background image

Materia y wi

ce w zale no ci od mechanizmu wi zania 

dzielimy na:

Spoiwa

– wi

ce w wyniku reakcji chemicznej

Lepiszcza

– wi

ce w wyniku przemiany fizycznej np. krzepni cia lub

odparowania rozpuszczalnika

Spoiwa

ywiczne

utwardzane wed ug reakcji polimeryzacji bez

wydzielania produktu ubocznego lub wed ug reakcji polikondensacji z

wydzieleniem produktu ubocznego, np. wody

background image

ówne spoiwa mineralne to:  

CEMENT, WAPNO I GIPS

Spoiwa mineralne mo na podzieli wed ug:

- podstawowego sk adu chemicznego surowca: wapniowe, siarczanowo-

gipsowe i magnezjowe

- rodzaju procesu cieplnego (wypalanie), wyst puj cego podczas

wytwarzania spoiw: pra enie, spiekanie, topienie

- zachowanie si

rodowisku wody:

spoiwa powietrzne

– twardniej ce

na powietrzu,

spoiwa hydrauliczne

– twardniej ce w powietrzu i w

wodzie

background image

Ogólny podzia  materia ów wi

cych

background image
background image

Wynalazca angielski, z zawodu murarz z Leeds (1779-1855).

21 pa dziernika 1824 roku zg osi patent na "sztuczny

kamie " czyli cement (wynaleziony ju by mo e w roku

1811), który nazwa portlandzkim - Nazwa "cement

portlandzki" nasun a si Aspdinowi ze wzgl du na wielkie

podobie stwo jego "sztucznego kamienia" do kamienia z

okolic Portlandu, powszechnie wówczas stosowanego w

angielskim budownictwie. Pocz tkowo wynalazek znalaz

zastosowanie jedynie do robót tynkarskich. Pierwsz wielk

budow , do której go u yto, by

ynny tunel pod Tamiz ,

zbudowany w latach 1825-1843 przez Marca I. Brunela.

background image

Podstawowe surowce do wyrobu cementu portlandzkiego 

- wapie  i glina

- lub margle czyli ska y b

ce mieszanin  tych dwóch sk adników

- dla uzupe nienia ewentualnego niedoboru SiO

2

w postaci piasku kwarcowego

- Fe

2

O

3

w postaci rudy  elaza i (lub) 

li hutniczych

Bo zmieleniu i mieszaniu otrzymuje si  tzw. 

czki surowej

Metody otrzymywania cementu:

- metoda sucha

- metoda mokra

background image

Schemat produkcji cementu portlandzkiego metod  mokr

Wydobycie i transport

surowców

Rozdrabnianie wst pne

Sk adowanie – homogenizowanie szlamu w basenach

Wypalanie – klinkieryzacja

w piecach obrotowych, o  rednicy ok. 5 m, d ugo ci 180 .

Mielenie klinkieru z dodatkami

Pakowanie w worki, ekspedycja

Mielenie na mokro

Szlamowanie surowców

(ok. 40% wody)

Magazynowanie cementu w silosach

background image

Schemat produkcji cementu portlandzkiego metod  such

Wydobycie i transport

surowców

Rozdrabnianie surowców

Magazynowanie m czki z homogenizacj  (pneumatyczn )

Korekta sk adu, ew. granulowanie wsadu do pieca

Wypalanie, piec o  rednicy 4,5 – 5 m, d . 70-90 m.

Mielenie klinkieru z dodatkami

Ekspedycja cementu luzem

i/lub pakowanie

Mielenie na m czk

Suszenie do wilgotno ci 1-2%

background image

Cementownia O arów

background image

Szkodliwe s :

-

zwi zki siarki i magnezu

, powoduj  zmiany obj to ci i p kanie betonów

-

zwi zki manganu

, obni aj  wytrzyma

 zapraw i betonów

-

zwi zki fosforu 

zmniejszaj  szybko  wi zania i twardnienia spoiw

background image

Dopuszczalna zmienno  sk adu materia owego jest stosunkowo 

niewielka, okre lona przez równowag  fazow : CaO – Al

2

O

3

– SiO

2

Uk ad CaO-Al

2

O

3

-SiO

2

diagram Rankina-Fereta  

background image

Sk adniki naturalne

Sk ad chemiczny

Sk adnik 

% wag.

sk adnik

% wag.

Kamie  wapienny

80-85

CaO

58-67

Glina

10-20

Al

2

O

3

16-26

Piasek kwarcowy

< 10

SiO

2

4-8

Ruda  elaza (

le hutnicze)

< 5

Fe

2

O

3

2-4

Sk ad surowej m czki cementowej

background image

Sk ad mineralogiczny cementu portlandzkiego

Najwa niejszym minera em klinkieru jest krzemian trójwapniowy C

3

S – alit, nadaj cy najwy sz  

wytrzyma

 pocz tkow  kompozytom cementowym.

Krzemian dwuwapniowy C

2

S – belit ma wp yw na pó niejsze narastanie wytrzyma

ci.

Substancja mi dzyziarnowa wype niaj ca przestrzenie mi dzy kryszta ami alitu i belitu sk ada 
si  z C

3

A (substancja ciemniejsza) i C

4

AF (substancja ja niejsza) 

background image

Znaj c sk ad chemiczny cementu, mo na obliczy  stosunek ilo ci tlenku 

wapniowego do sumy tlenków krzemu, glinu i  elaza. Stosunek ten 
nazywamy 

modu em hydraulicznym 

Cement o M

H

poni ej 1,7 wykazuj  niedostateczn  wytrzyma

 

mechaniczn , za  cement o  M

H

powy ej 2,3 maj  niedostateczn  sta

 

obj to ci. Ze wzrostem  M

H

wzrasta wytrzyma

, zw aszcza pocz tkowa, ale 

ro nie te  ilo  ciep a potrzebna do wypa u, a z kolei zmniejsza si  odporno  

na agresj  chemiczn . Wszystkie spoiwa o  M

H

<4,5 nale  do materia ów 

hydraulicznych.    

Dla charakterystyki cementu (klinkieru), jego w

ciwo ci i przydatno ci, istotne 

znaczenie maj  stosunki ilo ciowe pomi dzy chemicznymi sk adnikami klinkieu, 
ustalone na podstawie analizy chemicznej, wyra one wspó czynnikami tzw. 
modu ami

background image

Modu  krzemianowy 

oblicza si  na podstawie wzoru 

W podanym wzorze SiO

2

, Al

2

O

3

i Fe

2

O

3

, oznaczaj  procentow  zawarto  

tych tlenków w cemencie.  Warto  modu u hydraulicznego powinna by  

zawarta w granicach od 2.1 do 3,5.

Modu  glinowy 

oblicza si  na podstawie wzoru 

Gdzie Al

2

O

3

i Fe

2

O

oznaczaj  procentow  zawarto  tlenków. Warto  

modu u glinowego powinna by  zawarta w granicach 1,0-2,8

background image

Schemat procesu hydratacji cementu portladzkiego (wg. Lea)

C

3

S

C

3

· aq

el. C-S-H + Ca(OH)

2

C

2

S

C

2

· aq

el. C-S-H

Krystaliczne produkty wi kszych rozmiarów

C

4

AF + gips + Ca(OH)

2

C

3

AF · CaSO

4

· aq

C

3

A + gips

trójsiarczan (entryngit)

monosiarczan

Krystaliczne produkty o wymiarach ponadkoloidalnych

background image

Do czynników wp ywaj cych na kinetyk  hydratacji cementu nale

:

a) Klasa wytrzyma

ci cementu  - kszta towana sk adem mineralnym, stopniem 

rozdrobnienia, zawarto ci  gipsu. Cement bogaty w C

3

S szybciej ulega 

hydratacji i osi ga wi ksz  wytrzyma

, ani eli cement o du ej zawarto ci 

C

2

S.

b) Sole zawarte w wodzie zarobowej – reaguj c ze sk adnikami zaczynu 

cementowego mog  przy piesza  lub opó nia  reakcje, wp ywaj c te  na 
jako

 betonu.

c) Domieszki reguluj ce czas wi zania – wprowadzane celowo do cementów, 

dla wymaganej wzgl dami praktycznymi modyfikacji szybko ci hydratacji 
oddzia uj  chemicznie na jeden lub wi cej sk adników cementu.

d) Temperatura – wzrost temperatury przy piesza reakcje hydratacji, jej spadek 

natomiast je wyd

a. W temperaturze -10

C reakcje chemiczne nie zachodz .

background image

Poszczególne sk adniki cementu reaguj z wod z ró

szybko ci . G ówny

sk adnik cementu – alit, reaguje z wod energicznie, natychmiast po
zarobieniu cementu wod . Im wi ksza jest zawarto alitu w cemencie, tym
proces wi zania spoiwa zachodzi szybciej. Reakcja hydrolizy alitu przebiega
zgodnie równaniem:

3CaO · SiO

2

+ nH

2

2 CaO· SiO

2

· (n-1)H

2

O + Ca(OH)

2

Szybko  wi zania cementu mo na regulowa  stosuj c odpowiednie dodatki.

Opó niacze

: gips, siarczan glinowy,

Przy pieszacze

: w glany sodu lub potasu, chlorki i azotany wapniowe lub 

magnezowe

background image

Podstawowe odmiany cementów portlandzkich i ich sk ad 

mineralogiczny

background image

Odmiany cementu portlandzkiego:

Cement portlandzki bia y

: nale y stosowa  surowce zawieraj ce minimaln  

ilo  zwi zków  elaza, chromu i manganu

Cementy kolorowe

:

1) Dodaj c do mieszaniny wypalonych surowców dodatków barwi cych 

takich jak : tlenek chromu, manganu lub kobaltu

2) Nale y przemieli  bia y klinkier z barwnikami mineralnymi: tlenki  elaza 

nadaj  kolor czerwony, br zowy lub  ty, tlenek manganu – kolor 

fioletowy, natomiast tlenek chromu – kolor zielony

Cement ekspansywny 

– zwi kszaj cy obj to  w procesie twardnienia. 

background image

Inne rodzaje cementów:

Cement glinowy

jest spoiwem hydraulicznym o przybli onym sk adzie: 40%

Al

2

O

3

, 40% CaO, 10% SiO

2

i 10% Fe

2

O

3

. do produkcji cementu glinowego u ywa

si wapieni wysokoprocentowych i boksytu lub innych bogatych w tlenek glinu

Al

2

O

3

. Cement glinowy jest odporny na korozj wód kwa nych, szczególnie

siarczanowych, ulega korozji pod wp ywem roztworów alkalicznych. Wynika to

z amfoterycznych w ciwo ci wodorotlenku glinu.

Cement hutniczy

ma przybli on

zawarto

ównych sk adników

li

wielkopiecowych SiO

2

27-40%; Al

2

O

3

10-25%, CaO powy ej 40%. Otrzymany

jest przez przemielenie

la wielkopiecowego (20-80%) z klinkierem cementu

portlandzkiego (15-75%) i gipsem (do 5%). Cement hutniczy charakteryzuje si

dobr odporno ci chemiczn i dlatego stosowany jest do produkcji betonów i

zapraw nara onych na dzia anie wód agresywnych np. wody morskiej.

background image

Cement wapienno-

lowy

produkuje si  przez zmielenie granulowanego 

zasadowego 

la wielkopiecowego i wapna palonego lub hydratyzowanego 

i gipsu.

Cement gipsowo-

lowy 

otrzymuje si  przez przemielenie 

la 

granulowanego i gipsu lub anhydrytu z kilkuprocentowym dodatkiem 

wapna lub klinkieru portlandzkiego. Stosowany jest do budowy du ych 

obiektów ze wzgl du na ma e zmiany obj to ci. 

background image

Spoiwa wapienne  i  magnezjowe

background image

Spoiwa wapienne  i  magnezjowe

Spoiwa wapienne 

otrzymuje si  przez pra enie wapieni

CaCO

3

 CaO + CO

2

T = 800-1200 C

spoiwa magnezjowe 

przez pra enie magnezytu

MgCO

3

 MgO + CO

2

T = 750-950  C

lub dolomitu

CaCO

3

· MgCO

3

 CaCO

3

+ MgO + CO

2

T > 600

CaCO

3

· MgO   CaO + MgO + CO

2

T = 900

background image

WAWEL

CHI SKI MUR

Zaprawa wapienna

background image

Surowcem do produkcji spoiw wapiennych jest wapie . Najcz

ciej spotykane 

odmiany wapieni to: margle, kreda, wapienie zbite, marmur. 

W Polsce marmur wydobywany jest 
wy cznie w Sudetach, przede wszystkim 
w Masywie  nie nika, gdzie wyst puje w 
dwóch odmianach kolorystycznych, jako 
"Bia a Marianna" (na górze Krzy nik) i 
"Zielona Marianna"

Du e z

a kredy wyst puj  w 

Polsce w okolicach Che ma, 
Zamo cia i Siedlec.

background image

Wapienie nale  do najbardziej 

rozpowszechnionych ska  na  wiecie. W 

Polsce wyst puj  m.in.: na Wy ynie 

Krakowsko-Cz stochowskiej, w Górach 

wi tokrzyskich, Tatrach, Pieninach i 

Sudetach (Góry Kaczawskie).

Miejsca wyst powania: Na 

Ba kanach - od Bo ni do Grecji -

Eubea, Austria, W ochy - Elba i 

Piemont Lombardia, Rosja - Ural, 

Chiny – Mand uria, Szwajcaria, 

Demokratyczna Republika Konga, 

Czechy, Niemcy.

W Polsce - Masyw Sobótki, 

Gogo ów - Jordanów, Szklary.

MAGNEZYT

background image

Wypalanie wapieni polega na reakcji rozk adu w glanu wapniowego:

2

3

CO

CaO

CaCO

Podczas otrzymywania wapna zachodzi jeszcze wiele innych reakcji (na 
skutek zanieczyszcze ):

- rozk ad w glanu magnezowego

- rozk ad dolomitu

- powstawanie krzemianów wapniowych 

- powstawanie glinianów wapniowych

2

3

CO

MgO

MgCO

3

2

3

3

CaCO

CO

MgO

MgCO

CaCO

2

2

SiO

xCaO

xCaO

SiO

3

2

3

2

O

Al

xCaO

xCaO

O

Al

background image

Transport urobku

wapienia ze z

a

Rozdrabnianie kamienia 60-200 mm

(kruszarki szcz kowe)

Przesiewanie na frakcje 

(sita wibracyjne)

WYPALANIE (piec szybowy)

na CaO

Sk adowanie wapna

niegaszonego w bry ach

Wapno niegaszone mielone –

magazynowanie

mielenie

Przemia  w m ynie

Gaszenie rozpylon  wod

Wapno hydratyzowane –

magazynowanie

mielenie

Schemat ideowy produkcji spoiw wapiennych

background image

Wyró nia si  wapno:

abopalone

T = 1000 C, wielko  kryszta ów CaO ok. 1-2  m

redniopalone

T = 1150 C, 3-6  m

wysokopalone

T = 1300 C, > 10  m

W zale no ci od sk adu chemicznego rozró nia si  wapno:

- powietrzne (> 94 % CaO)

- hydrauliczne (> 90 % CaO oraz min. 3 % SiO

2

i 3% [Al

2

O

3

+ Fe

2

O

3

])

- wysokohydrauliczne (> 80 % CaO oraz min. 6 % SiO

2

i 5% [Al

2

O

3

+ Fe

2

O

3

])

background image

Wi zanie spoiw wapiennych rozpoczyna reakcja  czenia si  tlenku 

wapniowego z wod , czyli reakcja hydratacji, zwana w technice budowlanej 

gaszeniem wapna lub lasowaniem. Reakcja ta jest egzotermiczna:

CaO + H

2

O   Ca(OH)

2

+ 1100 kJ/kg CaO

W zale no ci od ilo ci wody u ytej do gaszenia otrzymuje si : 

-

wapno hydratyzowane 

(suchogaszone); jest to wodorotlenek wapnia w 

postaci proszku, otrzymany przy u yciu minimalnej (stechiometrycznej) ilo ci 

wody (1 kg CaO wi e 0,32 kg H

2

O, wydzielaj ce si  ciep o zmienia jednak w 

par  ok. 0,43 kg wody i st d najmniejsza ilo  wody potrzebna do gaszenia na 

sucho 1 kg CaO wynosi 0,75 kg; jest wi c oko o dwa razy wi ksza od 

teoretycznej)

-

ciasto wapienne

; jest to mieszanina wodorotlenku wapniowego i jego 

nasyconego roztworu (zwykle 50% wody)

-

mleko wapienne

; jest to zawiesina wodorotlenku wapniowego w wodzie.     

background image

Proces wi zania spoiw wapiennych nast puje w wyniku:

a) Zag szczania koloidalnego Ca(OH)

2

przy wysychaniu, np. zaprawy

b) Wydzielanie si  z przesyconego roztworu wodorotlenku wapniowego 

kryszta ków uwodnionego Ca(OH)

2

2H

2

O, ich powolnego wzrostu i zrastania 

si  – tworzenia si  szkieletu krystalicznego

c) Dysocjacja cz

ci wodorotlenku wapniowego na jony Ca

2+

i OH

-

i reakcji 

jonów wapniowych z krzemionk  (z piasku) z powstawaniem uwodnionych 
krzemianów wapnia, które jako trudno rozpuszczalne wypadaj  z roztworu 

cz c ziarna piasku

d) Karbonizacja wodorotlenku wapniowego w  rodowisku wilgotnym wg reakcji

Ca(OH)

+ H

2

O + CO

2

CaCO

3

+ 2H

2

O

background image

Proces

wi zania zaprawy

przebiega w ci gu kilku godzin od jej wykonania,

natomiast

twardnienie

jest procesem powolnym, zachodz cym w ci gu

ugiego okresu czasu. Powstaj ce kryszta y Ca(OH)

2

i CaCO

3

rozrastaj si i

cz mi dzy sob , powoduj c twardnienie zaprawy.

- piasek nie bierze udzia u w reakcji, ale u atwia dost p dwutlenku w gla 
przyspieszaj c proces karbonizacji

- sztuczne przy pieszanie procesu karbonizacji przez zwi kszenie ilo ci 
dwutlenku w gla w powietrzu obni a  wytrzyma

 zaprawy, gdy  

powstaj ce kryszta y w glanu wapnia s  zbyt drobne 

background image

3

2

3

2

2

%

%

%

%

O

Fe

O

Al

SiO

CaO

M

H

Spoiwa wapienne – modu  hydrauliczny lub modu  zasadowo ci

Je eli warto

modu u jest wi ksza ni 4,5 spoiwo zaliczamy do grupy

powietrznych (wapno palone, wapno gaszone, wapno hydratyzowane). Je eli

warto

modu u jest mniejsza ni

4,5 spoiwo zaliczamy do grupy

hydraulicznych (wapno hydrauliczne).

background image

Beton komórkowy

Otrzymuje si  z wapna palonego, cementu portlandzkiego i(lub) popio ów 

lotnych oraz piasku. Jako  rodek spieniaj cy stosuje si  past  aluminiow

2 Al + 3 Ca(OH)

2

+ 6 H

2

O   Ca

3

[Al(OH)

6

]

2

+ 3 H

2

 

background image

W przypadku

spoiw magnezjowych

do wody zarobowej dodaje si MgCl

2

lub

MgSO

4

i wykorzystuje w ten sposób zjawisko diadochii dla uzyskania takich

produktów, jak np. MgCl

2

· 5 MgO · 17 H

2

O, tzw. cement Sorela, lub MgSO

4

· 5

Mg(OH)

2

· 8 H

2

O, o zwi kszonej wytrzyma ci mechanicznej, szczelno ci i

odporno ci na dzia anie wody.

Zdolno

do wzajemnego zast powania jonów, atomów lub cz steczek przez

inne o zbli onych wymiarach nazywa si diadochi . Mo e by :

- izowalentna, je li jony maj

sam warto ciowo , np. Mg

2+

Fe

2+

, F

-

Cl

-

,

F

-

OH

-

- heterowalentna dla ró nej warto ciowo ci jonów, np. Al

3+

Si

4+

, Al

3+

Mg

2+

spoiwa magnezjowe 

otrzymuje si  przez pra enie magnezytu

MgCO

3

 MgO + CO

2

T = 750-950  C

lub dolomitu

CaCO

3

· MgCO

3

 CaCO

3

+ MgO + CO

2

T > 600

CaCO

3

· MgO   CaO + MgO + CO

2

T = 900

background image

Spoiwa gipsowe i anhydrytowe 

background image

Spoiwa gipsowe i anhydrytowe zaliczane s  do spoiw powietrznych

Surowcami do ich otrzymywania s  ska y osadowe – gipsy i anhydryty

Uwodniony siarczan wapnia

krystalizuje w uk adzie jednosko nym. W wyniku 

ogrzewania traci cz ciowo wod , przechodz c w temperaturze 120-130 °C w 

gips palony, b

cy materia em zaprawowym poniewa atwo pobiera wod  i 

twardnieje.

Gips budowlany (pó wodny) otrzymuje si  w wyniku wypra ania gips w 

temperaturze 150-185 °C. 

background image

Anhydryt (CaSO

4

)

Siarczan wapnia. Krystalizuje w uk adzie rombowym. Bezbarwny lub barwa 

bia a, szarawa b

 niebieskawa. Przezroczysty. Pospolity sk adnik   

hydrotermalnych i z  solnych. Powstaje g ównie wskutek odparowywania 

wód morskich. W Polsce w du ych ilo ciach wyst puje ko o Lwówka 

skiego i Lubania, tak e w z ach solnych K odawy i Inowroc awia. 

Wykorzystywany w przemy le chemicznym, a tak e jako surowiec do 

produkcji cementu i kwasu siarkowego.

background image

W zale no ci od warunków procesu powstawa  mog  dwie odmiany gipsu 

pó wodnego  i  , ró ni ce si  od siebie kszta tem kryszta ów i w ciwo ciami 

fizycznymi. 

Odmiana 

ma dobrze wykszta cone kryszta y i ma wi kszy ci ar w ciwy, spoiwo 

otrzymane z odmiany  ma wytrzyma

 znacznie wi ksz  ni  odmiana  .

Odmiana 

jest w wodzie lepiej rozpuszczalna i energicznej reaguje z wod  ni  

odmiana 

Kryszta  gipsu

Odmiany gipsu pó wodnego

background image

Odmiana  o wi kszej powierzchni wewn trznej charakteryzuje si  te  wi ksz  
reaktywno ci  chemiczn . Jest ona wykorzystywana jako gips budowlany (gips 
tynkarski i sztukatorski), a odmiana  jako gips modelarski

Gips sztukatorski wi e w czasie 10-15 minut od zarobienia wod .

Spowalniaj  ten proces

: klej, lateks, kwas cytrynowy, fosforany, NaF, cukier

Przy pieszaj  proces

: drobno zmielony kamie  gipsowy, NaCl, KOH, K

2

SO

4

lub 

unu 

background image

Proces dehydratacji gipsu. Pra enie gipsu powoduje jego cz ciowe odwodnienie

CaSO

4

· 2 H

2

 CaSO

4

· ½ H

2

O + 3/2 H

2

Gips pó wodny

Dla otrzymywania spoiw gipsowych podstawowe znaczenie ma przemiana 
dwuwodnego siarczanu wapniowego w pó hydrat, zachodz ca w procesie 
pra enia gipsu.

background image

Schemat ideowy produkcji gipsu budowlanego

Transport urobku kamienia 

gipsowego ze z

a

Rozdrabnianie, 

klasyfikacja (przesiewanie)

przygotowanie wsadu surowcowego  

Wypalanie (pra enie)

Studzenie, dojrzewanie w silosach

Mielenie, ew. mieszanie z dodatkami

Pakowanie w worki, ekspedycja

background image

Podstawowy sk adnik budowlanych spoiw gipsowych – pó wodny siarczan

wapniowy – po dodaniu wody przechodzi szybko w posta dwuwodn . Zjawisko

to, któremu towarzyszy znaczne wydzielenie si ciep a, znane jest powszechnie

jako wi zanie gipsu. Pierwsze próby wyja nienia mechanizmu wi zania gipsu

pó wodnego, opartego na ró nicy rozpuszczalno ci pó hydratu (oko o 9 g/l) i

dwuhydratu (oko o 2 g/l), zawdzi cza nauka g ównie pracom francuskich badaczy

Lavoisiera (1768 r.) i Le Chateliera (1887 r.)

Teoria Le Chateliera

Pó hydrat rozpuszcza si w wodzie zarobowej, wytwarzaj c roztwór przesycony

wzgl dem gipsu, od którego ma znacznie wi ksz rozpuszczalno . Z roztworu

przesyconego krystalizuje zatem CaSO

4

· 2H

2

O, umo liwiaj c rozpuszczenie

nowych ilo ci pó hydratów. Proces ten nast puje a do ca kowitej przemiany

pó hydratu w gips.

background image

Substancje maj ce wp yw na szybko

 wi zania spoiw gipsowych;

Opó niacze – klej kostny, kazeina, krochmal, bia ko,  elatyna, kwas borny i 
borany, kwas winowy, cytrynowy i cytryniany, kwas fosforowy i fosforany, w glany 
wapnia i magnezu.

dzia anie opó niaczy polega na:
- obni eniu rozpuszczalno ci pó hydratu w wodzie (kwasy)
- hamowaniu krystalizacji dwuhydratu w wyniku tworzenia na ziarnach gipsu trudno 
rozpuszczalnych otoczek (borany, fosforany, w glany) lub koloidalnej warstewki 
ochronnej utrudniaj cej dost p wody do ziarn gipsu (kleje,  elatyna, krochmal)

dodatek opó niacza wynosi na ogó  0,1-0,5% masy gipsu, co przesuwa pocz tek 

wi zania do 25-35 minut.

Przyspieszenie procesu wi zania jest stosowane rzadziej i polega na 
wprowadzeniu domieszek zwi kszaj cych rozpuszczalno

 pó hydratu lub 

zmniejszaj cych rozpuszczalno

 dwuhydratu albo na wprowadzeniu do zaczynu 

zarodków krystalizacji. Substancje zmniejszaj ce rozpuszczalno

 dwuhydratu to: 

siarczan potasu, chlorki sodu, wapnia, magnezu. 

background image

Wi zanie i twardnienie spoiw anhydrytowych

Spoiwa anhydrytowe otrzymuje si  przez wysuszenie i rozdrobnienie 
anhydrytu naturalnego lub przez pra enie gipsu w temperaturze powy ej 
600  C. Podstawowym procesem, na którym oparte jest dzia anie tych 
spoiw jest reakcja uwodnienia anhydrytu II:

CaSO

4

+ 2H

2

 CaSO

4

· 2H

2

O

background image

Proces uwodnienia anhydrytu zachodzi w dwóch etapach:

1) anhydryt rozpuszcza si  w wodzie w temperaturze poni ej 42  C, dzi ki czemu 

powstaje roztwór przesycony w stosunku do CaSO

4

· 2H

2

O

2) z roztworu wykrystalizowuje CaSO

4

· 2H

2

O jako faza trwa a w tych warunkach

W celu zwi kszenia szybko ci zachodz cych przemian, stosuje si  wi kszy stopie  
rozdrobnienia spoiwa i katalizatory, jak np. sole, które po rozpuszczeniu 
wytwarzaj  jony Ca

2+

lub SO

4

2-

i u atwiaj  przesycenie roztworu i wytworzenie 

zarodników krystalizacji.

background image

Ró nice pomi dzy spoiwem gipsowym a anhydrytowym

- Pó hydrat przechodzi w gips ca kowicie, natomiast anhydryt zostaje uwodniony 

jedynie cz ciowo. Obecno  w stwardnia ym spoiwie anhydrytowym – oprócz 

kryszta ów gipsu – równie  kryszta ów anhydrytu, jest powodem znacznie 

wi kszej wytrzyma ci tych spoiw w porównaniu ze spoiwem z gipsu 

pó wodnego. Jednak e w przypadku dop ywu wilgoci do spoiwa anhydrytowego 

nast puje dalszy proces uwadniania, prowadz cy w  konsekwencji do zwi kszenia 

obj to ci. Proces ten jest przyczyn  kruszenia i p kania materia u. 

background image

Spoiwa krzemianowe

background image

SPOIWA KRZEMIANOWE

W kompozytach krzemianowych – silikatowych (kity, zaprawy, farby) – jako 

spoiwo stosuje si  szk o wodne sodowe i potasowe 

Na

2

SiO

3

+ 2H

2

 H

2

SiO

3

+ 2NaOH

Wi zanie tego spoiwa

Na

2

SiO

3

+ CO

2

+ 2H

2

O   Na

2

CO

3

+ H

4

SiO

4

W sk ad spoiw krzemianowych wchodz : mineralne m czki kwasoodporne

(granitowe, bazaltowe, kwarcytowe i inne), szk o wodne oraz koagulanty,

przy pieszaj c proces wi zania i twardnienia.

Rol

ciwego spoiwa spe nia szk o wodne. Ogólny wzór szk a wodnego

R

2

O · nSiO

2

· mH

2

O

R

2

O oznacza tlenek sodu lub potasu

background image

Przy pieszenie wi zania nast puje po dodatku fluorokrzemianu sodu 

2Na

2

SiO

3

+ Na

2

SiF

6

+ 3 H

2

O   3 H

2

SiO

3

+6NaF

Zestawy szk o wodne-fluorokrzemian i wype niacz kwarcowy s stosowane jako

kity i zaprawy do wykonywania kwasoodpornych posadzek. Kompozyty s

odporne na suche rodowisko kwa ne (np. gazy kominowe). W rodowisku

wodnym s nietrwa e.

background image

Materia y ogniotrwa e – to materia y z których wyroby w temperaturze powy ej 

1500  C nie ulegaj  odkszta ceniu

nazwa

wzór

Temperatura 

topnienia [ C]

krystobalit

SiO

2

1700

korund

Al

2

O

3

2050

mulit

3Al

2

O

3

·2SiO

2

1800

magnezja

MgO

2800

fosteryt

Mg

2

SiO

4

1890

tlenek cyrkonu

ZrO

2

2700

spinel 

MgAl

2

O

4

2135

chromit

FeCr

2

O

4

2180

background image

Szk o jest ciecz  sztywn  sk adaj

 si  z mieszaniny SiO

2

i innych tlenków 

metali. Powstaje w wyniku stopienia (ok. 1500  C) i ostudzenia bez krystalizacji 

mieszaniny piasku kwarcowego (> 70%) i innych dodatków.

background image

Schemat budowy sieciowej szk a (a) w porównaniu ze struktur  krystalicznej 

krzemionki (b)

background image

Najcz

ciej stosowanymi tlenkami w produkcji szk a s :

Tlenek glinowy (w postaci skaleni sodowo-wapniowych, glin ogniotrwa ych, 
kaolinu, odpadów  zawieraj cych glin) dodawany w ilo ci do 8%; zast puje cz

 

krzemionki powoduje wzrost odporno ci szk a na dzia anie wody, zwi ksza 
twardo

 i wytrzyma

 mechaniczn  szk a oraz odporno

 termiczn , utrudnia 

jednak topienie. 

Tlenek borowy (w postaci boraksu lub kwasu borowego), zast puje cz

 

krzemionki i topniki, zmniejsza lepko

 w wysokich temperaturach, zwi ksza 

twardo

 i odporno

 chemiczn  szk a, obni a wspó czynnik rozszerzalno ci 

termicznej

Tlenek magnezowy (wprowadzany w postaci dolomitu) zast puje cz

 tlenku 

wapniowego, stabilizuje szk o, zwi ksza lepko

 masy szklanej, powoduje wzrost 

odporno ci chemicznej zw aszcza przy jednoczesnym dodatku tlenku glinowego

Tlenek o owiowy (minia), zast puje najcz

ciej tlenek wapniowy, zmniejsza 

lepko

, ale i odporno

 chemiczn  szk a, zw aszcza wspó czynnik za amania 

wiat a, nadaje pi kny po ysk (kryszta y) i d wi k. 

background image

ciwo ci szk a:

- ma a przepuszczalno  ciep a

- ma e przewodnictwo elektryczne

- odporno  na dzia anie wody, powietrza i wielu substancji, kwasów, zasad i soli

- ze szk em reaguj : fluorowodór i fluorki oraz st one roztwory zasady sodowej  

W budownictwie stosuje si  g ównie szk o sodowo-wapniowe („szk o zwyk e”) o 

zawarto ci SiO

> 70%, Na

2

O 15-17% oraz CaO 0,5-8%

background image

Szk o zwyk e – szk o sodowo-wapniowo-potasowe Na

2

CaO SiO

2

Surowce do produkcji szk a zwyk ego:
krzemionka SiO

2

(piasek kwarcowy) w ilo ci 68-74% - cia o szkliste

-

glan wapnia CaCO

3

w ilo ci 7-14% sk adnik stabilizuj cy, utwardzaj cy 

szk o, zwi kszaj cy odporno

 chemiczn , nadaj cy po ysk

soda NaCO

3

w ilo ci 12-16% obni a temperatur  topnienia mieszaniny do ok. 

1400 

C

Dodatkowo:

glin i magnez (2-3%) u atwiaj  obróbk  na gor co i zwi kszaj  odporno  chemiczn  

oraz wytrzyma

 szk a

-tlenki arsenu, antymonu, zwi zki fluoru  jako domieszki u atwiaj ce klarowanie szk a

background image

SZK O O INNYM SK ADZIE NI  SZK O ZWYK E

Szk o o owiowe (kryszta owe)

. W szkle tym zamiast wapna wprowadza si  tlenek 

owiu w ilo ci ok. 20%, a  do 60% w szk ach przeznaczonych do ochrony przed 

promieniowaniem radioaktywnym lub rentgenowskim. Jest ok. 600 kg/m

3

ci

sze 

od zwyk ego. S

y do wyrobu szkie  optycznych, szk a artystycznego, do produkcji 

rur neonowych.

Szk o glinowo-krzemowe

. Jest to szk o zawieraj ce ok. 20% glinu i niewielk  ilo

 

tlenku borowego (ok. 4%). Jest odporne na wysokie temperatury, wytwarza si  z 
niego rury spalania, okienka pojazdów kosmicznych, cz

ci aparatury pracuj cej w 

wysokiej temperaturze.

background image

Szk o borowo-krzemowe (borowe). 

Najbardziej znane jest szk o o nazwie pyrex o 

zawarto ci tlenku boru ok. 12%. Szk o to ma wi ksz  odporno

 chemiczn , ale 

przede wszystkim jest niewra liwe na nag e zmiany temperatury.

background image

Szk o krzemowe (kwarcowe). Otrzymywane jest przez stopienie kwarcu, lub 
bardzo czystego piasku: zawiera ok. 99% SiO

2

. Jest bardzo trudne w produkcji i 

obróbce, o wiele bardziej kosztowne od innych szkie . Szk o krzemowe ma 
bardzo ma y wspó czynnik rozszerzalno ci cieplnej i jest w zwi zku z tym ma o 
wra liwe na gwa towne zmiany temperatury. Stosowane jest w przypadkach, 
gdzie wymagana jest odporno

 chemiczna w wysokiej temperaturze do 800 

C.

szk o fotochromowe. Jest to szk o o zmiennej przepuszczalno ci optycznej, 
zmieniaj ce s  barw  pod wp ywem promieniowania ultrafioletowego, a po jego 
usuni ciu powracaj ce do barwy pierwotnej. Elewacje budynków z tego szk a 

ciany os onowe) o zmiennej przepuszczalno ci s  rozwi zaniem domów 

inteligentnych kontrolowanych przez sensory kilmatyczne.         

background image

Rodzaje szk a budowlanego:

Szk o ceramiczne 

ma du  wytrzyma

 mechaniczn , du  twardo  i trwa

doskona  przyczepno  do metali oraz odporno  na dzia anie kwasów. 

Otrzymuje si  go po wtórnej obróbce tworzywa szklanego z odpowiednimi 

katalizatorami.

Szk o p askie 

charakteryzuje si  przepuszczalno ci  promieni widzialnych i 

podczerwonych, a nie przepuszcza promieni nadfioletowych

Szk o zbrojone 

jest to szk o z wtopion  siatk  chroni

 przed rozpryskiwaniem 

przy st uczeniu

Szk o hartowane

. Nagrzan  tafl  szk a ch odzi si  strumieniem powietrza, 

powstaj  trwa e napr enia

Mozaika szklana

Kszta tki szklane   

background image

ókna szklane:

rednica 1-6  m

- dobre w ciwo ci izoluj ce,

- k t zwil ania 90

Zbli ona do we ny szklanej jest we na mineralna, otrzymywana z bazaltu 

(diabazyt) o nast puj cym sk adzie chemicznym: 43 % SiO

2

, 16,5 % Al

2

O

3

, 11 % 

FeO i Fe

2

O

3

, 1,5% MnO

2

, 18% CaO, 8% MgO i inne 2%.

background image

Spoiwa wi

ce organiczne – lepiszcza bitumiczne

Bitumy s  to substancje sta e, ciek e lub gazowe, w których sk adzie przewa aj  

glowodory 

Do lepiszczy bitumicznych zaliczamy: asfalty naturalne i ponaftowe oraz smo y i 

paki

Asfalty

to substancje pó sta e, które po ogrzaniu przechodz  w stan ciek y. 

Asfalty stanowi  uk ad koloidalny, w którym faz  rozpraszaj

 jest olej o 

du ej lepko ci, faz  rozproszon  asfalteny,  ywice asfaltowe i karbeny. 

Naturalne asfalty mog  zawiera  2-12% siarki. 

background image

Asfalty naturalne 

wydobywa si  z jezior asfaltowych (Bermudy, Trynidad) lub ze 

ska  asfaltowych. Zawarto  czystego asfaltu  w z ach wynosi 60-99% w 

ska ach bitumicznych – do 15%

Asfalty sztuczne 

 pozosta ci  po przeróbce specjalnych gatunków ropy 

naftowej 

ywice asfaltowe 

 to sk adniki asfaltu które zwi ksz  ich plastyczno  i 

ci gliwo . 

Asfalteny

powstaj  w wyniku polimeryzacji z  ywic asfaltowych w wysokiej 

temperaturze. S  twarde i nietopliwe, o barwie szaro-br zowej i  wiadcz  o 

przepaleniu asfaltu.

Emulsje asfaltowe 

 to ciecze koloru br zowego o zawarto ci oko o 50% wody. 

Trwa

 emulsji utrzymuje si  dzi ki dodatkom soli kwasów t uszczowych, np. 

C

17

H

35

COONa (emulsje anionowe) lub emulsje kationowe – dodatek pierwszo-, 

drugi- i trzeciorz dowych amin. Zalet  emulsji jest dobra przyczepno  asfaltu 

do mokrego materia u kamiennego.  

background image

Smo y

otrzymuje si  w procesach rozk adowej destylacji, rozk adu 

termicznego materia ów organicznych, przy pirolizie pó produktów 

naftowych. Chemicznie jest to mieszanina zwi zków aromatycznych i 

heterocyklicznych. Do najwa niejszych sk adników s omy, nale : benzen, 

toluen, ksylen, fenol, krezol, naftalen, antracen, fenantren, pirydyna i inne. 

W drodze destylacji usuwa si  wod  i lekkie sk adniki otrzymuj c smo  

destylacyjn .

Ze smo y surowej po destylacji frakcyjnej zostaje pak. Znajduje zastosowanie 

do sporz dzania masy kablowej, kitów kwasoodpornych, jako lepiszcze do 

brykietów z mia u w glowego