SPOIWA WAPIENNE
SPOIWA WAPIENNE
Prof. dr hab. Stefania Grzeszczyk
Prof. dr hab. Stefania Grzeszczyk
OPOLE
SPOIWA WAPIENNE
SPOIWA WAPIENNE
Prof. dr hab. Stefania Grzeszczyk
Prof. dr hab. Stefania Grzeszczyk
OPOLE
SPOIWA POWIETRZNE
Wiążą i twardnieją na powietrzu a w wodzie ulegają
rozmiękaniu i tracą wytrzymałość.
Należą do nich:
gips
wapno
spoiwa magnezjowe
Produkcja spoiw mineralnych
Proces produkcji większości spoiw mineralnych
składa
się
z następujących operacji technologicznych:
–
wydobycie surowca ze złoża,
–
przygotowanie surowców,
–
wypalenie,
–
przeróbka produktu wypalonego (chłodzenie,
rozdrabnianie, przemiał z dodatkami).
Spoiwa
wapienne
Surowce do produkcji spoiw wapiennych:
- wapienie: margle, kreda, marmur
Do produkcji spoiw wapiennych stosuje się wapienie złożone
głównie
z kalcytu. Wapienie zawierają domieszki krzemionki, gliny,
piasku, bitumów, związków żelaza, glinu. Obecność krzemionki
oraz związków glinu i żelaza powoduje powstawanie w czasie
wypalania związków hydraulicznych.
Im czystsze wapienie, tzn. bogatsze w CaCO
3
, tym lepsze
wapno można uzyskać, ale wyższa jest temperatura wypalania
wapna (większe zużycie ciepła przy wypalaniu). Wapień
powinien zwiearc około 95% CaCO
3
(gęstość około 2,6 gcm
3
)
wytrzymałość 30-90 MPa.
Schemat ideowy produkcji spoiw wapiennych
powietrznych
Transport
urobku wapienia
(dolomitu)
ze złoża
Rozdrabnianie kamienia do wielkości
wymaganej w urządzeniach do
wypalania (piece pionowe
20-140 mm, piece obrotowe 5-40mm)
Pakownie
Wapno palone
mielone
Mielenie
Ciasto wapienne
Gaszenie wodą
Składowanie
wapna
kawałkowego w
suchym miejscu
Wapno palone kawałkowe (w bryłach) –
wapniowe CaO, dolomitowe CaO + MgO
Wypalanie
rozdrobnionego
kamienia 900-1100
o
C
Przesiewa
nie
Gaszenie wodą
Separacja
Wapno
suchogaszone
Pakowanie
Wypalanie wapieni na wapno
CaCO
3
CaO + CO
2
wapień
tlenek wapnia dwutlenek węgla
(węglan wapnia) (wapno palone)
Reakcja endotermiczna wymagająca 425 kcal do rozłożenia
1 kg wapienia
Wypalanie dolomitu na wapno
CaCO
3
• MgCO
3
CaO + MgO + 2CO
2
dolomit
tlenek tlenek
dwutlenek
wapnia magnezu węgla
Wypalanie wapieni marglistych na wapno hydrauliczne
CaCO
3
CaO + CO
2
CaCO
3
+ SiO
2
2CaO•SiO
2
CaCO
3
+ Al
2
O
3
i Fe
2
O
3
3CaO•Al
2
O
3
i 4CaO
•Fe
2
O
3
Schemat przemian związanych z otrzymywaniem i stosowaniem
wapna powietrznego (tzw. cykl życia wapna)
Zbyt wysoka temperatura przy wypalaniu wapna
powoduje nadmierne spieczenie wapna. Zbyt niska
temperatura
powoduje
powstawanie
nierozłożonego CaCO
3
(wapno niedopalone).
Właściwości wapna palonego zależą od
temperatury wypalania.
W miarę wzrostu temperatury wypalania
rośnie:
- gęstość wapna,
- wielkość cząstek,
maleje natomiast:
- powierzchnia właściwa,
- porowatość,
- reaktywność wapna.
Właściwości wapna niegaszonego w zależności
od temperatury wypalania
Temp.
wypalani
a
o
C
900
1.000
1.100
1.200
Gęstość
pozorna
kg/m
3
1.800
2.070
2.400
2.700
Czas
gaszenia
min.
4,0
5,2
9,1
20,5
900
o
C – powierzchnia właściwa ok. 90.000 cm
2
/g
1.000
o
C – powierzchnia właściwa ok. 39.000 cm
2
/g
Gaszenie wapna palonego (lasowanie)
CaO + H
2
O Ca(OH)
2
wapno palone
woda wapno gaszone
(tlenek wapnia ) (wodorotlenek wapniowy)
Reakcja egzotermiczna wydzielająca 155 kcal z 1 kg wapna
palonego
Wiązanie wapna
Wiązanie wapna w postaci Ca(OH)
2
następuje w wyniku
przemian Ca(OH)
2
1. Zagęszczanie koloidalne Ca(OH)
2
2. Wydzielanie się z przesycanego roztworu Ca(OH)
2
kryształów uwodnionego Ca(OH)
2
i ich powolny wzrost i
zrastanie się – tworzenie się szkieletu krystalicznego
3. Dysocjacja części wodorotlenku wapniowego na jony Ca
2+
i
OH
-
i reakcja jonów wapniowych z krzemionką z piasku,
powstawanie uwodnionych krzemianów wapnia, które jako
trudno rozpuszczalne wypadaja z roztworu łącząc ziarna
piasku
4. Karbonizacja wodorotlenku wapniowego
Ca(OH)
2
+ H
2
O + CO
2
CaCO
3
+ 2H
2
O
Wytrzymałość
zapraw
wapiennych
R
c
[MPa]
Wapno
hydratyzowa
ne
Wapno
palone
po 28 dniach
0,2 – 0,5
0,7 – 1,0
po 90 dniach
0,4 – 0,8
1,8 – 2,2
Rozdrobniony wapień -
surowiec do produkcji wapna
Wapno palone kawałkowe (w
bryłach)
Wapno palone łatwo reaguje z wodą z intensywnym wydzieleniem
ciepła – przy małej ilości wody kawałki CaO rozpadają się (a), a
następnie przechodzą w biały proszek zwany wapnem
suchogaszonym (b); przy większej ilości wody tworzy się ciasto
wapienne.
a
)
b
)
Rodzaje wapna budowlanego wg normy
PN-EN 459-1
Wapno palone CaO
(kawałkowe,
mielone) w
zetknięciu z wodą
reaguje
egzotermicznie
hydrauliczne
NHL (proszek)
WAPNO
BUDOWLANE
WAPNO POWIETRZNE
- z wypalania wapieni lub
dolomitów, powoli twardnieje na
powietrzu, nie ma właściwości
hydraulicznych
Wapno
wapnio
we CL
Wapno
dolomito
we DL
Naturalne
wapno
hydrauliczne
NHL
(proszek)
WAPNO HYDRAULICZNE
-z wypalania wapieni ilastych,
z ew. dodatkami,
ma właściwości hydrauliczne
Wapno
hydrauliczne
(sztuczne)
HL (proszek)
Wapno
całkowicie
zhydratyzowan
e Ca(OH
)2
,
Mg(OH
)2
(proszek)
Wapno
hydratyzowa
ne Ca(OH)
2
,
MgO
(proszek)
Wapno
hydratyzowane
Ca(OH)
2
(proszek, ciasto
wapienne, mleko
wapienne) nie
reaguje
egzotermicznie z
wodą
Podział wapna budowlanego wg normy
PN-EN 459-1
Oznaczenie wapna
symbol
Zawartość
CaO + MgO
[% mas.]
Wytrzymałość
na ściskanie
[MPa]
Wapno wapniowe 90
Wapno wapniowe 80
Wapno wapniowe 70
CL 90
CL 80
CL 70
90
80
70
-
-
-
Wapno dolomitowe 85
Wapno dolomitowe 80
DL 85
DL 80
85
80
-
-
Wapno hydrauliczne 2
Wapno hydrauliczne 3,5
Wapno hydrauliczne 5
Wapno hydrauliczne
naturalne 2
Wapno hydrauliczne
naturalne 3,5
Wapno hydrauliczne
naturalne 5
HL 2
HL 3,5
HL 5
NHL 2
NHL
3,5
NHL 5
-
-
-
-
-
-
2 do 7
3,5 do 10
5 do 15
2 do 7
3,5 do 10
5 do 15
Charakterystyka właściwości spoiw
wapiennych
Biała barwa - wapno stanowi dodatek do białych cementów, do betonu
architektonicznego).
Bardzo duże rozdrobnienie - dodatek wapna poprawia urabialność i plastyczność
zapraw i betonów cementowych oraz ich wygląd po rozformowaniu, nadaje
nieprzepuszczalność, dobrą przyczepność.
Silnie egzotermiczna reakcja z wodą -wapno palone jest stosowane do osuszania innych
materiałów, w robotach zimowych.
Duża zasadowość - pozwala neutralizować inne materiały, kwaśne grunty, wpływa na
właściwości bakteriobójcze wapna, przeciwdziała rozwojowi mikroorganizmów.
Zdolność absorbowania znacznej ilości wody (40-50%) - właściwości retencyjne
wapna umożliwiają dobre wiązanie zapraw, przeciwdziałając odciąganiu wody przez
podłoże.
Niewielka wytrzymałość - zaprawy wapienne (1:3) dojrzewające w normalnej
temperaturze osiągają po 90 dniach dojrzewania wytrzymałość na ściskanie 1-2 MPa.
Rysoodporność
- wapno zapewnia zaprawom pewna elastyczność i zmniejsza ich
podatność na powstawanie rys.
Zdolność do reakcji chemicznych z materiałami pucolanowymi i hydraulicznymi -
wykorzystywana
w produkcji spoiw.
Zdolność do tworzenia z piaskiem krzemianów wapniowych - wykorzystywana w
produkcji wyrobów wapienno-piaskowych i betonów komórkowych w warunkach
autoklawizacji.
Wpływ na powstawanie zdrowego mikroklimatu w pomieszczeniach budynków.