Spoiwa mineralne materiały wytworzone z surowców skalnych przez ich wypalenie i sproszkowanie, które po wymieszaniu z wodą wiążą się i twardnieją

Spoiwa mineralne cechuje MODUŁ HUDRAULICZNY stosunek ilościowy tlenku zasad(CaO) do tlenków kwaśnych (SiO₂, Al₂O₃)

Ze względu na zachowanie się spoiw w środowisku wodnym w czasie ich twardnienia rozróżnia się

• Spoiwa powietrzne M>4

• Spoiwa hydrauliczne M<4

Do spoiw powietrznych należą:

• Wapna budowlane

• Gips budowlany

• Wapno magnezowe

• Spoiwo krzemianowe

WAPNO BUDOWLANE wiąże i twardnieje tylko w powietrzu, po stwardnieniu jest wrażliwe na działanie wody

Rodzaje wapna budowlanego

• Wapno palone

• Wapno hydratyzowane

• Wapno hydrauliczne

WAPNO PALONE powstaje z:

wapienia 95% CaCO₃, 5% domieszki hydrauliczne w temp 95-100 C

CaCO₃
CaO +
CO₂

Dolomitów 85% CaCO₃, 5% MgCO₃, 10% domieszki hydrauliczne w temp 800-900 C

CaMg(CO₃)₂
CaO + MgO +
CO₂

Domieszki hydrauliczne tlenki kwaśne SiO2, Al2O3, Fe2O3 pełnią rolę topników obniżających temp wypalnia

Wapno palone otrzymuje się w postaci bardzo porowatych ziaren i bryłek wielkości 30-180mm wypalone wapno pozostawione na powietrzu szybko wchłania wilgoć i CO2 tworząc właściwości wiążące

WAPNO GASZONE wapno palone poddaje się gaszeniu otrzymując wapno gaszone

CaO +H₂O
Ca(OH)₂

Wapno palone po połączeniu z wodą reaguje gwałtownie wydzielając duże ilości ciepła

reaktywność wapna określa czas po którym temp wapna połączonego z wodą osiąga co najmniej 60 C

RODZAJE WAPNA HYDRATYZOWANEGO

Ciasto wapienne plastyczna mieszanina Ca(OH)2 i nasyconego roztworu Ca(OH)2 w wodzie

Mleko wapienne koloidalna zawiesina Ca(OH)2

Wapno sucho gaszone wapno gaszone metodami przemysłowymi tj metoda ilości wody ok. 0,5m³ na 1 tonę CaO

Wapno sucho gaszone należy zarobić a wodą na 24-36 h przed wymieszaniem z piaskiem

WIĄZANIE I TWARDNIENE WAPNA HYDTATYZOWANEGO

Ca(OH)₂ + CO₂ + H₂O
CaO₃

Ca(OH)₂ ∙ n + H₂O + H₂O

WŁAŚCIWOŚCI WAPNA BUDOWLANEGO

• Barwa biała walor dekoracyjny tynku

• Bardzo duże rozdrobnienie 800-3200 m²/kg daje zaprawie większą plastyczność, urabialność, przyczepność do podłoża budowlanego

• Silna egzotermiczna reakcja z wodą

• Duża zasadowość właściwości bakteriobójcze i dezynfekujące, neutralizacja kwasowości

• Niewielka wytrzymałość, zaprawa wapienna 1:3 po 90 dniach dojrzewa, w warunkach normalnych osiąga ściskanie 1-2 MPa

• Rysoodporność dzięki niskiemu współczynnikowi na rozciąganie dobrze przenosi ruchy konstrukcji i odkształcenia

• Wpływa na powstawanie mikroklimatu pomieszczeń- naturalność pochodzenia

• Przepuszczalność pary wodnej (oddychanie ścian) dobra izolacja termiczna i akustyczna

SPOIWA GIPSOWE surowcami do produkcji gipsu są siarczany wapniowe pochodzenia naturalnego, kamień gipsowy tzw gips dwuwodny zawierający ponad 90% CaSo₄ 2H₂O lub odpad z odsiarczania spalin gips syntetyczny tzw reagips, który po zmieszaniu z staje się gipsem budowlanym

CaSo₄ ∙2H₂O
SaSO₄ ∙0,5 H₂O +1,5 H₂O

Dalsze wypalanie do temp 400C daje anhydryt CaSO₄ a w temp ponad 800 powstaje estrichgips

WŁAŚCIWOŚCI GIPSU BUDOWLANEGO

• Mała energochłonność produkcji

• Czystość ekologiczna

• Krótki czas wiązania i twardnienia-możliwość regulacji domieszek

• Łatwość formowania wyrobu

• Mała gęstość objętościowa 1000-1300 m²/kg

• Mała higroskopijność

• Przepuszczalność pary wodnej

• Dobra izolacja cieplna i akustyczna

• Wytrzymałość na ściskanie w stanie suchym 7,5 MPa przy WG 0,8 i 190 MPa przy WG 0,4

• Niepalność i odporność ogniowa

• Korzystne działanie na mikroklimat pomieszczeń

• Mrozoodporność

• Znaczny spadek wytrzymałości po zaleganiu nawet do 70% przy wilgotności masowej 0,5-2%

• Korozyjne działanie na stal

• Pełzanie w stanie zawilgocenia

• Mała odporność na uderzenia

Ilość wody zarobowej potrzebna do uzyskania zaczynu o konsystencji dość plastycznej wyrażona współczynnikiem WG 0,5-0,75, twardnienia do uzyskania 1kg gipsu potrzebne ok. 0,2 dm3 wody zarobowej wg 0,2

Wiąznie i twardnienie gipsu

CaSo₄ ∙0,5H₂O +1,5 H₂O
CaSo₄ ∙2H₂O

CEMENTY

Podstawą klasyfikacji jest rodzaj surowca użytego do produkcji oraz zakres stosowania

PODZIŁ:

• Cementy powszechnego użytku

• Cementy specjalne

CEMENTY POWSZECHNEGO UŻYTKU

Cement spoiwo cementowe hydrauliczne- drobno zmielony materią nieorganiczny po zmieszaniu z wodą tworzy zaczyn cementowy wiążący i twardniejący w wyniku hydratacji oraz innych procesów, który po stwardnieniu tworzy kamień cementowy wytrzymały i twardy także w wodzi

DODATKI DO CEMENTU

Granulowany żużel wielkopiecowy powstaje przez szybkie schłodzenie płynnego żużla, zawiera ponad 67% fazy szklistej i ponad 67% CaO, MgO, SiO2, ma utajone właściwości hydrauliczne, które aktywują się w środowisku alkaicznym

Pucolana sztuczna lub naturalna składa się głównie z reaktywnego SiO2 i Al20 samodzielnie nie twardnieje, drobno zmielony w obecności wody i Ca(OH02 tworzy związki o właściwościach hydraulicznych

Popiół lotny krzemionkowy z odpylenia spalin z węgla kamiennego udział CaO>10% reaktywny SiO2>25%

Popiół lotny wapienny z odpylenia spalin z węgla brunatnego, udział CaO<5% reaktywny SiO2 >255

Pył krzemionkowy z odpylenia pieców do produkcji stopów żużlokrzemionkowych, bardzo drobne cząstki szkliste

Mączka wapienna wypełniacz ok. 5000 cm³/g zawierający > 75% CaCO3

Siarczan wapnia kamień gipsowy CaSo₄ ∙2H₂O lub anhydryt CaSo₄ stanowi regulator procesu wiązania, który oddaje się podczas podziału klinkieru cementowego ilość 5%

CEMENTY POWSZECHNEGO UŻYTKU

1. Cement portlandzki

2. Cement portlandzki mieszny

3. Cement hutniczy

4. Cement pucolanowy

5. Cement wieloskładnikowy

Surowce do produkcji

Margle -metoda sucha

Wapienie z gliną -metoda mokra

Przed wypalaniem podlegają zmieleniu, wypala się w piecach obrotowych w temp 1450 C i otrzymuje klinkier portlandzki w postaci spieków, bryłek, granulek

CEM I uzyskuje się przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z dodatkiem ok. 5% kamienia gipsowego lub anhydrytu

Hydratacja CEM I

• Skład mineralny cementu portlandzkiego

• Krzemień trójwapniowy C₃S 55-65%

• Krzemień dwuwapniowy C₂S 15-25%

• Glinian trójwapniowy C₃A 8-12%

• Żelazo glinian wapniowy C₂AF 8-14%

Reakcje zachodzące pomiędzy minerałami klinkierem cementu portlandzkiego a wodą

1. Hydratacja- przyłączenie wody do związku bez rozkładu chemicznego

2. Dysocjacja hydrolityczna-powoduje rozkład związku chemicznego

Oba te procesy przebiegają w zaczynie równolegle i określane są jako hydratacja cementu

Przebieg hydratacji zależy od

• Składu chemicznego

• Składu mineralnego

• Składu ziarnowego cementu

• Wskaźnika W/C

• Temperatury

• Domieszek i dodatków

I etap rozpoczyna się z chwilą wymieszania cementu z wodą, z roztworu wytrącają się etringie i Ca(OH)2

II etap po upływie ok. 1h powstają pierwsze partie uwodnionych krzemianów wapnia w postaci włókien i igieł łączących poszczególne ziarna cementu, etap trwa 24h

III etap trwa szereg dni a nawet miesięcy, powstaje uwodniony glinian wapnia, istniejące pory zapełniają się coraz bardziej produktami hydratacji przez co budowa stwardniałego zaczynu staje się coraz bardziej zwięzłą

CEM I cement portlandzki o normalnej wytrzymałości wczesnej 32,5 42,5, 52,5 , cementy o zwiększonej wytrzymałości wczesnej 32,5R, 42,5R, 52,5R

CEMENT HUTNICZY CEM III

Otrzymuje się przez zmielenie klinkieru portlandzkiego z gipsem i granulowanym żużlem wielkopiecowym

Cement hutniczy wytwarza się w dwóch odmianach

1. CEM III/A 36-65% żużla

2. CEM III/B 66-80% żużla

3. CEM III/C 81-95% żużla

Różnice między CEM I

• W CEM III jest mniej CaO, a więcej SiO2 co powoduje

• Opóźniony ok. 30% początek i koniec wiązania wolniejszy proces wiązania i twardnienia

• Małe samogaszenie ciepłem ciepłem hydratacji

• Bardzo spowolniony proces wiązania w temp <5 C

• Wyższy przyrost wytrzymałości po 28 dniach

• Mniejszy skurcz ok. 40%

• Mniejsza nasiąkliwość

• Większa mrozoodporność

WARTOŚCI I WYMAGANIA NORMOWE CEMENTÓW POWSZECHNEGO UŻYTKU

1. Wygląd-miałki proszek barwy szarej o różnym odcieniu i intensywność

2. Gęstość właściwa 3,1-3,2 kg/dm3

3. Gęstość nasypowa w stanie luźnym 0,9-1,2 kg/dm3

4. Gęstość nasypowa w stanie zagęszczonym 1,6-1,9 kg/dm3

5. Stopień rozdrobnienia 220-400 m2/kg

6. Skład chemiczny CaO 60-80%, SiO2 18-25%, Al2O3 3-8%, Fe2O3 3-4%,

POCZĄTEK WIĄZNIA

Klasa wytrzymałości 32,5 32,5R nie wcześniej niż po 75 min

Klasa wytrzymałości 42,5 42,5R nie wcześniej niż po 60 min

Klasa wytrzymałości 52,5 52,5R nie wcześniej niż po 45 min

1. Koniec wiąznia < 10-12h

2. Cement portlandzki 3-5h czas wiązania

3. Cement 5-8h

SKURCZ NIEODWRACALNY

• Zapraw cementowych po 28 dniach 0,6nm/cm

• Betonu po 28 dniach 0,3nm/cm

• Skurcz tworzyw cementowych zależy od:

• Im większa wytrzymałość cementu tym większy skurcz

• Zwiększa się ze wzrostem W/C, składu mineralnego cementu i rośnie wraz z ilością C3A

• Zmiany objętości nieodwracalne

• Pod wpływem temperatury

• Pod wpływem zawilgocenia

Stopień rozdrobnienia optymalny skład ziarnowy cementu portlandzkiego

Frakcje 0,5 μm ok 20% decyduje o wytrzymałość wczesnej

Frakcje 5-30 μm ok 50%, 30-63 μm decydują o wytrzymałości po 28 dniach

Frakcje >63 μm ok. 10% stanowi mikrowypełniacz

WŁAŚCIWOŚCI I WYMAGNIA NORMOWE CEMENTÓW

1. Ciepło hydratacji zwykłe cementy portlandzkie 310-450J/g,

2. cementy o niskim cieple hydratacji <270J/g po 7 dniach

3. Emisja ciepła rośnie wraz z zawartością C3A i C3S, stopniem rozdrobnienia, klasą cementu

4. Niska odporność chemiczna niewiążącego zaczynu cementowego na kwas humusowy i cukry

5. Wrażliwość kamienia cementowego na kwasy, zwłaszcza na siarczany

CEMENTY SPECJALNE

Wyróżnia się cementy o niskim cieple hydratacji LH<270J/g po 7 dniach

cementy o wysokiej odporności na siarczany HSR

cementy niskoalkaiczne NA

Wytrzymałość na ściskanie maksymalne naprężnie jakie materiał może wytrzymać w warunkach działania obciążenia zginającego, wytrzymałość na ściskanie ,materiału, który ulega uszkodzeniu w skutek pękania. Oblicza się dzieląc max obciążenie przez pierwotne pole przekroju poprzecznego próbki.

BETONY ZWYKŁE

Beton zwykły to materiał powstały ze zmieszania cementu, kruszywa grubego i drobnego, wody oraz domieszek, który uzyskuje swoje właściwości podczas hydratacji cementu

SKŁADNIKI

Cement spoiwo cementowe hydrauliczne- drobno zmielony materią nieorganiczny po zmieszaniu z wodą tworzy zaczyn cementowy wiążący i twardniejący w wyniku hydratacji oraz innych procesów, który po stwardnieniu tworzy kamień cementowy wytrzymały i twardy także w wodzi

Kruszywo ziarnisty materiał mineralny o wymiarach 0,0063-63mm i gęstości ziaren w stanie suchym 2000-3000kg/m3 odpowiedni do stosowania do betonu

Dodatek drobnoziarnisty składnik stosowany do betonu w celu poprawy pewnych właściwości lub uzyskania specjalnych właściwości zwykle w ilości ponad 5% masy cementu

Domieszka aktywny chemicznie składnik dodany podczas mieszania betonu w małych ilościach do 5% masy cementu w celu modyfikacji właściwości mieszanki betonowej lub betonu stwardniałego

Woda zarobowa

Żaden składnik betonu nie może zawierać substancji szkodliwych w ilościach mogących obniżyć trwałość betonu lub spowodować korozję zbrojenia

KRUSZYWA DO BETONU ZWYKŁEGO

• Stosuje się kruszywa mineralne (kamienne)

• Naturalne żwirowo-piaskowe (piaski, żwiry, pospółki, otoczaki)

• Naturalne łamane (miał, klinkier, grys, tłuczeń)

• Sztuczne w wyniku obróbki termicznej surowców skalnych, odpady hutnicze

• Z recyklingu (gruz betonowy, ceglany)

• Ogólnie dąży się do tego aby w betonie zwykłym było najwięcej kruszywa 65-80% objętości absolutnej

• Kruszywa grube KB o uziarnieniu 2-63mm

• Kruszywa drobne KD o uziarnieniu 0,0063-2mm

WYMAGANIA KUSZYW DO BZ

1. Ziarna słabe iż zwietrzałe 5-15%

2. Zanieczyszczenia obce nieporządane -drewno, gruz, węgiel

3. Zanieczyszczenia organiczne humus, korzenie, torf, nawóz powoduje opóźnienie wiązania i twardnienia 0 0,05%, kwas humusowy obniża końcową wytrzymałość betonu o20%

4. Pyły mineralne<0,05% oblepiają ziarna kruszywa, uniemożliwiają przyczepność do zaczynu cementowego

5. Ziarna nieforemne, wydłużone lub płaskie z proporcji długości szerokości 3:, układają się mniej ściśle co zwiększa ilość pustych przestrzeni między ziarnami

6. Porowatość ziaren pory wewnątrz ziaren zwłaszcza w wielkości 7-5μm są niepożądane ponieważ odciągają wodę z zaczynu cementowego, obniżają jego urabialność,

7. Urabialność i mrozoodporność określa się tylko dla ziaren<4 mm, normy określają nasiąkliwość do 40% i mrozoodporność do 90%

8. Związki siarki powodują pęcznienie zaczynu cementowego oraz korozje kamienia cementowego i zbrojenia, dopuszcza się <1% siarki w przeliczeniu na SO3

OGRANICZENIE NAJWIĘKSZEJ ŚREDNICY ZIAREN

• ¾ odległości między dwoma prętami w poziomymi

• 2 odległości pomiędzy prętami pionowymi

• 1/3 odległości najmniejszego wymiaru przekroju

• W żelbecie o przekroju nie mniejszym niż 50cm przechodzące przez sito 32mm

• W betonie niezbrojonym przechodzące przez sito 63mm

• Do wielkich masywów nośnych wyjątkowo można wprowadzać otoczaki o średnicy 320mm

SPOSOBY DOBORU UZIARNIENIA

Najważniejsze jest zapewnienie jak najmniejszej jamistości kruszywa, wymaganie będzie spełnione gdy kruszywa przesiewu będą mieścić się w polu wyznaczonym przez normowe kruszywa graniczne, najmniejsza możliwość do osiągnięcia jamistości ok23% - krzywe normowe dolne, dopuszczalna jamistość 0k28% - krzywa normowa górna

KLASYFIKACJA BETONU ZE WZGLĘDU NA GĘSTOŚĆ OBJĘTOŚCIOWĄ

Beton zwykły ρ_o =2001-2600 kg/m3

Beton lekki ρ_o=800-2000 kg/m3

Beton ciężki ρ_o=>2699 kg/m3

ZE WZGLĘDU NA PRZEZNACZNIE W KONSTRUKCJI

• Beton konstrukcyjny o wytrzymałości na ściskanie >20 MPa

• Beton konstrukcyjno-izolacyjny o wytrzymałości na ściskanie 4-10 MPa

• Beton izolacyjny o wytrzymałości na ściskanie do 6 MPa

ZE WZGLĘDU NA SPECJALNE WMAGANIA

• Beton hydrotechniczny stykający się z wodą co najmniej jedną powierzchnią, cechujący się wodoszczelnością i odpornością na erozję i korozję

• Beton żaroodporny pracujący w temp > 250 C

• Beton wodoszczelny

• Beton z dodatkiem składnika włóknistego cechuje się mniejszą kruchliwością oraz większą wytrzymałością na rozciąganie i zginaniu

• Beton drogowy o wytrzymałości na ściskanie R>35 MPa i wytrzymałości na rozciągnie przy zginanie R₁>4,5 MPa

• Beton o dużej przyczepności do podkładu przy systemie natryskiwania

• Geobeton utwardzony za pomocą iniekcji zaczynu cementowego 0 W/C=1

• Chudy beton z małą ilością cementu 180kg/m3 o wytrzymałości na ściskanie 6-10MPa

• Beton samo zagęszczany skład mieszanki pozwala na samorozelwalność i samo zagęszczenie pod wpływem własnej masy, przy całkowitym braku porów powietrza

UŻYTECZNOŚĆ BETONU

1. Możliwość dywersyfikacji wzajemnych składników

2. Możliwość modyfikacji stosowanie dodatków i domieszek oraz zbrojenia rozproszonego

3. Możliwość uzyskania konstrukcji o dowolnych kształtach i przekrojach

Przydatność dostosowana do wymagań zróżnicowanego rozwoju

1. Redukcja emisji zanieczyszczeń

2. Bardziej efektywne wykorzystanie zasobów naturalnych

3. Pełniejsza utylizacja i recykling produktów ubocznych przemysłu i odpadów

4. Zwiększenie uwagi na bezpieczeństwo ludzi

MIESZANKA BETONOWA

WŁAŚCIWOŚCI MIESZNKI BETONOWEJ

Dla zapewniania żądanych właściwości betonu dojrzałego nie wystarcza użyć właściwych składników i ich proporcji, ale sama mieszanka betonowa musi posiadać określone właściwości, a w czasie tężenia młody beton musi być pielęgnowany

ODKSZTAŁCENIA MIESZANKI BETONOWEJ

• Mieszanka betonowa jest ciałem plastycznym, łatwo deformującym się pod wpływem siły i zachowujący stan statyczny po ustaleniu jego działaniu co świadczy o występowaniu sił spójności pochodzących od lepkości o tarcia wewnętrznego stosu kruszywa

• Tarcie wewnętrzne w mieszance betonowej wraz z ilością kruszywa i chropowatości powierzchni ziaren

• Współczynnik tarcia wew. MB wynosi 0,25-0,5 wyższe wartości odnoszące się do betonów i kruszyw łamanych zawierających mniejsze wartości zaczynu cementowego

SPÓJNOŚĆ MIESZANKI BETONOWEJ

1. Dąży się do tego, aby mieszanka miała jak największą spójność przy możliwie małym kącie tarcia, wtedy mieszanka betonowa nie wymaga dużej energii do ich złożenia i zagęszczenia

2. Ruchliwość MB zależy od zawartości zaczynu cementowego, który spełnia równocześnie rolę smaru zmniejszającego tarcie wew. i kleju spajającego ziarna

3. Jednorodność MB oznacza równomierne rozłożenie składników w całej masie batonu ze szczególnym uwzględnieniem równomiernego rozkładu frakcji kruszywa. Kruszywo powinno osiągać maksymalny chaos czyli przemieszczenia regularnego miejscowego gromadzenia się ziaren danej wielkości i kształtu

---