VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY STUDIUM TRVANLIVOSTI HMOT NA BÁZI ÚČELOVÉHO VZNIKU ETTRINGITU

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV TECHNOLOGIE STAVEBNÍCH HMOT A DÍLCŮ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING INSTITUTE OF TECHNOLOGY OF BUILDING MATERIALS AND COMPONENTS STUDIUM TRVANLIVOSTI HMOT NA BÁZI ÚČELOVÉHO VZNIKU ETTRINGITU DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. STANISLAV SOKOLT Ing. NIKOL ŽIŽKOVÁ, Ph.D. BRNO 0

2

3

4 Abstrakt Tato diplomová práce je zaměřená na binární a ternární pojivové systémy s účelovým vznikem ettringitu pro rychle tvrdnoucí lepicí hmoty pro keramické obklady a dlažby. Zabývá se trvanlivostí těchto hmot po vystavení koroznímu prostředí. Zkoumá fyzikálně-mechanické vlastnosti a změny mineralogie po vystavení korozním prostředím. V rámci zpracování této práce jsou uvedeny základní údaje týkající se pojivových koncepcí s účelovou tvorbou ettringitu. Klíčová slova Ettringit, trvanlivost, lepicí hmota, Portlandský cement, hlinitanový cement, přídržnost, mikrostruktura, korozní prostředí Abstract This master thesis is focused on the binary and ternary systems with connective purposeful ettringite formation for fast hardening adhesive for ceramic tiles. It deals with the durability of these materials after exposure to the corrosive environment. It examines the physical and mechanical properties and mineralogy changes after exposure to corrosive environments. Within processing of this paper provides basic information concerning the connective concept of purposeful formation of ettringite. Keywords Ettringite, durability, adhesive material, Portland cement, calcium aluminate cement, adhesion, microstructure, corrosive environments

5 Bc. SOKOLT, Stanislav. Studium trvanlivosti hmot na bázi účelového vzniku ettringitu. Brno s., 77 s přil. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav technologie stavebních hmot a dílců. Vedoucí práce Ing. Nikol Žižková, Ph.D.

6 Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci Studium trvanlivosti hmot na bázi účelového vzniku ettringitu vypracoval samostatně pod vedením Ing. Nikol Žižkové, Ph.D., a uvedl v seznamu literatury všechny použité literární a další zdroje. V Brně dne. ledna 03 vlastnoruční podpis autora

7 Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval Ing. Nikol Žižkové, Ph.D., za cenné připomínky a odborné rady, kterými přispěla k vypracování této diplomové práce.

8 Diplomová práce 03. Úvod Cíl práce TEORETICKÁ ČÁST Ettringit Využití ettringitu při hydrataci cementu Nebezpečí druhotného vzniku ettringitu Hmoty s účelovou tvorbou ettringitu Lepicí hmoty Čistě cementové maltoviny a malty Polymercementové maltoviny a malty Čistě polymerní lepidla a tmely Způsob zpracování lepicích hmot na bázi cementů Problematika pojivových systémů se zrychleným pevnostním náběhem Ternární pojivové systémy PC + CAC + C$ Binární pojivové systémy PC + CAC Odolnost ettringitu vůči působení vyšších teplot PRAKTICKÁ ČÁST Metodika práce I. etapa: Rozbor vstupních surovin II. etapa: Návrh jednotlivých směsí a vytvoření zkušebních vzorků III. etapa: Zkoušení po uložení v laboratorním a korozním prostředí IV. etapa: Studium mikrostruktury Grafické znázornění metodiky práce Popis prováděných zkoušek Příprava malty Zkouška konzistence čerstvé malty (ČSN EN 05-3) Stanovení doby zavadnutí (ČSN EN 346) Skluz (ČSN EN 308) Alternativní zkouška skluzu Stanovení tahové přídržnosti (ČSN EN 348) Typy porušení odtrhových zkoušek (ČSN EN 004) Komplexní zkouška trvanlivosti Rentgenová difrakční analýza (RTG) Elektronová rastrovací mikroskopie (REM)... 35

9 Diplomová práce Vysokotlaká rtuťová porozimetrie Rozbor vstupních surovin Portlandský cement bílý CEM I 5, Hlinitanový cement bílý Anhydrit Křemenný písek Přísady Vápenný hydrát Culminal C Vinnapas 70 E Retardér tuhnutí Mravenčan vápenatý Uhličitan lithný Výsledky experimentální části II. etapa: Návrh jednotlivých směsí a vytvoření zkušebních vzorků III. etapa: Zkoušení po uložení v laboratorním a korozním prostředí IV. etapa: Studium mikrostruktury Vysokotlaká rtuťová porozimetrie Elektronová rastrovací mikroskopie (REM) Rentgenová difrakční analýza (RTG) Shrnutí dosažených výsledků a diskuze Závěr Seznam použité literatury Seznam použitých zkratek a symbolů Seznam příloh Přílohy... 76

10 Diplomová práce 03. Úvod Stavební hmoty, jejichž pojivový systém je založen na účelové tvorbě ettringitu představují dnes široký soubor různých výrobků, zahrnovaných zpravidla do skupiny tzv. stavební chemie, využívajících specifické přínosy tohoto pojivového systému, kterými jsou především vysoká rychlost pevnostního nárůstu, objemový nárůst resp. kompenzace smrštění zrajících hmot a také zrychlené vysychání, dané do značné míry zabudováním významného podílu záměsové vody do struktury hydratačních produktů. K nejrozšířenějším výrobkům na bázi pojivového systému s účelovou tvorbou ettringitu patří tzv. cementové samonivelační stěrky, zálivkové a kotvící malty, rychletuhnoucí fixační malty, rychletuhnoucí malty (lepidla), pro lepení keramických obkladů a dlažeb a rychletuhnoucí reprofilační a opravné malty. Přes více jak 40letou historii ettringitových pojivových systémů existují doposud pochybnosti o jejich trvanlivosti, zejména v oblasti působení vyšších teplot, vlhkosti a zmrazovacích cyklů. V odborných pramenech lze nalézt různé názory na hranici teplotní stability ettringitu (do 45 C, do 0 C). Řada výrobků daného typu není na teplotní a další klimatická zatížení zkoušena, neboť to jejich výrobkové normy a deklarace nevyžadují, případně mají tyto výrobky omezenou aplikační použitelnost pouze pro interiéry případně ještě s podmínkou omezení trvalého působení vlhkosti (většina samonivelačních stěrek). Předkládaná práce se zabývá studiem trvanlivosti ettringitových pojivových systémů u výrobků specifikovaných ČSN EN 004: Malty a lepidla pro keramické obkladové prvky [], pro skupinu lepidel cementových, rychle tvrdnoucích. Jedná se o výrobky s povinnou deklarací odolnosti po vlhkostním uložení, tepelném stárnutí a cyklech zmrazení rozmrazení. Povinný rozsah těchto zatížení je rozšířen o komplexní testy trvanlivosti, spojující výše uvedená zatížení v soubor vzájemně navazujících zátěžových zkoušek. Kvalitativní parametry lepidel jsou vedle základních mechanických parametrů, hodnocených stupněm přídržnosti, sledovány též změnami mikrostruktury pomocí vysokotlaké rtuťové porozimetrie, elektronové rastrovací mikroskopie (REM) a rentgenové difrakční analýzy (RTG). Z hlediska volby pojivové koncepce s účelovou tvorbou ettringitu práce popisuje známé a používané pojivové systémy tohoto typu. K vlastním zkouškám byly zvoleny tzv. klasické ternární rychletuhnoucí pojivové systémy směsí portlandského cementu (PC), hlinitanového cementu (CAC) a síranu vápenatého (C$) a to ve základních verzích, tzn. s majoritou portlandského cementu a s majoritou 3

11 Diplomová práce 03 hlinitanového cementu. Jako srovnávací koncepce byly zvoleny binární rychletuhnoucí koncepce majority portlandského cementu s přídavkem hlinitanového cementu a hmota na bázi samotného portlandského cementu s konvenčním urychlením tuhnutí pomocí mravenčanu vápenatého. 4

12 Diplomová práce 03. Cíl práce Cementové pojivové koncepce s účelovou tvorbou ettringitu pro výrobu stavebních hmot jsou vysoce sofistikovanou oblastí, vyžadující další výzkum v oblasti objasnění jejich trvanlivosti. Tato práce byla zpracována ve spolupráci s firmou LB Cemix a její cíle lze shrnout do následujících bodů:. Popsat vlastnosti a využití hmot na bázi účelové tvorby ettringitu ve stavební praxi se zaměřením na jejich trvanlivost, zejména teplotní.. Vybrat vhodné pojivové koncepce s řízenou tvorbou ettringitu, které lze efektivně uplatnit při výrobě lepicí hmoty pro keramické obklady a dlažby třídy F, navrhnout vhodná korozní prostředí za účelem sledování změny mikrostruktury v závislosti na podmínkách uložení. 3. Navrhnout zkušební metody a postupy (dle ČSN EN 004, ČSN EN 3888 a souvisejících norem), rovněž i alternativní a experimentálně ověřit vlastnosti vybraných pojivových koncepcí včetně sledování trvanlivosti připravených směsí včetně studia mikrostruktury za účelem objasnění získaných výsledků (RTG, REM, DTA, porozimetrie atd.). 5

13 Diplomová práce TEORETICKÁ ČÁST 3.. Ettringit Ettringit (C 3 A.3CaSO 4.3H O) je extrémně vzácný minerál, vyskytující se v přírodě. Obvykle dobře vyvinuté a silné, hranolovité nebo jehlicovité krystaly jsou bezbarvé, někdy bílé až nažloutlé barvy viz obrázek. Jeho název pochází z názvu města Ettringen v západním Německu, kde byl roku 874 poprvé objeven a popsán. Ettringit se nachází například v hydratovaném portlandském cementu v důsledku reakce hlinitanu a síranu vápenatého. Tvoří se v zásaditém prostředí, stabilní je při hodnotě ph 0-. [] Pevný práškovitý ettringit se používá ve stavebnictví jako přísada do cementu nebo na čištění po požáru. Ettringit ve formě kalu je přednostně jako bílý pigment používán pro potahování papíru (křídový papír vysoký jas, neprůhlednost a lesk). Jiné aplikace jsou použití v barvách a tekutých omítkách. Obrázek : Krystaly ettringitu [] Na následujících obrázcích č. až 4 můžeme vidět různé krystaly ettringitu tak, jak vypadají na snímcích z elektronového rastrovacího mikroskopu. U obrázku č. 3 byla také provedena chemická sonda. 6

14 Diplomová práce 03 Obrázek : Krystaly ettringitu, zvětšeno 000x. [] Obrázek 3: Krystaly ettringitu, zvětšeno 000x, vpravo chemická sonda [] Obrázek 4: Krystaly ettringitu v póru, zvětšeno 000x. [] 7

15 Diplomová práce Využití ettringitu při hydrataci cementu Trikalciumaluminát (3CaO.Al O 3 ) má extrémně rychlé tuhnutí a tvrdnutí, proto přidáváme ke slinku regulátor tuhnutí sádrovec (CaSO 4 H O) cca 5 %. Sádrovec přechází do roztoku, který je následkem hydratačních reakcí přesycen Ca(OH). Za těchto okolností se tvoří při větším množství síranu 3CaO.Al O 3.3CaSO H O (ettringit, označovaný také jako tzv. trisulfát, resp. fáze AFt), při menším množství CaSO 4 sloučenina 3CaO.Al O 3.CaSO 4.0-H O (tzv. monosulfát, resp. fáze AFm). Vnik ettringitu je pravděpodobně závislý nejen na přítomnosti vhodných chemických komponent, ale také na tlaku při zpracování, kdy se stoupajícím tlakem obsah ettringitu výrazně klesá. Vznik ettringitu hydratací C 3 A lze popsat rovnicí: 3 CaO. Al O CaSO 4. H O + 6 H O 3 CaO. Al O 3. 3 CaSO 4.3 H O Monosulfát vzniká podle schématu: 3 CaO. Al O 3 + CaSO 4. H O + 0 H O 3 CaO. Al O 3. CaSO 4. H O Trisulfát (ettringit) pak může přecházet na monosulfát reakcí s dalšími podíly C 3 A. Reakce za účasti CaSO 4, aluminátové a feritové fáze mají významnou úlohu v počátečním stádiu tuhnutí a tvrdnutí. Za konečné fyzikální a mechanické vlastnosti ztvrdlého cementu však odpovídají C-S-H gel a Ca(OH), jež vznikají hydrolýzou alitu a belitu. [9] 3.. Nebezpečí druhotného vzniku ettringitu Koroze betonu vyvolaná objemovými změnami novotvarů vede k tvorbě trhlinek v důsledku vysokého napětí, které vytváří nově krystalující sloučeniny. Dochází k odprýskání povrchu betonu a ke snižování jeho pevnosti. Působením sulfátových roztoků se tvoří s minerálem C 3 A velmi objemný ettringit (objem molu se zvětší z 88,8 na 74,7 cm 3 ), toto osminásobné zvětšení objemu způsobí lokální destrukci struktury cementového kamene, proto se v síranovzdorných cementech omezuje obsah C 3 A. [3] 3..3 Hmoty s účelovou tvorbou ettringitu Jak již bylo v úvodu zmíněno, řada výrobků tzv. stavební chemie je pojena směsnými hydraulickými pojivy, u kterých ve většině případů dominuje podíl portlandského 8

16 Diplomová práce 03 nebo hlinitanového cementu a ke kterým jsou přidávány složky vedoucí k účelovému vzniku přiměřeného množství ettringitu : 3CaO. Al O 3. 3CaSO 4. 3H O zkráceně C 6 A$ 3 H 3 Vznik ettringitu z disociovaných složek, obecně popisuje následující rovnice: Ca + + Al(OH) SO OH - + 6H O 3CaO. Al O 3. 3CaSO 4. 3H O Dle zdroje hlinitanové složky Al(OH) 4- lze pojivové koncepce s účelovou tvorbou ettringitu rozdělit do několika skupin: Směsná pojiva na bázi: Portlandský cement (C 3 A)+ hlinitanový cement (CA) + síran vápenatý PC + CAC + C$ Koncepce je často označovaná jako klasická, ternární. Používána bývá variantně buď s majoritou portlandského nebo hlinitanového cementu. Síran vápenatý bývá používán ve formě -sádry nebo anhydritu. Objev koncepce je přičítán Michajlovovi (SSSR 960), který tuto koncepci původně navrhl jako expanzní cement (v USA označovaný jako M cement), pro výrobu prefabrikátů viz obrázek 5. Obrázek 5: Michailovova koncepce pojivových složek v expanzních cementech typu M OPC:CAC:C$H X =66:0:4 9

17 Diplomová práce 03 Od 70. let min. století je systém rozvíjen především ve Švédsku a ve Velké Británii, prioritně pro rychletuhnoucí, objemově stabilizované materiály typu samonivelačních stěrek, později nachází uplatnění též u ostatních výrobků stavební chemie. Tvorbu ettringitu z kalciumaluminátů, přítomných v portlandském a hlinitanovém cementu popisují ve zkrácené formě dle TAYLORA [6] rovnice: CA + 3C$H + 3H C 6 A$ 3 H 3 C 3 A + 3C$H + 6H C 6 A$ 3 H 3 Portlandský cement + kalciumsulfoaluminátový slínek (C 4 A 3 $) + síran vápenatý PC + C$A + C$ Koncepce bývá označována jako kalciumsulfoaluminátová. Síran vápenatý bývá používán ve formě sádrovce, -sádry nebo anhydritu. Objev koncepce je přičítán Kleinovi (USA 966) a minerál C 4 A 3 $ bývá označován jako kleinit. Tento pojivový systém nachází široké uplatnění v betonovém stavitelství v USA (pojivo označováno jako expanzní cement typu K ) a v Čině. V Evropě je užíván především pro rychletuhnoucí, objemově stabilizované materiály typu stavební chemie. Obdobnou koncepcí mísení portlandského cementu s kalciumsulfoaluminátovým slínkem vyvinula cca před 0 lety spol. DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA v Japonsku s pojivem DENKA CSA, které vedle kleinitu C 4 A 3 $ obsahuje síran vápenatý (připraveno společným výpalem) a jedná se tak v praxi o binární pojivový systém: PC + [CSA-C$] Systém je používán především v betonovém stavitelství, a to pouze ke snížení smrštění betonu a poruch z toho vyplývajících. Tvorbu ettringitu reakcí kleinitu, sádrovce hydroxidu vápenatého a vody lze zjednodušeně dle TAYLORA [6] popsat následující rovnicí: C 4 A 3 $ + 8CSH + 6CH + 74 H 3C 6 A$H 3 Portlandský cement + kalciumaluminátový slínek (C A 7 ) + síran vápenatý PC + CA + C$ Pojivová směs byla patentována ještě s podílem vápenného hydrátu a kyseliny citronové Murayem a Brownem (USA 977). V dané formě nenalezla tato pojivová koncepce uplatnění v USA ani v Evropě. 0

18 Diplomová práce 03 Později bylo v Japonsku spol. DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA vyvinuto pojivo DENKA SC-, představující premix kalciumaluminátového slínku (C A 7 - mayenite) a anhydritu. Směs DENKA SC- (0-30%) s portlandským cementem (90-70%) je široce rozšířené pojivo pro rychletuhnoucí materiály typu stavební chemie. PC + (CA+C$) V roce 0 uvedla na trh spol.kerneos pojivo s rozhodujícím zastoupením mayenite s obchodním označením TERNAL EV, které se mísí pouze s vhodným typem síranu vápenatého ( díly TENAL EV : díl C$). Jedná se tudíž o binární pojivový systém: CA + C$ Tento pojivový systém je určen výhradně pro podlahové materiály typu samonivelačních potěrů a stěrek a vzhledem ke své nákladnosti si hledá obtížně uplatnění. Průběh vzniku ettringitu z mayenite a anhydritu lze dle TAYLORA [6] popsat níže uvedenou rovnicí: CaO.7AlO 3 +CaSO H O 4(3CaO.Al O 3. 3CaSO 4.3H O)+6Al(OH) 3

19 Diplomová práce Lepicí hmoty Pro lepení obkladových prvků rozeznáváme v principu dva typy lepicích hmot, a to maltoviny a lepidla. Zde pro lepší objasnění je potřeba si osvětlit, co je to vůbec maltovina a lepidlo. Tyto pojmy korespondují s řadou norem ČSN EN, vypracovaných technickou komisí. Maltovinou v tomto případě rozumíme směs hydraulických (cementových) pojiv, minerálů a jiných organických přísad v suchém, převážně práškovém stavu. V praxi postačí jejich pouhé zamísení s vodou, kdy vznikne plastické těsto nazývané malta (s jemnozrnným plnivem), někdy i pasta (bez plniva). Lepidly naopak rozumíme převážně pouze polymerní lepicí hmoty samotné nebo s plnivy. Disperzní lepidla tvoří hotové homogenní směsi z organických pojiv ve formě vodní disperze a minerálních přísad. Vytvrzování probíhá postupným odpařováním vody obsažené v lepidle, resp. případným sesíťováním. Lepidla na bázi reaktivních pryskyřic se skládají z polymerních pryskyřic a minerálních a organických přísad. Bývají většinou vícesložková. Vytvrzování probíhá na základě chemické reakce. [0] Malty a lepidla pro keramické obkladové materiály jsou rozděleny do tří druhů podle normy ČSN EN 004: C Cementové malty (Cementitious adhesives) D Disperzní lepidla (Dispersion adhesives) R Lepidla z tvrditelných pryskyřic (Reaction resin adhesives) Pro každý druh je možné mít různé třídy, do kterých je zařazen na základě různých charakteristik uvedených v tabulce níže. Tyto třídy jsou označeny následujícími zkratkami: běžná malta nebo lepidlo malta nebo lepidlo pro náročnější aplikace (splňuje požadavky na doplňkové vlastnosti) F rychle tvrdnoucí malta nebo lepidlo T malta nebo lepidlo se sníženým skluzem E malta nebo lepidlo s prodlouženou dobou zavadnutí S deformovatelné malty nebo lepidla S vysoce deformovatelné malty nebo lepidla

20 Diplomová práce 03 Tabulka : Specifikace pro cementové malty [] ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKY a NORMÁLNĚ TVRDNOUCÍ MALTY A LEPIDLA Charakteristika Požadavek Zkušební metoda Počáteční tahová přídržnost 0,5 N/mm 8. z EN 348:997 Tahová přídržnost po ponoření do vody 0,5 N/mm 8.3 z EN 348:997 Tahová přídržnost po uložení v teple 0,5 N/mm 8.4 z EN 348:997 Tahová přídržnost po vystavení cyklům zmrazení-rozmrazení 0,5 N/mm 8.5 z EN 348:997 Doba zavadnutí: tahová přídržnost 0,5 N/mm ne méně než po 0 min. EN 346 b RYCHLE TVRDNOUCÍ MALTY A LEPIDLA Charakteristika Požadavek Zkušební metoda Prvotní tahová přídržnost 0,5 N/mm nejvýše po 6 hod. 8. z EN 348:997 Doba zavadnutí: tahová přídržnost 0,5 N/mm ne méně než po 0 min. EN 346 Všechny ostatní požadavky jako v tabulce a EN 348 VOLITELNÉ CHARAKTERISTIKY c ZVLÁŠTNÍ CHARAKTERISTIKY Charakteristika Požadavek Zkušební metoda Skluz 0,5 mm EN 308 Prodloužená doba zavadnutí: 0,5 N/mm ne méně tahová přídržnost než po 30 min. EN 346 Deformovatelná malta: průhyb,5 mm a < 5 mm EN 00 Vysoce deformovatelná malta: průhyb 5mm EN 00 d DOPLŇKOVÉ CHARAKTERISTIKY Charakteristika Požadavek Zkušební metoda Vysoká počáteční tahová přídržnost N/mm 8. z EN 348:007 Vysoká tahová přídržnost po N/mm 8.3 z EN 348:007 3

21 Diplomová práce 03 ponoření do vody Vysoká tahová přídržnost po uložení v teple Vysoká tahová přídržnost po vystavení cyklům zmrazenírozmrazení N/mm 8.4 z EN 348:007 N/mm 8.5 z EN 348: Čistě cementové maltoviny a malty Čistě cementové maltoviny a malty představují maltoviny a z nich po smíchání s vodou malty, kde je pojivovou složkou pouze cement. Dalo by se říci, že se tedy jedná o v podstatě tradiční hmotu, tj. směs cementu a drobného kameniva (plniva). Tento typ maltoviny je dnes na ústupu a standardně se používá pouze jako podklad pod nejrůznější typy dlažeb. Obecně lze konstatovat, že čistě cementovou maltovinu lze použít jako tlustovrstvou vyrovnávací, resp. spojovací maltu pod dlažby. V žádném případě nelze doporučit použití čistě cementové suspenze pro tenkovrstvé lepení dlaždic a obkládaček. Výsledkem by byl sice obvykle velmi soudržný spoj, zároveň však mimořádně křehký s vysokým modulem pružnosti, což by vedlo často ke ztrátě soudržnosti. [4] 3.. Polymercementové maltoviny a malty Polymercementové maltoviny a malty jsou v současnosti nejčastěji používané maltoviny. Jedná se o lepicí hmotu na bázi cementu, doplněnou speciálními, mimo jiné polymerními přísadami, které zvyšují její lepivost a přídržnost k podkladu, nastavují její tixotropní vlastnosti a do jisté míry žádoucím způsobem snižují její modul pružnosti, což se navenek projeví zvýšenou flexibilitou hmoty. A právě hodnota modulu pružnosti a tažnosti určuje míru flexibility lepicí hmoty. Podle hodnoty přídržnosti k podkladu definuje norma ČSN EN 004 cementové lepicí hmoty kategorie C standardní s přídržností nad 0,5 MPa a hmoty kategorie C s přídržností nad,0 MPa, které jsou vysoce zušlechtěné přídavky polymerních přísad a jsou např. vhodné pro lepení slinutých dlaždic v náročných podmínkách. Tyto přísady dodávají cementovým lepicím hmotám další užitečné vlastnosti, např. rychlý nárůst pevnosti při prodloužené době zpracovatelnosti a otevřeném času. Polymercementové maltoviny jsou nejrozšířenější lepicí hmotou, jejíž použití je doporučováno do různých druhů provozů i podkladů. Standardní hmoty kategorie C 4

22 Diplomová práce 03 se nedoporučují do extrémně mechanicky, chemicky i vlhkostně namáhaných podmínek. Dnes jsou na trhu k dispozici nejrůznější typy suchých průmyslově vyráběných lepicích hmot kategorie C, které nabízejí profesionální použití v náročných podmínkách použití podle doporučení výrobců. [4] 3..3 Čistě polymerní lepidla a tmely Čistě polymerní lepidla a tmely jsou typickým speciálním druhem lepidel, která umožňují k nestandardnímu podkladu přikotvit vysoce slinuté keramické prvky, přírodní kámen, případně sklo, mají mimořádně vysokou přídržnost k podkladu, mohou být zcela mrazuvzdorné, případně chemicky odolné. Je pochopitelné, že jejich cena mnohonásobně (obvykle více než desetinásobně) převyšuje cenu standardních polymercementových maltovin. Jedná se o speciální produkty např. na bázi akrylátových vodných disperzí, nevodných akrylátových, polyuretanových, epoxidových a případně silikonových pryskyřic, kde vaznou fázi tvoří čistě polymerní složka doplněná pouze inertním plnivem (kamenivem). Kromě řady druhů akrylátových vodných disperzí se jedná převážně o dvousložkové hmoty, vyžadující speciální pracovní postupy založené většinou na reakci pryskyřice s tvrdidlem, urychlovačem či jinou polymerní hmotou. Z těchto důvodů hovoříme o reakčních, někdy také reaktivních pryskyřičných lepidlech. Jejich užití připadá v úvahu u extrémně namáhaných keramických obkladů či dlažeb nebo v těch případech, kdy vrstva obkladu či dlažby má současně vytvořit vodotěsnou bariéru. [4] 3..4 Způsob zpracování lepicích hmot na bázi cementů S ohledem na pestrost nabídky lepicích hmot i různé materiálové typy lepicích hmot (čistě cementové, polymercementové) je při zpracování lepicí hmoty nezbytné řídit se přesně návodem výrobce. Mezi obecné zásady patří zejména přesné dodržení dávky záměsové vody u cementových a polymercementových lepicích hmot. Pro obkladače je velmi důležitá informace o tzv. otevřené době. Až na výjimky platí, že teploty podkladu při zpracovávání především cementových a polymercementových lepicích hmot musí být vyšší než +5 C. Důležité je zdůraznit, že se nejedná o teplotu okolního vzduchu, ale o teplotu podkladní konstrukce, která může být např. následkem nočního poklesu teplot silně podchlazená. Vzhledem k tomu, že většina standardních polymercementových prefabrikovaných 5

23 Diplomová práce 03 hmot je dodávána jako pytlovaná obvykle s přesným návodem na obalu, je správné zpracování lepicí hmoty velmi snadné a většinou nevyžaduje žádné speciální znalosti. Předpokladem pro kvalitní zpracování polymercementových hmot je tedy především možnost přesného dávkování záměsové vody a tzv. vrtulové míchadlo, případně míchací nástavec použitelný v kombinaci s běžnou elektrickou vrtačkou. Další zásady se pak již týkají nikoliv zpracování lepicí hmoty samé, ale způsobu její aplikace. [4] 3.3. Problematika pojivových systémů se zrychleným pevnostním náběhem V současnosti patří k nejpoužívanějším pojivovým systémům se zrychleným pevnostním náběhem ternární pojivové směsi portlandského cementu (PC) hlinitanového cementu (CAC) a vhodné formy síranu vápenatého (C$), obecně popsané v kap Další široce rozšířenou koncepcí jsou binární pojivové systémy směsi s majoritou portlandského cementu (PC), ke kterému je přidáván hlinitanový cement (CAC) Ternární pojivové systémy PC + CAC + C$ Informativní přehled o objemových zastoupeních jednotlivých pojiv při přípravě těchto pojivových směsí podává ternární diagram dle AMATHIEU a kol. [3], vymezující zóny možného mísení těchto složek (viz obrázek 6), kdy kromě zóny, velice blízké koncepci expanzního cementu dle Michailova, vymezují též zónu 3, tzn. koncepci s majoritou hlinitanového cementu a zónu, která se týká prostého mísení portlandského cementu s hlinitanovým cementem k urychlení tuhnutí výsledné pojivové směsi. Zóna nezajištuje dostatečnou objemovou stabilitu související se vznikem ettringitu, nutnou např. pro výrobu samonivelačních hmot a je určena pouze pro některé typy urychlených výrobků stavební chemie (spárovací hmoty, fixační malty, lepidla pro keramické obklady a dlažby apod.). 6

24 Diplomová práce 03 Obrázek 6: Doporučované ternární a binární pojivové koncepce dle Amathieu a kol.[3] Vymezené oblasti v uvedeném ternárním diagramu jsou vodítkem návrhu pojivových směsí, které musí být vždy ověřovány praktickými zkouškami. U konkrétních směsí hraje vždy významnou úlohu charakter použitých cementů (chemické a mineralogické složení, jemnost mletí atd.), druh použité síranové složky, celkový podíl pojivových složek a účinky dalších aditiv (redispergovatelné polymerní prášky, záhustky, akcelerátory, retardéry atd.) V současnosti jsou v rámci osvěty, prováděné výrobci především hlinitanových cementů, dostupné na jejich internetových stránkách řady dokumentů k dané tématice. Společnost KERNEOS ve svých technicko-propagačních materiálech [] k dané problematice uvádí následující. 7

25 Diplomová práce 03 Obrázek 7: Ternární systém PC + CAC + C$ dle KERNEOS [] Zóna : odpovídá binárnímu složení CAC + PC. S takovým systémem lze vytvořit podstatně rychle tvrdnoucí maltu. Zóna : odpovídá ternárnímu systému PC + CAC + C$. Přidání síranu vápenatého s klasickým souborem modifikátorů umožňuje lepší kontrolu procesu hydratace. Proto lze takovou směs vyvinout k dosažení očekávané rovnováhy mezi dobou tuhnutí, nárůstem pevností a zároveň získání výborné rozměrové stability. Zóna 3: Odpovídá systému, ve kterém se hlinitanový cement používá jako hlavní pojivo v kombinaci s portlandským cementem a se síranem vápenatým. Tento druh systému je široce používán k výrobě suchých maltových směsí a maximalizuje potenciál technologie s hlinitanovým cementem. To dává nejvyšší flexibilitu pro dosažení nejnáročnějších požadavků na vyváženost vlastností při použití: zpracovatelnost, velmi rychlé vytvrzení a vysychání, vynikající variace velikostí a tvarů a vysoká mechanická pevnost, vedoucí k velmi předvídatelnému chování na místě použití. Poměr těchto minerálních pojiv a použití přísad (jako jsou plastifikátory) umožňují výrobcům přípravků přesně splnit jejich konkrétní požadavky. Zóna 4: je nová zóna formulace představená TERNAL EV. TERNAL EV byl vyvinut pro novou generaci binárních systémů, kde portlandský cement a jeho proměnlivost může být odstraněna. K charakteristice Zóny 4 nutno dodat, že je do značné míry zavádějící, neboť uvedený binární systém se netýká běžného hlinitanového cementu, nýbrž speciálního mayenitového slínku, zmíněného v kap

26 Diplomová práce 03 Další významný výrobce hlinitanových cementů, spol. CALUCEM ve svých technicko propagačních dokumentech [7] názorně dokumentuje složitost a proměnlivost některých vybraných vlastností ternárních směsí typu PC + CAC + C$ viz obrázky 8 a 9. K uvedeným diagramům nutno dodat, že mají opět pouze informativní charakter, neboť v závislosti na druzích použitých cementů a anhydritu mohou být do jisté míry odlišné. Obrázek 8: Ternární systém PC + CAC + C$ se zvýrazněním času tuhnutí dle CALUCEM [7] Obrázek 9: Ternární systém PC + CAC + C$ se zvýrazněním tlakové pevnosti po 4 hodinách dle CALUCEM [7] 9

27 Diplomová práce 03 Z uvedených závislostí na obrázcích 5 a 6 je zřejmé že ternární pojivový systém PC + CAC + C$ představuje ve svých parametrech velmi složitou soustavu, náročnou na experimentální optimalizaci, jejíž náročnost je zpravidla ještě komplikována nutností zpomalení hydratace. Odsunutí počátku tuhnutí většiny výrobků stavební chemie na potřebných min. 0 minut doby zpracovatelnosti vyžaduje experimentální ověřování komplexních výrobkových směsí a vysledování účinků všech dalších surovinových komponent včetně obvykle nezbytných retardérů tuhnutí Binární pojivové systémy PC + CAC Jak již bylo zmíněno, představují binární pojivové systémy majoritního podílu portlandského cementu s přídavkem hlinitanového cementu relativně běžnou a rozšířenou pojivovou koncepci pro výrobu rychletuhnoucích stavebních materiálů z oblasti stavební chemie, u kterých není vyžadována kompenzace jejich běžného smrštění. Na rozdíl od předchozích ternárních systémů nelze u binárních pojiv očekávat vznik významného množství ettringitu, který vedle rychlého zpevňování přináší i objemový nárůst, kompenzující následné smršťovací procesy. Vlastní návrh a optimalizace výrobků založených na binárním pojivovém systému není zcela bez problémů. Jak informativně znázorňuj grafická závislost na obrázku 0 [7], je urychlování tuhnutí portlandského cementu přídavkem cementu hlinitanového (přídavek obvykle v rozmezí 5 až 30%) velmi výrazné. Zpravidla jsou v praxi tyto pojivové systémy současně regulovány použití zpomalovačů hydratace k zajištění potřebné doby zpracovatelnosti. Obrázek 0: Závislost počátku tuhnutí binární směsi portlandského cementu a hlinitanového cementu dle CALUCEM [7] 0

28 Doba tuhnutí [min] Diplomová práce 03 Významnou závislost druhů použitých cementů resp. povahy přítomné síranové složky v portlandském cementu na urychlení tuhnutí binární pojivové směsi PC a CAC dokumentují AMATHIEU a kol. [3] viz obrázek A B C Množství hlinitanového cementu [%] Obrázek : Vliv povahy a množství síranu vápenatého v PC na urychlení tuhnutí přídavkem CAC [3] Tabulka : Tabulka k obrázku - použité druhy síranu vápenatého Typ C$ PC typ A PC typ B PC typ C hemihydrát stopy 0,9 4,0 dihydrát 0,4,7 0,0 anhydrit 3,,6,0 Obrázek znázorňuje závislosti doby tuhnutí binárních směsi na procentuálním množství hlinitanového cementu přidaného k různým portlandským cementům. Je zřejmé, že cement C, který obsahoval převahu hemihydrátu, vyžadoval mnohem více hlinitanového cementu k urychlenému tuhnutí než cement A s anhydritem. Portlandský cement B spadá mezi tyto dva případy. Pro čas tuhnutí 0 minut byl podíl hlinitanového cementu potřebného pro tyto tři portlandské cementy následující: A 4 %, B 7 % a C 37 %. Přestože existují rozdíly i v jiných aspektech těchto cementů kromě síranu vápenatého, autoři konstatují, že se jedná o faktor převládající významu. [3] Významným faktorem při návrhu a optimalizaci poměru složek v rychletuhnoucí pojivové směsi portlandského cementu (PC) s přídavkem hlinitanové cementu (CAC)

29 Diplomová práce 03 je negativní vliv narůstajícího podílu CAC na pevnostní parametry. Názorně tento dopad dokumentují grafické závislosti na obrázku. Obrázek : Závislost tlakových pevností binární směsi portlandského cementu a hlinitanového cementu dle CALUCEM [0] Na základě uvedených obecných poznatků o problematice binárních pojivových směsí, u kterých je tuhnutí portlandského cementu urychlováno přídavkem cementu hlinitanového lze konstatovat, že také tyto pojivové koncepce mají značné nároky na jejich návrhovou optimalizaci. Obrázek 3: Hydratační produkty podle pozice v ternárním diagramu [8]

30 Diplomová práce Odolnost ettringitu vůči působení vyšších teplot F.Glasser říká, že ztráta vody a strukturální degradace ettringitu nastává při rostoucí teplotě nad 45 C a relativní vlhkosti %. Při ztrátě vody se objevuje metaettringit - špatně strukturovaná fáze zachovávající některé rysy struktury ettringitu. V běžném použití je tato reakce nevratná. [5] Oproti tomu v Advanced Concrete Technology uvádí J.Newman, že termogravimetrická analýza ukazuje, že teploty rozkladu ettringitu a C-S-H fází jsou velmi podobné, asi 0-30 C. [4] 3

31 Diplomová práce PRAKTICKÁ ČÁST 4.. Metodika práce Metodika práce je rozdělena do čtyř etap, ve kterých se hodnotí jednotlivé vlastnosti vstupních surovin, navrhují se směsi a hodnotí se výsledné produkty. V rámci praktické části byly u jednotlivých receptur sledovány především ty vlastnosti, které jsou stanoveny normou, a dále ty, které zohledňují požadavky firmy LB Cemix, s.r.o. 4.. I. etapa: Rozbor vstupních surovin V první etapě byly u vybraných použitých surovin uvedeny informace podávající přehled o jejich složení a účelu použití. 4.. II. etapa: Návrh jednotlivých směsí a vytvoření zkušebních vzorků Receptury směsí byly navrženy tak, aby obsahovaly odlišné složení pojivové složky, jak je uvedeno na obrázku č. 7 (doporučení výrobce cementu firmy Kerneos). Byly namíchány čtyři základní směsi, na kterých se vyzkoušely vlastnosti v čerstvém stavu, a to zkouška konzistence a zkouška skluzu. Fyzikálně-mechanické vlastnosti všech základních směsí byly následně mezi sebou porovnány III. etapa: Zkoušení po uložení v laboratorním a korozním prostředí Návrh korozních prostředí byl inspirován normami ČSN EN, které jsou určeny pro malty a lepidla pro keramické obkladové prvky. Na všech směsích byly uskutečněny zkoušky podrobně popsané v kapitole 4.3. Jedná se o zkoušky předepsané normou, tedy zkouška konzistence, doba zavadnutí, přídržnosti a skluz. Základním prostředím bylo laboratorní uložení po dobu 8 dní. Jedním z typů korozních prostředí pro zkušební tělesa bylo uložení ve vodě. Prvních 7 dní jsou vzorky uloženy ve standardních laboratorních podmínkách, poté jsou na dní uloženy ve vodě. U takto zatížených těles se poté sledovala přídržnost k podkladu. V rámci sledování vlivu teploty byla zkušební tělesa 4 dní uložena ve standardních laboratorních podmínkách, a poté byla uložena v sušárně při teplotě 70 C po dobu 4 dní. Na těchto vzorcích byla provedena zkouška přídržnosti k podkladu. V dalším korozním prostředí byla sledována mrazuvzdornost zkušebních těles, kdy 4

32 Diplomová práce 03 se ověřovala odolnost proti cyklickému působení mrazu a vlhkosti po 5 cyklech. Vzorky jsou nejprve 7 dní v laboratorních podmínkách, následuje dní uložení ve vodě a na závěr se provede 5 cyklů zmrazení-rozmrazení. Po vyjmutí z prostředí byla provedena zkouška přídržnost k podkladu. Bylo provedeno srovnání zjištěných hodnot všech čtyř směsí. Dále byla navržena a provedena alternativní zkouška kombinující různé degradační vlivy. Tato komplexní zkouška trvanlivosti simuluje střídající se vlivy počasí působící v exteriéru. Průběh zkoušky byl následující: laboratorní uložení 4 dní, vodní uložení 4 dní, cyklické zmrazování 50 cyklů a nakonec působení zvýšené teploty v sušárně 55 C po dobu 4 dnů. Poslední zkouškou bylo sledování vývoje trhlin malty nanesené na betonové desce. Tato zkouška probíhala za zvýšené teploty v sušárně. 4 dní při teplotě 45 C, 4 dní při teplotě 60 C a 4 dní při teplotě 75 C IV. etapa: Studium mikrostruktury V poslední IV. etapě byly u směsí provedeny zkoušky sledující mikrostrukturu hmot před i po zatížení. Zjišťováno bylo mineralogické složení metodou rentgenové difrakční analýzy (RTG), objem množství pórů pomocí vysokotlaké rtuťové porozimetrie a rovněž byly pořízeny snímky z elektronové rastrovací mikroskopie (REM). 5

33 Diplomová práce Grafické znázornění metodiky práce VSTUPNÍ SUROVINY Pojiva Plnivo Aditiva Hlinitanový cement Křemenný písek Akcelerátor tuhnutí Portlandský Akcelerátor tvrdnutí cement Zpomalovač tuhnutí Anhydrit Vápenný hydrát Vinylacetát Éter celulózy I. ETAPA II. ETAPA: NÁVRH JEDNOTLIVÝCH SMĚSÍ A VYTVOŘENÍ ZKUŠEBNÍCH VZORKŮ III. ETAPA: ZKOUŠENÍPO ULOŽENÍ V LABORATORNÍM A KOROZNÍM PROSTŘEDÍ IV. ETAPA: STUDIUM MIKROSTRUKTURY Obrázek 4: Metodika pro provádění experimentálních prací 6

34 Diplomová práce 03 II. etapa: Návrh jednotlivých směsí a vytvoření zkušebních vzorků NÁVRH JEDNOTLIVÝCH RECEPTUR Referenční směs Směs Směs Směs 3 Příprava malt Stanovení konzistence Zkouška skluzu Nanesení malty na betonovou desku Uložení do korozního prostředí Obrázek 5: Metodika navrhování směsí a jejich zkoušení v čerstvém stavu 7

35 Diplomová práce 03 III. etapa: Zkoušení po uložení v laboratorním a korozním prostředí ULOŽENÍ A ZKOUŠENÍ VYTVOŘENÝCH VZORKŮ Normální uložení Uložení ve vodě Uložení za zvýšené teploty Cyklické zmrazování Komplexní zkouška trvanlivosti 8 dní laborator. podmínky 7 dní laborator. podmínky 4 dní laborator. podmínky 7 dní laborator. podmínky 4 dní laborator. podmínky Zkouška přídržnosti dní uložení ve vodě 4 dní uložení při teplotě 70 C dní uložení ve vodě 4 dní uložení ve vodě Zkouška přídržnosti Zkouška přídržnosti 5 cyklů zmrazenírozmrazení 50 cyklů zmrazenírozmrazení.zkouška přídržnosti 4 dní uložení při teplotě 55 C 5 cyklů zmrazenírozmrazení Zkouška přídržnosti.zkouška přídržnosti Obrázek 6: Metodika III. etapy pro uložení a zkoušení vzorků 8

36 Diplomová práce 03 IV. etapa: Studium mikrostruktury STUDIUM MIKROSTRUKTURY Příprava vzorků ke zkouškám Rentgenová difrakční analýza Elektronová rastrovací mikroskopie Vysokotlaká rtuťová porozimetrie VYHODNOCENÍ ZKOUŠEK Obrázek 7: Metodika studia mikrostruktury 9

37 Diplomová práce Popis prováděných zkoušek 4.3. Příprava malty Příprava malty proběhla podle doporučení pražského zkušebního ústavu TZUS. Při pomalém míchacím programu 5 s sypeme suchou směs do vody a mícháme dalších 30 s. Poté následuje 60 s klidu, 60 s znovu mícháme pomalými otáčkami a necháme 5 min v klidu. Na závěr 5 s mícháme pomalými otáčkami. Míchací zařízení je uvedeno na obrázku č. 8. Obrázek 8: Příprava lepicí směsi 4.3. Zkouška konzistence čerstvé malty (ČSN EN 05-3) Zkouška se provádí ihned po vytvoření čerstvé malty. Plechový komolý kužel plníme ve dvou vrstvách, každou vrstvu hutníme 0 rázy dusadla. Po odstranění nástavce a seříznutí přebývající malty opatrně zvedneme plechovou formu. Ihned poté podrobíme maltu rovnoměrným otřesům střásacího stolku 5 zdvihy po dobu 5 sekund. Průměr vzniklého koláče změříme ve dvou navzájem kolmých směrech. Výsledkem je aritmetický průměr ze dvou provedených měření rozlití malty v mm. Obrázek 9: Zkouška konzistence čerstvé malty 30

38 Diplomová práce Stanovení doby zavadnutí (ČSN EN 346) Na betonovou desku se zednickou lžící nanese tenká vrstva maltoviny nebo lepidla. Potom se nanese na povrch betonové desky silnější vrstva maltoviny nebo lepidla a rozhrne se ozubenou stěrkou se zuby o rozměrech 6 x 6 mm. Stěrka se udržuje v úhlu 60 k podkladu a v pravém úhlu k jedné straně betonové desky a maltovina nebo lepidlo se rozhrne rovnoběžně s touto stranou betonové desky. Na maltovinu se po 5 minutách, 0 minutách, 0 minutách a 30 minutách položí nejméně 0 keramických prvků typu P (obkladové prvky podle EN 59 se savou stranou s nasákavostí 5 3 % hmotnostních, a rovnou plochou pro lepení o rozměrech 50 mm x 50 mm) ve vzdálenosti 50 mm od sebe a každý se zatíží na 30 s silou 0 0,05 N. Po 7 dnech uložení ve standardním prostředí se vhodným lepidlem o vysoké pevnosti přilepí k obkladovým prvkům odtahové desky. Po 4 hodinách uložení ve standardním prostředí se stanoví přídržnost maltoviny tahovou zkouškou při působení konstantně narůstajícího zatížení N.s -. Doba zavadnutí v minutách je nejdelší časový interval, ve kterém maltovina nebo lepidlo splňuje požadavek na přídržnost, hodnocenou tahovou zkouškou, definovanou v ČSN EN 004. Obrázek 0: Informativní zkouška smáčivosti po 5, 0 a 0 minutách Skluz (ČSN EN 308) Skluzem se myslí pohyb obkladového prvku usazeného do vrstvy malty nebo lepidla směrem dolů po vertikální nebo šikmé ploše. Zkouška se provádí tak, že se k betonové desce připevní ocelové pravítko a pod jeho spodní hranu se nalepí 5 mm široká krycí páska. Na betonovou desku naneseme tenkou vrstvu malty, potom naneseme silnější vrstvu tak, aby překrývala spodní okraj krycí pásky. Ozubenou stěrkou se zuby o rozměrech 6 mm x 6 mm tuto vrstvu rozhrneme. Poté sejmeme krycí pásku a k pravítku se vloží 5 mm distanční tělíska. Po minutách se 3

39 Diplomová práce 03 k tělískům položí obkladový prvek a zatíží se na dobu 30 5 s silou 50 0, N. Dilatační tělísko odstraníme a posuvným měřítkem změříme s přesností na 0, mm vzdálenost mezi pravítkem a obkladovým prvkem. Betonovou desku opatrně zvedneme do svislé polohy. Po 0 minutách opět změříme vzdálenost pravítka a obkladového prvku. Rozdíl naměřených hodnot dává největší hodnotu sklouznutí obkladového prvku způsobeného vlastní tíhou Alternativní zkouška skluzu Tato zkouška vychází z vnitřních předpisů firmy Wacker. Více vypovídá o schopnosti lepidla udržet obkladové prvky v případě, kdy skluz podle normové zkoušky vyjde jako nulový. Na nenasákavou dlaždici se nanese vrstva lepicí hmoty pomocí hřebenového hladítka se zubem 6 x 6 mm, přiloží se dlaždička (rozměry 50 x 50 mm, hmotnost 300 g, nasákavost 0, až 0, %) a zatíží se silou 50 N po dobu 30 s. Poté se zvedne do vertikální polohy, připevní se do stojanu a pomocí přípravku se každých 30 s zatěžuje přidáním 00 g, dokud dlaždička nesklouzne dolů. Výsledkem je hmotnost závaží, která ještě nezpůsobila sklouznutí zkušební dlaždičky dolů. Aby byl skluz nulový dle normy ČSN EN 308, musí lepicí hmota udržet minimálně 600 g. Obrázek : Alternativní metoda zjištění skluzu Wacker 3

40 Diplomová práce Stanovení tahové přídržnosti (ČSN EN 348) Přídržnost největší síla na jednotku plochy, kterou lze měřit smykovou nebo tahovou zkouškou, hodnotí se v závislosti na typu malty nebo lepidla. Na betonovou desku se nanese tenká vrstva malty, poté se nanese silnější vrstva, která se rozhrne stěrkou se zuby 6 mm x 6 mm rovnoběžně s hranou betonové desky. Po předepsaném kondicionování (např. 7 dní ve standardním prostředí) se vhodným lepidlem o vysoké pevnosti (např. epoxidové lepidlo) k obkladovým prvkům přilepí odtrhové desky. Po 4 hodinách (u standardního prostředí) se stanoví přídržnost malty tahovou zkouškou při působení síly při konstantní rychlosti zatěžování N.s -. Použit byl přístroj s tenzometrickým snímačem síly a regulovatelným elektrickým pohonem, s nastavením nárůstu zatěžovací síly dle požadavku ČSN EN 348 (50-50 N. s - ) viz obrázek. Obrázek : Odtrhoměrné zařízení Comtest OP3/ Typy porušení odtrhových zkoušek (ČSN EN 004) Porušení přídržnosti (AF-S nebo AF-T) porušení, které se objeví na rozhraní mezi maltou nebo lepidlem a podkladem, se označí AF-S (obrázek 3). Porušení, ke kterému dojde mezi obkladovým prvkem a maltou nebo lepidlem, má označení AF-T (obrázek 4). Výsledek zkoušky v obou případech udává přídržnost. Porušení soudržnosti v maltě nebo lepidle (CF-A) porušení, které se objeví uvnitř vrstvy malty nebo lepidla, se označí CF-A (obrázek 6). Porušení soudržnosti v podkladu nebo v obkladovém prvku (CF-S nebo CF-T) porušení, které se objeví v podkladu, se označí CF-S (obrázek 7), porušení uvnitř obkladového prvku se označí CF-T (obrázek 8). (Pozn. v tomto případě je přídržnost větší než výsledek zkoušky). 33

41 Diplomová práce 03 V některých případech dojde k porušení vrstvy malty nebo lepidla mezi obkladovým prvkem a odtrhovou deskou. Tento typ porušení se označí BT (obrázek 5) a přídržnost je v tomto případě větší než výsledek zkoušky. Je vhodné zkoušku opakovat. Legenda k obrázkům 3 až 8: odtrhová deska; obkladový prvek; 3 malta nebo lepidlo; 4 podklad (betonová deska) Obrázek 3: Porušení přídržnosti malty Obrázek 4: Porušení přídržnosti s podkladem (AF-S) malty s obkladovým prvkem (AF-T) Obrázek 5: Porušení přídržnosti obkladového prvku s odtrhovou deskou (BT) Obrázek 6: Porušení soudržnosti v maltě (CF-A) 34

42 Diplomová práce 03 Obrázek 7: Porušení soudržnosti v podkladu (CF-S) Obrázek 8: Porušení soudržnosti v obkladovém prvku (CF-T) Komplexní zkouška trvanlivosti Průběh komplexní zkoušky trvanlivosti: laboratorní uložení (4 dní), vodní uložení (4 dní), cyklické zmrazování (50 cyklů) a nakonec zvýšená teplota v sušárně (55 C po dobu 4 dnů). Tato zkouška simuluje vliv počasí působící v exteriéru, např. balkon. Podzim vydatné deště, zima mráz střídající teploty nad nulou (např. díky oslunění), a poté léto zvýšené teploty a možnost vyschnout Rentgenová difrakční analýza (RTG) Tato metoda slouží ke stanovení mineralogického složení látek krystalického charakteru. Vzorky pro rentgenovou difrakční analýzu musíme mletím a proséváním přes síta převést do velmi jemného práškovitého stavu. Takto upravený vzorek umístíme do nosiče, který má tvar plošné formičky a přitlačením krycího skla na vzorek se zarovná jeho povrch do jedné roviny s povrchem nosiče. Převedením vzorku do práškovitého stavu docílíme toho, že i malý objem analyzované látky se skládá z velkého počtu mikroskopických zrn orientovaných souhlasně s rovinou vzorku v nosiči dostačujících k průkazné analýze. Zkouška byla prováděna dle metodického postupu VUT FAST, č / Elektronová rastrovací mikroskopie (REM) Elektronová mikroskopie umožňuje sledovat mikrostruktury analyzovaných materiálů při zvětšení a rozlišení, jež se vymyká možnostem optického mikroskopu. Skutečnost, že tyto mikroskopy mají vysokou hloubku ostrosti, umožňuje pozorování 35

43 Diplomová práce 03 materiálů s velmi členitým povrchem. Jako vzorky se používají přímo úlomky analyzovaného materiálu. Většina silikátových materiálů je elektricky nevodivá a proto se musí před analýzou upravovat tak, že se pokryjí tenkou vrstvičkou vodivého materiálu, v našem případě zlatem. Jednotlivé body předmětu se zobrazují časově po sobě bod po bodu, řádek po řádku a skládají se ve výsledný obraz. Analýza byla prováděna v souladu s metodickým postupem VUT FAST, č / Vysokotlaká rtuťová porozimetrie Tato metoda slouží pro stanovení pórovitosti (stanovení obsahu tzv. nulté fáze ve vzorku). Přítomnost pórů ovlivňuje řadu vlastností jako pevnost, mrazuvzdornost a jiné. Podstatnou roli hraje nejen celkový obsah pórů, ale i jejich velikost. Měření objemu mikropórů se provádí v měřicí baňce přístroje, do níž je vložen vzorek. Baňka je zazátkována, vakuováním je z ní odstraněn vzduch a poté je zaplněna rtutí až do definované výšky. Vakuováním se z mikropórů vypudí veškerý vzduch, který by zkresloval výsledky měření. Na hladinu rtuti působí rovnoměrně se zvyšující tlak a rtuť postupně vniká do pórů vzorku. 36

44 Diplomová práce Rozbor vstupních surovin 4.4. Portlandský cement bílý CEM I 5,5 Cement je jemně mleté hydraulické pojivo, které po smíchání s vodou tuhne a tvrdne, a to na vzduchu i ve vodě. Má schopnost pojit jiné sypké látky v pevnou hmotu, čehož se využívá ve stavebnictví. Portlandský cement je vyráběn pálením vápence (jako zdroje vápníku) s jílem nebo s pískem (zdroj křemíku), čímž vzniká slinek, ke kterému se v procesu mletí přidá sádrovec jako regulátor tuhnutí. Bílý cement se používá pro dekorativní prvky a pro povrchové úpravy. Vyznačuje se nízkým obsahem Fe O 3 < 0,5 % a MnO < 0,05 %. Barvící oxidy nesmí do cementu vniknout ani během mletí slinku. Výrobce: AALBORG Portland Obchodní název: AALBORG WHITE Měrná hmotnost: 3090 až 390 kg.m -3 Měrný povrch: 387 m.kg - Počátek tuhnutí: 80 až 40 min Pevnost v tlaku po 8 dnech: 68 až 78 MPa Tabulka 3: Chemické složení použitého Portlandského cementu Chemické složení [%] SiO CaO MgO Al O 3 Fe O 3 SO 3 Alkálie Cl - 4,0 69,0 0,7, 0,3, 0, 0,0 Tabulka 4: Mineralogické složení použitého Portlandského cementu Mineralogické složení [%] C 3 S C S C 3 A C 4 AF 77,0 5,0 5,0, Hlinitanový cement bílý Hlinitanový cement se vyrábí ze speciálního slinku. Podle chemického složení se obsah hlavních oxidů pohybuje v těchto mezích: 35 5 % Al O 3, % CaO, 3 0 % SiO, 5 % Fe O 3. Vyznačuje se rychlým průběhem tuhnutí a tvrdnutí, vysokým hydratačním teplem a zvýšenou odolností v agresivním prostředí ( SO - 4, 37

45 Diplomová práce 03 Cl - ). Hydratované slinkové minerály jsou metastabilní, dochází k jejich konverzi, zvyšuje se dlouhodobě pórovitost cementového kamene, a tím dochází ke ztrátě pevnosti betonu. Proces probíhá řadu let, a tak se hlinitanové cementy nesmí používat v konstrukčních betonech. Používají se do žárobetonů nebo pro speciální práce, kde se od betonu neočekává dlouhodobá stabilní pevnost. Výrobce: Obchodní název: Kerneos TERNAL WHITE Měrná hmotnost: 900 až 3050 kg.m -3 Měrný povrch: 380 až 440 m.kg - Mineralogické složení: CA, CA, C A 7 Tabulka 5: Chemické složení použitého hlinitanového cementu Chemické složení [%] SiO CaO MgO Al O 3 Fe O 3 SO 3 K O + Na O TiO 0,4 9,5 < 0,5 69,6 0,5 < 0,3 < 0,5 < 0, Anhydrit Anhydrit (CaSO 4 ) je bezvodý síran vápenatý. Anhydrit může být přírodní, který se příliš nepoužívá kvůli vyššímu obsahu nečistot, nebo uměle vyráběný, který rozdělujeme podle způsobu získávání na termický a syntetický. Pro zvýšení reaktivity se mele na velikost zrna pod 3 m. Výrobce: Obchodní název: SHG (Südharzer Gipswerk GmbH) Casufill A5 Objemová hmotnost: 800 až 900 kg.m -3 Zbytek na sítě 3 m pod 3,0 % Tabulka 6: Chemické složení použitého anhydritu Chemické složení [%] CaSO 4 H O vázaná Vlhkost > 9,0 <,0 < 0, 38

46 Diplomová práce Křemenný písek Používal se křemenný písek frakce 0,0-0,3 mm a sloužil jako součást plniva. Jedná se o zrnité světle zbarvené až bílé horniny, které se po úpravě používají jako surovina. Písky v požadované kvalitě se většinou v přírodě nevyskytují, proto je nutno je upravovat drcením, praním a tříděním. Křemenný písek se vyznačuje velmi vysokým obsahem SiO. Měrná hmotnost: 650 kg.m -3 Sypná hmotnost volně sypaná: 370 kg.m -3 Sypná hmotnost setřesená: 580 kg.m -3 Tabulka 7: Chemické složení použitého křemenného písku Chemické složení [%] SiO Fe O 3 TiO Al O 3 98,5 0,95 0, 0, Přísady Vápenný hydrát Vápenný hydrát (Ca(OH) ) je anorganická sloučenina, též nazývaná hašené vápno. Je to bezbarvá krystalická látka nebo bílý prášek. Vyrábí se z oxidu vápenatého (nazývaného pálené vápno) směšováním s vodou - tento proces se nazývá hašení vápna. Při hašení vápna se uvolňuje velké množství tepla Culminal C 933 Metylhydroxypropylénová celulóza zajišťuje vynikající otevřený čas, velmi vysoké hodnoty pevnosti a vysokou odolnost proti průhybu. Je to velmi jemný prášek bílé barvy. Výrobce: ASHLAND Obchodní název: Culminal C 933 Objemová hmotnost: 00 až 500 kg.m -3 Vlhkost: max. 8 % 39