bazowej materiały kompozytowe

• Nośniki (arkusze papieru, tkaniny, maty szklane)

• Rozpuszczalniki (estry, ketony, alkohole)

• Plastyfikatory = zmiękczacze

• Stabilizatory (w celu ograniczenia procesów starzeniowych np. soda)

• Antypiryny ( w celu zmniejszenia palności)

• Barwniki (pigmenty organiczne i nieorganiczne)

Tworzywa sztuczne surowce do wytwarzania

Produkty przerobu węgla kamiennego roby naftowej, gazu ziemnego (rzadziej surowców roślinnych)

• Z koksu: kauczuki butadienowe, żywice formaldehydowe, polistyren

• Z ropy naftowej: polietylen, polipropylen, polimetakrylan metylu

• Z gazu ziemnego - żywice poliwinylowe

• Z surowców roślinnych (celulozy, ligniny) żywice poliestrowe

Tworzywa sztuczne

Związki wielocząstkowe (naturalne lub sztuczne) odznaczające się wysokim ciężarem cząsteczkowym zawierające wiele tysięcy atomów

• Budowa liniowa

• Wiązania poprzeczne

• Usieciowanie

Podział:

• Wg Pochodzenia

• Wg metod otrzymywania

• Wg właściwości technicznych

• Wg zadań funkcyjnych (zastosowań)

Wg powodzenia.

• Z żywic naturalnych modyfikowanych metodami chemicznymi (pochodne celulozy, pochodnie białkowe)

• Z żywic powstałych z syntez związków małocząsteczkowych

Wg metod otrzymywania

• Polimeryzacyjne (PCV polistyren polietylen polipropylen POW polimetakrylan metylu

• Polikondensacyjne (poliestry fenoplasty poliamidy silikony poliwęglany aminoplasty

• Poliaddycyjne (epoksydowe, poliuretanowe)

Polimeryzacja - łączenie się wielkiej liczby jednakowych cząsteczek zawierających podwójne wiązania (tzw, monomerów) w jedną wielką cząsteczkę związku wielocząsteczkowego bez wydzielania produktów ubocznych reakcje egzotermiczne

Polikondensacja - stopniowe wiązanie ze sobą wielkiej liczby jednakowych albo różnych cząsteczek subst wyjściowych z wydzieleniem produktów ubocznych

I stadium - żywica o budowie liniowej

II stadium - żywica o budowie przestrzennej

Poliaddycja - łączenie się różnych cząsteczek w wyniku przegrupowania atomów bez wydzielania produktów ubocznych.

Warunki powstania związków wielocząsteczkowego:

1. obecność wiązania nienasyconego w cząsteczce wyjściowej

2. występowanie 2, ewentualnych wielu grup funkcyjnych

3. obecność nie trwałego ugrupowania pierścieniowego

Tworzywa sztuczne

• wg właściwości technicznych (uwzględniając właściwości plastyczne i elastyczne)

• elastomery

• plastomery

• uwzględniając zachowanie się tworzyw w podwyższonej temp.

• termoplasty

• duroplasty

• tworzywa chemoutwardzalne

• wg zadań funkcyjnych

• tworzywa konstrukcyjne (PCV, poliestry wzmacniane, włóknami szklanymi)

• tw. Powłokowe (winylowe epoksydowe, poliuternanowe)

• tw. Adhezyjne (kity kleje)

• tw. Impregnujące (silikonowe)

Elastomery - zachowują trwałą elastyczność w trakcie użytkowania, w 20'C mogą być poddawana odkształceniom przekraczającym 100% - kauczuki

Plastomery - zachowują w granicach pewnych temp. nadane im kształty. Do pewnej temp. granicy obciążeń ulegają niewielkim odkształceniom sprężystym a później następuje odkształcenie aż do zniszczenia próbki, polipropylen, polietylen, polistyren

Tworzywa termoplastyczne (termoplasty) - miękną pod wpływem ciepła i twardnieją po ochłodzeniu (proces powtarzalny) PCV, polistyren

Tworzywa termoutwardzalne (duroplasty) - twardnieją pod wpływem podwyższonej temp i reakcja jest nieodwracalna, żywice fenowe epoksydowe

Tworzywa chemoutwardzalne - ulegają utwardnieniu już w temp pokojowej pod wpływem utwardzenia, żywice poliestrowe, epoksydowe

Właściwości tworzyw sztucznych:

• .ρ = 900 - 1800 kg/m³ (tw. sztuczne)

• ρ = 15-40 kg/m³ (tw. komórkowe)

• R_r R_z R_c - od kilku do kilkudziesięciu MPa

• .λ = 0,15 - 0,4 w/mK tw. sztuczne

• .λ = 0,03 - 0,06 w/mK tw. komórkowe

• Odporność cieplna - dla termoplastów od 60-9'C, duroplastów od 120 - 150'C

• Palność - łatwopalne, trudnopalne = samogasnące, niepalne (obecność w łańcuchu chlorowca lub krzemu)

• Odporność chemiczna - na ogół na kwasy ( z wyjątkiem silnie utleniającyh) niektóre na roztwory alkaliczne i solne

• Właściwości dielektryczne

• Nasiąkliwość (od zera do kilkudziesięciu procent- fenoplasty)

Wady: zdolność do ładowania elektrostatycznego niekiedy palność (z wydzielaniem toksycznych związków) ograniczona odporność cieplna, obniżona odporność na tlen, ozon, promieniowanie słoneczne - procesy starzeniowe (kuchość)

Wartość plastyczna poprzez :

• Zdolność trwałego barwienia w masie

• Możliwość uzyskania wyrobów w różnym stopniu przezroczystych

• Możliwość nadawania powierzchniom wyrobów dowolnego rysunku i różnej faktury

• Możliwość formowania wyrobów o dowolnych kształtach geometrycznych

Przetwórstwo:

• Obróbka wstępna

• Obróbka formująca

• Wykończeniowa

Obróbka wstępna - upłynnienie żywicy + łączenie z materiałami dodatkowymi (poprzez mieszczanie, ugniatanie, walcowanie,) oraz rozdrobnienie produktu (poprze łamanie mielenie cięcie)

Obróbka formująca - prasowanie wytłaczanie odlewanie nanoszenie na podłoża (pędzlem wałkiem natryskowo zanurzeniowo) nawarstwianie spienianie

Obróbka wykończeniowa - kształtowanie (poprzez piłowanie frezowanie wiercenie gwintowanie szlifowanie polerowanie) łączenie poprze klejenie spawania barwienie lakierownie matalizowanie

Wyroby z tworzyw sztucznych:

• Materiały okładzinowe (wykładziny ścienne sufitowe podłogowe)

• Materiały do izolacji termicznej i akustycznej

• Płyty faliste i płaskie (na pokrycia dachowe werandy wiaty balustrady balkonowe)

• Profile na naświetla i świetliki dachowe

• Profile na poręcze, listwy przypodłogowe obrzeża stopni schodowych taśmy dylatacyjne

• Materiały do izolacji przeciwwilgociowych i chemoodpornych

• Kity kleje zaprawy klejąco-szpachlujące

• Wyroby instalacyjne

• Masy tynkarskie

• Posadzki przemysłowe

• Materiały malarskie

• Domieszki chemiczne do betonów

Materiały okładzinowe -

1. wykładziny podłogowe (płyty płytki masy rulony wykładziny dywanowe)

2. wykładziny ścienne (płytki tapety) PVW POW kauczuki syntetyczny poliamidy polipropylen

Płyty faliste i płaskie profile na świetliki i naświetla dachowe:

1. żywice poliestrowe o epoksydowe wzmacniane włóknami szklanymi, PCV polimetakrylan metylu (szkło organiczne) tworzywa poliwęglanowe

Profile na poręcze, obrzeża stopni schodowych taśmy dylatacyjne: PCV

Materiały do izolacji przeciwwilgociowych i chemoodpornych:

1. folie polizobutylenawe PCV, z kauczuku synstetycznego, polietylenu peowłókminy - w konstrukcjach pneumatycznych i drogownictwie

Kity i kleje - zaprawy klejąco-szpachlujące

1. kity - do robót antykorozyjnych (kwasoodporne z żywic fenolowo-formaldehydowych poliestrowe kwaso i ługoodporne z żywic epoksydowych) i uszczelniające poliuteretanowe z kauczuków syntetycznych, z żywic akrylowych

2. kleje - ciekłe (PCV POW z kauczuku z żywic epoksydowych/akrylowych) i stałe z żywic epoksydowych

3. zaprawy klejąco-szpachlujące (winylowe lub mineralno-żywiczne)

Wyroby instalacyjne:

• wodociągowe i kanalizacyjne (PCV polietylen polipropylen żywice poliestrowe wzmacniane włóknami

• do robót elektrycznych (z żywic fenolowych)

Masy tynkarskie (tynki żywiczno-akrylowe lub mineralno-żywiczne)

Posadzki przemysłowe - posadzki żywiczne: epoksydowe, poliuretanowe, mineralno-epoksydowe z betonów modyfikowanych polimerami

Wykład 11.

Materiały izolacyjne - to substancje stałe w których przestrzenie między cząsteczkami włóknami lub przegrodami wypełnione są powietrzem lub innymi gazami (freonem CO₂ cykolpentanem)

Dzielimy na:

• komórkowe (np. gazobetony)

• włókniste (wełna)

• ziarniste (keramzyt glinoporyt)

Przepływ ciała odbywa się przez przewodzenie w subst. Stałej i w przestrzeni wypelnionej gazem.

Cel stosowania - ochrona (elementów budowlanych i/lub przemysłowych) przed nadmiernym napływem ciepła lub jego utratą.

Budowlane materiały termoizolacyjne -

• w budynkach: izolacje przegród budowlanych (ścian zew. stropów stropodachów posadzek) i mostów termicznych (+ zdolność do izolowanie akustycznego)

Instalacyjne materiały izolacyjne:

• izolacje rurociągów z płynącym czynnikiem grzejnym

• izolacje przegród zew. chłodni i przewodów z chłodzącymi czynnikami

• izolacje urządzeń przemysłowych (w przypadku pożarów na gorących wydziałach i w elektrowniach stanowiących pierwsze zabezpieczenie przed poparzeniem

Materiały termoizolacyjne - cechy techniczne

• porowatość - określa jakość materiałów termoizolacyjnych

Materiał termoizolacyjny	Porowatość %
Gazobeton Ceramika porowata Szkło spienione Drewno porowate (płyty włókniste) Porowate masy plastyczne	50-90 60-75 85-90 82-87 90-98

Materiał konstrukcyjny Stal Granit i marmur Beton ciężki Cegła pełna Drewno sosnowe

Porowatość % 0 0,2 - 0,8 9-17 24-33 67-73

Termoizolacyjność - zależy od sumarycznej porowatości (rozmiaru i rozkładu porów lepsze są zamknięte pory, małe i równomiernie rozmieszczone) powietrze w mały zamkniętych porach ma mniejszą możliwość konwekcji ciepła i właściwości termoizolacyjnej są lepsze

Cechy techniczne materiałów termoizolacyjnych:

• gęstość objętościowa ρ(rośnie) λ(maleje) np. ρ lekkich materiałów piankowych = 15-25 kg/m

• wytrzymałość na ściskanie 0,1 - 1,5 MPa

• wilgotność

• nasiąkliwość (większa dla wyrobów z połączonymi porami, zmniejszone przez impregnacje wyrobu)

• odporność biologiczna - zagrożenie oddziaływaniem mikroorganizmów bakterii grzybów owadów dotyczy zwłaszcza materiałów/wyrobów organicznych gryzonie - niektóre tworzą sztuczne piankowe

• ognioodporność 0 zwykle odporność ogniowa materiałów termoizolacyjnych jest większa od odporności ogniowej wyrobów wykonanych z materiałów tworzących ich strukturę

• palność - dotyczy tylko materiałów organicznych i pewnych postaci spienionych (piankowych) tworzyw sztucznych, materiały nieorganiczne są niepalne wyroby korkowe i wiórowo-cementowe są trudno palne

• stabilność termiczna - ważna dla materiałów termoizolacyjnych stosowanych do pracy w wysokich temp.

• przewodność cieplna - w normach podawana dla temp. 20-25'C na ogół ze wzrostem temp przewodność maleje

Czym powinny się charakteryzować materiały termoizolacyjne:

• wytrzymałością mechaniczną wystarczającą do zapewnienia nienaruszalności kształtów i struktury

• stabilnością biologiczną

• stabilnością chemiczną

• brakiem właściwości higroskopijnych i absorbowania wilgoci

Materiały termoizolacyjne:

• nieorganiczne (mineralne)

• organiczne

• z tworzyw sztucznych (tworzywa piankowe)

• mieszane

ρ< 800 kg/m λ < 0,2 W/mK p(porowatość) = 60 - 90%

λ powietrza w porach materiału = 0,02 W/mK

λ wody = 0,5 W/mK

λ lodu = 2,0 W/mK

temperatura (rośnie) λ (rośnie)

Bardziej efektywne materiały termoizolacyjne (o mniejszym wsp.. λ) do termoizolacji instalacji przemysłowych pracujących przy wyżysz temp.

Materiały nieorganiczne:

• wełna mineralna

• wata: szklana przędza szklana, włókna szklane

• szkło piankowe: białe czarne

• kruszywa lekkie sztuczne - produkowane (glinoporyt, keramzyt, popiołoporyt) odpadowe (żużel wielkopiecowy i paleniskowy)

• betony komórkowe

Materiały organiczne

• drewno

• trzcina słoma

• płyty pilśniowe wiórowe paździerzowe

• korek

Materiały z tworzyw sztucznych

• styropian

• pianka poliuretanowa

• pianka mocznikowa

• pianka f-f

Materiały mieszane

• płyty wiórowo - cementowe

Surowce służące bezpośrednio do termoizolacji lub do produkcji materiałów termoizolacyjnych:

• naturalne materiały organiczne: drewno korek trociny słoma kauczuk torf

• naturalne materiały nieorganiczne: szkło gips, żużel wielkopiecowy bazalt popiół lotny

Metody otrzymywania materiałów porowatych:

• zwiększenie naturalnej porowatości (korek ekspondowany)

• luźne nasypywanie materiałów ziarnistych sproszkowanych lub włóknistych (żużel, włókno szklane)

• wypalanie dodatków organicznych przy otrzymywanie kształtek izolacyjnych (trociny, miał korkowy)

• tworzenie porów wypełnionych gazem w takich materiałach jak tworzywa syntetyczne beton: pęcherzyki mogą powstawać przez mechaniczne wprowadzenie powietrza spienianie dodawanie subst.

Wełna mineralna - ze stopionych (1400 - 1500'C) bazaltów gabro lub żużli wielkopiecowych

ρ= 80 - 150kg.m λ=0,034 - 0,045 W/mK

• odporna do temp. 600'C (odkształcenia)

• niepalna odporna na korozję biologiczną

• tłumi hałas

• wyroby: płyty maty otuliny kształtki spajane lepiszczem

• zastosowanie: budownictwo mieszkaniowe i przemysłowe

Wata (wałna) szklana

ρ= 70 - 90kg.m λ=0,03 - 0,04 W/mK

• odporna do temp 450'C

• niepalna

• odporna na korozję biologiczną

• nienasiąkliwa

• izolacja akustyczna

• wyroby: płyty maty(rulony) w połączeniu z folią Al jako paraizolacja

• zastosowanie: budownictwo mieszkalne i przemysłowe

Szkło piankowe białe - ze spienionego (za pomocą CaCO₃) roztopionego szkła

ρ= 400kg/m λ=0,1 W/mK

• niepalne

• odporne na korozję bilogiczną

• wyroby: płytki bloki

• zast. chłodnictwo

• wada - podsiąkanie kapilarne

Szkło piankowe czarne - to idealny materiał termoizolacyjny o porach zamkniętych ze spienionego (za pomocą sadzy aktywnej) roztopionego szkła

ρ= 200kg/m λ=0,06 W/mK niepalne

Beton komórkowy lżejszych odmian

gazobetony ρ= 400 - 1200 kg/m λ=0,15 - 0,04 W/mK n_w=40%

• odporne na korozję biologiczną

• wyroby: płyty bloki bloczki pustaki

pianobetony ρ= 400 - 1200 kg/m λ=0,1 - 0,5 W/mK n_w=20-30% f_cm do 5MPa

• niepalne

• odporne na korozję biologiczną

• wyroby bloczki płyty

• zast. renowacje starej budoy budownictwo rolnicze hale przemysłowe

Płyty pilśniowe ρ= 300 kg/m λ=0,07 W/mK n_w=30%

• podatne na korozję biologiczną o ile nie zaimpregnowane

• palne

• zast. w budownictwie mieszkalnym

Pyty paździerzowe ρ= 350 kg/m λ=0,07 W/mK n_w=40%

• cechy i zast. jw.

Korek ekspandowany - ze śrutu korkowego prażonego w komorach próżniowych w temp. 350'C ρ= 150 kg/m λ=0,05 W/mK n_w=5%

• samogasnący

• wartość plastyczna

• wyroby: płyty kształtki

Płyty wiórowo-cementowe

ρ= 360 kg/m λ=0,09 W/mK n_w=25% trudnopalne

Styropian (piankowy polistyren)

ρ= 36 kg/m λ=0,03 W/mK n_w= do 2%

• granulat

• styropian ekspandowany

• wytłaczany (ekstrudowany)

• łatwopalny / samogasnący

• odporność na temp -100 - 75'C

• wyroby: płyty bloki kształtki profile tapety masy(granulat + cement + woda)

• zaast. budownictwo mieszkalne chłodnictwo

Pianka poliuretanowa (spienione, ekspandowane poliestry)
ρ= 12-50 kg/m λ=0,03 W/mK

• twarda

• elastyczna

• wyroby: płyty kształtki otuliny

• zast. - budownictwo mieszkaniowe instalacje chłodnicze grzewczo-wentylacyjne

Pianka z kauczuku syntetycznego λ=0,04 W/mK

• nie rozprzestrzenia ognia

• zast. izolacje przewodów armatury urządzeń instalacyjnych na zew. i wew. budynków

Styropian/wełna mineralna (zalety)

Ad. Styropianu

• mniejszy współczynnik λ

• mniejszy ciężar

• łatwiejszy transport, wykonawstwo montaż

• mniejsza nasiąkliwość (hydrofobowość)

• lepsze parametry wytrzymałościowe

• niższa cena

ad. Wełny mineralnej

• lepsze właściwości termoizolacyjne w wyższej temp

• niepalność (docieplanie budynków na wysokości >25m( `

Wady

Styropian:

• nieodporność na niektóre rozpuszczalniki org. (np. toluen ksylen aceton) rozpuszczenie lub pęcznienie

• odkształcenie w temp 80 - 100'C

• stapinia w temp >100 -110'C

Wełna mineralna:

• podrażnienie skóry i układu oddechowego

• wyższa cena

• trudniejsze wykonanie instalacji

---