Technologie Materiałów Budowlanych Wykład 3. Mineralne spoiwa budowlane cz. II

Transkrypt

1 Technologie Materiałów Budowlanych Wykład 3 Mineralne spoiwa budowlane cz. II

2 Spoiwa gipsowe surowce naturalne : kamień gipsowy - CaSO 4 *2 H 2 O (95%) anhydryt - CaSO 4 gipsy chemiczne (syntetyczne) gipsy z procesów odsiarczania spalin

3 Spoiwa gipsowe otrzymywanie (dehydratacja) Dwuhydrat Półhydrat Anhydryt (rozpuszczalny) Anhydryt (nierozpuszczalny) Estrichgips

4 Własciwości gipsu budowlanego materiał ekologiczny (podczas produkcji wydziela się woda), łatwa i tania produkcja (niewielka energochłonność), korzystna relacja gęstości/wytrzymałości, dobra izolacyjność cieplna, zdolność do regulowania wilgotności w pomieszczeniach, krótki czas wiązania: możliwości wydłużania: chemiczne dodatki opóźniające (boraks, cytrynian potasu i inne, koloidy tworzące otoczki na ziarnach spoiwa (keratyna, kazeina itp.) stanowi środowisko korozyjne dla elementów metalowych, brak odporności na kontakt z wodą.

5 Wiązanie i twardnienie spoiw gipsowych Wiązanie gipsu polega na ponownym uwodnieniu siarczanu wapnia półwodnego do siarczanu wapnia dwuwodnego CaSO 4 0,5 H 2 O = 1,5 H 2 O CaSO 4 2H 2 O I etap: rozpuszczenie półhydratu w wodzie (powstaje nasycony roztwór półhydratu, z którego zaczyna się wytrącać dwuhydrat) II etap: uwodnienie półhydratu do trudniej rozpuszczalnego dwuhydratu (roztwór nasysony w stosunku do półhydratu staje się przesycony względem dwuhydratu dwuhydrat wytrąca się intensywniej III etap: krystalizacja dwuhydratu powstający szkielet krystaliczny obrasta nowymi utworami proces ustaje z chwilą wyczerpania dwuhydratu

6 Czas wiązania Czas jaki upłynął od początku do końca wiązania. Inaczej mówiąc czas wiązania, to czas występowania zaczynu gipsowego w stanie plastycznym. Wiązanie gipsu jest procesem egzotermicznym CaSO 4 0,5 H 2 O + 1,5 H 2 O CaSO 4 2H 2 O + Q 1 ( H<0) CaSO 4 +2 H 2 O CaSO 4 2H 2 O + Q 2 ( H<0)

7 Wiązanie i twardnienie spoiw gipsowych prażenie przy ciśnieniu atmosferycznym: odmiana β (lepiej rozpuszczalna w wodzie i energicznej reaguje z wodą) prażenie w warunkach autoklawizacji (2-12bar): odmiana α (dobrze wykształcone kryształy, większa gęstość, większa wytrzymałość)

8 Mikrostruktura gipsu α i β

9 Wiązanie i twardnienie spoiw gipsowych Spoiwa z gipsu półwodnego (gips budowlany, gips modelarski) należą do spoiw szybkowiążących, ponieważ zaczynają wiązać po kilku minutach. Spoiwa anhydrytowe zaś należą do spoiw wolnowiążących, ponieważ zaczynają wiązać po kilku godzinach; dlatego stosowane są aktywatory przyspieszające ich wiązanie.

10 Opóźnianie procesu wiązania Zastosowanie dodatków zmniejszających rozpuszczalność półhydratu lub zwiększających rozpuszczalność dwuhydratu Dodatek substancji organicznych (klej kostny, kazeina, krochmal, białko, żelatyna, keratyna) Dodatek substancji nieorganicznych (kwas borny, borany, kwas winowy, kwas cytrynowy, cytryniany) Dodatek opóźniacza wynosił zwykle 0,1-0,5% masy gipsu, co przesuwa początek wiązania do minut Hydratacje gipsu opóźnia też stosowanie gorącej wody

11 Przyspieszanie procesu wiązania Zastosowanie dodatków zwiększających rozpuszczalność półhydratu lub zmniejszających rozpuszczalność dwuhydratu Dodatek zarodków krystalizacji Dodatek substancji przyspieszającyh hydratację gipsu (NaCl, K 2 SO 4 ) zawartość anhydrytu III drobne uziarnienie (duże rozdrobnienie spoiwa) substancje zawierające jony Ca 2+ i SO 4 2- (zmniejszające rozpuszczalność CaSO 4. 2H 2 O)

12 Przyczyny i konsekwencje braku odporności na kontakt z wodą mikrostruktura stwardniałego gipsu posiada charakter pilśni utworzonej przez iglaste kryształy CaSO 4 2H 2 O cechy wytrzymałościowe takiej struktury zależą od tarcia wewnętrznego oraz wytrzymałości samych kryształów

13 Przyczyny i konsekwencje braku odporności na kontakt z wodą w kontakcie z wodą: - kryształy zostają powleczone warstewką wody, co obniża tarcie wewnętrzne, - kryształy CaSO 4 2H 2 O są częściowo rozpuszczalne w wodzie, Efekt: obniżenie wytrzymałości

14 Zastosowanie gipsu w budownictwie Zaczyny i zaprawy - zaprawy i wyprawy gipsowe, - gładź z zaczynów gipsowych modyfikowanych dodatkami organicznymi, - samopoziomujące się podkłady pod podłóg Wyroby prefabrykowane - pustaki ścienne i stropowe, - elementy ścianek działowych, - płyty kartonowo-gipsowe, - galanteria gipsowa

15 Spoiwa hydrauliczne

16 Od wapna powietrznego do hydraulicznego Geneza: potrzeba spoiwa zdolnego wiązać w środowisku wodnym i dającym wyroby odporne na kontakt z wodą

17 Od wapna powietrznego do hydraulicznego powstają także trudno rozpuszczalne w wodzie uwodnione krzemiany wapniowe

18 Wapno hydrauliczne Wypalanie wapieni marglistych

19 Wapno hydrauliczne Ogólny opis wiązania wapna hydraulicznego

20 Spoiwa cementowe Cement (definicja technologiczna) to hydrauliczny materiał wiążący otrzymywany z surowców mineralnych (margiel, wapień, glina) Cement (definicja chemiczna) to złożone mieszaniny (roztwory stałe, kryształy mieszane) krzemianów, tlenków prostych, podwójnych i potrójnych oraz innych związków głównie wapnia, glinu i krzemu

21 Spoiwa cementowe Cementy są spoiwami hydraulicznymi, to znaczy, że po połączeniu z wodą wykazują zdolność do wiązania i twardnienia zarówno w powietrzu, jak i w wodzie. Głównym produktem hydratacji (uwodnienia) spoiwa są związki (hydraty) wykazujące stabilność zarówno w środowisku powietrznym jak i wodnym.

22 Spoiwa cementowe zarys produkcji

23 Cementy - rodzaje

24 Cement portlandzki typowe spoiwo cementowe Cement portlandzki składa się w ok. 95% z odpowiednio zmielonego klinkieru portlandzkiego i ok. 5% dodatku gipsu jako regulatora wiązania. Klinkier portlandzki powstaje w wyniku wypalenia odpowiednio przygotowanych surowców w temperaturze ok o C.

25 Cement portlandzki - produkcja

26 Cement portlandzki - produkcja

27 Przykładowe zestawy surowców do wypału cementu portlandzkiego

28 Proces technologiczny wytwarzania cementu portlandzkiego

29

30

31

32

33

34

35 Skład tlenkowy klinkieru (cementu) portlandzkiego

36 Skład mineralogiczny klinkieru (cementu) portlandzkiego

37 Składniki cementu

38 Wiązanie cementu Stwardniały zaczyn cementowy powstaje w wyniku reakcji chemicznych między cementem i wodą (reakcje hydratacji). Złożony proces chemiczny, podczas którego podstawowe składniki mineralne klinkieru (cementu portlandzkiego) C 3 S, C 2 S, C 3 A i C 4 AF reagują z wodą tworząc nowe, nie rozpuszczalne w wodzie związki (hydraty). W największym stopniu w rozwoju wytrzymałości uczestniczą C 3 S i C 2 S tworząc fazę C-S-H (uwodnione krzemiany wapnia) i C-H (wodorotlenek wapniowy; portlandyt)

39 Wiązanie cementu

40 Wiązanie cementu Charakterystyka czterech głównych mineralnych składników klinkieru (cementu) portlandzkiego Kinetyka przyrostu wytrzymałości zaczynu zależeć będzie w dużej mierze od udziału czterech minerałów.

41 Beton komórkowy Beton komórkowy Otrzymuje się z wapna palonego, cementu portlandzkiego i(lub) popiołów lotnych oraz piasku. Jako środek spieniający stosuje się pastę aluminiową 2 Al + 3 Ca(OH) H 2 O Ca 3 [Al(OH) 6 ] H 2

42 KARTKÓWKA Jak dzielą się spoiwa budowlane w zależności od odporności na wodę i warunki twardnienia? Jakie reakcje chemiczne zachodzą w procesie Jakie reakcje chemiczne zachodzą w procesie wiązania i twardnienia spoiw?