WAPNO: OZNACZANIE CZASU WIĄZANIA, STOPNIA ZMIELENIA ORAZ WYTRZYMAŁOŚCI NA ZGINANIE I ŚCISKANIE

Transkrypt

1 WAPNO: OZNACZANIE CZASU WIĄZANIA, STOPNIA ZMIELENIA ORAZ WYTRZYMAŁOŚCI NA ZGINANIE I ŚCISKANIE NORMY PN-EN 459-1: Wapno budowlane. Część 1: Definicje, wymagania i kryteria zgodności. PN-EN 459-2: Wapno budowlane. Część 2: Metody badań. PN-EN 196-3: Metody badania cementu. Część 3: Oznaczanie czasów wiązania i stałości objętości. PN-EN 196-6: Metody badania cementu. Część 6: Oznaczanie stopnia zmielenia. PN-EN 196-1: Metody badania cementu. Część 1: Oznaczanie wytrzymałości. WSTĘP TEORETYCZNY Wapno tlenek i/lub wodorotlenek wapnia oraz tlenek i/lub wodorotlenek wapnia i magnezu, wytwarzany w procesie rozkładu termicznego (kalcynacji) naturalnie występującego węglanu wapnia (na przykład kamienia wapiennego, kredy, muszli) lub naturalnie występującego węglanu wapnia i magnezu (na przykład wapienia dolomitycznego, dolomitu). Wapno Główne obszary zastosowania Przemysł hutniczy Przemysł chemiczny Budownictwo Ochrona środowiska Rolnictwo Wapno budowlane Wapno o właściwościach hydraulicznych Wapno powietrzne (produkowane w postaci proszku) Wapno według Wapno hydrauliczne Wapno wapniowe Wapno dolomitowe Wapno hydrauliczne przepisu naturalne CL DL HL FL NHL wapno palone Q wapno palone Q wapno hydratyzowane S, S PL, S ML wane S wapno hydratyzo- wapno półhydratyzowane S1 Q wapno palone w proszku lub w kawałkach S wapno hydratyzowane w proszku S1 wapno półhydratyzowane w proszku S PL ciasto wapienne S ML mleko wapienne

2 Wapno budowlane grupa produktów wapiennych, obejmująca wyłącznie dwie rodziny spoiw: wapno powietrzne oraz wapno o właściwościach hydraulicznych, stosowane w wykonawstwie lub materiałach budowlanych, budownictwie i inżynierii wodno-lądowej. Wapno powietrzne wapno, które wiąże i twardnieje w obecności dwutlenku węgla w powietrzu; nie wykazuje ono właściwości hydraulicznych; dzieli się na wapno wapniowe (CL) oraz dolomitowe (DL); wapno powietrzne odpowiednio zarobione i zmieszane z wodą tworzą zaczyn, poprawiając urabialność (płynność i wnikanie) i zatrzymywanie wody w zaprawie; podczas karbonatyzacji hydratów w kontakcie z atmosferycznym dwutlenkiem węgla tworzy węgla wapnia, który kształtuje wytrzymałość i przyczynia się do trwałości zapraw zawierających wapno budowalne. Wapno wapniowe (CL) wapno powietrzne zawierające głównie tlenek wapnia i/lub wodorotlenek wapnia, bez żadnych hydraulicznych czy pucolanowych dodatków. Rodzaj wapna wapniowego Wartości podane jako ułamek masowy w procentach CaO + MgO MgO CL CL CL Wapno dolomitowe (DL) wapno powietrzne zawierające głównie tlenek wapnia i magnezu i/lub wodorotlenek wapnia i magnezu, bez żadnych hydraulicznych czy pucolanowych dodatków. Rodzaj wapna Wartości podane jako ułamek masowy w procentach dolomitowego CaO + MgO MgO DL DL DL DL Wapno palone postać wapna powietrznego, głownie w postaci tlenku (CaO), który reaguje egzotermicznie w kontakcie z wodą; otrzymywane przez wypalanie (prażenie) kamienia wapiennego w temperaturze C; dostępne jest w różnych postaciach od brył do proszku. CaCO 3 CaO + CO 2 Wapno hydratyzowane postać wapna powietrznego, głównie w postaci wodorotlenku (Ca(OH) 2 ), otrzymywane w wyniku kontrolowanego gaszenia wapna palonego; dostępne jako proszek (S), ciasto (S PL) lub zawiesina, mleko wapienne (S ML); wapno dolomitowe wytwarzane jest również jako półhydratyzowane wapno dolomitowe (S1), zawierające głównie wodorotlenek wapnia i tlenek magnezu. CaO +H 2 O Ca(OH) 2

3 Wapno hydrauliczne wapno budowlane składające się głównie z wodorotlenku wapnia, krzemianów wapnia i glinianów wapnia; ma ono właściwość wiązania i twardnienia po zmieszaniu z wodą i/lub pod wodą; częścią procesu twardnienia jest reakcja z atmosferycznym dwutlenkiem węgla; dzieli się na trzy rodzaje: wapno hydrauliczne naturalne (NHL), wapno według przepisu (FL) oraz wapno hydrauliczne (HL). Wapno hydrauliczne naturalne (NHL) wapno o właściwościach hydraulicznych, wytwarzany poprzez wypalenie bardziej lub mniej ilastego lub krzemionkowego kamienia wapiennego (łącznie z kreda), sproszkowane w procesie gaszenia, mielone lub niemielone; ma ono właściwość wiązania i twardnienia po zmieszaniu z wodą oraz poprzez reakcję z dwutlenkiem węgla z powietrza (karbonatyzacja); właściwości hydrauliczne wynikają wyłącznie ze szczególnego składu chemicznego surowca naturalnego; dopuszcza się do 0,1% aktywatorów mielenia; wapno hydrauliczne naturalne nie zwiera żadnych innych dodatków. Zawartość Wytrzymałość na ściskanie Wielkość ziaren Czas wiązania Rodzaj wapna czynnego Ca(OH) 2 [MPa] [pozostałość masy w %] [h] wapna hydraulicznego 7 dni 28 dni 0,09 mm 0,02 mm początek koniec [%] NHL 2 35 od 2 do 7 40 NHL 3,5 25 od 3,5 do > 1 30 NHL od 5 do Wapno według przepisu (FL) wapno o właściwościach hydraulicznych, składający się głównie z wapna powietrznego (CL) i/lub wapna hydraulicznego naturalnego z dodatkiem materiału hydraulicznego i/lub pucolanowego; ma ono właściwość wiązania i twardnienia po zmieszaniu z wodą oraz poprzez reakcję z dwutlenkiem węgla z powietrza (karbonatyzacja); w zależności do zawartości wapna czynnego (Ca(OH) 2 ) rozróżniamy wapno: - FL A od 40 do < 80 procent wapna czynnego; - FL B od 25 do < 50 procent wapna czynnego; - FL C od 15 do < 40 procent wapna czynnego. Wytrzymałość na ściskanie Wielkość ziaren Czas wiązania Rodzaj wapna [MPa] [pozostałość masy w %] [h] według przepisu 7 dni 28 dni 0,09 mm 0,02 mm początek koniec FL 2 od 2 do 7 40 FL 3,5 od 3,5 do > 1 30 FL 5 2 od 5 do Wapno hydrauliczne (HL) spoiwo zawierające wapno i inne materiały, takie jak cement, żużel wielkopiecowy, popiół lotny, wypełniacz z kamienia wapiennego i inne przydatne materiały; ma ono właściwość

4 wiązania i twardnienia pod wodą; do procesów twardnienia przyczynia się atmosferyczny dwutlenek węgla. Rodzaj wapna hydraulicznego Zawartość wapna czynnego Ca(OH) 2 [%] Wytrzymałość na ściskanie [MPa] 7 dni 28 dni HL 2 10 od 2 do 7 HL 3,5 8 od 3,5 do 10 HL od 5 do 15 Wielkość ziaren [pozostałość masy w %] Czas wiązania [h] 0,09 mm 0,02 mm początek koniec 15 5 > 1 15

5 METODA BADANIA OZNACZANIE KONSYSTENCJI I CZASU WIĄZANIA Badanie wykonuje się według PN-EN (jak dla cementu). Oznaczanie konsystencji zaczynu wapiennego: W pierwszym etapie należy przygotować porcję zaczynu wapiennego o konsystencji normowej. W tym celu należy odważyć 500 ± 1 g wapna i 125 g wody. Zaczyn przygotować w mechanicznej mieszarce zaopatrzonej w misę i mieszadło. Do misy mieszarki wlać przygotowaną wodę i wsypać spoiwo. Odnotować czas wykonania tej czynności jako czas zero, czyli czas, od którego oblicza się początek i koniec wiązania. Następnie włączyć mieszarkę 90 s na niskich obrotach (140 ± 5 min -1 ). Po 90 s zatrzymać mieszarkę na 15 s. w tym czasie zebrać gumowym skrobakiem zaczyn wapienny, który przykleił się do ścianek lub do dolnej części misy mieszarki i dołączyć do zaczynu. Następnie kontynuować mieszanie na niskich obrotach i mieszarki przez kolejne 90 s. Przygotowany zaczyn przenieść z pewnym nadmiarem do lekko naoliwionego pierścienia Vicata, który uprzednio został umieszczony na lekko natłuszczonej płytce szklanej. Przez wstrząsanie usunąć z zaczynu ewentualne puste przestrzenie. Nadmiar zaczynu w pierścieniu usunąć ruchem tnącym w taki sposób, aby jego górna powierzchnia była wygładzona. Bolec w aparacie Vicata podnieść do pozycji wyjściowej i ustawić pod nim wypełniony zaczynem wapiennym pierścień Vicata z płytką bazową. Opuścić bolec aż do zetknięcia z powierzchnią zaczynu. Po 1-2 s zwolnić śrubę, aby bolec mógł się swobodnie zagłębić w środek zaczynu. Próbę zagłębienia bolca wykonać 4 min ± 10 s po czasie zero. Wskazanie na skali przyrządu Vicata (odległość między dolnym końcem bolca a płytką bazową) należy odczytać co najmniej po 5 s od ustania zagłębiania się bolca lub po 30 s od momentu zwolnienia bolca. Po każdym zagłębieniu bolec natychmiast oczyścić. Badanie należy powtarzać, stopniowo zwiększając ilość wody w zaczynie aż do momentu, w którym odstęp między bolcem a płytką bazową osiągnie 6 ± 2 mm. Następnie należy odnotować ilość zawartej w zaczynie wody, niezbędnej do utworzenia konsystencji normowej. Oznaczanie czasu wiązania zaczynu wapiennego: Tok postępowania przy oznaczaniu czasu wiązania jest następujący: - w aparacie Vicata zastąpić bolec igłą, wyzerować aparat i podnieść igłę do pozycji początkowej. - umieścić napełniony zaczynem pierścień z płytką bazową w pojemniku z wodą o temperaturze 20 ± 1 C. - po wyrównaniu temperatury umieścić pierścień z płytką bazową i pojemnikiem pod igłą aparatu Vicata. - opuścić igłę do styku z powierzchnią zaczynu.

6 - zwolnić śrubę mocującą igłę i pozwolić jej na zagłębienie się w zaczynie. - gdy ustanie zagłębianie igły lub po 30 s, odczytać wskazanie na skali aparatu. - średnio co 10 minut powtarzać zagłębianie igły w miejscach położonych nie bliżej niż 8 mm od brzegu pierścienia i 5 mm wzajemnie od siebie. - po każdym zagłębieniu natychmiast oczyścić igłę. Jako początek wiązania podać czas (w zaokrągleniu do 5 minut), który upłynął od czasu zero do czasu, w którym odległość igły od płytki bazowej wyniosła 6 ± 3mm. Ręczny aparat Vicata do oznaczania konsystencji normowej i czasów wiązania: OZNACZANIE STOPNIA ZMIELENIA METODĄ SITOWĄ Badanie wykonuje się według PN-EN 196-6, rozdział 3 (jak dla cementu). Stopień zmielenia wapna oznacza się, przesiewając go przez sita znormalizowane. W ten sposób oznacza się zawartość frakcji wapna, której wielkość ziarn przekracza wymiar oczka danego sita. Próbkę wapna przeznaczoną do badania należy wstrząsać przez 2 minuty w zamkniętym naczyniu, w celu rozdrobnienia zbryleń. Następnie naczynie należy odstawić na 2 minuty. Próbkę wapna wymieszać czystym, suchym pręcikiem, w celu równomiernego rozprowadzenia drobnych frakcji. Denko blaszane umieścić pod sitem kontrolnym (90 μm oraz 0,2 mm). Odważyć około 25 ± 0,5 g wapna z dokładnością do 0,01 g i ostrożnie, bez strat, przenieść na sito. Istniejące zbrylenia rozdrobnić. Następnie na sicie umocować pokrywę. Sito poruszać poziomo ruchami kołowym i liniowymi, dopóki cząstki nie przestaną przechodzić. Sito zdjąć i pozostałość zważyć. Wynik wyrazić w procentach, R 1, odnieść do badanej na sicie ilości i podać z dokładnością do 0,1%. Całe badanie powtórzyć z nową próbką 25 g wapna w celu oznaczenia R 2. Pozostałość wapna R podać w procentach jako średnią z R 1 i R 2, z dokładnością do 0,1%. Jeżeli wyniki różnią się od siebie więcej niż o 1% bezwzględny, należy przeprowadzić trzecie przesiewanie i wyliczyć średnią z tych trzech wartości. Po każdym przesianiu należy sita oczyścić i sprawdzić, czy nie są uszkodzone

7 OZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ZGINANIE I ŚCISKANIE Badanie wykonuje się według PN-EN stosując określenie wapno hydrauliczne zamiast cement. Należy zastosować jednak następujące zmiany: - skład zaprawy: współczynnik woda/spoiwo = 0,5 stosować tylko dla wapna HL 5 oraz NHL 5; w przypadku wapna HL 2, HL 3,5, NHL 2 oraz NHL 3,5 współczynnik powinien wynosić 0,55 (używając (248±1) g wody). Ponadto w przypadku wapna hydraulicznego oraz wapna hydraulicznego naturalnego o gęstościach nasypowych 0,60 kg/dm3 współczynnik woda spoiwo należy przyjąć = 0,60 (używając (270±1) g wody). Ocenę wytrzymałości na zginanie (badanie opcjonalne, niewymagane przez normę) i ściskanie należy wykonać, stosując beleczki w kształcie prostopadłościanu o wymiarach 40 x 40 x 160 mm, wykonane z normowej zaprawy zawierającej badane spoiwo, piasek normowy i wodę. Forma do kształtowania beleczek Piasek normowy jest naturalnym piaskiem kwarcowym 0-2 mm o wilgotności mniejszej niż 0,2%, pakowanym w woreczki zawierające 1350 ± 5 g. Uziarnienie piasku powinno się pokrywać z uziarnieniem wzorcowym przedstawionym w normie. Do badania można stosować wodę pitną, wodociągową. Zaleca się jednak używanie wody destylowanej lub dejonizowanej. Do jednego badania trzeba przygotować trzy beleczki. Do ich wykonania wziąć należy 450 ± 2 g wapna, 1350 ± 5 g piasku i 225 ± 1 g wody. Zaprawę przygotować w mechanicznej mieszarce zaopatrzonej w misę i mieszadło o kształcie opisanym w normie PN-EN 196-1:2006. Do misy mieszarki wlać wodę i wsypać próbkę wapna. Następnie włączyć mieszarkę na 60 s na niskich obrotach (140 ± 5 min -1 ). Po upływie 30 s rozpocząć wsypywanie piasku. Czynność tę zakończyć po upływie kolejnych 30 s. Na następne 30 s włączyć mieszarkę na wysokie obroty (285 ± 10 min -1 ). W czasie 90 s przerwy w mieszaniu zebrać gumowym skrobakiem zaprawę, która przykleiła się do ścianek lub do dolnej części misy, i przenieść ją na środek. Następnie kontynuować mieszanie na wysokich obrotach mieszarki przez kolejne 60 s. Bezpośrednio po przygotowaniu zaprawy należy uformować beleczki. Formę do beleczek przymocować do wstrząsarki, a następnie umocować nakładkę. Ułożyć pierwszą z dwóch warstw zaprawy w każdej przegródce formy (po około 300 g). ułożoną zaprawę równomiernie rozprowadzić w formie. Tak przygotowaną

8 zaprawę zagęścić 60 wstrząsami urządzenia. Następnie nałożyć drugą warstwę, wyrównać i ponownie zagęścić 60 wstrząsami. Po zakończeniu zagęszczania podnieść formę z wstrząsarki, usunąć nakładkę i starannie wyrównać oraz wygładzić górną powierzchnię beleczek. Beleczki należy rozformować po h od ich wykonania. Po oznakowaniu rozformowane beleczki należy umieścić w wodzie o temperaturze 20 ± 1 C, na rusztach, w taki sposób, aby woda miała swobodny dostęp do całej ich powierzchni. Poziom wody nad beleczkami nie powinien być mniejszy niż 5 mm. Ocenę wytrzymałości na zginanie (badanie opcjonalne, niewymagane przez normę) i ściskanie wapna należy wykonać, stosując beleczki w kształcie prostopadłościanu o wymiarach 40 x 40 x 160 mm, wykonane z normowej zaprawy zawierającej badane wapno, piasek normowy i wodę. Beleczki wyjąć z wody nie wcześniej niż na 15 minut przed badaniem. Usunąć osad z ich powierzchni i do chwili badania przykryć wilgotną ściereczką. Wytrzymałość beleczek badać w następujących przedziałach czasu: po 1 dniu 24 h ± 15 min, po 2 dniach 48 h ± 30 min, po 7 dniach 7 dni ± 2 h, po 28 dniach 28 dni ± 8 h. Wytrzymałość na zginanie: Przygotowaną beleczkę umieścić na rolkach podporowych w urządzeniu przedstawionym na poniższym rysunku. Obciążenie na beleczkę przenosić za pomocą rolki obciążającej. Siłę obciążającą zwiększać równomiernie o 50 ± 10 N/s aż do złamania beleczki. Połówki beleczek trzymać przykryte wilgotną ściereczką aż do wykonania badania na ściskanie. Wytrzymałość na zginanie R f obliczyć według następującego równania: F f obciążenie łamiące na środku beleczki [N], b długość boczna przekroju beleczki [mm], l odległość między podporami [mm]. R f = 1,5 F f l b 3 [MPa]

9 Wynik badania wytrzymałości na zginanie jest średnią arytmetyczną trzech pomiarów po zaokrągleniu do 0,1 MPa. Wytrzymałość na ściskanie: Badanie wykonać na połówkach beleczek poddanych wcześniej np. badaniu wytrzymałości na zginanie. Należy określić wytrzymałość na ściskanie każdej połówki beleczki. Połówkę beleczki umieścić w specjalnej wkładce zaopatrzonej w kwadratowe płytki ściskające, wykonane z utwardzonej stali, o boku 40,0 ± 0,1 mm. Płytki powinny dociskać centralną część badanej beleczki. Obciążenie zwiększać równomiernie z prędkością 0,40 ± 0,04 kn/s, aż do zgniecenia próbki. Wytrzymałość na ściskanie obliczyć według następującego równania: R c wytrzymałość na ściskanie, F c siła niszcząca [N] R c = 1600 powierzchnia płytek ściskających [40x40 mm]. F c 1600 [MPa] Wynik badania wytrzymałości na ściskanie jest średnią arytmetyczną sześciu pomiarów po zaokrągleniu do 0,1 MPa. Jeśli jeden z sześciu wyników różni się więcej o ± 10% od średniej, należy go odrzucić i obliczyć wartość średnią z pozostałych pięciu pojedynczych wyników. Jeśli jeden z pozostałych pięciu wyników różni się więcej niż o ± 10% od ich średniej wartości, należy odrzucić cały wynik badania i powtórzyć oznaczenie.