Spoiwa hydrauliczne (Sh) - spoiwa posiadające zdolność do wiązania i twardnienia zarówno w powietrzu jak i w wodzie. Spoiwa powietrzne (Sp) – spoiwa posiadające zdolność do wiązania i twardnienia tylko w środowisku suchym, bowiem warunkiem zachodzenia reakcji prowadzących do wiązania i twardnienia tych spoiw jest wysychanie. Spoiwa gipsowe (siarczanowe) (Sp) – otrzymywane z surowców, których głównym składnikiem jest dwuwodny siarczan wapnia CaSO4 *2H2O lub siarczan wapnia CaSO4. Spoiwa wapienne (Sp) – produkowane z surowców, których głównym składnikiem jest węglan wapnia CaCO3. Spoiwa magnezjowe (Sp) – otrzymywane z surowców, których głównym składnikiem jest węglan magnezu MgCO3 lub węglan wapnia i magnezu MgCa(CO3)2. Spoiwa krzemianowe (Sp) – produkowane z surowców, których głównym składnikiem jest tlenek krzemu SiO2 oraz węglan sodu lub potasu (Na2SO3 lub K2CO3 ) Na2O, K2O. Spoiwa cementowe portlandzkie (Sh) – otrzymywane ze skał węglanowych (wapieni, kredy) i surowców ilastych (glin) lub surowców wapienno – ilastych (margli) często z użyciem przemysłowych surowców wtórnych (odpadowych) (żużli wielkopiecowych, popiołów lotnych i innych).
Spoiwa gipsowe (siarczanowe). 1Spoiwa gipsowe mają prosty skład chemiczny i mineralogiczny, są spoiwami monomineralnymi, tzn. w ich skład wchodzi jeden dominujący minerał. 2Mechanizm wiązania spoiw gipsowych jest skrajnym modelowym przykładem tzw. mechanizmu krystalizacyjnego. Na drugim końcu spektrum mechanizmu wiązania spoiw mineralnych jest tzw. mechanizm koloidalny, którego typowym przykładem jest wiązanie spoiwa krzemianowego. 3Spoiwa gipsowe mogą znaleźć szerokie zastosowanie w budownictwie do: a)produkcji wyrobów i elementów ściennych i stropowych, zaczynów zapraw i gipsobetonu, b)posadzek i podkładów podłogowych, c)zapraw do robót murarskich i tynkarskich, d)sztukaterii gipsowej, e)szpachli i wypraw dekoracyjnych, f)czy wreszcie do wznoszenia całych obiektów. 4Zalety: a)możliwość regulowania czasu wiązania w szerokim przedziale czasowym od bardzo krótkiego (10-15 minut)po którym spoiwo uzyskuje cechy mechaniczne pozwalające na ich użytkowanie do bardzo długiego umożliwiającego wykorzystanie właściwości plastycznych zaczynów gipsowych, b)dobrej przyczepności do innych materiałów budowlanych, c)małej gęstości wyrobów i elementów, d)możliwości formowania odlewów o różnych skomplikowanych kształtach, e)łatwości obróbki, f)możliwości uzyskania wysokiego stopnia wykończenia powierzchni, g)małej przewodności cieplnej i akustycznej, h)zdrowotnego kształtowania mikroklimatu pomieszczeń tj. zdolności do pochłaniania wilgoci z powietrza przy dużej jego wilgotności i oddawaniu jej przy niskiej wilgotności otoczenia, i)dobra odporność ogniowa i hamowanie rozprzestrzeniania się pożaru – podczas pożaru tworzywo gipsowe pochłania duże ilości ciepła potrzebnego do odparowania wilgoci i dehydratacji gipsu; do zakończenia tego procesu temp osłony gipsowej nie przekracza 100-1200C, j)niskich kosztów otrzymywania spoiw gipsowych wynikających głównie z niskiego zapotrzebowania na energie cieplną ok. 5-cio krotnie mniejszego w porównaniu do cementu. 5Wady: a)dużą nasiąkliwość, 40%wagowych (np. cegła zwykła ceramiczna – do 15%), b)spadek wytrzymałości w stanie zawilgoconym nawet do 70%, c)znaczną rozmywalność pod wpływem wody bieżącej, d)małą sprężystość, e)korozyjne oddziaływanie na stal. 6Bilansując zalety i wady należy stwierdzić, że spoiwo gipsowe to pełnowartościowy a nie zastępczy materiał budowlany pod warunkiem stosowania go we właściwy sposób.
Podział i otrzymywanie spoiw gipsowych. 1Spoiwa gipsowe półwodne (właściwe) otrzymywane przez niskotemperaturową obróbkę cieplną (prażenie) gipsu surowego (skały gipsowej) w wyniku, której gips częściowo traci wodę krystalizacyjną i przeobraża się w tzw. gips półwodny (półhydrat) wg reakcji 2CaSO4*2H2O®2CaSO4*H2O+3H2O. Podziału tych spoiw dokonuje się zazwyczaj na podstawie ich zastosowania: a)spoiwa do celów budowlanych, w których wyróżnia się: -gips budowlany zwykły (stosowany do produkcji elementów ściennych i stropowych), -gipsy budowlane specjalne np. tynkarskie, szpachlowe, b)gipsy ceramiczne – stosowane do produkcji form ceramicznych używanych głównie w ceramice stołowej i sanitarnej, c)gips do celów medycznych –gips chirurgiczny, -gips dentystyczny. W grupie gipsów półwodnych wyróżnia się tzw. gips autoklawizowany otrzymywany przez autoklawizację lub gotowanie kamienia gipsowego w wodnych roztworach soli. 2Spoiwa gipsowe bezwodne – są to spoiwa, których dominującym składnikiem jest bezwodny siarczan wapnia CaSO4 tzw. anhydryt2. Sam anhydryt nie wykazuje właściwości wiążących. Staje się on spoiwem dopiero po zaktywizowaniu pewnymi związkami zwanymi aktywatorami. Spoiwa gipsowe bezwodne dzieli się na: a)spoiwa anhydrytowe właściwe – otrzymywane są dwoma sposobami; sposób1 – polega na obróbce cieplnej skał gipsowych w temp 600-7000C, która prowadzi do całkowitej dehydratacji gipsu i jego przeobrażenia w anhydryt CaSO4*2H2O®CaSO4+2H2O; sposób2 polega na przeróbce anhydrytu naturalnego (skały anhydrytowej) składającej się z czynności: -wydobycie anhydrytu, -wstępnego rozdrobnienia, -wysuszenia, -zmielenia wspólnie z aktywatorem, b)estrichgips (gips jastrychowy) – otrzymuje się przez prażenie gipsu surowego w temp 850-10000C; efektem prażenia jest anhydryt2 i około 3%CaO powstałego w wyniku częściowego rozkładu CaSO4 wg r CaSO4®TCaO+SO2+0,5O2; tlenek CaO spełnia rolę naturalnie powstającego aktywatora, c)spoiwa anhydrytowe specjalne – zalicza się do nich tzw. gipsy ałunowe; najczęściej produkuje się je przez dwukrotne wypalenie gipsu i nasycenie go po pierwszym wypaleniu (w150-1800C) roztworem ałunu gipsowo-potasowego lub glinowo-sodowego {KAl(SO4)2*12H2O}; drugie wypalenie prowadzi się w temp 500-8000C, co prowadzi do powstania anhydrytu2. Zalety gipsu jastrychowego i ałunowego: a)większa odporność na działanie wody i czynników atmosferycznych w tym działania mrozu, b)większy współczynnik rozmiękania W, c)większa wytrzymałość mechaniczna na ściskanie, d)większa twardość i odporność na ścieranie, e)możliwość polerowania powierzchni.
Gips – krystalizuje w układzie jednoskośnym. Dzięki uprzywilejowanemu rozrostowi w kierunku płaszczyzny (010) kryształy gipsu naturalnego (powstającego w przyrodzie) mają najczęściej kształt płytek rzadziej słupkowy. Występują także w formie zbliźniaczonej w postaci zwanej w mineralogii jaskółczym ogonem. Kryształy gipsu wykazują według płaszczyzny (010) doskonałą łupliwość wynikającą z warstwowej budowy gipsu. W strukturze gipsu wyróżnić można: a)warstwy zbudowane z dwóch równoległych płaszczyzn tetraedrycznych anionów (SO4)2 powiązanych ze sobą poprzez kationy Ca2+, b)oraz warstwy cząsteczek wody przedzielające podwójne warstwy siarczanu wapniowego, 1i2 warstwa CaSo4, 3 warstwa H2O, 4i5 warstwa CaSO4, 6 warstwa H2O, c)anion siarczanowy SO42- ma kształt czworościanu foremnego, d)w obrębie podwójnej warstwy CaSO4 realizuje się wiązanie typu jonowego (SO4)2--Ca2+.
Typy wody w ciałach stałych. 1Woda krystalizacyjna – jest to typ wody, której podstawowe wyróżniki to: a)występuje ona w postaci cząsteczkowej, b)jest związana z cząsteczką związku chemicznego (ze związkiem występującym w formie cząsteczki lub kryształu) z reguły za pomocą wiązań słabszych niż wiązania występujące w obrębie samej cząsteczki, c)jest związana ze związkiem w ilościach ściśle określonych (stechiometrycznych0, d)wydzielanie wody ze związku następuje z reguły w ściśle określonych temp (zakresach temp), e)utrata wody przez związek zwykle jest połączona ze zmiana w budowie krystalicznej; woda krystalizacyjna występuje w tzw. hydratach jak np. CuSO4*5H2O, NiSO4*6H2O, CaSO4*2H2O, ZuSO4*7H2O, NaB4O7*10H2O. W zależności od tego, jaka woda jest związana w krysztale możemy wyróżnić: a)wodę kationową w przypadku, gdy cząsteczki wody otaczają koordynacyjnie kationy, b)wodę anionową w przypadku, gdy jest ona skoordynowana z anionem, c)wodę sieciową zajmującą określone miejsce w sieci krystalicznej, lecz nie związaną bezpośrednio z jonami. Wiązania miedzy jonami (kationem, anionem) a cząsteczką wody w krysztale są typu jon-dipol. Woda sieciowa jest zwykle związana w krysztale wiązaniami typu wodorowego. Woda kationowa i anionowa występuje w strukturach kryształów jonowych i jest często określana nazwą wody koordynacyjnej. 2Woda zeolityczna – określana także mianem luźno związanej lub śródwięźbowej jest typem wody, której wyróżnikami są: a)jej ilość w sieci krystalicznej może się zmieniać płynnie w zależności od wilgotności środowiska otaczającego kryształ, b)wydzielenie jej z kryształu następuje w szerokim zakresie temp, c)opuszcza ona siec w sposób ciągły bez zmiany struktury kryształu, d)zajmuje ona miejsce w lukach struktury kryształu lub między warstwami struktur o charakterze warstwowym. Przykładem związków zawierających tego typu wodę są tzw. zeolity tj. grupa minerałów głównie uwodnionych glinokrzemianów sodu i krzemianów wapnia i sodu. 3Woda konstytucyjna – charakteryzuje się następującymi właściwościami: a)nie występuje w strukturach kryształu w postaci cząsteczkowej H2O, ale jako grupy hydroksylowe (OH), b)grupy hydroksylowe (OH) są związane zwykle takimi samymi wiązaniami jak pozostałe składniki związku, c)utrata (np. przez prażenie) wody konstytucyjnej powoduje całkowitą zmianę struktury kryształu np.: Ca(OH)2®CaO+H2O, Mg(OH)2®MgO+H2O, 2Al(OH)3®Al2O3+3H2O. 4Woda zaadsorbowana: a)jest to woda, która powstała w wyniku kondensacji na powierzchni kryształów zaadsorbowanej pary wodnej, b)nie stanowi ona substancji budującej dany związek i nie podlega żadnym prawom stechiometrii. Jej ilość zależy od: a)rodzaju związku, b)jego powierzchni, c)a przede wszystkim od wilgotności otoczenia. Woda zaadsorbowana daje się zwykle usuwać przez suszenie w temp 105-1100C. 5Woda zaokludowana: a)jest to woda zamknięta w krysztale podczas jego powstawania w czasie krystalizacji z wodnego roztworu, b)ilość wody zaokludowanej zależy od szybkości wzrostu kryształu, c)można ją traktować jako przestrzenny defekt kryształu.
Wapno. 1Napisać reakcje zachodzące podczas otrzymywania i gaszenia wapna palonego. Lasowanie, czyli gaszenie wapna polega na hydratacji (uwodnieniu) tlenku wapniowego CaO+H2O®Ca(OH)2 [56+18®74]. Reakcja otrzymywania wapna palonego CaCO3®CaO+CO2. 2Dlaczego minerały ilaste zawarte w skałach wapna pogarszają jakość wapna palonego. Domieszki ilaste zawarte w skałach wapiennych utrudniają proces gaszenia wapna. Wypalanie w temp ponad 13000C wapieni z domieszkami powoduje, że domieszki ulegają częściowo nadtopieniu powodując spiekanie się produktu wypału i tworzą na powierzchni brył wapna szkliwo utrudniające jego hydratację. 3Proces otrzymywania ciasta wapiennego i wapna hydratyzowanego. Ciasto wapienne – zlasowane wapno CaO+H2O®Ca(OH)2. Wapno hydratyzowane (suchogaszone) – jest sproszkowanym wodorotlenkiem wapnia Ca(OH)2, który uzyskuje się przez gaszenie wapna palonego w sposób przemysłowy małą ilością wody (ok. 65% masy wapna). 4Dlaczego w okresie tzw. dołowania wapna gaszonego należy je odciąć od dopływu powietrza. Wapno gaszone przy kontakcie, z CO2 następuje samoczynne odparowanie wody i zamienia się w skałę wapienną Ca(OH)2+CO2®CaCO3+H2O. 5Dlaczego spoiwa wapienne możemy stosować po wymieszaniu z piaskiem w formie zapraw. Samo wapno przy wiązaniu i twardnieniu na skutek oddawania wody kurczy się i pęka; dodatek piasku zmniejsza skurcz i stwarza korzystniejsze warunki wiązania, dające twardy mocny szkielet. 6Uzasadnij celowość dokładnego zgaszenia wapna palonego zwłaszcza przeznaczonego do wykonywania tynków. Mechaniczne gaszenie ma dużo zalet – wapno gasi się bardzo dokładnie, nie zawiera większych cząstek nie zlasowanych, które mogłyby powodować zniszczenie wypraw czy zapraw przez uwodnienie się w murze. Z tego też względu odpada w tym przypadku długie dołowanie ciasta wapiennego. Do zapraw murarskich można używać po 1-2 dniach od zagaszenia, do tynków po tygodniu. Potrzebną do gaszenia ilość wody określa się w zależności od jakości wapna, sposobu gaszenia i innych czynników. Im wapno jest bardziej tłuste, tym więcej potrzebuje wody. 7Omów proces otrzymywania wapna hydraulicznego (surowce, skład, fazy, sposób gaszenia). Surowcem do otrzymywania wapna hydraulicznego są wapienie margliste, zawierające obok składnika zasadniczego CaCO3 znaczne ilości domieszek gliniastych (15-20%), oraz wapienie krzemionkowe. Podstawowymi składnikami wapna hydraulicznego są: wolny tlenek wapniowy (CaO), krzemian dwuwapniowy (2CaO*SiO2), glinian trójwapniowy (3CaO*Al2O3) i żelazian dwuwapniowy (2CaO*Fe2O3). Dobre wapna hydrauliczne zawierają średnio 66% CaO, 23% aktywnego SiO2, 2% Al2O3 i 1% Fe2O3. Po wypaleniu zmielone wapno hydrauliczne poddaje się gaszeniu. Gaszenie wapna należy prowadzić ostrożnie i umiejętnie, chodzi, bowiem o to, aby krzemiany i gliniany wapniowe nie uległy uwodnieniu, zaś całe wolne wapno zostało przekształcone w wodorotlenek wapniowy. 8Co decyduje o częściowym hydraulicznym charakterze wapna hydraulicznego. Wapno hydrauliczne – jest spoiwem wykazującym po związaniu i twardnieniu przez pewien czas w środowisku powietrznym zdolność do dalszego twardnienia pod wodą. Cecha ta, którą wapno hydrauliczne zawdzięcza obecności krzemianów i glinianów wapniowych, odróżnia je od wapna powietrznego. Natomiast od cementów różni się zawartością znacznej ilości wolnego wapna ulegającego karbonizacji. (powyżej 10%). 9Omówic mechanizm wiązania i twardnienia spoiw wapiennych na przykładzie ciasta wapiennego. Wiązanie i twardnienie wapna dodawanego w postaci Ca(OH)2 (ciasta wapiennego lub wapna suchogaszonego) polega na rozpuszczeniu się wodorotlenku wapniowego. Z roztworu, który na skutek odparowania wody (przy wysychaniu zaprawy) staje się przesycony, intensywnie krystalizuje uwodniony wodorotlenek wapniowy Ca(OH)2*2H2O. Wodorotlenek tworzy szkielet krystaliczny, którego wytrzymałość jest uzależniona od wzrostu kryształów i tworzenia się między nimi kontaktów krystalicznych. Zjawisko wiązania i twardnienia sprowadza się w tym przypadku jedynie do rekrystalizacji fazy wyjściowej, jaką jest wodorotlenek wapniowy. Ponadto stwierdzono, że cześć wodorotlenku, która przeszła do roztworu, ulega dysocjacji na jony Ca2+ i OH-. Jony wapnia reagują z krzemionką, która częściowo przechodzi także do roztworu tworząc uwodnione krzemiany wapniowe. Krzemiany te są trudno rozpuszczalne i wypadając z roztworu cementują ziarna piasku. Wypadanie z roztworu uwodnionych krzemianów i wodorotlenku wapniowego powoduje dalsza przejście do roztworu tych składników. W dalszym stadium następuje karbonizacja wodorotlenku wapniowego Ca(OH)2+nH2O+CO2ÞCaCO3+(n+1)H2O. Należy pamiętać o tym, że nawęglanie zachodzi w środowisku wilgotnym. Tworzące się w wyniku dwóch procesów kryształy CaCO3 i Ca(OH)2 przerastają się wzajemnie, spajają ziarna piasku, tworząc zwarty monolit. Zazwyczaj CaCO3 tworzy się na powierzchni zaprawy stykającej się z otaczającym powietrzem, natomiast w głębszych warstwach pozostają kryształy wodorotlenku wapniowego. Krystalizujący, bowiem węglan wapniowy tworzy warstewkę utrudniającą dostęp CO2 z powietrza do warstw głębiej położonych, co opóźnia proces karbonizacji. W tych warunkach, więc zachodzi jedynie stopniowe odparowywanie wilgoci i krystalizacja wodorotlenku wapniowego (mury rzymskie). Proces twardnienia zaprawy wapiennej przebiega wolno, zwłaszcza w głębszych warstwach. Mury na zaprawach wapiennych schną bardzo wolno. Najbardziej wytrzymałe są zaprawy, w których kryształy CaCO3 rosną wolno; przerastają się wzajemnie. Dla poprawienia własności mechanicznych zapraw wapiennych stosuje się dodatek cementu, gipsu lub też wapno palone mielone. Przy stosowaniu wapna mielonego wydzielające się ciepło powoduje szybsze parowanie wody z zaprawy, a więc i intensywniejszą krystalizacje wodorotlenku wapniowego.
Spoiwa magnezjowe. Otrzymywanie – spoiwa magnezjowe otrzymuje się zasadniczo z dwóch surowców: a)magnezytu; magnezyt jest węglanem magnezu MgCO3; zawiera 47,6%MgO i 52,4%CO2, b)dolomitu; dolomit jest węglanem magnezu i wapnia o wzorze MgCa(CO3)2 lub MgCO3*CaCO3. Otrzymywanie spoiwa magnezjowego z magnezytu i dolomitu polega na: a)wypale 9obróbce termicznej), b)zmieleniu na drobny proszek produktu wypału. Magnezyt pod wpływem energii cieplnej ulega dekarbonizacji (odwodnieniu) i przekształca się w MgO zgodnie z reakcją MgCO3«MgO+CO2 (1). Reakcja termicznego rozkładu węglanu magnezu (reakcja 1) na MgO i CO2 jest reakcją odwracalna. Żeby przebiegała w pożądanym kierunku (z lewej na prawą) i zadawalającą szybkością, jeden z produktów reakcji tj. CO2 musi być odbierany z miejsca zachodzenia reakcji (z pieca) i musi być prowadzona w temp wyższej od temp rozkładu MgCO3. Rozkład MgCO3 rozpoczyna się w temp ok. 4000C, ale przebiega z dostateczną szybkością (z punktu widzenia praktyki przemysłowej) w temp 600-7500C. Praktyczna temp wypału magnezytu zależy od typu pieca: a)w piecach szybowych wynosi 750-8000C, b)w piecach obrotowych wynosi ok. 10000C. Różnica ...
Xendeos