CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
1
7. Elementy chemii nieorganicznej
Chemia mineralnych materiałów
budowlanych
Nazewnictwo i podział związków nieorganicznych
Chemia krzemu, krzemiany
Chemia wapnia
Spoiwa mineralne:
wapno,
gips,
cementy.
Procesy twardnienia i wiązania zapraw i spoiw
budowlanych.
Metale i stopy metali stosowane w budownictwie.
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
2
7.1. Nazewnictwo i podział związków
nieorganicznych
Tlenki
- E
n
O
m
, np. tlenek azotu (III)
Wodorki
- H
n
E, np. wodorek litu (I)
Wodorotlenki
- M(OH)
n
np. wodorotlenek glinu
(III)
Kwasy.
- (H)
n
E, (H)
n
R, H
n
E
m
O
z
Sole.
- Me
n
R
m
Sole obojętne
Wodorosole
Hydroksysole
Inne związki nieorganiczne nie naleŜące do ww. grup;
siarczki, wodorki, związki kompleksowe.
Materiały budowlane: ceramika, spoiwa, betony,
szkło, drewno, metale, tworzywa sztuczne, inne.
Spoiwa budowlane:
Wypalone i sproszkowane materiały, które po
wymieszaniu z wodą, na skutek reakcji chemicznych
ulegają stwardnieniu, wykazując właściwości wiąŜące.
• Spoiwa powietrzne
•
Spoiwa hydrauliczne
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
3
7.2. Chemia krzemu
Si + O
2
= SiO
2
; ∆H
o
= - 859,8 kJ/mol
Kwarc - SiO
2
Ogółem znane są 22 odmiany krystaliczne SiO
2
;
Krzemionka reaguje z florowodorem tworząc gazowy
tetrafluorek krzemu
SiO
2
+ 4HF = SiF
4
+ 2H
2
O
KRZEMIANY
SiO
2
+ 2FeO = Fe
2
SiO
4
SiO
2
+ 2NaOH = Na
2
SiO
3
+ H
2
O
SiO
2
+ Na
2
SO
4
= Na
2
SiO
3
+ SO
3
SiO
2
+ CaCO
3
= CaSiO
3
+ CO
2
KWASY KRZEMOWE
Na
2
SiO
3
+ HCl + 2H
2
O = H
4
SiO
4
+ 2NaCl
SiCl
4
+ 4H
2
O = H
4
SiO
4
+ 4HCl
Si(OCH
4
)
4
+ 4H
2
O = H
4
SiO
4
+ 4CH
3
OH
SPOIWA KRZEMIANOWE
Na
2
SiO
3
+ 2H
2
O = H
2
SiO
3
+ 2NaOH
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
4
Na
2
SiO
3
+ CO
2
+ 2H
2
O = Na
2
CO
3
+ H
4
SiO
4
2Na
2
SiO
3
+ Na
2
SiF
6
+ 2H
2
O = 3H
2
SiO
3
+ 6NaF
Na
2
SiO
3
+ Ca(OH)
2
+ nH
2
O = CaSiO
3
nH
2
O +
+2NaOH
KRZEMIANY WAPNIA CaO-SiO
2
• krzemian trójwapniowy –
alit
3CaO SiO
2
(Ca
3
SiO
5
)
• krzemian dwuwapniowy –
belit
2CaO SiO
2
(Ca
2
SiO
4
)
• dwukrzemian trójwapniowy –
rankinit
3CaO 2SiO
2
(Ca
3
Si
2
O
7
)
• krzemian wapniowy –
wolastonit
CaO SiO
2
(CaSiO
3
)
Krzemiany dwuwapniowy (belit) i trójwapniowu (alit)
charakteryzują się bardzo waŜnymi w technologii
cementu właściwościami hydraulicznymi, co
oznacza, Ŝe mogą twardnieć i wiązać pod wodą.
Struktura podstawowych minerałów krzemianowych.
Rys. Struktura powtarzających się jednostek SiO
2
w kwarcu
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
5
Rys. Piroksen. Jednostki podstawowe SiO
4
połączone w łańcuch poprzez
wspólny atom tlenu.
Pirokseny to nazwa grupa bardzo rozpowszechnionych minerałów skałotwórczych o
strukturze wewnętrznej odpowiadającej krzemianom łańcuchowym i ogólnym wzorze:
AB[Si
2
O
6
]
– gdzie: A – to najczęściej; wapń, sód, lit; B – to najczęściej; magnez, Ŝelazo, glin.
Rys. Struktura miki. KaŜda jednostka strukturalna SiO
4
ma trzy wspólne
atomy tlenu. Mika ma budowę warstwową.
7.3. Chemia związków glinu
4Al + 3O
2
= 2Al
2
O
3
; ∆H
o
= -1671 kJ/mol
Al(OH)
3
+ 3HCl = AlCl
3
+ 3H
2
O
Al(OH)
3
+ 3NaOH = Na
3
[Al(OH)
6
]
W procesie twardnienia i wiązania materiałów budowlanych
największe znaczenie mają nw. gliniany:
CaO - Al
2
O
3
oraz SiO
2
- Al
2
O
3
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
6
7.4. Siarczany i węglany
Ditlenek siarki – SO
2
Tritlenek siarki SO
3
2SO
2
+ O
2
= 2SO
3
(z udziałem katalizatora -
tlenki azotu)
SO
2
+ H
2
O = H
2
SO
3
kwas siarkowy (IV)
SO
3
+ H
2
O = H
2
SO
4
kwas siarkowy (VI)
CaMg(CO
3
)
2
= CaCO
3
x MgCO
3
- dolomit
CaCO
3
– wapień, kamień wapienny, kreda,
marmur
MgCO
3
- magnezyt
Na
2
CO
3
- soda kaustyczna
K
2
CO
3
- potaŜ
CaCO
3
= CaO + CO
2
; ∆H
o
= 178,3 kJ
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O = Ca(HCO
3
)
2
7.5. Litowce i berylowce
2Na + ½ O
2
= Na
2
O; ∆H
o
= - 416,2 kJ
Ca + ½ O
2
= CaO; ∆H
o
= - 635,0 kJ
Na
2
O + H
2
O = 2Na
+
+ 2OH
-
Na
2
CO
3
+ H
2
O = 2Na
+
+ HCO
3
-
+ 2OH
-
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
7
7.6. Chemia wapnia. Zaprawy ceramiczne.
Materiały wiąŜące. Cementy
Zaprawami ceramicznymi nazywamy się układy wielofazowe
i wieloskładnikowe tworzące z wodą plastyczne zaczyny, mające
właściwości przechodzenia ze stanu plastycznego w ciała stałe.
Dzięki takim właściwościom znajdują one zastosowanie do spajania
elementów budowlanych lub do ich wytwarzania.
W skład zapraw obok materiałów wiąŜących (wapno, cement)
wchodzą: kruszywa (piasek, Ŝwir, tłuczeń) i woda.
Przemiany jakim podlegają zaprawy moŜna podzielić na dwa
zasadnicze etapy:
1. wiązanie – etap wstępny (następuje utrata plastyczności),
2. twardnienie – etap podstawowy (następuje wzrost
wytrzymałości zaprawy).
7.7. Spoiwa mineralne
Spoiwa wapienne
Surowce do wytwarzania wapna – węglan wapnia w postaci
wapniaka, który zawiera minerał o nazwie kalcyt i domieszki..
Do minerałów wapiennych zalicza się:
marmur – czysty węglan wapnia o wykształconych kryształach;
kreda minerał zawierający węglan wapnia z młodszych epok;
dolomit CaCO
3
x MgCO
3
margle – wapienie z domieszką materiałów ilastych(glin).
CaCO
3(s)
= CaO
(s)
+ CO
2(g)
; ∆H
o
=+178,5 kJ
(temp. 950-1100
o
C)
Pomimo utraty 44% masy w procesie wypalania, objętość
otrzymanego wapna palonego CaO, w porównaniu z
surowcem wyjściowym (wapniakiem) zmniejsza się o 10%.
Wynika to z porowatej struktury wapna palonego.
Reakcja gaszenia (lasowania) wapna palonego:
CaO + H
2
O = Ca(OH)
2
; ∆H
o
= -66,7 kJ
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
8
Wodorotlenek wapnia jest trudno rozpuszczalny
w wodzie. Jego rozpuszczalność w temperaturze
20
o
C wynosi około 1,3 g/dm
3
.
W zaleŜności od ilości wody dodanej do wapna
palonego moŜna otrzymać:
• wapno hydratyzowane,
• ciasto wapienne,
• mleko wapienne.
Wapno pokarbidowe otrzymuje się z karbidu (węglika
wapnia) i wody:
CaC
2
+ 2H
2
O = C
2
H
2
+
Ca(OH)
2
Zaprawę wapienną
sporządza się z mieszaniny
wapna, wody i piasku. Po spojeniu cegieł zaprawa
tęŜeje wskutek pochłaniania wody przez porowaty
materiał ceramiczny.
Wodorotlenek wapnia jest trudno rozpuszczalny w
wodzie. Jego rozpuszczalność w temperaturze 20
o
C
wynosi około 1,3 g/dm
3
.
Twardnienie zaprawy
wapiennej polega na reakcji
wodorotlenku wapnia z dwutlenkiem węgla.
Ca(OH)
2
+ CO
2
= CaCO
3
+ H
2
O ; ∆H
o
= -83,6 kJ/mol
Działanie wody nasyconej dwutlenkiem węgla na
węglan wapnia (rozpuszczanie węglanu wapnia).
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
9
CaCO
3
+ CO
2
+ 2H
2
O = Ca(HCO
3
)
2
Spoiwa gipsowe i anhydrytowe
Spoiwami gipsowymi i anhydrytowymi nazywany
materiały zawierające półwodny (CaSO
4
x ½H
2
O) lub
bezwodny (CaSO
4
) siarczan wapnia. Siarczan wapnia
występuje w kilku odmianach róŜniących się kształtem
kryształów, rozpuszczalnością w wodzie i kinetyką
twardnienia.
Produkcja gipsu polega na częściowym
odwodnieniu CaSO
4
x 2H
2
O w temp. 185-190
o
C
w stalowych reaktorach ogrzewanych przeponowo.
Ogrzany gips przybiera w temp. 180
o
C postać ciekłą
i z tego powodu proces ten nazywa się „gotowaniem
gipsu”.
CaSO
4
x 2H
2
O = CaSO
4
x ½H
2
O + 3/2H
2
O
(185-190
o
C)
Gips sztukatorski ma skład chemiczny odpowiadający
mieszaninie około 94% półwodzianu β-CaSO
4
x ½
H
2
O i około 6% anhydrytu.
Gips stosowany do kładzenia suchych tynków jest
prawie całkowicie odwodniony w temp. do 700
o
C
i zawiera pewną ilość tlenku wapnia CaO powstałego
w wyniku dysocjacji CaSO
4
:
CaSO
4
= CaO + SO
2
+ ½O
2
(650-1000
o
C)
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
10
Gips budowlany rozpuszcza się w wodzie tylko
częściowo.
Wiązanie zapraw gipsowych polega na szybkiej
krystalizacji CaSO
4
x 2H
2
O w formie długich
przeplatających się kryształów.
CaSO
4
x 1/2H
2
O + 3/2H
2
O =
= CaSO
4
x 2H
2
O ; ∆H
o
= 14,2 kJ/mol
Gips bardzo szybko osiąga wytrzymałość
końcową. Wiązaniu gipsu towarzyszy ok. 1% wzrost
objętości. Ta właściwość spowodowała, Ŝe jest to
doskonały materiał do wypełniania form, ubytków itp.
Czas wiązania gipsu moŜna regulować sposobem
odwadniania oraz przez dodatek róŜnych soli.
Gips stosowany jest jako dodatek do cementu (ok.
2-3%) regulujący szybkość wiązania betonu.
Spoiwa hydrauliczne – cementy
Cementami nazywamy hydrauliczne materiały wiąŜące
powstałe w wyniku wypalenia, do spieczenia, surowców
mineralnych.
Naturalne zaprawy hydrauliczne.
NaleŜą do nich:
• cementy pucolanowe wytwarzane z tufów wulkanicznych
z południowych Włoch,
• cementy santorynowe wytwarzane z podobnych skał
występujących na wyspach greckich,
• cementy trasowe wydobywane w Niemczech.
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
11
Otrzymuje się je z ogniowych skał wylewnych i w celu uaktywnienia
ich hydraulicznych właściwości wiąŜących miesza się je
z kilkuprocentowym dodatkiem wapna. Właściwości podobne do
zapraw naturalnych mają niektóre zasadowe ŜuŜle hutnicze oraz
pyły.
Cement portlandzki
Materiał ten został (prawdopodobnie) przypadkiem odkryty
przez angielskiego murarza Josepha Aspina w Anglii-1824.
W wyniku praŜenia mieszaniny gliny i zmielonego wapienia
Aspin otrzymał spoiwo, które mogło wiązać pod wodą.
W Polsce pierwsza cementownia została uruchomiona
przez Jerzego Ciechanowskiego w Grodźcu k. Będzina
w 1854 r. W 35 lat później (1890 r.) rozpoczęto produkcję
cementu w USA.
Podstawowe surowce do produkcji cementu:
(1) wapienie, wapniak -
CaCO
3
(2) gliny (glinokrzemiany)
-
Al
2
O
3
x SiO
2
x H
2
O+ m H
2
O
(3) surowce odpadowe
-
ŜuŜle hutnicze
-
popioły paleniskowe
-
szlamy odpadowe zawierające
CaCO
3
Klinkier czyli spiek cementu portlandzkiego powstaje
w wyniku praŜenia do spieczenia mieszaniny surowców,
które dobiera się w taki sposób aby po wypaleniu otrzymać
klinkier o module hydraulicznym od 1,8 do 2,2 i module
krzemianowym ok. 2,5.
Podstawowe składniki cementu portlandzkiego:
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
12
Wzór
chemiczny
Nazwa
chemiczna
Ozna-
czenie
Zawartość
%
CaO
tlenek wapnia (II)
C
58-66
SiO
2
,
ditlenek krzemu
(IV)
S
18-26
Al
2
O
3
,
tritlenek glinu (III)
A
4-12
Fe
2
O
3
tritlenek Ŝelaza
(III)
F
2-5
MgO
tlenek magnezu
(II)
M
0,5-5
Na
2
O+K
2
O
tlenek sodu (I)
tlenek potasu (I)
N+K
0-2
SO
3
tritlenki siarki (VI)
S
0,5-2,5
Podstawowe operacje technologiczne przy
produkcji cementu:
• urabianie i rozdrabnianie surowców skalnych,
• odwaŜanie i mielenie surowców,
• wypalanie w piecu obrotowym,
• mielenie produktu wypalania – klinkieru
cementowego z domieszką 3% gipsu.
Charakterystyka cementu:
Współczynnik
(moduł) hydrauliczny M
H
:
od 1,8 do 2,9
M
H
= %CaO/(%SiO
2
+ %Al
2
O
3
+ %Fe
2
O
3
)
Współczynnik
(moduł) krzemianowy M
K
:
od 2,1 do 3,5
M
K
= %SiO
2
/(%Al
2
O
3
+ %Fe
2
O
3
)
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
13
Współczynnik
(moduł) glinowy M
G
:
od 1,0 do 2,8
M
G
= %Al
2
O
3
/%Fe
2
O
3
Skład mineralogiczny klinkieru
Nazwa
Wzór
chemiczny
Symbol Zawartość
%
Krzemian
trójwapniowy (
alit
)
3CaO SiO
2
,
C
3
S
50-60
Krzemian
dwuwapniowy (
belit
)
2CaO SiO
2
,
C
2
S
15-28
Glinian trójwapniowy
3CaO Al
2
O
3
C
3
A
8-11
GlininoŜelazian
czterowapniowy
(
Braunmilleryt
)
4CaO Al
2
O
3
Fe
2
O
3
C
4
AF
8-10
Skład mineralogiczny cementu
portlandzkiego
Nazwa
Wzór
chemiczny
Symbol Zawartość
%
Krzemian
trójwapniowy (alit)
3CaO SiO
2
,
C
3
S
30-65
Krzemian
dwuwapniowy
(belit)
2CaO SiO
2
,
C
2
S
15-45
Glinian
trójwapniowy
3CaO Al
2
O
3
C
3
A
5-15
GlininoŜelazian
czterowapniowy
4CaO Al
2
O
3
C
4
AF
5-15
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
14
(Braunmilleryt)
Fe
2
O
3
Siarczan wapnia
dwuwodny (gips)
CaSO
4
x2H
2
O CSH
2
2-5
7.8. Procesy twardnienia i wiązania
zapraw i spoiw budowlanych
a. zaprawy wapienne – tworzenie
CaCO
3
b. spoiwa gipsowe – tworzenie
CaSO
4
x 2H
2
O
c. cementy
Hydratacja cementu
Tworzenie soli Candlota:
3CaO x Al
2
O
3
+ 3CaSO
4
+ 31 H
2
O =
3CaO x Al
2
O
3
x 3CaSO
4
x 31 H
2
O
Hydroliza glinianu trójwapniowego:
3CaO x Al
2
O
3
+ 6H
2
O = 3CaO x Al
2
O
3
x 6H
2
O
Hydroliza Ŝelazianu czterowapniowego (celitu):
4CaO x Al
2
O
3
x Fe
2
O
3
+ (n+6)H
2
O =
3CaO x Al
2
O
3
x 6H
2
O + CaO x Fe
2
O
3
x nH
2
O
Hydroliza krzemianu trójwapniowego (alitu):
3CaO x SiO
2
+ (n+1) H
2
O =
2CaO x SiO
2
x n H
2
O + Ca(OH)
2
Hydroliza krzemianu dwuwapniowego (belitu):
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
15
2CaO x SiO
2
+ nH
2
O = 2CaO x SiO
2
x nH
2
O
Karbonatyzacja składników stwardniałego
zaczynu cementowego:
Reakcja składników zaczynu z CO
2
:
Ca(OH)
2
+ CO
2
= CaCO
3
+ H
2
O
4CaO x Al
2
O
3
x 12H
2
O + 4CO
2
=
4CaCO
3
+
+ 2Al(OH)
3
+ 9H
2
O
3CaO x Al
2
O
3
x 3CaSO
4
x 31 H
2
O + 3CO
2
=
3CaCO
3
+ 2Al(OH)
3
+3(CaSO
4
x 2H
2
O) + 22H
2
O
3CaO x 2SiO
2
x 3 H
2
O + 3CO
2
=
3CaCO
3
+ 2SiO
2
+ 3H
2
O
Proces karbonatyzacji jest powolny; około 0,5 do
1 mm na rok. W wyniku karbonatyzacji zmieniają
się właściwości betonu: zmniejsza się zdolność
ochrony antykorozyjnej betonu wobec stali
zbrojeniowej. Zwiększa się za to wytrzymałość
mechaniczna betonu.
ODMIANY CEMENTÓW
Cementy ogólnego stosowania,
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
16
Cementy o podwyŜszonej odporności
siarczanowej,
Cementy szybkotwardniejące,
Cementy o małym cieple hydratacji
Cementy białe
– cementy o bardzo małej ilości
Fe, Cr i Mn. Charakteryzuje się białym kolorem
oraz parametrami odpowiadającymi cementom
portlandzkim klasy 32,5 i 42,5. Do produkcji
białego klinkieru stosowane są surowce o
niewielkiej zawartości tlenków Ŝelaza (III) –
Fe
2
O
3
, oraz ditlenku manganu (IV) - MnO
2
.
Cement biały zawiera głównie krzemiany wapnia
i znajduje zastosowanie do wytwarzania betonu
architektonicznego, galanterii betonowej oraz
zapraw murarskich i tynkarskich.
Cementy kolorowe
są to cementy białe z
dodatkiem barwnych tlenków metali, np. Fe
2
O
3
,
CoO
2
, MnO
2
.
Cementy ekspansywne.
Mają właściwość zwiększania objętości podczas wiązania.
Efekt ekspansji uzyskuje się w wyniku wprowadzenia
dodatków zwiększających swoją objętość w wyniku reakcji z
wodą. NaleŜą do nich: CaO, MgO i CaSO
4
½ H
2
O.
Cementy glinowe.
Cement ten charakteryzuje się
wysokim modułem glinowym. Nie zawiera natomiast gipsu.
Po zarobieniu z wodą cementy te szybko wiąŜą. Reakcja
jest silnie egzotermiczna co pozwala na stosowanie
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
17
cementu przy obniŜonych temperaturach zewnętrznych.
Cement glinowy osiąga bardzo szybko wytrzymałość
mechaniczną (nawet po kilku godzinach). Na skutek braku
w takich zaprawach Ca(OH)
2
betony wykonane na bazie
tego cementu są odporne na korozję kwasową i
siarczanowa. Beton glinowy jest natomiast podatny na
reakcje z zasadami i alkaliami.
CaO x Al
2
O
3
+ K
2
CO
3
+ H
2
O =
CaCO
3
+ 2KOH + Al
2
O
3
Al
2
O
3
+ 2KOH = 2K(AlO
2
) + H
2
O
7. 9. KOROZJA BETONU
W przypadku betonu wyróŜnia się korozję siarczanową,
chlorkową i węglanową.
K
K
o
o
r
r
o
o
z
z
j
j
a
a
s
s
i
i
a
a
r
r
c
c
z
z
a
a
n
n
o
o
w
w
a
a
Niszczenie betonu wywołane oddziaływaniem obecnych
w wodzie i ściekach siarczanów polega na tworzeniu się
trudno rozpuszczalnych siarczanów i związanym z tym,
wzroście objętości produktów reakcji. DuŜy wzrost objętość
produktów korozyjnych prowadzi do powstania napręŜeń
mechanicznych w objętości materiału, a w konsekwencji
beton ulega zniszczeniu mechanicznemu. Typowym
przykładem korozji siarczanowej jest korozja etryngitowa -
powstawaniu etryngitu towarzyszy zwiększenie objętości aŜ
o 168%.
Korozja wywołana reakcjami rozpuszczonych w wodzie
siarczanów zalicza się do najgroźniejszych w skutkach
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
18
K
K
o
o
r
r
o
o
z
z
j
j
a
a
c
c
h
h
l
l
o
o
r
r
k
k
o
o
w
w
a
a
Chlorki zawarte m.in. w wodzie morskiej czy wodach
kopalnianych wywołują korozję chlorkową. Innym źródłem
agresywnego działania chlorków są tzw. środki odladzające
(NaCl, CaCl
2
) stosowane zimą w celu utrzymania właściwej
nawierzchni dróg.
Działanie chlorków jest podwójnie niebezpieczne: następuje
niszczenie betonu w wyniku reakcji jonów chlorkowych z
produktami hydratacji cementu, a dodatkowo, znacznemu
przyspieszeniu ulegają procesy
korozyjne stali zbrojeniowej
.
Ma to szczególne znaczenie w przypadku konstrukcji
Ŝelbetowych (mosty, wiadukty). Powstanie wŜerów na
powierzchni prętów stalowych powoduje znaczne
zmniejszenie wytrzymałości całej konstrukcji Ŝelbetowej, a
w konsekwencji moŜe doprowadzić do jej zniszczenia.
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
19
K
K
o
o
r
r
o
o
z
z
j
j
a
a
w
w
ę
ę
g
g
l
l
a
a
n
n
o
o
w
w
a
a
Dwutlenek węgla zawarty w powietrzu lub w roztworach
wodnych wywołuje korozję węglanową betonu. Mechanizm
niszczenia betonu polega na osłabieniu struktury zaczynu
cementowego co jest spowodowane wymywaniem produktu
hydratacji - wodorotlenku wapnia.
Proces korozyjny przebiega dwuetapowo:
• dwutlenek węgla reagując z wodorotlenkiem wapnia
powoduje powstanie węglanu wapnia - CaCO
3
, który jest
trudno rozpuszczalną substancją chemiczną. Prowadzi to do
stopniowego zobojętniania „otuliny” betonowej i stanowi
zagroŜenie dla stali zbrojeniowej (moŜliwość korozji).
• w wyniku dalszego działania dwutlenku węgla i wody na
węglan wapnia tworzy się wodorowęglan wapnia -
Ca(HCO
3
)
2
, który jako substancja dobrze rozpuszczalna jest
wymywany z betonu.
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
20
W
W
y
y
s
s
o
o
k
k
ą
ą
o
o
d
d
p
p
o
o
r
r
n
n
o
o
ś
ś
ć
ć
k
k
o
o
r
r
o
o
z
z
y
y
j
j
n
n
ą
ą
b
b
e
e
t
t
o
o
n
n
u
u
u
u
z
z
y
y
s
s
k
k
u
u
j
j
e
e
s
s
i
i
ę
ę
p
p
r
r
z
z
e
e
z
z
:
:
• wykonanie odpowiednio szczelnego betonu (niska
porowatość) o niskim wskaźniku w/c,
• stosowaniu właściwego rodzaju cementu - cementy
hutnicze, cementy z dodatkami (modyfikowane, cementy
odporne na siarczany i cementy pucolanowe,
• wprowadzenie domieszek chemicznych - uszczelniających
i uplastyczniających.
7.10. Metale i stopy metali stosowane
w budownictwie
Ogólna charakterystyka metali
- metale lekkie: d<5000 kg/m
3
Li, Mg, Al, Ti
CHEMIA, Budownictwo, WAT
Kierunek studiów: budownictwo, inŜynieria materiałowa
Specjalności: wszystkie
21
- metale cięŜkie: d>5000 kg/m
3
Fe, Cr, Ni, Sn, Pb
- metale łatwo topliwe: T
t
<700
o
C, - Sn, Zn, Pb, Cs
- metale trudno topliwe: T
t
>700
o
C, - Fe, Cr, W, Ni, Ti
W
W
ł
ł
a
a
ś
ś
c
c
i
i
w
w
o
o
ś
ś
c
c
i
i
:
:
- gęstość, d (kg/m
3
)
- wytrzymałość na rozciąganie, f
r
(MPa)
- moduł spręŜystości podłuŜnej, E (GPa)
- temperatura topnienia, T
t
(K)
- przewodność cieplna, λ (W/m K)
- przewodność elektryczna, ρ (Om/m)
- współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej
α
T
10
5
, K
-1