Stavební hmoty Bakalářský studijní program Ing. Jiří Ježek 2014 České Budějovice

Transkript

1 Stavební hmoty Bakalářský studijní program Ing. Jiří Ježek 2014 České Budějovice 1

2 Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07/2.2.00/ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. 1. vydání ISBN Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích, 2014 Vydala: Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích, Okružní 10, České Budějovice Za obsahovou a jazykovou správnost odpovídají autoři a garanti příslušných předmětů. 2

3 OBSAH Kapitola 1 Veličiny a jednotky Jednotky Vlastnosti stavebních materiálů Indexové vlastnosti Mechanické vlastnosti stavebních materiálů Tepelné vlastnosti stavebních materiálů Akustické vlastnosti Radioaktivita stavebních materiálů Hygienické vlastnosti stavebních materiálů Ekologické vlastnosti stavebních materiálů Kapitola 2: Prvek Historie poznání Základní částice atomu Atom Molekula Vazba iontová Vazba kovalentní Vazba kovová Slučovací zákony Zákon o zachování hmoty a energie Zákon stálých poměrů slučovacích Kapitola 3: Pojiva Pojmy Historická pojiva Cihlářské jíly, hlinité jíly, hlíny Vápno Sádra Současná pojiva Hořečnatá pojiva Cementy Polymerní pojiva Přísady a příměsi Přísady

4 Příměsi Kapitola 4: Malty Malta a její historický vývoj Dělení malt Malty podle účelu použití: Malty podle pojiva Malty podle pevností Malty podle objemové hmotnosti Malty podle speciálních vlastností: Kapitola 5: Betony Historie Dělení betonů Složky betonu Kapitola 6: Kámen Vyvřelé horniny Horniny usazené (sedimentární) Nezpevněné Zpevněné Chemické sedimenty Sedimenty organogenní Horniny přeměněné (metamorfované) Výrobky z kamene: Lomařské a kamenické výrobky: Drcená kameniva Kapitola 7: Keramické materiály Keramické výrobky Vlastnosti cihelného střepu Cihlářské výrobky - vady cihel Historie výroby keramiky Technologie výroby cihlářských výrobků Cihlářské výrobky třídí podle použití na: Výrobky pro svislé konstrukce Cihlářské výrobky (prvky) pro horizontální konstrukce Pálená krytina Obkladové materiály

5 Kapitola 8: Dřevo Druhy dřeva: Jehličnany Listnaté stromy Exotická dřeva Druhy řeziva Výrobky ze dřeva Vady dřeva: Nejrozšířenější dřevokazné houby Dřevomorka domácí Koniofora sklepní Trámovka plotní Dřevokazný hmyz Dřevokaz čárkovaný Červotoč proužkovaný Červotoč umrlčí Tesařík Pilořitka velká Hrbohlav parketový Mravenci dřevokazi Cíle chemické ochrany dřeva Technologie chemické ochrany dřeva Kapitola 9: Kovy Železo a ocel Vlastnosti Druhy oceli a jejich značení Pevnost oceli Koroze oceli Měď a její slitiny Zinek a jeho slitiny Hliník a jeho slitiny Olovo Zlato Kapitola 10: Sklo

6 10.1 Výroba: Zpracování skloviny Základní vlastnosti skla Druhy stavebního skla a výrobků z něho vyrobených Sklo ploché pro zasklívání Tažené sklo obyčejné hladké ploché Matové sklo a ledované sklo Zrcadlové a plavené sklo Lité ploché sklo Lité sklo ploché vzorované Nevzorované lité sklo surové, šňůrkové a valchové Opakní sklo Opakní sklo Chodopak Lité, válcované drátosklo Bezpečnostní sklo Izolační skla Ohýbané a tvarované sklo Skleněné profily Skleněné tvárnice Skleněné tašky Skleněné trouby Skleněná mozaika a obkladové sklo Skleněné výrobky s tepelně izolačními a akustickými vlastnostmi, vláknové výrobky, pěnové sklo Výrobky z taveného čediče Trouby a vložky z taveného čediče Průmyslové žlaby Kapitola 11: Asfalty Asfalt Rozdělení asfaltů dle vzniku Asfalt přírodní Asfalty umělé Rozdělení asfaltů podle teploty zpracování Asfaltové výrobky zpracované za tepla Asfaltové výrobky zpracované za studena

7 Rozdělení asfaltů podle použití Rozdělení asfaltů dle zušlechtění Oxidované Modifikované Výrobky z asfaltů: Kapitola 12: Plastické hmoty Historie plastů Plasty obecné rozdělení Struktury makromolekul: Lineární Rozvětvená Zesítěná Způsobu výroby Vlastnosti plastů Nejčastěji používané plasty Termoplasty Reaktoplasty zpracovávající se za tepla, po vytvrdnutí již nelze tvarovat Kapitola 13: Tepelné izolace Základní vlastnosti izolačních materiálů: Polymerní materiály Expandovaný polystyren (pěnový polystyren), (PPS, EPS) Extrudovaný polystyren Pěnový polyuretan (PUR) a polyizokyanurát (PIR) Pěnový polyuretan (PUR) Pěnový polyisokyanurát (PIR) Pěnové sklo Fenolická pěna Aerogelové izolace Vakuová izolace Nerostné materiály Minerální / skelná vata Přírodní materiály Dřevovláknité izolace Konopí

8 Celulóza Sláma Legenda... Chyba! Záložka není definována. Použitá literatura

9 Kapitola 1 Veličiny a jednotky KLÍČOVÉ POJMY - jednotky SI, převody jednotek, objemová hmotnost, vlhkost, nasákavost, tepelný odpor, tepelná roztažnost, pevnost, pružnost, tvrdost, obrusnost, elektrická vodivost, obsah radioaktivních látek CÍLE KAPITOLY - podat přehled o měřených veličinách stavebních hmot, jednotkách a způsobech zjišťování. ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 8 hodin VÝKLAD Vlastnosti stavebních hmot 1.1 Jednotky U nás se používají jednotky soustavy SI. Jsou to mezinárodně domluvené jednotky, domluva vznikla v roce U nás je závazná zákonem o metrologii 505/1990 Sb. Je sedm základních jednotek: metr (délka), gram (hmotnost), sekunda (čas), ampér (elektrický proud), kelvin (teplota), mol a kandela (svítivost). 9

10 Dále máme jednotky odvozené (kombinace základních jednotek) m/s (rychlost), N Newton (kg*m/s 2 -síla), Pa Pascal (tlak) m/ s 2 (zrychlení) apod. Jednotky násobné (obsahují předponu dle Tabulky 1) třeba km, MPa, ma a podobně. Tabulka č. 1 Předpony soustavy SI 10 n Předpona Znak Název Násobek Původ Příklad tera T bilion řec. τέρας netvor TW terawatt 10 9 giga G miliarda řec. γίγας obrovský GHz gigahertz 10 6 mega M milion řec. μέγας velký MV megavolt 10 3 kilo k tisíc řec. χίλιοι tisíc kg kilogram 10 2 hekto h sto 100 řec. έκατόν sto hpa hektopascal 10 1 deka da deset 10 řec. δέκα deset dag dekagram 10 1 deci d desetina 0,1 lat. decimus desátý db decibel 10 2 centi c setina 0,01 lat. centum sto cm centimetr 10 3 mili m tisícina 0,001 lat. mille tisíc mm milimetr 10 6 mikro µ miliontina 0, řec. μικρός malý µa mikroampér 10 9 nano n miliardtina 0, řec. νανος trpaslík nt nanotesla piko p biliontina 0, it. piccolo malý pf pikofarad Zdroj: Wikipedie, 10

11 Jednotky vedlejší dají se vyjádřit jednotkami SI, ale v rámci tradice jednotky SI zastiňují např. hodina, minuta, bar, at, stupeň Celsia. 1.2 Vlastnosti stavebních materiálů Popisují se fyzikálními veličinami. Hlavními sledovanými vlastnostmi jsou: Indexové vlastnosti - Objemová hmotnost (kg/m 3 ), nutná pro zatížení, manipulaci, dopravu, má mnoho variací pro: vysušený stav, přirozeně vlhký stav, vodou nasycený stav, v čerstvém stavu, v zatvrdlém stavu, volně sypané, zhutněné. - Hutnost poměr pevné fáze k celkovému objemu (bezrozměrná). - Pórovitost poměr pórů k celkovému objemu (bezrozměrná): póry otevřené, póry uzavřené. - Mezerovitost se určuje u sypkých hmot (je to jiný název pro pórovitost.) - Zrnitost u sypkých látek. 11

12 - Měrný (specifický) povrch je celková povrchová plocha všech částeček, vyjadřuje se v m 2 /kg, užívá se u velmi jemných materiálů, kde sítový rozbor není možný. Například se pomocí jeho udává jemnost mletí cementu. - Vlhkost rozlišujeme hmotnostní a objemovou. Voda se v materiálu vyskytuje jako: volná vyplňuje velké póry a dutiny, fyzikálně vázaná, kapilární tvoří výplň malých pórů a kapilár, absorbovaná vyplňuje nejmenší póry a pokrývá stěny kapilár, chemicky vázaná je součástí molekul krystalová voda. - Nasákavost je množství vody, které se může v materiálu vyskytovat maximální vlhkost. - Vzlínavost (starší název kapilarita) je výška, do které vystoupá hladina vody nad hladinu ponoru, v laboratoři se zjišťuje přírůstek hmotnosti Mechanické vlastnosti stavebních materiálů - Pevnost v tahu a tlaku (MPa) určuje možnost zatížitelnosti materiálu, tedy mezní hodnoty napětí, při kterém ještě nedojde k jeho destrukci. Vztah mezi napětím a deformací je různý pro různé materiály. pevnost strukturální na základě stavby, v praxi se užívá hodnota experimentálně zjištěná pevnost technická pevnost z hlediska praxe výpočty, kontrola jde o dohodnutou hodnotu pro každý materiál jiná mez kluzu, mez úměrnosti, krychelná pevnost pevnost pravděpodobnostní je zajištěna s určitou pravděpodobností. Ve stavebnictví se většinou uplatňuje 95 % záruka pevnosti. 12

13 Podle způsobu určování se rozlišuje pevnost statická krátkodobá a dlouhodobá (podle rychlosti zatěžování) a pevnost jednorázová a cyklická (dynamická), únava materiálu (nepříznivý důsledek opakovaných namáhání). Příklady pevnosti materiálů v MPa: ocel v tahu beton krychelná pevnost 9 30 dřevo v tahu ve směru vláken Modul pružnosti (MPa) určuje poměr mezi napětím a deformací a je konstantou úměrnosti v Hookově zákoně. Značíme jej E. V zatěžovacím diagramu je tečnou nebo sečnou zatěžovací křivky. Známe moduly: tečnový, sečnový, počáteční, rozdílový. U betonu se bere sečnový modul odpovídající 30 % meze pevnosti a nazývá se modulem pracovním. U materiálů, které vykazují nepružné deformace, ale při zatěžování a odtěžování se chovají přibližně lineárně, hovoříme o modulu přetvárnosti. Získáváme jej z jednotlivých větví pracovního diagramu. Příklady modulu pro různé materiály (v MPa): ocel beton dřevo

14 - Houževnatost je vlastnost charakterizovaná chováním před destrukcí. Křehké materiály (kámen, beton, litina) před porušením mají malé deformace a k destrukci dochází náhle. Houževnaté materiály vykazují před destrukcí velké deformace a tzv. varují (dřevo, ocel, plasty). U oceli se určuje houževnatost pomocí tažnosti (protažení při porušení k délce) (bezrozměrná). Rázová zkouška (vrubová) zjišťuje potřebnou energii na ohybové přeražení vzorku Carpiho kladivem, vztaženou k průřezu vzorku (MJ/m 2 ). Opak houževnatosti je křehkost, ta se však neměří. - Příčná roztažnost koeficient příčné roztažnosti (bezrozměrný) je poměr mezi deformací ve směru namáhání a kolmo na něj. μ=ε x /ε y. Je to důležitá informace o chování materiálu a nazývá se Poissonovým číslem. Tvrdé látky vykazují Poissonovo číslo 0,1-0,2, houževnaté i 0,5. - Tvrdost není jednoznačně definovaná, většinou se definuje jako odolnost proti vrypu. Nejstarší je klasifikace podle Mohse, desetistupňová škála: 1. mastek 2. kamenná sůl 3. kalcit (vápenec) 4. kazivec 5. apatit 6. živec 7. křemen 8. topas 9. korund 10. démant 14

15 Tvrdost se určuje rýpáním tvrdšího nerostu do nerostu měkčího. Tato metoda se stále používá u keramických výrobků a nátěrů. Další metody jsou založeny na vnikání cizího tělesa do stavebního materiálu: Brinell kulička, vhodné pro kovy, dřevo, tvrdé plasty, výsledek 1/10 tlaku v MPa na plochu vtisku HB 125. Vickers diamantový jehlan, vhodná metoda pro velmi tvrdé materiály výsledek 1/10 tlaku v MPa na plochu vtisku HV 368. Rockwell diamantový kužel, vhodná metoda pro velmi tvrdé materiály výsledek hloubky vniku vtisku HRC 36. Shore ocelový hrot, vhodná metoda pro měkké materiály výsledek hloubky vniku vtisku SH 25. Pro betony se dle ČSN EN používá Schmidtovo kladívko (odraz ocelové kuličky nedestruktivní metoda). - Obrusnost je odolnost proti opotřebování povrchu měří se na brusné dráze. Stanovují se pro materiály vystavené tomuto namáhání (dlažky). Přístroje na měření abrasery pracují na principu smirkového papíru, tryskání či kartáčování. - Adreze neboli přilnavost může být mezi různými materiály (Pa), např. mezi betonem a ocelí, lepidlem a omítkou, omítkou a fasádní barvou. Zkouší se odtrhem. Vyhodnocuje se síla odtrhu a kde k odtržení došlo. U nátěrů se provádí tzv. mřížková zkouška. - Elasticita na některé materiály má velký vliv teplota. Jejich chování se mění, výrazně klesají mechanické vlastnosti, jedná se především o plasty a asfalty. - Ploužení vlastnost, kdy při působícím konstantním napětí stále rostou deformace. U betonu tuto vlastnost nazýváme dotvarování. - Relaxace je vlastnost, kdy při dané deformaci klesá napětí, až nakonec může i vymizet. Tak se chová např. předpínací výztuž, jev nazýváme ztráta předpětí. 15

16 1.2.3 Tepelné vlastnosti stavebních materiálů - Měrná tepelná vodivost vyjadřuje schopnost materiálu vést teplo označujeme λ (W/m/k). Lze jej přiblížit jako tepelný výkon ve W přenesený plochou 1 m 2 do vzdálenosti 1 m při rozdílu teplot 1 K. Tepelná vodivost je u stavebních materiálů ovlivňována vlhkostí, pórovitostí, strukturou a teplotou. Pro stavební konstrukce se používá součinitel prostupu tepla U (W/m 2 /K). Dříve se používal parametr odporu konstrukce při prostupu tepla K (m 2.K/W) dnes zůstalo jeho používání u zasklení oken. - Měrná tepelná kapacita (měrné teplo) značíme c (J/kg/K) udává množství tepelné energie, kterou se ohřeje 1 kg hmoty o 1 K. I tato veličina je silně závislá na vlhkosti. - Teplotní lineární délková roztažnost. Při změně teploty dochází ke změně rozměrů těles. Velikost změny je definována součinitelem teplotní délkové roztažnosti α (K -1 ). Pro běžné materiály je hodnota α K -1, pro plasty mohou být řádově vyšší. Délková roztažnost může mít vliv na vnitřní síly konstrukcí. O roztažnosti uvažujeme při výstavbě velkých objektů (dilatační úseky), dále při výstavbě mostů (posuvné klouby, dilatační uzávěry), dálková vedení např. parovodů, vodovodů, plynovodů (dilatační U), vytváření mezer mezi kolejnicemi. Velmi důležitá je i při spolupůsobení dvou různých materiálů, pokud se teplotní roztažnost liší, vznikají vnitřní pnutí (využití bimetal), nejznámější stavební symbióza je železobeton. Pro změny objemu je objemová teplotní roztažnost. Zvláštní chování vykazuje voda anomálie vody. Led při ochlazování zvětšuje svůj objem. Vlivem tohoto jevu mráz a vlhkost jsou významným škůdcem stavebních materiálů. - Tepelná jímavost (J.Kg.K) popisuje schopnost materiálu přijímat a uvolňovat teplo. Je závislá na tepelné vodivosti, měrné tepelné kapacitě a objemové hmotnosti materiálu. V praxi určuje teplotní působení materiálu na dotek. - Tepelný odpor vrstvy materiálu R (W/m/K) udává tepelně izolační vlastnosti konkrétní tloušťky materiálu. Spočítá se jako podíl tloušťky a součinitele tepelné vodivosti. 16

17 Sálavé vlastnosti materiálů Sálání je jedním z přenosů tepla. Se sáláním jsou spojeny tyty vlastnosti: - Emisivita ε (bezrozměrná) je dána jako podíl vyzařování teplotního zářiče a dokonale černého tělesa při shodné teplotě. - Reflexe ς (bezrozměrná), neboli odrazivost je podílem odraženého záření a celkově dopadajícího záření. - Absorpce α (bezrozměrná), neboli pohltivost je podíl pohlceného záření a celkového dopadajícího záření. - Výměna vzduchu. Koeficient výměny vzduchu k (h -1 ) nepopisuje přímo vlastnost materiálu, ale váže se k tepelnému stavu objektu a stavu výplní otvorů, případně řízené výměny vzduchu. Udává, jaká část objemu místnosti se vymění za jednotku času (hodinu). - Přestup tepla (přechodový odpor). Ovlivňuje přestup tepla ze vzduchu do povrchu. Je ovlivněn drsností, strukturou a hodnotou emisivitou Akustické vlastnosti Zvuk se na povrchu konstrukce částečně odráží, částečně pohltí a částečně prostupuje materiálem. Vhodnost materiálu pro zvukově izolační konstrukce určuje vlnový odpor Z=ς. C (N.s/m 3 ), kde ς je objemová hmotnost materiálu, C je rychlost šíření podélných vln. - Součinitel zvukové pohltivosti α (bezrozměrný) je závislý na frekvenci dopadajícího zvuku a vyjadřuje poměr mezi dopadajícím akustickým výkonem a odraženým Radioaktivita stavebních materiálů Je způsobována přítomnosti radioaktivních prvků a izotopů. Jde převážně o přírodní radioaktivitu, kterou nemůžeme zcela odstranit. Snažíme se ji tedy omezit a to např. volbou suroviny. V přírodě jsou nejrozšířenější prvky rozpadových řad Uranové a 17

18 Thóriové. V organických materiálech je to izotop draslíku. Úroveň radioaktivity nám v materiálu udává hmotnostní měrná aktivita a jednotkou je Bq/kg. Je sledována Státním úřadem pro jadernou bezpečnost (SÚJB) na základě ustanovení Atomového zákona. - stejně se posuzuje i voda dodávaná do objektů (Bq/l) Hygienické vlastnosti stavebních materiálů S rostoucím podílem umělých stavebních materiálů a úpravou jejich vlastností se setkáváme s pronikáním škodlivin do vnitřního prostředí staveb. Jde o látky, které se uvolňují ze stavebních materiálů počínaje lepidly na dřevo, přes barvy, součásti plastických hmot, různé ochranné impregnace apod. Z minulosti se setkáme s přidáváním azbestu do betonových konstrukcí a s problematickými materiály podlahových konstrukcí. Všechny tyto látky se uvolňovaly a uvolňují do vzduchu v místnostech. Jejich koncentrace se vyjadřuje v mg/m Ekologické vlastnosti stavebních materiálů Sledují se zatím jen okrajově a jde o takové vlastnosti jako je ekologická stopa (ekologické škody způsobené výrobou, použitím i likvidací materiálu) ve vztahu k užitku, nebo recyklovatelnost materiálu. STUDIJNÍ MATERIÁLY SVOBODA, L. a kol., Stavební hmoty. Bratislava: JAGA. Str ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1) Jaké jsou druhy objemových hmotností a pro jaké materiály se užívají? 2) V jakých formách se vyskytuje voda ve stavebních materiálech? 3) V jakých jednotkách udáváme vlhkost? 4) Co je to pevnost materiálu, v jakých jednotkách se udává a jaké jsou orientační pevnosti dřeva, betonu a oceli? 18

19 5) Jaké jsou druhy modulu pružnosti a v jakých jednotkách se udávají? 6) Co je to adheze a její jednotky? 7) Co je elasticita? 8) Co je ploužení? 9) Co je relaxace? 10) Co udává měrná tepelná vodivost? 11) V jakých jednotkách se udává lineární tepelná roztažnost? 12) Kde musíme s délkovou roztažností počítat? 13) Vysvětli, co je anomálie vody a její dopad pro stavební materiály. 14) V jakých jednotkách se udává obsah radioaktivních látek ve stavebním materiálu a kdo dohlíží na radioaktivní nezávadnost? 15) Jaké hygienické vlastnosti stavebních materiálů je možné sledovat? 16) Co je ekologická stopa stavebního materiálu. KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK Odpovědi na otázky 1 14 jsou obsaženy v textu výše. Otázka 15 Zamyslete se nad tím, co Vám může být v interiéru nepříjemné, nebo škodit. Jde o plyny uvolňující se z materiálů rozpouštědla, lepidla (formaldehyd), pryskyřice (voní, mohou nám být příjemné), retardéry, hoření apod. Jejich sledování je úkol pro hygienickou službu a výrobce. Otázka 16 Ekologickou stopou rozumíme veškerý vliv materiálu na životní prostředí. Energie spotřebovaná při výrobě, znečištění přírodního prostředí při výrobě (vzniklé odpady), znečištění životního prostředí během stavby a užívání materiálu spotřebovaná energie, vzniklé odpady při stavbě a případné znečišťování prostředí při užívání stavby a v neposlední řadě energie spotřebovaná a odpad vzniklý při likvidaci materiálu po skončení jeho životnosti. Ekologická stopa by nám měla ukazovat vhodnost materiálu z hlediska životního prostředí. Př. Dřevo při růstu prospívá životnímu prostředí. Energie se spotřebovává na těžbu, zpracování, případně umělé sušení. Během životnosti neznečišťuje životní prostředí, po skončení životnosti je možno jej využít jako zdroj energie. Konečné spálení mohou komplikovat ošetřující nátěry použité na jeho ochranu. Př. Asfaltová izolace ropa, chemická výroba, spotřeba energie na výrobu. Spotřeba energie na pokládku, likvidace nebezpečný odpad. 19

20 Kapitola 2: Prvek KLÍČOVÉ POJMY - atom, molekula, zákon zachování energie a hmoty, slučovací zákon CÍLE KAPITOLY - vysvětlit souvislosti mezi stupněm poznání filozofie a znalostmi vlastností látek, podat stav znalostí současné vědy. 8 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY VÝKLAD 2.1 Historie poznání Prvek základní kámen stavební hmoty Rozumět vlastnostem hmoty, jejich proměnnosti, vzájemným vlivům jedné hmoty na druhou, vzájemnému spojení v novou látku s jinými vlastnostmi a chováním se lidstvo snažilo po celou dobu svého vývoje ať podvědomě nebo vědomě. Počátek úvah o skladbě hmoty se odehrával v oblasti filosofie u filosofů Leukippa a Demokrita ve 4. stol. př. n. l. Jejich úvahy vedly k domněnce, že hmota jako látka není homogenní, ale je složena z malých, okem nepozorovatelných částí, které nazvali atomos atom. Atom chápali jako dále nedělitelnou částici, která je nositelem vlastností hmoty. Přeskupování spíše sestava atomů a změna sestavy je základní příčinou všech změn hmoty jako látky a změn jejich vlastností. Základ této filosofické myšlenky je platný do současnosti. Jiný starořecký filosof Lucretius Carus obdobně vysvětloval např. rozdíl ve viskozitě vody a oleje tím, že nejmenší částice atomy vody jsou hladké, takže po sobě snadno klouzají, kdežto atomy oleje mají na svém povrchu jakési háčky, kterými se vzájemně zachycují a tím brzdí svůj pohyb při průtoku nálevkou. A to v době, kdy 20

21 vyslovil tyto své filosofické myšlenky, nic nemohl vědět o různých tvarech a rozměrech molekul ani o přitažlivosti vlivem vnitřních sil mezi molekulami. Krokem zpět se stalo učení Aristotela s jeho základním prohlášením atributu, že hmota je homogenní a spojitá, vyplňuje celý vesmír a je složena z jediné pralátky. Bohužel tato myšlenka vyhovovala i středověkému náboženskému myšlení, které zabrzdilo další vývoj teorie skladby hmoty. K myšlenkovému posunu došlo až v létech , kdy Michail Vasiljevič Lomonosov prokázal existenci atomů jako v té době nejmenších částic hmoty a definoval prvek jako látku složenou z několika druhů atomů. Lomonosovem v druhé polovině 18. stol. a na začátku 19. století nastalo v rozvoji chemie období vědeckého rozkvětu a byly položeny základy pro poznání skladby hmoty jako základu jejího chování. Teorii chemické struktury postavili v 1. pol. 19. století zejména Baeyer, Kekule a Butler. Základem jejich teorie je definice, že vlastnosti sloučenin nezávisí jen na druhu a počtu atomů v molekule, ale i na jejich vzájemné poloze. Ve stejném období 1. pol. 19. stol. dospěl Dalton k počátku atomové teorie, kterou charakterizoval těmito definicemi: - atomy jsou nejmenší, dále již nijak nedělitelné částice hmoty - atomů je tolik druhů, kolik je prvků - atomy se spolu slučují tak, že na 1 atom prvků jednoho připadá 1 nebo více atomů prvků druhého. Dalton byl prvním mužem, který stanovil relativní hodnoty atomových vah některých prvků včetně vodíku, kterému přisoudil atomovou váhu 1. Toto vědecky velmi úspěšné období završil D. I. Mendělejev v období objevením periodického zákona, který dnes známe v podobě Mendělejevovy soustavy prvků. Atom přestává být chápán jako jednoduchá nedělitelná částice a objevem radioaktivity v roce 1896 H. Bequerelem, Marií Curie Sklodowskou a Pierre Curiem se stává částicí složeno z dalších částic. Následuje v roce 1869 objev elektronu J. W. Hittorfovem, objev protonu E. Goldsteinem a v roce 1932 objev neutronu Chadwickem. Současná doba vedla k objevu kvarků a dalších částic. 2.2 Základní částice atomu Atom jako základní stavební jednotka látky je hmotnou částicí o hmotnosti g s velikostí v desetinách nanometru. Základní částice jsou: 1) elektron (e - ) je částice se záporným nábojem velikosti -1, coulombů. Tato hodnota je nejmenším elektrickým nábojem, nazývá se proto elementární elektrické kvantum. Klidová hmotnost elektronu je 9, g. 21

22 2) proton (p + ) je částice s kladným nábojem o stejné velikosti jako elektron +1, coulombů, ale klidová hmotnost je výrazně těžší 1, g. 3) neutron (n) je částice bez elektrického náboje s klidovou hmotností přibližně stejnou jako proton 1, g. 4) positron je částice s kladným nábojem o stejné klidové hmotnosti jako elektron 9, g. Spojení elektronu a positronu je základním kamenem záření. 5) Antiproton je záporně nabitá částice o stejné klidové hmotnosti jako proton: 1, g. 6) Mezony jsou částice různě nabité. Mohou mít kladný nebo záporný náboj, nebo mohou být zcela bez náboje. Jejich klidová hmotnost leží v oblasti mezi klidovou hmotností elektronu a klidovou hmotností protonu. 7) Kvarky a další částice, jejich průzkum a objasňování v současné době probíhají. 2.3 Atom Atom, jak již bylo řešeno, je složen z výše uvedených částic, které tvoří dvě formace: 1) jádro, v kterém převažují kladně nabité částice a tedy celkový jeho náboj je kladný. Převažující částice dávající hodnotu náboje jsou především protony. V jádře jsou dále neutrony bez elektrického náboje, a tedy nemění hodnotu kladného náboje. Neutrony vzhledem k své vnitřní energii jsou relativně málo stálé, proto se neutron za určitých podmínek může rozpadnout na proton s kladnou energií a elektron se zápornou energií. Při tomto rozpadu, který je charakteristický pro radioaktivní rozpad, je elektron vyzářen ve formě záření. Skupinu protonů a neutronů v jádře nazýváme nukleony (původ slova je z latinského označení nukleus = jádro). Počet protonů v jádře udává atomové číslo prvku. Počet nukleonů v jádře udává hmotové číslo. Atomové číslo je základní konstantou každého prvku, která určuje jeho postavení v Mendělejevově periodické soustavě prvků. Čísla jsou v Mendělejevově soustavě prvků označena: hmotové číslo atomové číslo značka prvku např Ca O 20 8 Vzájemné uspořádání protonů a neutronů v jádře vede buď k situaci, že jádro je nestabilní, nebo k situaci, kdy jádro je stabilní. Za prvek s velmi stabilním jádrem lze např. považovat 22

23 vápník Ca kyslík O olovo Pb ) Obal, v kterém převažují záporně nabité částice. Převažující částice jsou záporně nabité elektrony. Protože atom, jako základní částice stavby hmoty, je elektricky neutrální, musí být neutrality dosaženo stejným počtem protonů v jádře a stejným počtem elektronů na obalu. Obal má základní význam pro chemické pochody mezi prvky a tedy pro slučování prvků do podoby výsledné hmoty. Stejně jako uspořádání částic v jádře je důležité i prostorové uspořádání elektronů na obalu jádra. Elektrony se pohybují v obalu jádra v prostorových kruhových drahách. V určité vzdálenosti od jádra jsou stabilní a nevyzařují žádnou energii. Nezvětšující se vzdáleností od jádra je elektron nabuzován a s velikostí přijaté energie může přecházet do polohy od jádra vzdálenější. Pokud svým rozpadem energii ztratí např. vyzářením, vrací se zpět do sférické dráhy blíže jádru. Vrstvy, po kterých se pohybují elektrony s různou velikostí vnitřní energie, a tedy v různé vzdálenosti od jádra nazýváme energetické hladiny a označujeme je hlavním kvantovým číslem (rozsah 1 až 7 drah). Celkové množství elektronů se stejným kvantovým číslem v obalu atomu je dán vztahem 2 n 2 kde n = hlavní kvantové číslo prvku. Každá elektronová vrstva může tedy obsahovat tyto maximální počty elektronů: hlavní kvantové číslo max. počet elektronů Pro skládání atomů při tvorbě hmoty jsou pro nás důležité zejména chemické vlastnosti prvků. Chemické vlastnosti ovlivňují a to velmi významně, zejména elektrony s vysokým obsahem energie pohybující se v poslední nejvzdálenější dráze. Tyto elektrony nazýváme valenčními. 2.4 Molekula Chemickou vazbu valenčních elektronů v poslední obalové vrstvě dvou a více atomů dvou a více prvků vzniká molekula látky (hmoty) ve formě sloučeniny. Každá molekula je charakteristická nejen co do počtu atomů jednotlivých prvků v molekule, ale i na jejich vzájemné poloze v prostorovém uspořádání molekuly. Obě tyto charakteristiky určují vlastnosti sloučeniny tedy látky (hmoty) samé. Tak např. látky, jejichž chemické složení bude stejné, ale u každé z nich bude jiná prostorová poloha jednotlivých atomů, budou mít diametrálně odlišné vlastnosti. 23

24 Chemická vazba poslední obalové sféry se nedotýká v žádném případě jádra atomu, ani jej nemění. Spojení vzájemné vazby valenčních elektronů v obalech atomů je typu: 1) vazba iontová 2) vazba kovalentní 3) vazba kovová Vazba iontová Je charakterizována nábojem ve sloučenině molekule. Sloučeniny obsahují kladně nabité částice kationy a záporně nabité částice aniony. Prvky, které mají ve valenční sféře nízký počet elektronů, se snaží tyto elektrony odevzdat atomu jiného prvku a tím docílit stabilnější elektronové pozice a obráceně prvky ve valenční sféře s vysokým počtem elektronů mají snahu tyto elektrony předat atomu jiného prvku. Na vzniku iontové vazby se podílí působení elektrostatických sil, které se řídí Coulombovým zákonem. Změny v elektronech záleží na velikosti síly, kterou jsou elektrony připoutávány k jádru atomu. Velikost této síly se nazývá ionizační energií. Hodnota této energie klesá s rostoucím atomovým číslem. Nejvyšší hodnoty ionizující energie mají např. vzácné plyny. Iontová vazba u atomu elektronu předávajícího je vyjádřitelná vztahem: atom + energie = kation + elektron a u atomu elektron přijímacího je vyjádřena vztahem: atom + elektron = anion + energie Tato uvolněná energie se nazývá elektroafinita. Ionty v molekule jsou vzájemně poutány elektrostatickými silami, působícími všemi směry bez směrové orientace. Sloučeniny vzniklé na základě iontové vazby se vyznačují zejména těmito vlastnostmi: - vysoká pevnost, - vysoký bod tání, - vysoký bod varu, - dobrá elektrická vodivost. 24

25 Vazba kovalentní Tato vazba je velmi různorodou a značně složitou. Je založena na tom, že jednotlivé atomy jednotlivých prvků společně sdílejí své valenční elektrony. Kovalentní vazby dělíme na: a) jednoduchou kovalentní vazbu tj. takovou, ve které jsou atomy vzájemně spojeny jedním párem sdílených valenčních elektronů, b) dvojnou kovalentní vazbu poutání dvěma páry elektronů, c) trojnou kovalentní vazbu poutání třemi páry elektronů. Jednoduchá kovalentní vazba je charakteristická např. pro spojení vodíku, chloru atp. Vícenásobná kovalentní vazba je charakteristická např. pro spojení uhlíku nebo dusíku apod. Uhlík je však schopen i vazeb jednoduchých, což vede k značné schopnosti tvorby velkého počtu sloučenin. Zvláštností kovalentní vazby je v některých případech stav, kdy do vazby vstupují dva prvky atomy s odlišnými chemickými vlastnostmi. Potom dochází k tzv. polarizaci vazby, tj. ke stavu, kdy vytvořená molekula má jeden svůj konec s kladným nábojem a druhý se záporným nábojem. Polární vazba je přechodovým stupněm mezi iontovou a kovalentní vazbou. Sloučeniny vzniklé na základě kovalentní vazby se vyznačují zejména těmito vlastnostmi: - vysoká tvrdost (kovalentní vazbou uhlíku je diamant nebo karborundum apod.) Vazba kovová Je vazbou atomů kovů, které se v krystalických mřížkách obklopují větším počtem atomů jiných prvků. Část valenčních elektronů se váže na valenční sféru jiného atomu. Část elektronů však zůstává volná. Tyto elektrony se volně pohybují v krystalové mřížce. Vnitřní síly mají nižší hodnotu, zejména při poutání kationů valenčními elektrony. Tyto nižší síly umožňují záměnu atomů kovů za jiné kovy! Snadná tvorba slitin s výsledkem zlepšení a přenosu některých pozitivních vlastností. Ale zase obráceně vstoupí-li do kovové vazby atom nekovového prvku, je výsledkem zhoršení některých vlastností kovu. Např. uhlík snižuje kujnost apod. Volně pohyblivé elektrony v krystalické mřížce zlepšují: - plasticitu, - tepelnou i elektrickou vodivost, - schopnost tvorby slitin. 2.5 Slučovací zákony Slučování prvků v molekuly látky, případně jejich koroze a rozklad podléhá následujícím chemickým zákonitostem: 25

26 2.5.1 Zákon o zachování hmoty a energie Einsteinův vztah E = m. c 2 To znamená, že při reakcích v uzavřené molekulové stavbě se jejich úhrnná hmotnost a energie nemění Zákon stálých poměrů slučovacích Formulován do definice: Prvky se slučují ve sloučeninu vždy v určitých, neměnných váhových poměrech. V praktickém slova smyslu to znamená, že použije-li se nadbytku jednoho prvku, sloučí se vždy jen takové jeho množství, které odpovídá příslušnému váhovému poměru atomů ve sloučenině, zbytek zůstane nesloučen. STUDIJNÍ MATERIÁLY SVOBODA, L. a kol., Stavební hmoty. Bratislava: JAGA. Str ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1) Co věděli o materiálech ve starověku? 2) Co přinesl do vědy Lomonosov? 3) V čem byla převratná Mendělejova tabulka prvků? 4) Jaké znáte části atomu? 5) Jaké jsou základní vazby mezi molekulami a jaké dávají látkám vlastnosti? 6) Co říká zákon zachování energie a hmoty? 7) Jaká je podstata slučovacího zákona? KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK Odpovědi na uvedené otázky jsou obsaženy v textu výše. 26

27 Kapitola 3: Pojiva KLÍČOVÉ POJMY - vápna, cement, sádra, přísady k pojivům CÍLE KAPITOLY - seznámit se surovinami pro výrobu, výrobními postupy, druhy a vlastnostmi pojiv, jak mění vlastnosti pojiv přísady. ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY 16 hodin VÝKLAD 3.1. Pojmy Pojiva a přísady Pojivem je látka, pomocí které spojujeme materiály do podoby nebo formy výrobku. Přísady jsou látky, kterými určujeme, měníme nebo doplňujeme vlastnosti hmoty a následně výrobku Historická pojiva Za historická pojiva považujeme: cihlářské jíly, hlinité jíly a hlíny vápno sádra 27

28 Cihlářské jíly, hlinité jíly, hlíny Hlína jako pojivo pro hliněné omítky historických staveb a zejména staveb lidové architektury byla používána ve vazbě na místní lokality a naleziště. Byla nepochybně prvním pojivem běžně dostupným a používaným pro stavbu lidských obydlí a v současné době dochází k její renesanci. Použitelná byla pouze hlína s vysokým obsahem jílu, která dosahovala pojivových stmelujících schopností. Charakteristické vlastnosti jílu dodávaly tomuto pojivu dobrou zpracovatelnost a roztíratelnost. Hliněné malty se používaly nejen pro zdění zdiva z vepřovic, ale zejména pro zatírání a výplň spár, hliněné omítky na vepřovicové zdivo, dřevěné i kamenné stavby. Jíl a jílová hlína jako pojivo však nebylo v hliněných maltách ani v historii pojivem jediným, ale pojivem druhotným doplňkovým. Tyto historické malty obsahovaly dvě pojiva jako základní a majoritní pojivo bylo vápno a druhotné pojivo byl jíl a hlína. Vzorky malty z Břevnovského kláštera udávají: 30,2 % vápna a 10,8 % jílů a hlín. Hlína jako pojivo určovala omítkám malou pevnost, relativně vysokou nasákavost a velké objemové změny s tvorbou mikrotrhlin, malou přídržnost k podkladu a tedy velmi malou odolnost vůči povětrnostním vlivům a malou životnost. Jíl je zeminou tvořenou jílovitými minerály s velikostí zrn do 0,002 mm. Pro jeho použití jako pojiva je podstatnou vlastností vaznost, nízký obsah humusovitých součástí a výkvětotvorných solí. Vaznost a plasticita je ale na druhé straně příčinou bobtnání a smršťování a tedy vlastností negativních. Hodnoty těchto vlastností udává obsah kaolinitu, montmorillonitu a illytu v jílu. Tabulka č. 2 Vlastnosti základních jílových minerálů Materiál Index plasticity Bobtnání % Kaolin Montmorillonit a více Illit Zdroj: Wikipedie, Mezní obsah vody pro vznik trhlin % Vápno Vápno jako pojivo bylo používání v téměř celé historii staveb lidstva. Vzdušné vápno bylo již používáno v Babyloně cca 600 let př. n. l. Na území Čech a Moravy se vápno začalo prokazatelně používat v období Velkomoravské říše na území Velké Moravy od 9. století, tedy oproti používání na jiných území realitně pozdě. Na naše území bylo importováno z jižní Evropy. První historicky doložená vápenka byla postavena až v 10 stol. a vlastnil ji Břevnovský klášter od roku

29 Vápenec se v těchto prvopočátcích výroby pálil při nízké teplotě v periodicky přerušovaném procesu přeměny CaCO 3 (uhličitanu vápenatého) na CaO (oxid vápenatý) v milířích. Obr. 1. Schéma milíře zdroj: Výška milíře se pohybovala od 2,5 do 3,2 m. Trychtýř milíře byl kruhový o horním průměru 4 8 m. Vápenec byl drcen a vrstven s prokládáním s palivem v nejstarších dobách dřevem, slámou, rákosem, později dřevěným uhlím. Takto vypálené vápno s dlouhou dobou výpalu a přeměny nazýváme vápnem vzdušným měkce páleným. Vápno bylo znečištěno zbytky uhlí a popele. Tyto nečistoty však plnily při zpracování důležitou funkci přísady zrychlující nárůst pevnosti a zvýšení trvanlivosti po zpracování do omítky. Dalším výrobním vývojovým stupněm byla změna tvaru milíře na milíř zděný s umístěním ohniště a hoření paliva mimo vypalovací prostor. Pálení probíhalo na tzv. dlouhý plamen. Doba pálení se zkrátila na 3 dny. Poslední technologické zdokonalení vypalování vápna přinesly šachtové pece. Obr. 2. Schéma šachtové pece 29

30 zdroj: Vápno vypalované rychlým způsobem v šachtové peci se nazývá vápnem vzdušným páleným na ostro. Vápno měkce pálené a pálené na ostro má rozdílné vlastnosti z hlediska reakce s vodou, které musí být zohledněny právě při hašení vápna. Hašením se převádí exotermickým pochodem pevná fáze vápna na fázi tekutou chemickou reakcí pevného oxidu vápenatého CaO s vodou se vznikem vodné disperze hydroxidu vápenatého: CaO + H 2 O = Ca (OH) 2 Tato reakce musí proběhnout beze zbytku, tj. bez nedohašených částic oxidu vápenatého, který by byl zdrojem dodatečné hydratace v omítce se vznikem trhlin a výstřelů. Nutnost úplného dohašení vyvolává změnu technologie hašení měkce páleného a ostře páleného vápna. Technologie hašení: Měkce pálené vápno velmi rychle reaguje s vodou. Hašení se musí provádět v nadbytku vody tj. v poměru 100 kg vápna na 250 l vody. Vápno se sype do vody za důkladného míchání. Po rozhašení se vápenná kaše procedí síty s oky 3 mm do sedimentační jímky. Nedohašené částice se usadí na dně a přepadem se odvádí řídká kaše do jímek k odležení. Ostře pálené vápno reaguje s vodou pomalu za vývoje vyšší teploty a páry. Při hašení se uloží do hasnice a vodou polévá jen v takovém množství, aby se kaše udržovala ve varu za intenzivního míchání. Při nadbytku vody hašení přestává (vápno se tzv. utopí), při nedostatku část vápna nehydratuje (vápno se tzv. spálí). 30

31 Suché hašení se provádí v hydrátoru, což je mísící zařízení, kde se vzdušné vápno - oxid vápenatý - mísí s nejnutnějším množstvím vody (na 100 kg cca l vody) s tím, že přebytečná voda ve skupenství vodní páry z reakce se odvádí mimo technologický proces. Výsledný vyhašený produkt je hydroxid vápenatý vápenný hydrát. Vápenný hydrát dělíme na: vápenný hydrát čistý - jemný - velmi jemný vápenný hydrát velmi čistý - jemný - velmi jemný - speciální Tabulka č. 3. Vlastnosti vápenného hydrátu Vlastnost Čistý Druh v % Velmi čistý I. třídy II. třídy CaO min CaO + MgO min MgO 5,5 2 3 CO2 max SiO2 + nerozpustný podíl max. - 2,5 4 Vlhkost Hydrátová voda - 21,5 20 Zdroj: vlastní zpracování Vápno dělíme na: a) vápno vzdušné b) vápno hydraulické Z historických pojiv vzdušné vápno, hlína i sádra patří mezi pojiva vzdušná, tj. pojiva, hmoty a výrobky z nich zatvrdnou a jsou stálé pouze na vzduchu. 31

32 Hydraulické vápno je pojivem hydraulickým jako cementy, a hmoty a výrobky z něj vyrobené tvrdnou a mají tvarovou stálost a pevnost jak na vzduchu, tak i ve vodě nebo v extrémně vlhkém prostředí. Vápna vzdušná Dělí se z hlediska velikosti zrn na: a) kusové (zrna nad 7 mm s max. 20 % podsítného zbytku do 6,3 mm) b) práškové (zrna do 3 mm s max. 5 % nadsítného zbytku do 3,15 mm) c) mleté dělí se dále na: ca) hrubě mleté (zrna menší než 2,5 mm, nadsítný zbytek nepřípustný) cb) jemně mleté (zrna do 0,2 mm, nadsítný zbytek větší než 1,2 mm max. 8 %) cc) velmi jemně mleté (zrna do 0,09 mm, nadsítný zbytek do 0,2 mm max. 2 % a do 0,09 mm max. 8 %) Tabulka č. 4. Druhy vzdušného vápna (ČSN EN 459 1) Označení Značení Obsah CaO+MgO Obsah Mg Obsah SO3 Bílé vápno 90 CL Bílé vápno 80 CL Bílé vápno 70 CL 70 >70 >5 2 Dolomit.vápno 85 Dolomit.vápno 80 Doplnující třídění Nehašené vápno Hašené bílé vápno DL DL Přípona Q S 32

33 Polohašené vápno dolomit. Nehašené vápno S1 S2 Zdroj: Wikipedie, Poznámky: Hodnoty uvedené v hmotnostních procentech. Pro nehašené vápno platí přímo. U hašeného vápna a vápenné kaše platí po odpočtu volné a vázané vody. Vyhoví-li zkoušce objemové stálosti dle ČSN EN připouští se až 7 %. Vápna speciální vápno pro výrobu pórobetonu obsahuje: CaO min. 90 % MgO max. 3 % Ztráta žíháním max. 8 % Aktivita min. 70 C za dobu 1 3 min. (u práškového) a 4 12 min. (u kusového) Vydatnost min. 2,2 l vápenné kaše / 1 kg vápna. vápno karbidové vzniká jako vedlejší produkt při výrobě acetylenu z karbidu vápníku CaC H 2 O = C 2 H 2 + Ca (OH) 2 hydrofobní vzdušné vápno s hydrofobní přísadou uhličitanové vápno nehašené s přimíláním vápence do vypáleného vápna pro úpravu regulace aktivity vápna živé vápno velmi jemně mleté s vysokou teplotní aktivitou při hašení vídeňské vápno s velmi jemně rozemletým dolomitickým vápencem (používá se do leštících past na kovy a kámen). Tuhnutí a tvrdnutí vzdušných vápen Principem tuhnutí je odpar vody z vápenné kaše prosté nebo z maltoviny. Voda se odpařuje z kapilár maltoviny a z prostor mezi zrny a působením kapilárních sil dochází nejdříve k shlukování částic hydroxidu vápenatého a následně k jejich srůstání. Srostlice nejsou vodovzdorné, ale mohou se zpětně rozpouštět. Srůst je počátkem tvrdnutí maltoviny, ale není jediným procesem, který se na tvrdnutí podílí. Hlavní a převažující podíl na tvrdnutí vápen a maltovin má karbonatace, tj. tzv. uhličitanové tvrdnutí. 33

34 Karbonatace vzniká působením vzdušného oxidu uhličitého, který vstupuje do chemické reakce Ca (OH) 2 + CO 2 + n H 2 O = Ca CO 3 + (n + 1) H 2 O v době, kdy maltovina obsahuje ještě vodu. Vzniklý uhličitan vápenatý CaCO 3 vytváří z vápenné maltoviny vápencový slepenec. S ohledem na pórovitost malty ze vzdušných vápen a pórovitost vápen samých může vlhkost nebo voda v pórech znovu rozpouštět zejména zbytky ještě nezkarbonatovaného vápna. Uhličitan vápenatý tak přechází do rozpustné formy hydrogenuhličitanu vápenatého působením oxidu uhličitého přítomného ve vodě v kapilárách CaCO 3 + CO 2 + n H 2 O = Ca (HCO 3 ) 2 + (n 1) H 2 O Karbonatace do hloubky maltoviny probíhá relativně rychle, takže cca za 1 měsíc již povrch omítky ztrácí alkalickou reakci a přibližuje se k neutralitě. Pórovitost vápna a vlastnost, která s pórovitostí souvisí, objemové smrštění je technologicky podřízeno teplotě výpalu vápna: - při teplotě výpalu 900 C je pórovitost 53 % a objem smrštění 10 % - při teplotě výpalu 1300 C je pórovitost 34 % a objem smrštění 22 %. Zkoušení vzdušného vápna Zkouší se dle ČSN EN objemová stálost kaše po hašení - vydatnost vápna - aktivita vápna Novým pojmem je vydatnost vápna tj. hodnota, která udává, kolik litrů vápenné kaše (předepsané hustoty pro jednotlivá vápna) vznikne rozhašením 1 kg vápna. Aktivita vápna je nejvyšší dosažená teplota při hašení vápna za zjištěný počet minut (tj. čas, za který je dosaženo 80 % z celkové hydratace). Použití vzdušných vápen - vápenné malty a suché maltové směsi pro zdění i omítky - vápenocementové maltové suché směsi pro zdění i omítky - pro výrobu pórobetonových tvárnic a výrobků - pro výrobu vápenopískových cihel 34

35 - vápenné mléko jako součást nátěrů pro bílení Vápna hydraulická Hydraulické vápno vyjma oxidu uhličitého obsahuje ještě tzv. hydraulické složky tj. SiO 2 kysličník křemičitý, Al 2 O 3 kysličník hlinitý a Fe 2 O 3 kysličník železitý. Blíží se svými vlastnostmi i složením cementům. Na rozdíl od vzdušného vápna se před použitím nehasí. Vyrábí se dvěma způsoby: a) pálením jílovitých vápenců a dolomitických vápenců s přikládáním hydraulických přísad pod mez slinutí výsledným produktem je přirozeně hydraulické vápno, b) rozemletím vápna vzdušného s přísadami (vysokopecní struskou nebo pucolány). Základní složkou těchto vápen, která je nositelem nickách vlastností je dikalciumsilikát (křemičitan dvojvápenatý 2 CaO. SiO 2 ) Označení hydraulických vápen je HL nebo HNL a číslicí určující pevnost v tlaku v MPa. Hydraulické vápno HL i přirozené hydraulické vápno NHL má 3 třídy pro pevnosti 2 3,5 5. Hydraulické vápno musí být při tvrdnutí pod vodou i na vzduchu objemově stálé. Objemová stálost se prokazuje koláčkovou zkouškou. Časový průběh tuhnutí je limitován počátkem tuhnutí, který nesmí být kratší než 45 min. Speciálním hydraulickým vápnem je tzv. románský cement, vyznačující se vysokou vazností a rychlou dobou tuhnutí. Použití hydraulických vápen - malty pro zdění i omítání - k stabilizaci základových zemin - betony s malou pevností v tlaku Sádra Principem výroby sádry je odvodnění původního minerálu sádrovce Ca SO 4. 2 H 2 O, nebo rozkladu anhydritu Ca SO 4 výpalem. Zahrnuje se mezi pojiva vzdušná, i když mají částečnou hydraulicitu, tj. mohou zatvrdnout i pod vodou, ale zatvrdnutí je částečné, není trvalé a podléhá rozpouštění. 35

36 Po chemické stránce je sádra vápnosíranovým pojivem. Základní surovinou pro výrobu je přírodní sádrovec dihydrát síranu vápenatého a anhydrit bezvodá forma síranu vápenatého. Po geologické stránce je nerostem usazeným. Nevyskytuje se v čisté formě, ale znečištěn hlinitými částicemi, břidlicí, křídou apod. Formou relativně čistou je alabastr. Anhydrit bezvodý síran vápenatý vznikl působením vysokých tlaků a teplot za spolupůsobení chloridu sodného. Barevnost anhydritu je dána přítomností nečistot a je od bílé (alabastr) přes všechny odstíny barevného spektra. Technologie výroby Rozdrcený sádrovec se zahřívá na teplotu při níž se zbavuje vody a následně se rozemílá. Podle teploty odvodňovacího procesu se sádra dělí na tyto druhy: a) měkká, rychle tuhnoucí polohydrát Ca SO 4. 0,5 H 2 O. Vyrábí se tzv. kalcinací Ca SO 4. 2 H 2 O + teplo = Ca SO 4. 0,5 H 2 O + 1,5 H 2 O. Výpalová teplota je C. Smícháním tohoto druhu sádry s vodou dochází k termoreakci zahřátí za současného zvětšení objemu kaše o cca 1 %. Tuhnutím sádry se zpětně vytvoří dihydrát Ca SO 4. 2 H 2 O. b) tvrdá, pomalu tuhnoucí - anhydritová sádra. Podle stupně a teploty výpalu se vyrábí v těchto druzích: anhydrit II T těžce rozpustný, vypalovací teplota C, jeho reakce s vodou s rostoucí teplotou klesá anhydrit II N, nerozpustný, vypalovací teplota C, s vodou reaguje velmi pomalu anhydrit II E, vypalovací teplota více jak 600 C, část se rozpadá na Ca O a S O 3 anhydrit II vypalovací teplota nad 1200 C přechází v Ca SO 4 s obsahem volného Ca O. Jedná se o nestabilní formu, která přechází při ochlazení na formu dihydrátu T, N, E. Při kalcinaci sádry vznikají dvě základní pojiva: o sádra vzniká zahříváním za zvýšeného tlaku o sádra vzniká zahříváním za normálního tlaku. Obě sádry jsou stejného chemického složení, ale s jinou velikostí krystalů. Tabulka č. 5. Druhy sádrových pojiv rozdělení podle ČSN

37 Druh Označení Tuhnutí v min. Počátek Konec Rychle tuhnoucí A 2 15 Normálně tuhnoucí B 6 30 Pomalu tuhnoucí C 20 Není určen Dělení podle mletí Hrubě mletá I Středně mletá II Jemně mletá III Zdroj: vlastní zpracování Dělení podle třídy pevnost (číslo udává pevnost v MPa): G 2 G 3 G 4 G 5 G 6 G 7 G 10 G 13 G 16 G 19 G 22 G 25. Historické typy sádry: - Purianská sádra pálený sádrovec s boraxem, rozmíchává se s roztokem z vinného kamene ve vodě, konec tuhnutí 2 3 hod. - Schottova sádra pálený sádrovec s vápnem v poměru 7 : 3 - Keenova sádra pálený sádrovec s kamencem zvýšená odolnost proti povětrnostním vlivům - De Wyldeho sádra vyrábí se zahřátím anhydritu a vodního skla na C Tuhnutí sádrových pojiv: Mechanismus tuhnutí je charakterizován: Ca SO 4. 0,5 H 2 O + 1,5 H 2 O = Ca SO 4. 2 H 2 O + teplo. Pevnost ztvrdlé sádry lze zvýšit vysoušením. Základní vlastnosti sádry: Při rozmíchávání vždy je nutné sypat sádru do vody nikoliv obráceně. Množství vody se volí podle jemnosti mletí od 30 do 80 % z hmotnosti sádry. Hustota sádry kg/m 3 Sypná hmotnost kg/m 3 Pevnost v tahu za ohybu 1/6 až 1/8 pevnosti v tlaku. 37

38 Pevnosti se mění s vlhkostí: - vlhkost 0,5 1 % snižuje pevnosti na % - vlhkost % snižuje pevnosti na 50 % - vlhkost větší než 15 % snižuje pevnost na % Změna vlhkosti má značný vliv na hodnotu modulu pružnosti a tedy i na trvalou deformaci dlouhodobě zatížených prvků. Odolnost proti ohni. Působí korozivně na ocel. Použití: - sádrové omítky a stěrky - sádrokartonové desky - sádrové tvárnice - sádra pro volné nebo umělecké zpracování - anhydrity pojivo pro anhydritové podlahy a mazaniny - sádrovláknité desky 3.3. Současná pojiva Dělíme na: hlíny a jíly vápno sádra hořečnatá pojiva cementy polymerní pojiva Hořečnatá pojiva Jsou pojivem vzdušným. Základní složkou jeho výroby je kausticky vypálený přírodní magnezit (tj. vypálen nad rozkladnou teplotu, ale pod mez slinutí) ve formě oxidu hořečnatého a roztoku chloridu hořečnatého. Pojivo je vyráběno pod označením Sorellův cement. K tvrdnutí dochází po přidání vody 5 Mg O + Mg Cl H 2 O = Mg Cl 2. 5 Mg (OH). 7 H 2 O 38

39 Do formy heptahydrátu. Tento pohled je zjednodušený, ve skutečnosti Sorellův cement je směsí hydratovaných hydroxidchloridů a oxichloridů hořečnatých. Výpalek magnezitu obsahuje min. 75 % Mg O, max 5 % Ca O a cca 10 % C O 2 ve formě nevypálených uhličitanů. Vlastnosti: Počátek tuhnutí po 40 min. Doba tuhnutí do 8 hod. Je jedním z mála pojiv, které jsou schopny vykazovat pojivovou schopnost jak vůči anorganickým tak i organickým pojivům nemineralizovaných (organická plniva vůči jiným pojivům jsou inertní a musí se mineralizovat např. vodním sklem apod., jinak jsou obtížně spojitelné). Pevnost v tlaku 22,5 MPa Pevnost v tahu za ohybu 7 MPa Objemová hmotnost kg/m 3 Negativní vlastnosti: - neodolává trvalému působení vlhkosti - neodolává vlivu teplot větších než 100 C - nesnáší se s vápnem toto spojení je příčinou výkvětů - výrazně působí korozivně na ocel a ostatní kovy - vodivá pro el. proud Použití: - podlahoviny s vysokou tvrdostí a zrychlenou pochůzností bezesparé xylolitové - dlaždice xylolitové - umělý kámen Cementy Cementy jsou pojivem hydraulickým, tvrdnoucím jak na vzduchu, tak i pod vodou. Jsou charakteristické vysokou pojivostí vazností a objemovou stálostí. Cementy dělíme: Podle použité suroviny na: 39

40 a) cementy silikátové, portlandské (bez vedlejších přísad) b) cementy silikátové směsné (s přísadami) ba) struskoportlandský cement bb) vysokopecní cement bc) portlandský s nízkým hydratačním teplem bd) pucolánový portlandský cement c) cementy hlinitanové, aluminátové d) cementy speciální, zvláštní da) síranovzdorný portlandský cement db) silniční cement dc) bílý cement dd) barevné cementy de) hydrofobní cementy df) rozpínavý cement dg) těsnící portlandský cement dh) hořečnatý cement dch) barnatý a strontnatý cement Vlastnosti a specializovaná použitelnost cementů se upravují přísadami buď přidávanými do vsázky při vypalování nebo přidávané při mletí k slínku. Přísady dělíme na: a) hlavní, které upravují proces tuhnutí cementu sádrovec, sádrové zbytky a střepy b) vedlejší, které upravují vlastnosti cementu vysokopecní granulovaná struska, pucolány c) speciální, kterými se upravují technologické postupy plastifikace, hydrofobizace, provzdušňování. Podle jemnosti mletí dělíme cementy na: a) běžně mleté s měrným povrchem 2250 až 3700 cm 2 /g b) velmi jemně mleté s měrným povrchem až 6000 cm 2 /g (nazývané rychlovazné) 40

41 Tabulka č. 6. Druhy cementů a jejich složení v procentech hmotnosti podle ČSN EN Dr uh ce m. 1. II. III. IV. Název cementu Portlands ký cement Portlands ký struskový cement Portlands ký cement s křemičit ým úletem Portlands ký pucolánov á cement Portlands ký popelkov ý cement Portlands ký cement s kalcinov anou břidlicí Portlands ký cement s vápence m Portlands ký směsný cement Vysokope cní cement Pucoláno vý cement Označ ení cm. I II/A-S II/B-S II/A- D II/A-P II/B-P II/A- Q II/B- Q II/B- V II/B- V II/A- W II/B- W II/A-T II/B-T Slín ek (K) Vysokop ecní struska (S) Křemi čitý Úlet (D) 3) Puco lán příro dní (P) 41 Pucolán průmysl ový (Q) 4) Popíle k křemi čitý (V) Popíl ek vápen atý (W) Kalcino vaná břidlice (T) Vápe nec Doplň ující Složky 2) II/A M II/B-L II/A ) M 94 II/B ) M III/A III/B III/C IV/A IV/B

42 V. Směsný cement V/A V/B ) Hodnoty v tabulkách se vztahují na hlavní a doplňující složky cementu bez síranu vápenatého a přísad 2) Jako doplňující složky mohou být použita plniva nebo jedna či více látek, používaných jako hlavní složky, pokud v cementu nejsou jako hlavní složky použity 3) Obsah křemičitého úletu je limitován do 10% 4) Obsah jiných strusek než vysokopecní strusky je limitován do 15% 5) Obsah plniva je limitován do 5% Označování a třídění cementů: Tabulka č. 7. Základní druhy cementu - podle ČSN EN Druh cementu CEM. I CEM. II CEM. III CEM. IV CEM. V Slovní označení druhu Portlandský cement Portlandský cement směsný Vysokopecní cement Pucolánový cement Směsný cement Zdroj: vlastní zpracování Za římskou číslicí následuje hodnota normalizované pevnostní třídy. Normalizované třídy: 32,5 42,5 52,5 (hodnota je pevností v tlaku po 28 dnech). Pokud je cement rychlovazný s vysokou počáteční pevností označuje se za pevnostní třídu ještě písmenem R. Cementy nižších tříd než jsou uvedeny v tab. 5 jsou vyráběny, normovány a používány jako cementy pro zdění. V těchto cementech je přípustná složka hydraulického vápna, přípustné je i vzdušné vápno. Jejich označení je MC a následuje hodnota pevnosti pevnostní třída. Tabulka č. 8. Pevnosti cementu pro zdění dle ČSN EN 4131 Třída Pevnost v tlaku po 7dnech Pevnost v tlaku po 28dnech Mpa Mpa MC 5 - min. 5- max. 15 MC 12.5 min. 5 min MC 22.5 min. 10 min max Zdroj: vlastní zpracování 42

43 Výroba cementu Základní surovinou pro výpal cementového slínku je vápenec s nižší čistotou. Vsázka pro výpal je sestavena z více surovin podle výroby konkrétního druhu cementu. Mezi základní surovinové přísady podílející se na vlastnostech výrobku jsou bauxity, železné rudy a kyzy, křemen, struska sádrovec a další. Suroviny vytěžené v lomu se drtí v čelisťových nebo kladivových drtičích a následně se melou v rotačních mlýnech metodou za sucha nebo za mokra. Rotační mlýny jsou průměrem 2,5 m a délky do 12 m, výplň ocelové koule. Při mokrém procesu se před mletím surovina zkrápí nebo plaví vodou pro rozplavení jemných částic. Mletí probíhá u mokrého procesu za mokra (množství vody dosahuje až 37 % z hmotnosti vsázky do mlýna). Kal se homogenizuje, upravuje a jde k výpalu do pece. Ve vypalovací rotační kontinuální peci se surovina vsázka vypaluje při teplotě vyšší než je teplota slinovací. Překročení vypalovací teploty nad slinovací teplotou je rozdíl mezi technologií vypalování vápna a technologií vypalování cementu. Výpalek slínek je vypalován při teplotách 1300 až 1400 C. Při těchto teplotách nedochází pouze ke slinutí, ale k chemickým procesům uvnitř vypáleného slínku. Při vstupu do kontinuální rotační pece se surovina nejdříve vysouší, následně při zvyšující se teplotě dochází k rozkladu hydrátů (železa a hliníku) a jílovin. Surovina postupuje rotační pecí do části s teplotou cca C v této části pece se rozkládá Ca CO 3 s nástupem vzniku silikátů a aluminátů. Tento proces pokračuje při zvyšující se teplotě a postupu suroviny pecí až do teploty C. Při slinování se cca 25 % materiálu roztaví. Tavenina podporuje vznik a tvorbu křemičitanů a hlinitanů. Rotační válec pece pro posun suroviny při vypalování je skloněn 5 C od vodorovné roviny. Surovina válcem postupuje proti postupu horkých vypalovacích plynů. Z pece odchází slínek do chladičů a do skladových zásobníků. Starším způsobem vypalování bylo vypalování v šachtových pecích. Šachtová pec je svislým válcem. Surovina do pece vstupuje smíchaná s koksovou krupicí a je skrápěna a směs postupuje shora dolů, horký vypalovací vzduch se dmychá zespodu nahoru. Vypálený a částečně ochlazený slínek se odebírá ze spodní části pece. Složení slínku Slínek se směsí uměle (vypálením) vytvořených minerálů. Podstatnými minerály mající vliv na tuhnutí a tvrdnutí mají 4 základní minerály: a) alit C 3 S křemičitan trojvápenatý, tuhne s vodou pozvolna, podílí se velkou měrou na počáteční (28mi denní) vaznosti cementu. Při reakci s vodou se uvolňuje teplo. V běžných cementech je ve slínku obsažen z cca 50 %. b) belit C 2 S modifikace křemičitanu dvojvápenatého. Křemičitan dvojvápenatý se ještě vyskytuje v modifikaci α a modifikaci β obě tyto modifikace nejsou ve slínku žádoucí. Belit C 2 S přispívá k vaznosti za uvolnění malého tepla. V běžných cementech je ho cca 25 %. 43

44 c) celit C 4 AF hlinitoželezitan čtyřvápenatý, který reaguje a tuhne s vodou velmi rychle, přispívá k dlouhodobému růstu pevností, ale jen v suchém prostředí a dává cementu odolnost proti síranům. Slínek ho obsahuje cca 10 %. d) hlinitan trojvápenatý C 3 A. Ten ze všech čtyř základních složek nejrychleji reaguje s vodou a je původcem rychlého tvrdnutí a tuhnutí. Uvolňuje velké množství hydratačního tepla. Ve slínku je jeho podíl cca 10 %. Snižuje odolnost cementů proti síranům a je nositelem velkých objemových změn. Mimo další minerály obsažené v malých množstvích je ve slínku obsaženo tzv. volné vápno Ca O. Je obsaženo v množství cca 0,5 % - 4 %. Je příčinou vzniku vysokého hydratačního tepla a tzv. vápenného rozpínání. Nežádoucím minerálem ve slínku je oxid hořečnatý, který vyvolává pomalou hydratační reakci, ale je příčinou velkých objemových změn. Hydratace Po zamíchání s vodou při tvorbě maltovin a betonů dochází k hydratační reakci probíhající postupně až do fáze tvrdnutí cementového kamene. U běžně mletých cementů hydratuje cca 15 % cementu z celkového množství. Ostatní cementová zrna hydratují dlouhodobě, pokud 4 min. zůstává zachován přístup vody pórovitou strukturou betonu. Nebo nehydratuje vůbec. Sám proces tuhnutí a tvrdnutí je složitý cyklus spojitě probíhajících chemických reakcí a současně probíhajících fyzikálně chemických a fyzikálně mechanických jevů majících vazbu na vznik krystalů a následně srostlic původních i nově vznikajících minerálů s jinou krystalickou mřížkou. Jedná se o řadu novotvarů se změnou působení molekulárních sil. Tvorba minerálů a novotvarů, vzájemně se prorůstajících krystalů a srostlic je vázána na dobu tuhnutí. Ve fázi tvrdnutí již nedochází ke vzniku novotvarů, ale ke vrůstání krystalů nově vytvořených minerálů do mezikrystalických prostor za vzniku značných vnitřních sil, které mohou být příčinou porušení nově vzniklých krystalických struktur. Výchozí monokomponentní systém pojivo voda tak přes některé své reologické vlastnosti, přechází koloidní a krystalický stav do stavu pevné struktury s přesně určenými novými fyzikálně mechanickými vlastnostmi. Vlastnosti a) alkalita je určena a dána především přítomností hydroxidu vápenatého, který i ve vytvrzeném cementu zůstává z části volný. Hydroxid vápenatý karbonatuje se vzdušným CO 3 a pozvolna a dlouhodobě přechází na uhličitan vápenatý, alkalita se snižuje v závislosti na času a rychlosti karbonatace. b) objemová stálost je předepsána. Objemová nestálost je závažnou vadou cementu vedoucí k rozpínání a tvorbě trhlin (vyjma cementů rozpínavých, jejichž vlastnost je tímto směrem upravena se stabilizací objemových změn po ukončení rozpínání). 44

45 Rozpínání cementu dělíme na: a) vápenné rozpínání vyloučení přítomnosti volného vápna b) hořečnaté rozpínání při obsahu MgO ve slínku v množství nad 6 %. Projev rozpínání se objeví až po dlouhé době, neboť hašení přeměna přepáleného MgO na hydroxid hořečnatý je pozvolná. Toto rozpínání může vést k závažným i statickým vadám nosných konstrukcí. c) síranové rozpínání nastává při větším obsahu SO 3 než 3,5 % ve slínku. Důsledkem je vznik ettringitu (Candlotovy soli tzv. cementový bacil), který krystalizuje s vodou a zvětšením svého objemu trhá zatvrdlý cementový kámen. Smršťování Je závislé na druhu cementu, jemnosti jeho mletí, obsahu přísad omezujících smrštění, množství záměsové vody a vlastních podmínkách tuhnutí a tvrdnutí. Smršťování dělíme na: a) smršťování vnitřní vznikající v počátku hydratace a v první fázi tuhnutí mikrotrhliny, krátké uvnitř hmoty b) smršťování v době tuhnutí a tvrdnutí c) smršťování v době zrání betonu dlouhodobé Objemová stálost se posuzuje dilatometrickou zkouškou a koláčkovou zkouškou varem. c) průběh, doba tuhnutí a tvrdnutí cementové kaše: Hodnotí se: - začátek doby tuhnutí (tj. čas, kdy cementová kaše přechází z kašovité konzistence do polotuhého stavu) - začátek doby tvrdnutí (tj. čas, kdy cementová kaše začne nabývat pevnosti v tlaku) - konec doby tvrdnutí (tj. čas, kdy dosáhne normové pevnosti) Časový průběh tuhnutí a tvrdnutí závisí na druhu cementu, jemnosti mletí, množství záměsové vody, teplotě prostředí a vlhkosti prostředí. Limitní čas počátku tuhnutí od zamíchání vody: - portlandský cement nejdříve za 45 min. - struskoportlandský a vysokopecní cement nejdříve za 60 min. - silniční cement nejdříve za 90 min. d) fyzikální vlastnosti: - měrná hmotnost kg/m 3 45

46 - sypná hmotnost kg/m 3 - setřesená hmotnost kg/m 3 - jemnost mletí min. měrný povrch musí být větší než 2250 cm 2 /g vývin hydratačního tepla Obr. 3. Teplotní průběh hydratace cementů 46

47 - Vaznost nejdůležitější vlastnost cementů. Je to schopnost cementu v procesu tvrdnutí vytvářet pevné krystalické vazby. Vaznost se vyjadřuje pevností v tahu za ohybu a v tlaku po 28 dnech. Vaznost závisí na mineralogickém složení cementů, jemnosti mletí, množství záměsové vody, stářím a způsobem uložení cementu, teplotě prostředí, době tvrdnutí a vlivu přísad. - Negací je zejména nevhodné skladování a stáří cementu vlivem, kterého dojde k snížení vaznosti doba od data výroby: po 1 měsíci o 5 10 % po 3 měsících o % po 6 měsících o % po 1 roce o % Polymerní pojiva Polymerní pojiva jsou vysokomolekulární látky, které mohou být aplikovány místo anorganického pojiva cementu, vápna, sádry s cílem změnit některé vlastnosti výrobků u těchto klasických materiálů. Slouží pro výrobu: a) plastbetonů b) polymerbetonů c) polymermalt d) geopolymerních cementů Pro výrobu plastbetonů se používá jako pojiva furalových pryskyřic. Výchozí surovinou pro výrobu furalové pryskyřice je furylalkohol vyráběný z odpadního dřeva. Vytvrzování pryskyřice probíhá za normálního tlaku i teploty. Pro vytvrzování je nutná přítomnost katalyzátoru tuhnutí. Vhodným katalyzátorem pro furalové pryskyřice je např. dusičnan močoviny. Katalyzátor se vždy aplikuje do plniva a teprve před zpracováním se přidává základní složka pryskyřice. Pro výrobu polymerbetonů a polymermalt se jako pojiva používá reaktoplastická pryskyřice. Při použití pryskyřic je nezbytně nutné dodržovat podmínku suchého plniva. Vlastnosti: - rychlost polymerace a nabývání vysokých hodnot mechanických pevností - odolnost proti agresivitě prostředí 47

48 Tabulka č. 9. Srovnání vlastností Vlastnost Beton Polymerbeton Měrná hmotnost Nasakavost hmot Pevnost v tlaku Pevnost v tahu Modul pevnosti Součinitel lin.tep.roztažnosti Zdroj: vlastní zpracování Druhy pojiv Pojiva jsou obvykle dvousložková. Lze je rozdělit do těchto skupin: a) epoxidové pryskyřice b) nenasycené polyestery c) polyuretany d) metylmetakryláty Použití těchto pojiv si vynucuje velmi přesné stanovení granulace plniva. Důvodem přesné granulace a dávkování plniva je vysoký koeficient lineární teplotní roztažnosti plastových pojiv. Nedostatek pojiva je naopak příčinou pórovitosti polymerbetonu Přísady a příměsi Přísady i příměsi jsou látky, kterými po jejich přidání do betonu nebo malty případně při výpalu cementů do vsázky upravujeme vlastnosti cementů, betonu a malt, upravujeme vlastnosti výrobků z nich zhotovených. Dělíme je na: přísady příměsi Přísady Jsou chemické látky ve skupenství kapalném tuhém práškovitém. Dělení dle ČSN EN podle účinku působení: 48

49 - plastifikační - superplastifikační - provzdušňující - stabilizační - zpomalující tuhnutí - urychlující tuhnutí a tvrdnutí - hydrofobizační a dále dle ČSN : - plynotvorné - pěnotvorné - odpěňovací - expanzní - adhezní - protikorozní - biocidní a dále podle používání: - zpevňující - ztužovací činidla - mrazuvzdorné - potlačení objemových změn - pro snížení teploty zpracování - historické přísady Při používání přísad nesmí být podle požadavku ČSN EN překročeny maximální dávky doporučené výrobci přísad a při dávce přísady nad 50 g/kg cementu, musí být prokázáno, že nepříznivě neovlivňuje vlastnosti a trvanlivost betonu. 49

50 Při aplikaci více přísad musí být zkouškou prokázána jejich vzájemná snášenlivost. Přísady na bázi chloridů se nesmí použít do železobetonů a betonů předpjatých. Plastifikační přísady Zvyšují zpracovatelnost směsi za sníženého obsahu záměsové vody. Snižují pórovitost a ovlivňují vývin hydratačního tepla snížení. Snižuje smrštitelnost. Konkrétní aplikovaný plastifikátor musí být stabilní v silně alkalickém prostředí a v prostředí s nadbytkem vápenatých iontů. Nesmí vytvářet nerozpustné soli s vápníkem ani nesmí mít negativní vliv na vlastnosti zatvrdlého betonu. Nesmí nabuzovat provzdušnění směsi a musí být inertní vůči oceli. Chemický základ plastifikátorů: modifikovaný lignosulfonan (zbavený sacharidů), kyselina citronová, kyselina vinná, kyselina mannonová, kyselina salicylová, soli kyseliny glukonové a heptonové, hydrolyzovaný kukuřičný škrob. Superplastifikační přísady Jsou plastifikační přísady s velmi silným ztekuťujícím účinkem krátkodobým. Jeho použití je specifikováno pro betony, které jsou po zamíchání rychle uloženy a zpracovány. Přínosem jeho použití je: - zjednodušené uložení betonu zejména u konstrukcí s hustou výztuží - pro výrobu samozhutnitelných betonů - snížení vodního součinitele - pro vysokopevnostní betony. S ohledem na krátkodobé působení nemají provzdušňovací účinek. Chemický základ superplastifikátorů: sulfonované melaminformaldehydové pryskyřice, polykarboxylové estery, polykarbonáty. Provzdušňující přísady Jejich působením se v betonu při míchání dispergují vzduchové bubliny s velikostí, která zajišťuje jejich stabilitu a polohu i při zatvrdnutí betonu. Velikost bublinkovitých mikropórů je s jejich vzájemnou vzdáleností menší než 0,25 mm. 50

51 Negativním vlivem je snížení pevnosti betonu v tlaku o cca 4 5 % / na každé procento provzdušnění. Pozitivní vlastnosti: - zvýšená odolnost vůči objemovým změnám - hydrofobní účinek a snížení nasákavosti - zvýšení odolnosti proti růstu krystalů solí např. z posypů, zemního podloží apod. - menší objemová hmotnost o cca 1 % / každé % provzdušnění Chemický základ provzdušňujících přísad: soli přírodních pryskyřičných a mastných kyselin, syntetické tenzory, kalafuna, talový olej (surovina vznikající při sulfátovém zpracování celulózy), kokosový olej, sodné a draselné soli kyseliny olejové a kapronové, sulfonany (zde je nutné prokázat, zda neobsahují nepřípustný obsah síranu sodného). Mikrogranulky o velikosti 0,02 0,08 mm. Stabilizační přísady Zamezují vylučování technologické vody na povrch betonu. Pozitivní vlastnosti: - vyšší jakost povrchu např. mazanin a potěrů - zvýšení soudržnosti betonu a výztuže Přísady zpomalující tuhnutí Zpomalují proces hydratace a prodlužuje dobu zpracovatelnosti posunutím začátku doby tuhnutí. Pozitivní vlastnosti: - omezení pracovních spár - snížení hydratačního tepla a zmenšení nebezpečí vzniku trhlin Přísady urychlující tuhnutí a tvrdnutí Zkracují počátek tuhnutí i průběh tuhnutí. Pozitivní vlastnosti: 51

52 - dosažení vysokých počátečních pevností betonu - snížení nebezpečí zámrzu Hydrofobizační přísady Eliminují kapilární systém a zvyšují hutnost betonu, snižují pórovitost. Chemickým procesem vytváří krystaly nerozpustných solí. Plynotvorné přísady Hliníkový prášek reagující s cementem se vznikem plynu vodíku. Jeho působení je vázáno na horkou vodní páru a tlak při autoklávování. Používá se pro výrobu pórobetonu. Pěnotvorné přísady Působí napěnění mechanicky, při míchání betonu. Odpěňovací přísady Odstraňuje z betonu nadměrné množství vzduchových bublin, má souběžně plastifikační účinky. Expanzní přísady Působí v průběhu hydratace trvalé rozpínání. Adhezní přísady Zvyšují hodnotu přídržnosti betonu ke konkrétnímu podkladu nebo betonu vůči sobě samému. Protikorozní přísady Obsahují inhibitory koroze oceli, zvyšují vytvoření pasivační vrstvy na výztuži. Biocidní přísady Zamezují biologické napadení betonu zejména plísněmi, řasami, mechy a lišejníky a zelenými rostlinami. U těchto přísad se musí prokázat, že nepůsobí negativně na beton. Zpevňující přísady a ztužovací činidla Zvyšují v povrchových vrstvách povrchovou pevnost betonu. 52

53 Mrazuvzdorné přísady Snižují bod mrazu a urychlují tvrdnutí betonu. Vylučuje se používání přísad obsahujících chloridy s ohledem na vyloučení koroze výztuže. Historické přísady Byly používány zejména pro vápenné maltoviny, hliněné maltoviny a sádru, tedy pro materiály z historických pojiv. Urychlovače tuhnutí: vaječné bílky, krev, cukr, sádlo, tvaroh, škrob. Zpomalovače tuhnutí: borax, melasa. Plastifikátory: mléko, živočišné tuky, vaječné bílky, cukr, olej, kalafuna, sádlo. Utěsňovací přísady: živočišné tuky, bitumen, vosk. Adheziva: kalafuna, želatina, klíh, kasein. Zpevňovače: sýr, sirup, kyselé mléko, kasein Příměsi Jsou na rozdíl od obvykle tekutých nebo práškovitých chemických přísad pevné, jemně mleté, práškovité látky pro získání speciálních konečných vlastností zhotovených betonů a malt. Dělí se na skupiny: - příměsi druhu I., které se nezúčastní procesu hydratace a jsou vůči cementu netečné, jsou to kamenné moučky, práškovité pigmenty - příměsi druhu II., které mají pucolánové vlastnosti nebo latentní hydraulicitu, podílí se na procesu hydratace popílek, křemičitý úlet. Dávkují se ve větším množství, proto se na rozdíl od přísad započítávají do objemové skladby betonu nebo maltovin. Kamenné moučky, pigmenty Jsou to velmi jemně mleté filery o velikosti zrna do 0,125 mm. Positivní vlastnosti: - používají se pro vyladění křivky zrnitosti kameniva - zlepšení reologických vlastností betonu - vyšší hutnitelnost 53

54 - zvýšení hutnosti betonu - zvýšení odolnosti vůči agresivitě vnějšího prostředí - zvýšení přídržnosti betonu k podkladu - pigmenty pro probarvení betonu Popílek Je produktem z elektrárenských úletů při spalování uhlí nebo úletů z tepláren. Granulace 0,08 mm Chemická báze SiO 2 a Al 2 O 3 s 25 % aktivního SiO 2. Popílek je odpadní surovinou a před jeho použitím je nutno provést chemický rozbor s ohledem na nevyrovnanou mineralogickou skladbu a chemickou skladbu zejména procento oxidu sírového SO 3 a chloridů. Pozitivní vlastnosti: - optimalizuje křivku zrnitosti - zlepšení zpracovatelnosti - nahrazení části cementového pojiva - ovlivnění procesu tuhnutí a tvrdnutí - snížení objemových změn - zvýšení hutnosti betonové směsi Křemičitý úlet Jedná se o odpad z hutí jemná amorfní minerální příměs označovaná jako mikrosilika. Jedná se o téměř čistý 98 % amorfní SiO 2 s kulovitým tvarem zrn průměru 0,001 mm. Pozitivní vlastnosti: - zvyšuje pevnost betonu - zvyšuje trvanlivost betonu - odolnost vůči agresivitě venkovního prostředí - omezuje alkalický rozpad kameniva - snižuje rychlost karbonatace 54

55 - zvýšení přídržnosti Použití křemičitého úletu musí být vždycky ověřeno průkazní zkouškou. STUDIJNÍ MATERIÁLY SVOBODA, L. a kol., Stavební hmoty. Bratislava: JAGA. Str ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1) Popiš suroviny a postup výroby vápna. 2) Co je hašení vápna? 3) Co to je hydraulické vápno? 4) Jaká chemická reakce probíhá při tvrdnutí malty? 5) Popiš suroviny a postup výroby cementu. 6) Co to je slínek? 7) Jaké jsou druhy cementů? 8) Jaké vlastnosti cementu se dají ovlivňovat přísadami? 9) Jak probíhá tuhnutí a tvrdnutí cementu? KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK Odpovědi na uvedené otázky jsou obsaženy v textu výše. 55

56 Kapitola 4: Malty KLÍČOVÉ POJMY - malta, vápenná malta, cementová malty CÍLE KAPITOLY - podat přehled o dělení, vlastnostech a použití malt. 16 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY VÝKLAD 4.1 Malta a její historický vývoj Malty hliněné se používaly a byly prokázány nálezy z raného starověku. Malty z přírodního asfaltu nejednalo se o maltu v současném pojetí, jako o směsný spojovací materiál, ale přírodní asfalt byl používán přímo bez přísad a bez plniva. Byl používán zejména v Mezopotámii a Babyloně a na celém Středním Východě, tedy v místech přímých nalezišť. Přírodního asfaltu jako zálivkové malty se používalo už v 6. stol. př. n. l. Malty jílové používané v Babyloně a Mezopotámii a v údolí Eufratu. Z vykopávek je patrné, že docházelo k prolínání použití malt jílových a přírodního asfaltu se vzájemným zaměňováním podle konkrétní dostupnosti materiálu. Jílových malt bylo používáno i v Egyptě, kde bylo využito místního materiálu červenohnědého jílovitého nánosu Nilu. Sádrové malty byly nalezeny a identifikovány ve stavbách egyptských pyramid. Nejednalo se o čistou sádru, ale již o směsnou maltovinu ze sádry s příměsí nilského sedimentu. Malta Cheopsovy pyramidy je již směsí pálené sádry, písku a nevypáleného vápence. 56

57 Vápenné malty jejich vznik a vynález se připisuje Foiničanům, od nichž se rozšířila do Egypta a Palestiny. V Palestině Židé začali připravovat a znali výrobu hydraulického vápna tvrdnoucího ve vodním prostředí. Hydraulické přísady dodávali do vápna z mletých ostře pálených cihel. Pucolánové malty způsob a empirické znalosti Židů v Palestině o výrobě, používání a vlastnostech hydraulických malt převzali Římané. Ti vypustili přísadu moučky z ostře pálených cihel a nahradili je pucolánem z naleziště Puzzuoli u Neapole nebo santoninovou hlínou, kterou těžili na ostrově Sanatorium ve Středozemním moři, a trasem, který objevili a těžili Římané na obsazeném území u Rýna. Používání těchto příměsí vedlo k poznání, že jako hydraulická přísada jsou použitelné prakticky všechny horniny sopečného původu, tedy pucolány, tras, santoninové hlíny, pemza (sopečná láva), tufy, tedy horniny nacházející se na celém území jižní Itálie a ostrovech. O výrobě hydraulických maltovin mísením hašeného vápna s lávovým prachem z Vesuvu podal zprávu Plinius st. 1. stol př. n. l. a Vitruvius ve svém díle Dest knih o architektuře informoval o používání trasu na stavbách z počátku císařského Říma. Výrobě malt s ohledem na jejich spolupůsobení ve statice staveb se vždy věnovala mimořádná pozornost. Staří Římané dbali na pečlivou přípravu pojiv a míchání malt. Na kvalitu dohlíželi úředníci sedulové a censoři, kteří prováděli pravidelné kontroly jakosti malty. Tradice přípravy a výroby malt byla předávána jako výrobní tajemství z pokolení na pokolení stavitelských rodin středověku a novověku. Na tuto tradici navazuje v současnosti výroba suchých maltových směsí, jejichž skladbu si chrání jednotliví výrobci jako své výrobní tajemství. 4.2 Dělení malt Malty dělíme: podle účelu použití podle pojiva podle pevností podle objemové hmotnosti podle specifických vlastností Malty podle účelu použití: malty pro zdění malty pro prefabrikaci keramických dílců malty pro omítky malty pro zálivky a pro osazování prefabrikátů malty pro potěry malty pro spárování 57

58 malty pro kladení dlažeb malty pro obklady Malty pro zdění Jsou specializované pro jednotlivá staviva cihly, kámen, pórobeton, betonové cihly, vápenopískové cihly atd. Používá se malt vápenných, vápenocementových, cementových, hliněných, hlinocementových. Malta pro jednotlivé zdicí materiály se volí podle předepsané pevnosti zdiva, které má být dosaženo z konkrétního zdicího materiálu. Pro pevnosti v tlaku do 0,4 MPa se volí malta vápenná a hliněná. Pro pevnosti v tlaku do 2,5 MPa se volí malta vápenná, vápenocementová zn. 1,0 nebo 2,5. Pro pevnost v tlaku větším než 2,5 MPa se volí malty cementové zn. 5 7, Je nutné si pamatovat základní pravidlo: Při použití neúnosného nebo málo únosného zdicího materiálu a malty s vysokou pevností nebo vyšší pevností než je zdicí materiál, pevnost zdiva odpovídá vždy pevnosti neúnosného materiálu nikoliv pevnosti malty. Malty pro prefabrikaci keramických dílců Volí se malty s ohledem na tepelně technickou charakteristiku keramického dílce obvodového pláště tak, aby malta i dílec vykazovaly stejné tepelně technické vlastnosti. Keramické dílce z hlediska použití malt dělíme na: a) dílce samonosné a zavěšené b) dílce nosné Volbu malty pro dílce samonosné a zavěšené určuje hodnota namáhání při zvedání dílce z formopodložky, manipulace ve výrobě a při montáži a poloha při přepravě. Volba malty u dílců nosných je podmíněna hodnotou pevnosti v tlaku dílce. Obvyklá min. pevnost 5 nebo 10 MPa. Malty pro omítky 58

59 Jsou voleny s ohledem na schopnost odolávat a přenášet zatížení od vlivu povětrnosti, vlhkosti, přenosu ohně po fasádě příp. musí vykazovat tepelně technické vlastnosti a zvukově izolační vlastnosti. Velmi důležitou vlastností jsou vlastnosti vzhledové a jejich pigmentace. Prakticky lze aplikovat všechny druhy maltovin s dostatečnou přídržností. Malty ke konkrétnímu zdícímu prvku. Vzájemně vyrovnané musí být hodnoty teplotních a vlhkostních změn zdiva a omítky a zejména hodnoty pevnosti v tahu a v tahu za ohybu. Malty pro zálivky a pro osazování prefabrikátů Jedná se o malty, které plní dvě základní funkce: funkci výplňovou vyplnění dutiny mezi dílci funkci statickou přenášející tlakové a tahové zatížení ve spoji jednotlivých dílců a jejich zmonolitnění. U těchto malt je nutné zvažovat i hodnotu vodního součinitele a frakce plniva pro zajištění průtoku malty do profilované spáry. Zvolená maltovina musí mít minimální smrštění. Obvykle se používají malty aktivované a plastifikované. Nejdůležitější vlastností těchto malt je pevnost v tlaku. Protože malta plní současně statickou funkci, měly by být v projektu stavby předepsány vlastnosti zálivkové malty zejména pevnost v tahu a v tahu za ohybu, mrazuvzdornost, odolnost proti vyšším teplotám, odolnost proti agresivnímu prostředí. Malty pro potěry Zásadně se používá malta cementová nebo anhydritová. Volba malty, zejména složení směsi malty, je limitována tloušťkou potěru s ohledem na volbu a předepsání jeho objemových změn. Dalším limitujícím faktorem pro volbu je technologie konstrukce a vrstevnatost. Pro jednovrstvé potěry je malta s kamenivem frakce 0 4 mm. U vícevrstvých potěrů se volí malta pro spodní vrstvu s kamenivem frakce 4 8 mm a horní vrstva frakce 0 4. Malty pro spárování Malta pro spárování odpovídá obvykle maltě pro jemné omítky s kamenivem frakce 0 1. Obvykle se volí malty cementové. Důležité vlastnosti malty: přilnavost čerstvé malty k podkladu, pevnost v tahu za ohybu a přídržnost k podkladu. 59

60 Malty pro kladení dlažby Dělí se na: a) malty pro vnitřní použití b) malty pro vnější použití Převážně se jedná o malty cementové nebo vápenocementové s případnou úpravou vlastností např. vodotěsnosti, mrazuvzdornosti. Velmi podstatnou a důležitou vlastností je přídržnost dlaždic k maltovému loži a malty k podkladu. Pro správnou funkčnost platí tyto limitní hodnoty: u dlaždic keramických jemnozrnných mozaika hutná kamenina dlažba betonová granitoidová dlažba teracová dlažba půdovky 0,15 0,4 MPa 0,4 MPa 0,5 MPa 0,3 MPa 0,2 MPa 0,3 MPa 0,1 MPa Malty pro obklady Obvykle se používají cementové malty a lepidla a vodotěsné malty Malty podle pojiva Dělíme na: malty vápenné - malta vápenná obyčejná - malta vápenná ze vzdušného vápna hašeného na vápennou kaši - malta vápenná ze vzdušného vápna hašeného na vápenný hydrát - malta vápenná z mletého nehašeného vápna uhličitanového - malta vápenná z přírodního hydraulického vápna - malta vápenná z umělého hydraulického vápna - malta vápenná z vápna karbidového - malta vápenná jemná malty ze směsných hydraulických pojiv malty vápenocementové malty vápenosádrové malty sádrové 60

61 malty hliněné malty hlínocementové Toto dělení malt podle pojiva je z hlediska dřívějších i současných označení druhů malt nejpoužívanější, zejména pro obchodní označení i výrobu jak suchých maltových směsí, tak i malt míchaných i dosud tradičním způsobem v centrálních maltárnách nebo na místě. Pojivo jako jedna ze složek, ale i plnivo a následně záměsová voda a jejich vzájemný poměr a případně další přísady výrazně ovlivňují: o způsob použití o vliv pojiva na kontaktní hmoty (např. sádra v maltě ve vazbě na kovové předměty je příčinou zvýšení koroze apod.) o smrštitelnost výrazná vlastnost ovlivněná jak pojivem, tak jemnými složkami plniva a množství záměsové vody Tabulka č. 10: Použití malt podle pojiva 61

62 Malty vápenné Malta je směsí kameniva, vápenného pojiva a vody. Kamenivo se volí podle kritérií použití mlaty. Používá se: těžené kamenivo - písek kopaný - písek říční drcené kamenivo - kamenná drť - prachové kamenné moučky 62

63 hutný nebo pórovitý odpad z průmyslové výroby: granulovaná vysokopecní struska, elektrárenský popílek, škvára přírodní nebo umělá kameniva: cihelná drť, keramzit, perlit, zpěněná struska, křemelina. Kamenivo se volí ve frakcích 0 1, 0 4, 4 8 Vápenné pojivo se používá ve formě: vápenné kaše vápenný hydrát mletý mleté nehašené uhličitanové vápno hydraulické mleté vápno V označení malty se používá hodnota nejmenší pevnosti malty v tlaku. Voda musí být pitná nebo užitková, ale chemicky vhodná (její použití je podmíněno chemickým rozborem). Množství vody (např. nadměrné) se podílí na snížení pevnosti v tlaku a na zvýšení pórovitosti. Vlastnosti: - krychelná pevnost od 0,3 MPa do 0,6 MPa, při vhodném kamenivu do 2 MPa. Pevnost malty stárnutím narůstá za předpokladu působení trvalé vlhkosti. - Objemové změny se projeví a vznikají: a) bezprostředně po zpracování čerstvé malty a po jejím zatvrdnutí b) po delším časovém údobí. Čerstvá vápenná malta při vysychání a tvrdnutí zmenšuje svůj objem ještě ve stadiu poloplastickém. Toto zmenšení objemu se nazývá sedáním malty. K zmenšení objemu zatvrdlé mlaty v závislosti na času dochází vysycháním zbytkové technologicky vázané vody. Toto zmenšení objemu nazýváme smršťováním. Obě fáze se projevují trhlinami a tedy narušením kompaktnosti hmoty. Objemové změny výrazně ovlivňuje vlastní druh pojiva, množství záměsové vody paropropustnost výrazná vlastnost vápenných malt. Nejsou však s ohledem na otevřený kapilární systém odolné proti pronikání vlhkosti. Malta vápenná obyčejná Pojivovým základem jsou: vápenná kaše 63

64 vápenný hydrát nehašené uhličitanové vápno hydraulická pojiva Dosahuje pevnosti do 0,4 MPa. Malty ze směsných hydraulických pojiv Používají se zejména pro zdění i omítání v suchém i vlhkém prostředí příp. mokrém. Malty vápenocementové Dělí se podle způsobu použití na: a) malty obyčejné hrubé b) malty jemné c) malty pro šlechtěné omítky Malty obyčejné hrubé se používají pro zdění a pro jádrové omítky vnitřní i vnější. Malty jemné se používají výhradně pro omítky a to jednovrstvé nebo štukové vnější i vnitřní. Malty pro šlechtěné omítky jsou vyráběny s přísadou pigmentů a používají se zejména pro zatížené venkovní omítky. Pro výrobu všech tří typů malt se používají vždy dvě složky pojiva: vápenná stejných druhů jako u malt vápenných cement, volí se jeden z těchto druhů podle volby vlastností omítky: - vysokopecní - struskoportlandský Malty dosahují pevnosti 1,0 MPa a 2,5 MPa Rozhodující vliv na chemické vlastnosti malty má volba kameniva a jeho chemické a mechanické vlastnosti. Malty vápenosádrové Jedná se v podstatě o vápennou maltu s přísadou sádry. Používá se zejména pro omítky na omítání nebo stěrkování sádrokartonů a sádrových dílců. S ohledem na použité kamenivo plnivo je dělíme na hrubou maltu a jemnou štukovou maltu. 64

65 Podíl pojiv vápna a sádry je obvykle v poměru 2 díly vápna 1 díl pomalu tuhnoucí sádry. Specifikem je nutnost přípravy malty těsně před zpracováním. Doba tuhnutí se může regulovat přidáváním kostního klihu rozpuštěného ve vodě v max. množství 0,5 2 % z hmotnosti sádry. Pro případ použití na kletované a vyhlazované povrchy se může do malty přidávat jemně mletá mramorová moučka. Malty sádrové Jedná se o maltu s jediným pojivem sádrou. Používá se: pro výrobu sádrových dílců a prvků pro sádrové omítky pro štukatérské práce Je vyráběna ve dvou druzích: a) směs a malta bez plniva bez písku b) směs s plnivem s pískem Doba tuhnutí se upravuje klihovou vodou jako u malt vápenosádrových. U těchto malt lze klihové vody použít přímo jako vody záměsové. Malty cementové Jsou vyráběny ve velmi rozsáhlém sortimentu pro nejrozmanitější použití. Základní složky jsou: cement, písek a voda. V základním pojetí dělíme tyto malty na: 1) cementová malta obyčejná hrubá používá se pro zdění a jádrové omítky 2) cementový malta provzdušněná nebo s plastifikační přísadou 3) cementová malta jemná pro hlazení a pálené omítky 4) cementový postřik 5) cementové malty pro spárování 6) cementové malty a lepidla pro dlažby a obklady Pevnost cementové malty je ovlivněna všemi použitými složkami směsi cementem, kamenivem, množstvím záměsové vody. 65

66 Pro přípravu malt se používá všech druhů vyráběných cementů s volbou podle použití a požadovaných vlastností. Pevnost v tlaku cementových malt je 5 a 10 MPa. Suché omítkové cementové směsi s ohledem na proměnnou hodnotu aktivity cementu jsou limitovány krátkou dobou skladovatelnosti 3 měsíce od data výroby. Pro plné dosažení vlastností a funkce je nutno provádět ošetření zpracované malty např. rosení. Bez ošetřování maltoviny může docházet k nežádoucímu smršťování a vzniku trhlin. Malty hliněné Jsou maltou historickou, která v současné době prožívá svou renesanci a návrat na stavební trh jako malta podílející se výrazně na ochraně životního prostředí a zdraví pro své vlastnosti odlišné od malt z vápenných a cementových pojiv. Pojivem jsou vazné mastné hlíny, jíly plnící současně funkci plniva. Druhou složkou je voda. Pozitivní vlastnosti: protialergické působení, udržování optimální vlhkosti a tepelně technických vlastností, dobré akustické vlastnosti, odolnost vůči ohni. Negativní vlastnosti, které je nutno upravovat příměsemi smršťování a vznik trhlin. Malá odolnost proti vodě a vlhkosti. Příměsi: ostrý písek, vláknité materiály živočišné, rostlinné, hašené vápno, tvaroh, mléko a bílkovinné kaseiny pro zvýšení pevnosti. Pevnost malty 0,4 MPa. Při výrobě malty nesmí dojít ke kontaminaci humusovitými součástmi a solemi. Malty hlinitocementové Jsou maltami směsnými ze základní vápenocementové malty a příměsi hlíny, která současně působí jako plastifikátor. Použití: pro zdění a omítky Malty podle pevností Dělíme a hodnotíme podle: - pevnosti v tlaku - pevnosti v tahu za ohybu - přídržnosti k podkladu Malty podle objemové hmotnosti Dělíme na: 66

67 a) malty tepelně izolační o objemové hmotnosti do 1100 kg/m 3 b) malty vylehčené o objemové hmotnosti do 1600 kg/m 3 c) malty obyčejné o objemové hmotnosti do 2200 kg/m 3 d) malty těžké o objemové hmotnosti větší než 2200 kg/m 3 Malty tepelně izolační Plní funkci tepelně izolační. Vlastnost je výrazně ovlivněna volbou použitého kameniva. U těchto malt se používá kameniva pevného přírodního pemzy, tufů, uměle vyrobeného keramzitu, perlitu, odpadní cihelné drti, škváry, popílku, pilin a v současné době granulovaného polystyrenu. Pojivem těchto malt je vápno, cement, sádra, ale i organická pojiva jako pryskyřice, fenolové živice apod. Výrazně vylehčenou maltovinou je maltovina s granulovaným extrudovaným polystyrenem s dvojím pojivem vápenným hydrátem a portlandským cementem. Docilujeme sypné hmotnosti suché směsi max. 255 kg/m 3. Použití převážně pro omítky. Vlastnosti: Pevnost v tlaku 0,4 MPa Přídržnost 0,05 MPa Tepelná vodivost 0,09 W.m -1.K -1 Stupeň hořlavosti Omítky mají obvykle při aplikaci tloušťku větší než 20 mm a musí se aplikovat ve dvou a více technologických krocích v tloušťkách po mm/1 technologický krok. B Malty vylehčené U těchto malt je jako kameniva použito cihelné drti, granulované strusky a škváry. Malty obyčejné Jedná se o všechny malty a suché maltové směsi běžně vyráběné pro zdění, mazaniny, potěry, omítky všech typů. Malty těžké Do této skupiny patří malty barytové, malty s kamenivem z magnezitu, železných rud a hornin, porfyritu, diabasu, čediče, a dalších. 67

68 Malty podle speciálních vlastností: Dělíme je na: malty mrazuvzdorné malty vodotěsné malty propustné proti vodním parám malty barytové malty krystalové malty kyselinovzdorné malty hydrofobní malty polymerové malty difuzní a antikondenzační Malty mrazuvzdorné Úprava mrazuvzdornosti je zajištěna přísadou. S ohledem na fakt, že přísadou jsou vždy soli, které nepříznivě působí v omítkách ve vazbě na vlhkostní zátěž zejména venkovních omítek a působí na pigmenty v omítkách lze doporučit používání těchto omítek pro venkovní povrchy velmi uvážlivě. Mrazuvzdornými přísadami jsou chlorid vápenatý, sodný, dusitan sodný, uhličitan draselný, metylalkohol, etylalkohol. Malty vodotěsné Principem této malty je její hutnost tj. cement musí spojit všechny pevné části plniva tak, aby všechny póry ve ztvrdlé maltovině byly uzavřeny. Důležitá je volba plniva používají se trasové písky, vápno jako přísada, křemelina apod. Používané přísady vodotěsné a plastifikační, kaseiny, polyvinylacetátové disperze, asfaltové suspenze. Malty propustné proti vodním parám Této skupině malt vyhovují téměř všechny běžně vyráběné malty. Jsou to malty se spojenými a otevřenými póry. Malty barytové Používají se jako ochrana proti rentgenovému záření a radioaktivním účinkům. Jako plniva je použit barytový písek. Malty jsou zásadně s cementovým pojivem. 68

69 Malty krystalové Používají se zejména na potěry pro podlahové vytápění. Obsahují tyto základní složky: vápenný hydrát, cement, čedičový a struskový prach a jemný písek frakce 0,2 mm. Malty kyselinovzdorné Zásadní podmínkou skladby malty je, že nesmí obsahovat jako pojivo vápno v žádné formě. Jako pojiva se zásadně používá vodního skla, fluorokřemičitanů, kaučuku, bitumenů, syntetických živic. Jako plniva je použito šamotové nebo andezitové moučky. Hydrofobní malty Upravují se přísadami s hydrofobním účinkem např. Lukofobem, bitumeny apod. Malty polymerové Liší se od běžně vyrobených maltovin přísadou polymeru pro změnu mechanických pevností. Difuzní a antikondenzační malty Jsou malty upravované přísadami pro aplikaci na zamokřený podklad. Jako plniva se používá obvykle perlit a expandovaná struska. Malty necementové Pod pojivem malty necementové rozumíme malty, jejichž pojivem nejsou pojiva na bázi silikátů, ale pojiva jiného typu, především: - živice, které dále mohou být: asfalty dehty - polymery, které dále mohou být: epoxidové pryskyřice polyesterové pryskyřice polyuretanové pryskyřice fenolické pryskyřice furanové pryskyřice - vodní skla 69

70 Malty s asfaltovým pojivem Pod pojmem asfalty, které mohou být použity jako pojivo do malt a betonů, rozumíme: - přírodní asfalty s minerální příměsí, dělí se dále na: - měkké - asfaltické vápence a dolomity - asfaltické pískovce a písky - asfaltity - gilsonit - asfaltické břidly - grahamit - tvrdé - ropné asfalty dále dělíme na: - parafinické ropné asfalty - naftenické ropné asfalty - poloasfaltické ropné asfalty Při použití do asfaltových malt toto pojivo přenáší své základní vlastnosti: - koloidní vlastnosti (ovlivňuje především parafin v asfaltu obsažený) - reologické vlastnosti (přetvárné vlastnosti ve vazbě na namáhání) - teplotní citlivost Princip působení asfaltového pojiva v maltě Asfalt jako pojivo je zpracováván do maltoviny ve formě asfaltové emulze, tj. smíšený s vodou za přítomnosti emulgátoru (např. mýdel, pryskyřice vodou ředitelné, jílů). Po smíchání asfaltové emulze s plnivem (kamenivem) nastává štěpení emulze, které má za následek pevné přilnutí asfaltových částic ke kamenivu, přičemž se na něm vytvoří souvislý film. Současně při tom probíhají tyto jevy: odpařování vody reakce asfaltu s povrchem kameniva. Reakce je závislá na typu použitého kameniva (kamenivo zásadité, kyselé, smíšené). Malty s dehtovým pojivem Dehty jsou získávány při rozkladu organických přírodních látek: - uhlí - dřeva - rašeliny 70

71 K rozkladu dochází bez přístupu vzduchu při: o koksování o destilaci o zplyňování Dehty použitelné jako pojivo mohou být: o nízkoteplotní (s destilací za teploty do 900 C) o vysokoteplotní (s destilací za teploty nad 900 C) Pro zpracování do malt se používá výhradně dehtů z černého uhlí. Jejich použití přenáší do malty tyto vlastnosti: - malá přilnavost k plnivu (kamenivu) - nízká plasticita - malá odolnost vůči stárnutí Tedy výrazně vlastnosti negativní. Tyto negativní vlastnosti lze zlepšit a upravit přidáváním anorganických ředidel (např. benzolu). Použití ředidel dává možnost připravovat malty za studena na rozdíl od malt asfaltových, které se připravují za tepla. Za pozitivní vlastnosti, které dehet předává maltě lze považovat: - jeho nerozpustnost ve vodě maltoviny se stávají vodonepropustné - biologická odolnost proti působení půdních bakterií a proti prorůstání kořeny rostlin Vhodné kamenivo pro dehtové a asfaltové malty Z umělého kameniva struska Z přírodního kameniva diabas diorit žula křemen 71

72 Polymerové malty Vlastnosti, které toto pojivo přenáší do malt a betonů: a) malty se stávají plasticko elastické b) zvyšuje se viskozita c) snižuje se citlivost na teplotu při zpracování d) snižuje se bod lámavosti e) zvyšuje se odolnost proti nárazu při nízkých teplotách f) zlepšuje se odolnost malty k plastickým deformacím Malty a betony se vyrábí: - pouze s polymerním pojivem (označení PC) - se směsným polymerním a cementovým pojivem (označení PCC nebo PPCC) - s cementovým pojivem impregnovaní polymerem (označení PIC) Malty s tímto pojivem se používají pro: - malty pro spoje a úpravy povrchů (max. průměr zrna kameniva 1 4 mm) - malty špachtlovací a stěrkové pro lepení a úpravy povrchů (max. průměr zrna kameniva do 1 mm) - malty zálivkové (s max. průměrem zrna kameniva do 1 mm) Malty s pojivem epoxidové pryskyřice Toto pojivo je evidentně nejdražším zpracovávaným pojivem. Jeho použití ovlivňuje pozitivně tyto vlastnosti maltoviny: o vysoká odolnost proti atmosférickým vlivům a UV záření o vynikající adhezi o malé smrštění o tvrdnutí i v alkalickém prostředí Nedostatkem je nutnost přesného dávkování. Malty s polyesterovými pryskyřicemi Dodávají maltám tyto vlastnosti: 72

73 vysokou odolnost proti kyselinám vysokou pevnost nejsou výrazně odolné vůči alkáliím a UV záření jsou velmi citlivé k vlhkému prostředí a to nejen v ložní ploše, ale i ve vodním a vlhkém prostředí Při jejich zpracování je velmi důležitá teplota. Malé zvýšení teploty snižuje viskozitu a zlepšuje zpracovatelnost malty. Malty s polyuretanovými pryskyřicemi Dodávají maltovinám tyto vlastnosti: o houževnatost o nízký modul pružnosti o dobrá zpracovatelnost o nízká viskozita o malé smrštění o citlivost na vlhkost Pro malty se zpracovávají především dvoukomponentní polyuretany tvrdnoucí za studena, kde složka A je polyol a složka B je izokyanát. Malty s fenolickou pryskyřicí Jejich použití s ohledem na tvrdnutí je vázáno na použití tužidla koncentrované kyseliny sírové. Malty s furanovou pryskyřicí Předávají maltám tyto zajímavé vlastnosti: - vysoká odolnost proti kyselinám i alkáliím Jedná se o levné a perspektivní pojivo. Před vytvrzením jsou však citlivé na vlhko. Použití malt a betonů s tímto pojivem je ve výrobě kanalizačních trub. Malty s vodním sklem Vodní sklo je nehydraulické pojivo tvrdnoucí za normální teploty. Malty s tímto pojivem sodným nebo draselným se používá jako žáruvzdorného materiálu. Malty se sírou jako pojivem 73

74 Síra se používá v maltovinách termoplastických licích, nebo v tmelech a stěrkových směsích. Příprava směsi se provádí za tepla zahříváním. Maltovině předává síra tyto vlastnosti: - při tvrdnutí nevznikají v maltovině žádná smršťovací ani tlaková napětí. STUDIJNÍ MATERIÁLY SVOBODA, L. a kol., Stavební hmoty. Bratislava: JAGA. Str ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jaké znáte malty bez pojiv? 2. Jak dělíme malty podle druhu použití? 3. Uveďte požadované vlastnosti na zdící malty? 4. Jaké vlastnosti sledujeme u malt omítacích? 5. K čemu se užívají malty cementové? 6. Jaké použití je u malt vápenných? 7. Čím jsou zvláštní malty sádrové? 8. Kde se používá omítka barytová? 9. Co jsou to necementové malty a jaká pojiva se užívají? KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK Odpovědi na uvedené otázky jsou obsaženy v textu výše. 74

75 Kapitola 5: Betony KLÍČOVÉ POJMY - beton, skladba betonu, tuhnutí, tvrdnutí, vlastnosti betonů, speciální betony CÍLE KAPITOLY - podat přehled o složení betonu, požadované kvalitě jednotlivých složek, druzích betonu a jejich vlastnostech. 16 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY VÝKLAD Betony Beton je materiál vznikající zatvrdnutím směsi kameniva (plniva), cementu (pojiva), vody a přísad do formy umělého kamene Historie První zmínky o uměle vytvořeném kameni jsou známy z roku 3600 př. n. l. z Egypta, kde se používal pro stavbu sloupů. Umělého kamene, který se svým složením přiblížil současnému pojetí betonu, používali a uměli vyrábět Římané. Jako příklad lze uvést kopuli římského Pantheonu z let n. l., která je provedena z lehkého tufového betonu. Za Marca Aurelia při stavbě lázní byly nalezeny výztuhy betonu z bronzových a železných tyčí. Mezi obdobím Říma až do poloviny 18. stol. se jakoby na toto stavivo zapomnělo. Další záznamy pochází až z roku z Anglie z Edystonu, kde byl Smeatonem použit beton pro opravu majáku. 75

76 Za období vzniku betonu v současném pojetí sklady s pojivem cementovým lze považovat až první polovinu 19. stol., kdy byl položen základ vzniku portlandského cementu. Základní myšlenky byly položeny L. J. Vicatem v roce 1818, výroba betonu a realizace je připisována I. Ch. Johnsonovi v roce Za vynálezce železobetonu je považován J. Monier v roce 1867, ale první nosné železobetonové konstrukce byly realizovány před aplikacemi Moniera Lambotem v roce 1850 člun z vyztuženého betonu a Coignetem v roce 1852 střechy Dělení betonů Podle funkce: a) nosné b) nenosné Nosné betony jsou betony konstrukční, které tvoří nosnou část konstrukce stavby, schopnou přenášet zatížení na ni kladené. Dělíme je na: aa) ab) ac) ad) konstrukční silniční vodostavebné předpjaté aa) konstrukční betony Jsou betony charakterizované vysokou pevností v tlaku a jsou z nich tvořeny nosné prvky jako základové konstrukce, stěny, tyčové prvky nosné sloupky nebo pilíře, vodorovné stropní prvky stropní desky, trámy, překlady, průvlaky, střešní konstrukce ploché i zakřivené. Podle konstrukčních vlastností, které požadujeme pro ten který prvek, dělíme konstrukční betony dále na: - prosté betony bez výztuže jen pro prvky, které jsou namáhány pouze tlakem, tj. základy, silné stěnové prvky např. opěrné zdi, masivní pilíře apod. - slabě vyztužené jsou betony s minimálně vloženou výztuží tedy s minimálním stupněm vyztužení - železové betony s výztuží v množství a tvaru podle jednotlivých nosných prvků s optimálním nebo dovoleným stupněm vyztužení v limitních hodnotách daných ČSN EN - předpjaté jsou betony, do kterých vyjma klasické výztuže jsou vkládány pruty nebo lana, která do prvku vnáší předpětí, tedy napětí záměrně do prvku vnesené. 76

77 ab) betony silniční Jsou betony s upravenou pevností v tahu na vyšší hodnotu, s vysokou odolností proti působení atmosférických srážek, s chemickou odolností proti působení posypových solí, s upravenou vysokou povrchovou pevností a tvrdostí a v neposlední řadě s vysokou odolností proti mechanickému poškození povrchu a se sníženou obrusností. ac) vodostavebné betony jsou betony používané a speciálně určené pro přerušovaný nebo trvalý styk s vodou. Používají se pro stavbu suterénních konstrukcí pod hladinou spodní vody, pro inženýrské stavby vodních děl. Jejich vlastnosti jsou upraveny přísadami, volbou cementu a granulometrickou křivkou kameniva. Jsou upraveny zejména tyto vlastnosti: vodotěsnost, odolnost proti mrazu, mechanickým a chemickým účinkům vody a zejména objemové změny s minimalizací smrštění. ad) betony nenosné Jsou betony s malou pevností v tlaku. Jsou používány pro doplňkové konstrukce jako mazaniny, výplňové lehké betony, zálivky pro nenosné prvky, vyrovnávací betony apod. Dělení podle způsobu výroby a provádění v podmínkách stavby: a) monolitické betony jsou betony výhradně zpracovávané na stavbě do bednění nebo do výkopů, případně do bednících tvárnic b) montované betony jsou betony zpracovávané ve výrobnách prefabrikátů, do tvaru prvků na stavbu dovážených a montovaných a spojovaných na stavbě. Dělení podle objemové hmotnosti: a) lehké betony s objemovou hmotností do 2000 kg/m 3 b) obyčejné betony s objemovou hmotností od 2000 do 3000 kg/m 3 c) těžké betony s objemovou hmotností od 3000 do 3500 kg/m 3 d) velmi těžké betony s objemovou hmotností od 3500 do 5500 kg/m 3 Dělení betonů podle struktury 77

78 a) hutné betony lze je také nazvat betonem plným, tj. neobsahujícím nebo s minimalizovaným množstvím vzduchových mezer a dutin do 18 %. Malta z cementového tmelu zcela vyplňuje mezery mezi zrny kameniva. b) mezerovité betony jsou charakteristické dutinami, mezerami a póry v množství větším než 18 %. Pro výrobu tohoto betonu se používá hrubého kameniva jediné frakce, a toto kamenivo vytváří skelet, který neumožňuje zalití dutin cementovým tmelem. c) pórovité betony jsou jemnozrnné betony, ve kterých jsou umělou cestou přísadou pro vznik pórů nebo tvorbou kapilár. Množství pórů je vysoké. Dělení podle množství pojiva: a) hubené s malým množstvím cementu a převažujícím množstvím kameniva, vyznačují se nízkými pevnostmi a malou odolností, b) polomastné běžné typy betonů se středním množstvím cementu limitovaným ČSN EN, c) mastné (tučné) s nadměrným množstvím cementu s vyšší smrštitelností a náchylností k tvorbě trhlin. Dělení podle vlastností: - vysokopevnostní, - vodotěsné, - mrazuvzdorné snášející střídavé účinky vody a mrazu, - žárovzdorné odolávající teplotám vyšším v rozmezí C, - odolné proti obrusu se sníženým obrusem horní vrstvy, - chemicky odolné vůči agresivním vodám, - tepelně izolační, - s odolností a ochranou proti záření. Betony se klasifikují podle pevnostních tříd stanovených ČSN EN Pevnostní třídy jsou označeny dvěma hodnotami. První hodnota číslo před lomítkem udává charakteristickou pevnost v tlaku uvedenou v MPa a zjištěnou na válcích o průměru 150 mm a výšce 300 mm. Druhá hodnota číslo za lomítkem udává charakteristickou pevnost v tlaku uvedenou v MPa a zjištěnou na krychlích o hraně 150 mm ve stáří betonu 28 dní. Betony vodotěsné 78

79 Jsou koncipovány současně i jako betony mrazuvzdorné. Stupeň vodotěsnosti je vyjádřen hodnotou tlaku vody, která na beton působí a při které beton nesmí propustit vodu. Rozlišujeme tyto druhy vodotěsnosti: V 2 max. tlak vody při zkoušce V 4 max. tlak vody při zkoušce V 8 max. tlak vody při zkoušce V 12 max. tlak vody při zkoušce 0,2 MPa 0,4 MPa 0,8 MPa 1,2 MPa Mrazuvzdorné betony Musí odolávat střídavým účinkům vody a mrazu. Míra mrazuvzdornosti je poměr hodnoty pevnosti střídavě zmrazovaných a rozmrazovaných vzorků k hodnotě porovnávacích vzorků obou zkoušených na ohyb. Značky mrazuvzdorného betonu jsou dány číslem, které určuje nejvyšší počet cyklů střídavého zmrazování a rozmrazování (1 cyklus = 1 zmrazení a 1 rozmrazení), po kterou součinitel mrazuvzdornosti nesmí klesnout pod 0,75. Třídy: T 50 - T T T 250 Současné značení XF1 XF2 XF3 XF Složky betonu a) Kamenivo zpracovávané do betonu může být původu: - anorganické, přírodní - uměle vytvořené Přírodní kamenivo se těží z přírodních nalezišť a používá se ve formě vytěžené bez úpravy např. písek říční, valouny, suti nebo po vytěžení upravované obvykle drcením. Je částí betonu tvořící jeho pevnou a nosnou kostru. Jeho granulometrické složení v betonové směsi je dáno křivkou zrnitosti. Používají se písky se zrny od 0,05 do 4 mm, štěrky a drtě se zrny od 4 mm do 125 mm. Limitní velikost zrna horní hranice je dána rozměry betonové konstrukce, hustotou výztuže a vzdáleností výztužných prutů, tloušťkou krycí vrstvy betonu. 79

80 Umělé kamenivo je vyráběno záměrně jako výrobek např. keramzit, keramické sbalky, liapor, nebo je upravováno jako odpadní surovina z jiné výroby, např. popílek, škvára, vysokopecní struska, keramická cihelná drť. Používané a zvolené kamenivo musí splňovat svými vlastnostmi požadavky kladené na beton. Kritéria pro volbu kameniva jsou: - objemová hmotnost - tvar a velikost zrn - pevnost kameniva - nežádoucí částice a chemické složení kameniva - mechanické a fyzikální vlastnosti Objemová hmotnost: Podílí se výrazně na objemové hmotnosti betonu samého. Používá se kamenivo: a) kamenivo pórovité s objemovou hmotností do kg/m 3 b) kamenivo hutné s objemovou hmotností větší než kg/m 3 Tvar a velikost zrn: Tvar zrn je určen způsobem výroby. Kamenivo těžené má tvar zrn oblý. Protože toto kamenivo se těží z řek, naplavenin, suťovišť apod. může být znečistěné bahnem, jemnými jílovitými částicemi, které svou přítomností v betonu negativně ovlivňují vlastnosti hotového betonu. Štěrkopísky kopané zase mohou obsahovat humusovité látky, které působí v betonu rovněž negativně. Relativně čisté kamenivo je kamenivo předrcené a drcené. U upravovaného typu kameniva je nutno uvažovat tvar drceného zrna a velikost zrn. Podle velikosti zrna dělíme drcené kamenivo na: drobné s velikostí do 4 mm hrubé s velikostí od 4 mm do 125 mm štěrkopísky jsou směsí drobného a hrubého kameniva těženého štěrkodrti jsou směsí drobného a hrubého kameniva drceného Mimo toto základní rozdělení kameniva jsou pro výrobu betonu dále používány: kamenná výsivka odpadní bez zaručené velikosti zrna 80

81 kamenné moučky s velmi jemným zrněním Tvar zrn je důležitým faktorem ovlivňujícím mezerovitost betonu. Rozlišujeme tvar zrn vhodný pro výrobu betonu a tvar zrn nevhodný pro výrobu betonu. Vhodný tvar zrn: o kulovitý o kostkovitý Nevhodný tvar zrn: o jehlicovitý o destičkovitý o tyčinkovitý o lasturovitý Pro charakteristiku tvaru zrn používáme hodnoty tvarového indexu. Tvarový index je číslo, které je dáno podílem největšího rozměru k nejmenšímu rozměru. Stejnoměrná a tedy optimální zrna mají tvarový index menší než 1,5, nestejnoměrná a tedy zrna vyvolávající mezerovitost mají tvarový index větší než 1,5. Kamenivo pro betony konstrukční by se mělo skládat vždy z min. dvou frakcí. Pevnost kameniva Výrazně ovlivňuje pevnost betonu. Volené kamenivo by mělo mít vždy min. stejnou pevnost jako má být pevnost betonu. Nežádoucí částice a chemické složení kameniva Výrazně negativně ovlivňuje zejména pevnost betonu. Jsou to: odplavitelné částice zejména jíly se zrny velmi jemnými menšími než 0,005 mm, prachová zrna. V kamenivu jsou tyto částice přípustné do 1,5 3 % hmotnosti kameniva. Sloučeniny síry především sirníky a sírany obsažené v samotném kamenivu. Jejich přítomnost za působení vody vyvolává jejich rozpouštění a chemické reakce s cementovou složkou se vznikem sulfoaluminátu vápenatého, který zvětšením svého objemu a oxidací na sírany je příčinou rozpadu kameniva a následně betonu. Humusovité látky výrazně ovlivňují průběh tvrdnutí betonu. 81

82 Hlinité částice a hliněné hrudky jsou jílovitého původu a snižují pevnost betonu, i když v první fázi zpracování vykazují zlepšení zpracovatelnosti betonové směsi. Mechanické a fyzikální vlastnosti výrazně ovlivňují vlastnosti betonu, jsou to: otlukovost kameniva tj. odrcování povrchu kameniva při míchání betonu. Otlukovost mění nejen tvar původních zrn, ale zvyšují podíl jemných frakcí. nasákavost kameniva je dána petrografickým složením konkrétně voleného kameniva. Ovlivňuje množství záměsové vody. b) Cement Funkce pojiva je vázána na rozmíchání cementu s vodou na cementový tmel, který probíhající chemickou reakcí s vodou postupně tuhne a následně tvrdne a tedy spojuje zrna kameniva v betonu. Cement si po zatvrdnutí ponechává dlouhodobě pevnost a svoji stálost. c) Voda Vstupuje do výroby betonu ve dvou podobách a funkcích: a) voda hydratační, tj. voda nutná pro průběh hydratace cementu, nazýváme ji také vodou technologickou, chemicky vázanou. Minimální množství vody pro zajištění hydratace je obvykle cca % z hmotnosti cementu. b) voda záměsová nebo tzv. reologická, tj. voda potřebná pro zajištění konzistence a plasticity směsi pro její řádné zpracování. Do této kategorie patří i voda ošetřovací, tj. voda používaná pro vlhčení tvrdnoucího betonu po dobu jeho tvrdnutí. Voda musí být vodou pitnou splňující požadavky ČSN EN Voda vhodná pro výrobu betonu je voda pitná i voda užitková pokud neobsahuje množství solí nad přípustnou hodnotu uvedenou v předchozí tabulce a neobsahuje humnové látky a látky organického původu jako rašelinu, uhlí, cukry, tuky a oleje apod., které negativním způsobem ovlivňují hydratační proces. Jako záměsové vody se nesmí používat voda rybniční, slatinná, hladová a vody odpadní a splaškové. Pro stanovení množství vody v betonové směsi slouží tzv. vodní součinitel. Vodní součinitel vyjadřujeme poměrem účinného obsahu vody k hmotnosti cementu v čerstvém betonu - v [kg/m 3 ] / c [kg/m 3 ]. Hodnota vodního součinitele se pohybuje od 0,25 do 1,2. Hodnota vodního součinitele výrazně ovlivňuje nejen zpracovatelnost zatvrdlého betonu, ale i pevnost betonu v tlaku. 82

83 Skladba betonové směsi Určujícím faktorem pro volbu skladby betonové směsi, množství a druh jednotlivých složek je požadovaná pevnost betonu. Empirickým vztahem mezi jednotlivými složkami je P Kde: c = dávka cementu (kg) V = dávka vody (kg) K = dávka kameniva (kg) P = objem vzduchových pórů (dm 3 ) ρ c = hustota cementu (kg.dm -3 ) ρ v = hustota vody (kg.dm -3 ) ρ k = objemová hmotnost kameniva (kg.dm -3 ) Minimální dávkování cementu: Pro prostý beton min. 200 kg/m 3 betonu Pro železový beton min. 240 kg/m 3 betonu Hydratace Hydratační proces probíhá mezi cementem a záměsovou vodou v okamžiku zamíchání. Nerosty v cementovém slínku v suchém cementu jsou v bezvodé formě. Při zamíchání cementu s vodou nerosty ve slínku hydrolyzují a následně hydratují. Do základní reakce vstupuje zejména oxid vápenatý, který nejdříve hydrolýzou rozkládá a následně vznikají sloučeniny s chemicky vázanou vodou, které postupně v přesyceném roztoku krystalizují a vzájemně prorůstají v průběhu hydratace. Hydratace je tedy chemický a fyzikální proces, při němž kašovitá cementová směs přechází do tuhého a následně do tvrdého stavu. V průběhu hydratace se uvolňuje hydratační teplo, jehož výše je závislá na chemickém složení cementu, množství minerálů a jemnosti mletí slínku. Průběh hydratace lze ve zjednodušené formě vyjádřit těmito základními rovnicemi: Minerál slínků + voda hydratovaný materiál (CaO) 3.SiO 2 + nh 2 O = (CaO) 2.SiO 2.(n-1).H 2 O + Ca(OH) 2 trikalciumsilikát (alit) dikalciumhydrisilikát + hydroxid vápenatý 83

84 (CaO) 2.SiO 2 + mh 2 O = CaO.SiO 2.(m-1)H 2 O + Ca(OH) 2 Bezvodý dikalciumsilikát (belit) Monokalciumhydrosilikát (CaO) 3.Al 2 O H 2 O = (CaO) 3.Al 2 O.6 H 2 O Trikalciumaluminát trikalciumhydroaluminát (CaO) 4.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 + zh 2 O = (CaO) 3.Al 2 O 3.12 H 2 O + CaO.Fe 2 O 3.(y-12)H 2 O Tetrakalciumaluminátferrit (celit) Trikalciumhydroaluminát + monokalciumhydroferrit Tuhnutí Začátek tuhnutí je dán pevnostní třídou a druhem cementu jeho aktivitou. Tvrdnutí Tvrdnutí je chemický a fyzikální proces navazující na fázi tuhnutí s pokračující hydratací. Rychlost tvrdnutí je dána chemickým složením slínku a jemností mletí cementu. Tvrdnutí probíhá z počátku intenzivně, pak se zpomaluje, až se ustálí po několika létech. Největší nárůst pevnosti nastává po 28mi dnech. Tuto pevnost betonu považujeme za základní. Základní vlastnosti betonu Pevnost betonu v tlaku se pohybuje od 6 do 70 MPa, u vysokopevnostních betonů až 100 MPa. Pevnost betonu v tahu pohybuje se cca v hodnotách 1/10 až 1/15 pevnosti v tlaku. Modul pevnosti betonu je závislý na pevnosti betonu a pohybuje se v hodnotách cca 14 až 40 GPa. Poissonovo číslo má vazbu na druh cementu a pohybuje se cca od 0,08 do 0,3. Trvanlivost betonu souvisí s mrazuvzdorností, pórovitostí a nasákavostí betonu a jeho odolností proti působení agresivních vod a plynů. Beton mohou narušovat vody: - hladové, nenasycené - síranové - uhličité vody s agresivním CO 2 - kyselé vody s obsahem humnových kyselin 84

85 - vody s vysokým obsahem chloridů - vody hořečnaté, alkalické a průmyslové odpadní vody Vodotěsnost betonu ovlivněna pórovitostí. Smršťování betonu je vázáno na vysychání vody z tvrdnoucího betonu, probíhá dlouhodobě a je odvislé od druhu cementu. Hodnota smrštění se pohybuje od 0,2 do 0,65 mm/m. Bobtnání betonu nastává při trvalém ponoření betonu do vody. Pohybuje se v rozmezí 0,1 až 1 mm/m. Dotvarování vzniká při trvalém zatížení konstrukce v průběhu cca. 5 let jako dlouhodobá deformace. Pohybuje se v rozmezí 0,1 až 1 mm/m. Tepelná vodivost je závislá na pórovitosti a objemové hmotnosti. Je vysoká a v hodnotě od 1,2 do 1,8 W.m -1. K -1. Součinitel tepelné roztažnosti se udává hodnotou = 9 až K -1. STUDIJNÍ MATERIÁLY SVOBODA, L. a kol., Stavební hmoty. Bratislava: JAGA. Str ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jaké jsou hlavní složky betonu? 2. Jaké vlastnosti má mít kamenivo? 3. Jaké vlastnosti sledujeme u cementů? 4. Jaké požadavky máme na záměsovou vodu? 5. Co je to tuhnutí betonu? 6. Co je to tvrdnutí betonu a jak dlouho trvá? 7. Jak se dělí betony podle použití? 8. Co je to pórobeton a jeho užití? 9. Co je to pěnobeton a jeho použití? 10. Co ovlivňuje trvanlivost betonu? 85

86 KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK Odpovědi na otázky 1 9 jsou obsaženy v textu výše. Otázka 10: Trvanlivost betonu ovlivňují vlastnosti použitých surovin, technologická kázeň při stavbě a také podmínky při užívání (kvalita návrhu detailů a prostředí, kterému je beton vystaven. Jinak na tom bude beton uvnitř objektu, jinak beton na římse, který bude střídavě suchý a mokrý, osluněný a zmrzlý, nebo beton v místě kam zatýká. Beton ve vlhku základů, nebo beton v korytě řeky. 86

87 Kapitola 6: Kámen KLÍČOVÉ POJMY - vyvřelé horniny, sedimentární horniny, přeměněné horniny, výrobky z kamene, kamenivo CÍLE KAPITOLY - podat přehled o druzích kamene pro stavební účely, jejich základní vlastnosti a vhodnost použití - seznámit s postupy opracování kamene, s výrobky z kamene a druhy kameniva 8 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY Obr. 4 Žulový lom VÝKLAD Horniny jsou jedním z nejstarších stavebních materiálů. Používaly se jako kusový zdící materiál. Prakticky vždy se vyskytoval nedaleko staveb. Jeho hlavními výhodami byla snadná dostupnost, velká trvanlivost, vysoká pevnost a nehořlavost. Nevýhodami jsou velká pracnost, zdroj: hmotnost, někdy zbytečně vysoká pevnost a tvrdost. Druhým způsobem použití byly přepracované materiály, jako vápno, sádra, apod. Některé horniny našly uplatnění v další výrobě, jako železná ruda, uhlí, ropa a přírodní asfalt. 87

88 Horniny dělíme: - na vyvřelé, - sedimentární, - přeměněné. 6.1 Vyvřelé horniny Vznikají utuhnutím magmatu a to buď pomalu hluboko pod povrchem (vzniknou hlubinné vyvřeliny), nebo v puklinách zemské kůry (vzniknou žilné vyvřeliny), nebo rychle na zemském povrchu nebo ve vodě (vzniknou výlevné vyvřeliny). Rychlost tuhnutí magmatu a jeho diferenciace (rozdělení minerálů) mají zásadní vliv na vlastnosti vyvřelé horniny. Obr. 5 Blatenská žula Hlubinné vyvřeliny chladly velmi pomalu, jako první krystalizovaly křemičitany (vytvořily krystaly minerálů), jako poslední křemen, který nemohl vytvořit krystaly a jen vyplnil zbylý prostor. Hlubinné vyvřeliny jsou žuly, syenity, diority, gabrodiority a gabra. Jde o horniny hrubozrnné s všesměrnou strukturou. Mají kvádrovitou či lavicovitou odlučnost. Jsou vhodné na lomový kámen, pravoúhlé kamenné výrobky (schody, obrubníky, kostky, ), kámen na kamenické práce a pro drcený štěrk. zdroj: archiv autora Vlastnosti: Objemová hmotnost je kg/m3, pevnost v tlaku MPa, nízká nasákavost. Lze je leštit, lesk si uchovávají dlouhou dobu. V poslední době přišly nové technologie a klasické lámání a štípání je vytlačováno řezáním diamantovými pilami. Kámen se řeže na tenčí desky. Lze vytvořit téměř jakýkoliv tvar. Vyvřelé horniny jsou na našem území poměrně snadno dostupné a hojně využívané. Neznámější lokality jsou: Mrákotín, Blatná a tzv. povltavská žula (od Kamýka nad Vltavou po Prahu. V jižních Čechách většina lomů produkuje drcené štěrky Rejta, Ševětín, Zrcadlová Huť ) Žilné vyvřeliny vychladly v puklinách zemské kůry za podobných poměrů jako hlubinné vyvřeliny, projevila se u nich větší diferenciace magmatu, charakteristická je pro ně porfyrická stavba (vyrostlice tmavých minerálů). Vlastnosti a použití je stejné jako u hlubinných vyvřelin. Nejpoužívanější žilné vyvřeliny jsou žulový a syenitový porfyr, pegmatit a aplit. Dva poslední jmenované jsou užívány jako zdroj živce a křemene. Výlevné horniny chladly na povrchu relativně rychle a tomu odpovídá i velikost jejich krystalů, které nejsou pouhým okem viditelné. Není výjimkou ani sklovitá 88

89 struktura. Hutné výlevné horniny (křemenný porfyr, tracht, znělec) se používají jako stavební kámen a na drcené kamenivo. Zvláštní použití mají pemza a perlit, které mají velkou pórovitost a menší objemovou hmotnost, proto jsou vhodné jako kamenivo do lehčených betonů a Obr. 6 Drtička a třídička tepelně izolačních malt. Čedič se kromě v kusové formě používá po roztavení jako surovina pro tepelně izolační vaty (ORSIL). Užití hlubinných vyvřelin: Žula pro svou kvádrovitou odlučnost se hodí na kamenické práce, dlažební kostky, obrubníky, schodnice, masivní architektonické prvky, stavební kámen opracovaný pro sokly, podezdívky, nábřežní zdi apod. zdroj: Žula je vhodná i pro obklady, venkovní i vnitřní dlažby. S úspěchem lze leštit. Je vhodná i na všechny druhy drcených Obr. 7 Chodník ze žulových odseků kameniv. Podobné vlastnosti a použití mají ještě syenit, granodiorit, křemenný diorit a gabro. Známé žuly: mrákotínská, blatenská, povltavská, švédská, Žilné (porfyry) jsou převážně zpracovávány na kvalitní drtě. Pemza, perlit pro svou menší objemovou hmotnost se užívají jako kamenivo do lehčených betonů a izolačních malt. Znělec je vhodný na stavební kámen, kamenické práce překlady, schody, kostky, obkladové desky. Používá se i na výrobu i drceného kameniva. zdroj: archiv autora Čedič se užívá jako stavební kámen, na výrobky z kamene dlažební kostky, apod., i jako surovina pro drcené kamenivo. Čedič se taví, odlévají se chemicky odolné výrobky (dlažba, trubky), tavenina vystříknutá přes jemné trysky vytváří tzv. čedičovou vatu, užívanou jako tepelná izolace (Orsil, Rockwool, apod.) 6.2 Horniny usazené (sedimentární) Vznikají usazováním převážně produktů zvětrávání hornin (vyvřelých, usazených i přeměněných). K usazování dochází většinou ve vodním prostředí (řeky, jezera moře), ale může docházet i k sedimentaci v suchém prostředí. Charakteristickým útvarem pro sedimentární horniny je vrstva, která také určuje jejich hlavní odlučnost. Během sedimentace často dochází k roztřiďování podle frakcí a tak vzniklé sedimenty mívají charakteristickou zrnitost. Kromě mechanického modelu vzniku sedimentů dochází i ke vzniku chemickému, kdy se na základě chemické reakce vytvářejí vrstvy sedimentů. Po usazení vrstev materiálu hovoříme o nezpevněných sedimentech. Dalším působením (tlaku nadložních vrstev a chemických pochodů) dochází ke zpevňování vrstev sedimentů. Vysoký tlak může způsobovat zpevňování vrstev až po rekrystalizaci a vznik 89

90 celistvé horniny (vápence). Zpevnění může mít i formu vzniku tmelů, které vyplní póry a působí jako pojivo (jakýsi přírodní beton). Tmely známe železité, vápnité, silikátové, jílovité, aj. (takto vznikají např. pískovce). Z kvality tmelu pak vychází pevnost a trvanlivost takto vzniklých hornin. Zvláštní jsou sedimentární horniny vzniklé z organických zbytků. Samy se ve stavebnictví v přírodní formě neuplatňují, používají se výrobky z nich. Jde o uhlí, ropu, rašelinu, asfalt, apod. Užití: Klastické sedimenty dělíme na nezpevněné a zpevněné Nezpevněné Písky a štěrky byly a jsou používány jako kamenivo do betonů, malt, do násypů komunikací apod. Mají oblý tvar zrn, na rozdíl od ostrohranných drcených kameniv. Podle původu rozeznáváme štěrkopísky: - kopané (mají větší obsah jemnozrnných částic hlinité a jílnaté písky) jsou vhodné ho malt, pro použití do betonu se musejí promývat. Pískovny jsou většinou místního významu, zde pískovna ve Vrábči. - říční jsou převážně čisté (bez jemnozrnné příměsi) a vznikly na dně jezer, či v okolí říčních toků. Jsou vhodné do betonu a písky jako přídavek do malt (ke kopaným pískům). Nejznámější naleziště v jižních Čechách je Suchdol nad Lužnicí. Spraše jsou nezpevněné, váté hlíny (aleurity). Jsou surovinou pro cihlářský průmysl. Křemelina je sediment uložený původně na dně třetihorních jezer a je tvořena schránkami jednobuněčných živočichů (rosivek - diatomace). Má vysokou pórovitost, nízkou objemovou hmotnost a s tím spojený vyšší tepelný odpor. V minulosti se používala na výrobu tvárnic (calofrig) a izolačních desek. Hlíny písčité a hlinité písky jsou vhodným materiálem pro budování násypů zvláště silničních staveb. Jíly mají zrna menší než 0,002 mm a jejich vlastnosti se odvíjejí od obsahu tzv. jílovitých minerálů. Tyto vodnaté křemičitany hlinité mají schopnost vázat velké množství vody a tím zvětšovat svůj objem. Rozlišujeme kaolinit, illit a montmorilonit. Okolo využití jílů u nás funguje více průmyslových podniků. Podle vlastností jílů z jednotlivých nalezišť se požívají kaolíny jako surovina pro výrobu porcelánu, bentonit (patří k montmorilonitům) se používá na výplachy při provádění vrtných prací a jako tekuté bednění při provádění výkopů zvláště pro podzemní stěny. Samotný nebo spolu s cementem tvoří těsnící vrstvy. Sušené a mleté jíly se využívají na těsnění hydrovrtů. V neposlední řadě jsou jíly surovinou pro výrobu obkladů a dlažeb. 90

91 6.2.2 Zpevněné Pískovce jsou to většinou křemitá písčitá zrna spojená (křemitými, vápnitými, železitými, jílovitými,..) tmely. Jako sedimentární horniny se vyznačují vrstevnatou strukturou a tak se lámou v silnějších deskách, které jsou vhodné po opracování jako stavební kámen, desky na obklady. Svou dobrou opracovatelností se hodí na kamenické výrobky (schody, ostění oken, dveří a dalších architektonických prvků) i pro umělecké účely (sochy). Vhodnost použití je dána tmelem. Ten určuje jak pevnost, tak zbarvení pískovce. Pro stavební účely jsou vhodné pískovce s vápnitými, křemitými a kaolinickými tmely. Vápnité a kaolonické tmely dávají pískovci bělavou barvu, železité načervenalou až nahnědlou. Pískovce vlivem povětrnosti se rozpadají, chráníme je speciálními přípravky. Opuka je písčito-vápnitý jílovec připomínající jemnozrnný pískovec s jílovitým tmelem. Vyskytuje se v české křídové tabuli a byla oblíbeným stavebním kamenem staré Prahy. Pokapána zředěnou kyselinou chlorovodíkovou silně reaguje (šumí). Jílovec je zpevněný jíl, neprojevuje se u něho vrstevnatá stavba. Žáruvzdorné jílovce jsou surovinou pro výrobu šamotu a kameninového zboží. Jiná ložiska jsou vhodná pro výrobu elektrických izolátorů, obkladaček, dlažeb a cihel vysoké pevnosti. Jílovitá břidlice je tence vrstevnatá hornina, snadno se odlupuje. Povrch desek je sametově lesklý. Používají se místně na střešní krytinu Chemické sedimenty Vápenec vznikl na dně prvohorních moří z vápnitých schránek živočichů. Je to celistvá hornina obsahující více než 50 % CaCO 3. Většinou je světle až tmavě šedý, ale může být červený i černý. Obsahuje příměsi křemité i jílovité. Při obsahu MgCO 3 se hornina nazývá dolomit. Používá se jako místní stavební kámen i na drcená kameniva (není vhodný na úpravy toků, je ve vodě rozpustný). Jeho hlavní využití je jako surovina k výrobě vápna a cementu. Travertin, vřídlovec a gejzírit vznikají vysrážením z horkých roztoků. Jsou zajímavě zbarvené a používají se na vnitřní i vnější obklady. Sádrovec je vodnatý CaSO 4, vyskytuje se spolu s anhydritem. Je surovinou pro výrobu pálené sádry Sedimenty organogenní Vznikají z organických zbytků rostlin a živočichů za nepřístupu vzduchu. Jako vlastní stavební materiál se používá přírodní asfalt (stále méně), ostatní jsou surovinami pro výrobu stavebních hmot rašelina, uhlí, ropa, atd. 91

92 6.3 Horniny přeměněné (metamorfované) Vznikají z hornin vyvřelých a usazených i již dříve přeměněných přeměnou. Při ní dochází ke změnám ve struktuře a skladbě minerálů, mění se i mechanické vlastnosti. Přeměnu mohou způsobit buď teplo nebo tlak. Teplo vznikající při samovznícení uhelných slojí přemění okolní jíly na porcelanity (spečené tvrdé jíly). Dalším příkladem je tzv. kontaktní přeměna. Původní horniny v okolí vzniku magmatických těles se od magmatu ohřejí a dochází k jejich rekrystalizaci. Takto vznikají slinuté horniny rohovce, erlány a z vápenců mramory. Tlak vzniká buď jako důsledek váhy nadložních hornin, nebo jde o endogenní geologické síly. Na horniny působí buď zpevněním (většinou na usazené, vznik např. jílovců), nebo způsobí mechanické poškození hornin (drcení kataláza). Mohou být postižena rozsáhlá území (tlakem většinou při horotvorných pochodech) regionální přeměna, u hornin dochází k nové krystalizaci, vzniku nových minerálů. Vlivem působícího tlaku mají nově vzniklé horniny výrazně rovnoběžnou skladbu. Odlučnost těchto hornin je většinou vrstevnatá (hrubě až jemně). Zástupce přeměněných hornin vzniklých působením velkého hydrostatického tlaku, tlaku horotvorného a vysoké teploty (pod bodem tání nerostů) jsou ruly. Jejich složení hodně odpovídá hlubinným vyvřelinám, navíc má např. granáty. Liší se stavbou (texturou) místo všesměrné je zde stavba zřetelně vrstevnatá (břidličnatá). Jako stavební materiál se uplatňují jako druhořadý místní stavební kámen. Na výrobu drceného kameniva se používá jen ojediněle. Mezi její horší vlastnosti patří menší pevnost a náchylnost ke zvětrávání. Svory vznikaly za nižších teplot i hydrostatického tlaku než ruly, zato při vysokém horotvorném tlaku. Mají výraznější břidličnatost a jejich použitelnost pro stavebnictví a vlastnosti jsou podobné jako u rul. Fylity vznikaly při nízké teplotě a hydrostatickém tlaku, zato při velmi vysokém horotvorném tlaku. Charakteristický je pro ně vznik šupinkatých křemičitanů (muskovit, chlorit, mastek) a jemně deskovitá odlučnost. Uplatnění nacházely jako pokrývačský materiál a místní stavební kámen. Mastek se těží a používá při výrobě omítkových směsí. Zvláštní postavení mezi přeměněnými horninami mají Mramor, hadec a granulit. Jsou to materiály hojně používané pro stavební účely. Nemají špatné vlastnosti přeměněných hornin. Mramor je krystalický vápenec. Má vysokou pevnost v tlaku a je dobře opracovatelný. Lomové plochy jsou díky dokonalé štěpnosti kalciových zrn skelně hladké a lesklé. Časem na vzduchu lesk ztrácejí. Je dobře brousitelný a leštitelný. Barva je od čistě bílé, přes šedou až k červeným, zeleným, hnědým až černým. Je jedním z nejoblíbenějších obkladových kamenů, používá se na dlažby, pomníky, kamenické práce, místně na stavební kámen a výrobu vápna. Zvláště bílá forma je vyhledávaným sochařským kamenem. Drcený se používá jako plnivo do umělého kamene teraso. Hadec je celistvá hornina zeleno šedé barvy hedvábného vzhledu. Používá se jako dekorační a sochařský kámen. Drť se uplatňuje při výrobě umělého kamene. 92

93 Granulit je bělavá celistvá hornina, vzhledem velice připomínající žulu. Je těžen a užíván na velmi kvalitní drcené kamenivo. 6.4 Výrobky z kamene: Stavební kámen se používá po tisíciletí. Od původně menších kamenů kladených na sucho se postupem času stává kámen vyjádřením důležitosti a honosnosti stavby. Kameny se opracovávají a jejich velikost roste. Známé jsou egyptské pyramidy a stavby jihoamerických indiánů. Kameny jsou opracovávané a kladené bez pojiva. Dodnes nevíme, jak byly kameny dopravovány a osazovány, protože některé mají hmotnost několika set tun. Řekové a Římané již používají klenby. Kameny jsou menší, avšak náročněji opracované železnými nástroji. Ve zdivu se používají spoje a vazba. Uplatňují se obklady a dlažby (i mozaikové). Stavební kámen byl hojně používán po celý středověk, stavby katedrál, opevnění ale i hradů, později zámků a měšťanských a venkovských domů. Důležitost stavby a bohatství investora často odrážela zdobnost kamenných prvků. Kámen se těží v lomech, kde se také většinou zpracovává. Tradičním způsobem je lámání kamene (lom), kdy se pomocí klínů a palic oddělují kamenné bloky, které se dále zpracovávají. Jde o velice namáhavý způsob těžby, dnes se používá tam, kdy následuje kamenická výroba a kámen má být co nejméně poškozen. Dalším způsobem těžby je metoda odstřelů. Hornina se navrtá a od vzniklých otvorů se umístí průmyslová trhavina, otvory se utěsní a hornina se odstřelí. Sesutá hornina se pak nakládá bagry a odváží k dalšímu zpracování. Takto získaný kámen se hodí hlavně na výrobu drceného kameniva. Kamenické práce jsou úpravy kamene pomocí ručních nástrojů využívající přirozené odlučnosti kamene. Takto se tvarovaly kamenná kvádra a kamenné bloky, upravoval se jejich povrch (trhaný, bosovaný, špicovaný, zubovaný, pendlovaný). Pro speciální účely se povrchy brousily a leštily (pomníky, obklady, sochy). V poslední době jsou na vzestupu metody zpracování kamene pomocí diamantových nástrojů, jako jsou listové a okružní pily Lomařské a kamenické výrobky: - kámen pro zdivo a stavební účely se používá jako nosný i jako obkladový. Je k dostání jako - lomový kámen (v různém stupni třídění a opracování) od netříděného (jak vzniká po odstřelu), po tříděné a opracované pro soklové a kyklopské zdivo - kopáky (název vznikl od množstevní jednotky kopy, na které se prodával) vznikají hrubým opracováním, mají tvar rovnoběžnostěnu. Používají se na zdění, mírně skosené na klenby. Liší se i stupněm opracování - haklíky jsou kameny na obkladové zdivo, obdélníkového, nebo čtvercového tvaru. Čelní stranu mají povrchově upravenou, užívají se jako obklad nábřežních zdí, vodohospodářských staveb, budov, soklů rodinných domků, ale též i v interiérech, např. obklady krbů. 93

94 - kvádry jsou kameny větších rozměrů a různého stupně opracování - obrubníky jsou kvádry větší než 30 cm určené k výškovému oddělení pozemních komunikací. Jsou hrubě kamenicky opracované. Na koncích opatřené zářezy pro lepší napojování. Běžně se vyrábí rovné, jsou též do oblouků. - dlažební kostky jsou drobné kvádry nebo kostky určené k povrchové úpravě pozemních komunikací. Vyrábějí se ručně, nebo strojně, jejich strany jsou většinou mezi 80 a 200 mm. Jejich předností je vysoká trvanlivost a estetická úroveň, nevýhodou pak vyšší cena a pracnost u silnic pak hlučnost jízdy (může být i předností např. u zpomalovacích pruhů nebo okrajů vozovek) - schodišťové stupně jsou buď plné, nebo se kámen používá na jejich obklad. Pro svou trvanlivost jsou vhodné především jako venkovní schodiště. Jsou různých tvarů (rovná, oblouková) a stupňů opracování. Důraz musí být vždy kladen na dostatečnou drsnost (protismyková úprava) nástupnic - prvky zahradní architektury je něco mezi kamenickou a sochařskou prací, zahrnuje širokou škálu od neopracovaných kamenů po kamenné kašny Drcená kameniva Jsou dnes nejčastějším kamenným materiálem. Užívají se pro výrobu betonu i jako materiál pro konstrukční vrstvy dopravních staveb a záhozový kámen vodohospodářských staveb. Na jejich vlastnosti je velký počet požadavků, neboť určují kvalitu zvláště násypů pro dopravní stavby a také z nich vyráběných betonů. Tyto požadavky jsou obsaženy v normách a zjišťovány v laboratořích. Jde především o zrnitost, tvar zrn, fyzikální vlastnosti a přítomnost nežádoucích látek. Dělení kameniva je i podle objemové hmotnosti výchozího materiálu. Máme - těžká kameniva (objemová hmotnost nad 3000 kg/m3 magnetit, baryt) s hlavním použitím jako absorbér záření v jaderné energetice a lékařství - hutná kameniva (objemová hmotnost od 2000 do 3000 kg/m3 žula, granulit) jsou nejběžnějším druhem a používají se na výrobu betonu a jako konstrukční materiál násypů a do vozovek s asfaltobetonem - lehká kameniva (objemová hmotnost pod 2000 kg/m3 tufy, křemelina, čedičová láva) těž zvaná pórovitá. Jejich hlavní použití je pro lehčené (izolační) betony a staviva. Výskyt těchto materiálů je poměrně malý, a tak jsou nahrazovány průmyslovými odpady (např. strusky) a umělými kamenivy, které mívají vylepšené vlastnosti (např. keramzit spékaný jíl) - lomová kameniva dělíme na netříděná a tříděná. U tříděných jsou označována podle velikosti zrn (horního a spodního síta): - makadam jsou kameny větší než 32 mm a používá se pro spodní vrstvy dopravních liniových staveb 94

95 - 16/32 hrubé kamenivo většinou se používá pro dopravní stavby (silnice i železnice), ale také tam, kde potřebujeme větší póry mezi zrny (provětrané podlahy při protiradonových opatřeních, nebo na přerušení kapilárního vzlínání) - 8/16 středně hrubé kamenivo hojně používané do betonů a jako kamenivo do násypů silničních staveb a nosnou kostru asfaltových betonů. - 4/8 jemné kamenivo používá se do betonových směsí a asfaltobetonu. Na násypy je poměrně jemné a hůře se hutní. - 2/4 velmi jemné kamenivo je používáno jako podklad pod zámkové dlažky a kamenné kostky - 0/4 lidově prosívka je prachovitý zbytek při výrobě drceného kameniva a používá se částečně do betonu (náhrada písku) a na nenáročné násypy V různých lomech se setkáme i s jinak tříděným kamenivem (např. 11/22) a s různými směsmi předem oddělených frakcí. STUDIJNÍ MATERIÁLY SVOBODA, L. a kol., Stavební hmoty. Bratislava: JAGA. Str ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jak vznikly vyvřelé horniny? 2. Jaké jsou charakteristické vlastnosti hlubinných vyvřelin? 3. Jak se dělí usazené horniny? 4. Jaké vlastnosti má pískovec a na čem nejvíce závisejí? 5. Co je to mramor? 6. Co jsou haklíky? 7. Popište kopáky. 8. Co je kyklopské zdivo a kde se používá? 9. Z jakých hornin se vyrábí drcené kamenivo? 10. Jaké jsou frakce drceného kameniva? 95

96 KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK Odpovědi na uvedené otázky jsou obsaženy v textu výše. Otázka 9: Vyžaduje srovnání použití jednotlivých hornin uvedená v textu, obecně jde o většinu vyvřelých hornin (žula, gabro, znělec...), ze sedimentů se v omezené míře používá vápenec, přeměněné horniny nejsou příliš vhodné, výjimkou je granulit (Plešovice). 96

97 Kapitola 7: Keramické materiály KLÍČOVÉ POJMY - keramický střep, ostřivo, lehčivo, cihlářské výrobky, obkladová keramika, kameninové výrobky, zdravotnická keramika, žárovzdorné výrobky CÍLE KAPITOLY - podat přehled o surovinách pro výrobu keramických materiálů; - seznámit s technologií výroby, technickými vlastnostmi výrobků, jejich druhovostí a vhodností užití. 8 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY VÝKLAD 7.1 Keramické výrobky Výchozí surovina: plastické zeminy obsahující jílovinu. Vytváření při různých vlhkostech směsi, dále se výrobky dle potřeby suší a zpevňují vypalováním. Vypálením výrobku vzniká keramický střep. Kromě plastické zeminy obsahující jíloviny patří k základním surovinám pro výrobu cihlářských výrobků též: Ostřivo k omezení nadměrného smrštění, snižující plastičnost výrobní směsi např. písek, škvára, cihelná drť. Lehčivo pro zvýšení pórovitosti střepu z důvodu zvýšení tepelně izolačních vlastností zdících prvků nebo snížení energetické náročnosti při jejich výpalu např.: uhelný prach, piliny z tvrdého dřeva, křemelina, polystyrénové granule. Často odpadní látky: elektrárenský nebo teplárenský popílek. 97

98 7.2 Vlastnosti cihelného střepu - Pórovitý - Barevný načervenalý - Hmotnostní nasákavost přes 20 % - Střep přijímá a uvolňuje vlhkost - V závislosti na konkrétním provedení jsou cihlářské výrobky mrazuvzdorné a dobře tepelně i zvukově izolační - Nehořlavý - Recyklovatelný - Problémy s vlhkostní roztažností (ne u zdiva, ano u stropů) Fyzikální vlastnosti střepu jsou proměnlivé v závislosti na složení suroviny, způsobu tváření a intenzitě výpalu - Objemová hmotnost v suchém stavu kg/m 3 - Hmotnostní nasákavost % - Součinitel tepelné vodivosti 0,65 0,8 W/mK 7.3 Cihlářské výrobky vady cihel - Cihlářské výrobky se vyrábějí z červené nebo bílé cihlářské hlíny se značným podílem ostřiv. - Poměr míšení je dán požadovanou tvárností a povoleným smrštěním při výpalu. Po vysušení se cihlářské výrobky pálí na C. Nejběžnějšími výrobky jsou cihly, střešní krytina, dlaždice, květináče a další. - Vady těchto výrobků vznikají většinou nežádoucími nečistotami v cihlářské hlíně. - Nejčastější je pyrit, z něhož oxidací vzniklý síran může ve vlhku vykvétat, a na závadu jsou také větší částice uhličitanu vápenatého, který se vypálí na oxid reagující s vlhkostí za značných objemových změn. - Cihlářské výrobky by také neměly obsahovat sírany alkalických kovů a další ve vodě rozpustné soli, které ve vlhku tvoří výkvěty a působí objemové změny. - Barva cihel je dána jednak druhem hlíny, jednak způsobem pálení. Červeně zbarvené cihly pocházejí z hlíny s vyšším obsahem sloučenin železa (nad 2 %) a byly páleny v oxidační atmosféře. Hnědé cihly pocházejí z téhož materiálu, ale byly páleny v redukční atmosféře. Cihly z hlíny s vysokým obsahem železa (7-10 %) pálené v redukční atmosféře mají barvu zelenavou až modravou a cihly s obsahem sloučenin manganu jsou černé. 98

99 Dělení keramických výrobků pro stavební účely Cihlářské výrobky Obkladová keramika Kameninové výrobky Zdravotnická keramika Žárovzdorné výrobky Další dělení je dle nasákavosti střepu Slinutá keramika s hmotnostní nasákavostí E<1,5 % Poloslinutá keramika s hmotnostní nasákavostí E = 1,5-3 % Hutná keramika s hmotnostní nasákavostí E = 3 6 % Polohutná keramika s hmotnostní nasákavostí E = 6-10 % Pórovitá keramika s hmotnostní nasákavostí E > 10 % 7.4 Historie výroby keramiky - Keramika na bázi přírodních surovin představuje vedle kamene a dřeva jeden z nejdéle používaných materiálů v lidské historii a vůbec první záměrně vyrobený materiál umělý, vyznačující se navíc vynikající stabilitou fyzikálních a mechanických vlastností. V některých obdobích historie jsou proto keramické výrobky často jediným hmotným dokladem o lidské činnosti a existenci. - Keramické výrobky provázejí člověka od doby počátečního rozvoje jeho tvůrčích schopností. První formy keramických předmětů, zhotovené z přírodní zeminy, měly zpočátku tvar košíku nebo měchu a byly nejprve pouze vysušené a teprve později vypalované. Nejstarší keramické nádoby byly nalezeny v jižní Číně a doba jejich vzniku byla datována na ± 870 let př. n. l. (Hanykýř, Kutzendörfer 2000). Tyto nádoby jsou ručně tvarované, s červenou až hnědou barvou střepu a s předpokládanou teplotou výpalu v rozmezí C. - Vedle hrnčířství je dalším nejstarším oborem keramické výroby cihlářství. První známé pálené cihly pocházejí z prvních staletí 4. tisíciletí, případně již z posledního století 5. tisíciletí př. n. l. (keramické stavební tvárnice z Uruku nebo Eridu). Objev cihlářské technologie tak patří národu Sumerů v jižní Mezopotámii (Gregerová 1996). 7.5 Technologie výroby cihlářských výrobků 1. Odtěžení suroviny 99

100 2. Odležovací halda 3. Skříňový podavač přidání přísad ostřivo, lehčivo 4. Kolový mlýn 5. Pára propaření směsi 6. Odležovací věž zvýšení rovnoměrného rozložení vlhkosti 7. Šnekový lis intenzivní zhomogenizování protlačováním 8. Zahřátí párou na C zlepšení plastičnosti a usnadnění vytváření výrobků 9. Tvarovací pás odřezává výrobky 10. Sušení komorové nebo tunelové sušárny 80 C 30 hodin 11. Výpal cca. 900 C cca 30 hodin. Obr. č. 8 Ložiska jílů v ČR Ložiskové oblasti jílů v České republice. Převzato z Jirásek, Sivek (2007). Jíly a jílovce jsou v ČR těženy většinou povrchově a místy i hlubinně - Rakovník, Lubná, Březinka zdroj: Multimediální učební texty Ložiska nerostů J. Jirásek, M. Siver, P. Láznička, 2007 dostupné z: Obr. č. 9 Hliniště cihelny ve Stodu a způsob dobývání lopatovým rypadlem. 100

101 zdroj: Foto: J. Jirásek, 2007 Obr. č. 10 Haldování natěžené suroviny. Dnes již neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí. zdroj: Foto: J. Jirásek,

102 Obr. č. 11 Kolový mlýn jeden ze základních strojů pro zdrobňování a homogenizaci cihlářské směsi. Dnes již neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí. zdroj: Foto: M. Vavro, 2004 Obr. č. 12 Protlačování keramického těsta. Tondach ČR s.r.o., cihelna Stod. zdroj: Foto: J. Jirásek,

103 Obr. č. 13 Odležování suroviny v odležárně. Tondach ČR s.r.o., cihelna Hranice. zdroj: Foto: M. Vavro, 2004 Obr. č. 14 Vytváření nekonečného pásma v ústí šnekového lisu. Dnes již neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí. zdroj: Foto: M. Vavro,

104 Obr. č. 15 Odřezávání pásma strunovým odřezávačem. Tondach ČR s.r.o., cihelna Hranice. zdroj: Foto: M. Vavro, 2004 Obr. č. 16 Komorová sušárna se zavezenou částí výlisků. Dnes již neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí. zdroj: Foto: M. Vavro,

105 7.6 Cihlářské výrobky třídí podle použití na: - výrobky pro svislé konstrukce, - výrobky pro vodorovné konstrukce, - pálenou krytinu, - výrobky pro zvláštní účely Výrobky pro svislé konstrukce Zdící cihlářské výrobky tvoří rozhodující podíl cihlářské výroby a podle užití se rozdělují na: - zdící materiály pro vnější obvodové stěny, - cihly pro vnitřní stěny, - cihly pro zvláštní určení (lícové, kanalizační, komínovky). Jedná se o kusová staviva, tzn. důležitý je rozměr: Skladebný rozměr: rozměr skladebného prostoru zdícího prvku, specifikovaný s přihlédnutím ke geometrickým parametrům přilehlých spár a mezním odchylkám rozměrů prvků. Jmenovitý rozměr: rozměr zdícího prvku specifikovaný pro jeho výrobce, přičemž odchylky skutečných rozměrů od jmenovitých nesmí být větší než mezní odchylky. Skutečný rozměr: rozměr prvku stanovený měřením Zdící cihlářské prvky se vyrábějí zásadně tažením na šnekovém lisu a podle tvaru a rozměrů se rozlišují: cihly plné CP, kde otvory zaujímají max. 15 % ložné plochy. Vyrábí se malého formátu (mnf) mm, metrického formátu (mf) mm a velkého formátu (vf) mm. Maximální objemová hmotnost CP je 1900 kg.m -3. Nasákavost hmotnostní je minimálně 10 %. Součinitel tepelné vodivosti λ = 0,65 0,8 W.m -1.K -1. cihly dutinové CD, kde převážná část otvorů je tvořena dutinami (tj. s průřezem jednoho otvoru > 25 cm 2, oba rozměry otvoru > 15 mm). Většinou se jedná o tenkostěnné výrobky (tloušťka střepu < 20 mm). cihly děrované CD - s větším počtem děr a štěrbin (tj. otvory s plochou jednoho < 2,5 cm 2 ), lehčené cihly mají sníženou objemovou hmotnost lehčením, až již dutinami, dírami či štěrbinami, ale hlavně použitím lehčiv ve výrobní směsi, čímž vznikne střepově lehčený výrobek (např. POROTHERM, THERMOPOR), lícové cihly určené pro režné zdivo. Vyznačují se ušlechtilou barvou, přesným rozměrem, nižší nasákavostí, mrazuvzdorností a jsou prosty výkvětotvorných solí 105

106 a cicvárů. Mohou být opatřeny engobou na lícní ploše nebo dezénem (pískované cihly, rustikované cihly). cihly kanalizační (rovnoběžky a klíny) s malou nasákavostí (do %) a vysokou pevností v tlaku (až 35 MPa), komínovky pro zdění továrních komínů s objemovou hmotností až 1990 kg.m -3 a pevností v tlaku až 35 MPa, ručně tvarované výrobky pro rekonstrukci kulturních památek, klinkery mrazuvzdorné cihly s pevností v tlaku větší než 28 MPa, objemovou hmotností nejméně 1900 kg.m -3 a nasákavostí do 7 %. Rozměry Hmotnost Objemová hmotnost Pevnost v tlaku 290x140x65 mm 4,7 kg/ks 1900 kg/m³ kg/ks 15,2 MPa Nasákavost 15 % Cihlářské výrobky (prvky) pro horizontální konstrukce Cihlářské výrobky pro horizontální konstrukce se vždy uplatňují ve spojení s železobetonem tím, že vytvářejí jednak tzv. ztracené bednění nebo se jedná o žebrovou stropní desku s rovným podhledem. Cihlářské tvarovky se používají jako: - keramické nosníky a překlady nad okenními a dveřními otvory anebo k vytváření věnců v obvodu stropní roviny, - skládané stropy, sestávající se z nosníků (keramické, ocelové, železobetonové nebo z předpjatého betonu) a keramických vložek (typu HURDIS, MIAKO apod.), - keramické stropní dílce vyskládané ze stropních tvarovek. 106

107 Obr. č. 17 Prefa-monolitické železobetonové stropy z nosníků a vložek zdroj: Pálená krytina Pálená krytina se používá k pokrývání střech s dřevěnou konstrukcí krovu. Je vhodná pro sklony střešních plášťů nad 35 a pro nadmořskou výšku staveb do 400 m. Pálenou krytinou se rozumějí různé druhy tašek, které se vyrábějí buď tažením na šnekových lisech (tažená krytina) nebo ražením na revolverových lisech (ražená krytina). Tažené tašky nemají příčné drážky, pouze je vytvářen ozub pro uchycení na latění. Výhodou taškových střech je jejich rychlá montáž a snadná opravitelnost. Základními typy keramických tašek jsou: - bobrovky vyráběné tažením s povrchem drážkovaným nebo hladkým v délce 380 až 400 mm s dolní zaoblenou hranou, hladké nebo rýhované. Šířka je mm, - drážková tažená krytina (obdélníkového tvaru, rozměrů mm), hmotnost tašky asi 2,6 kg, únosnost 80 kg, - ražená krytina vyráběná na revolverových lisech, má podélné i příčné drážkování, jejichž funkce zabezpečuje střešní plášť proti zatékání. Krycí délka tašek je 335 ± 8 mm, šířka 205 ± 5 mm. - prejzy sestávající se ze dvou odlišných tvarů hák (korýtko - spodní část) a prejz (kůrka - vrchní část). Používá se hlavně ke krytí památkových objektů a významných budov, kde dosahuje požadovaného architektonického účinku. Háky jsou vyráběny v rozměrech mm, prejzy /100 mm (šířka se zužuje), - hřebenáče dodávají se v druzích drážkový a hladký. Hladké hřebenáče se používají ke krytí hřebenů a nároží střech z tašek bobrovek, tašek drážkových 107

108 tažených a prejzů. Drážkové hřebenáče se pak používají na střechy z tašek drážkových ražených Obkladové materiály Většina materiálů používaných při výrobě obkladových prvků je přírodního charakteru. Jedná se o jíly, kaolíny, živce, vápence a dolomity. K výrobě se dají použít i keramické střepy, tzn. že tyto výrobky jsou výborně recyklovatelné, a samozřejmě voda. Před použitím jsou suroviny upravovány do suché formy rozdrolováním, drcením, mletím, síťováním, odmagnetováním, sušením a homogenizací. K další úpravě dochází před smícháním s vodou. Základem pro vstup suroviny do výroby je kvalitní homogenizace. Suroviny se pak dle dané receptury váží. Pro dlaždice a pro obkladačky jsou rozdílné váhové poměry. Pro dlaždice je v recepturách uveden větší podíl živců, pro obkladačky větší podíl vápenců a dolomitů. Dále se směs dopravuje do mlýnů, kde dochází k mokrému mletí s přidáním ztekucovadel, která mají zajistit co nejnižší podíl vody. Mlecí bubny vyžívají k mletí přírodní mořské oblázky nebo umělá mlecí tělesa na bázi oxidu hlinitého. K mletí jsou používány kontinuální nebo periodicky pracující jíly. Z mlecího zařízení vychází tzv. keramická šlika. Ze šliky jsou dále ještě na sítu odloučeny hrubší podíly. Se stopami železa si poradí silné magnety. Železo by mohlo při dalším technologickém procesu negativně ovlivňovat například i barvu keramického střepu a způsobovat povrchové vady. Keramická šlika je sváděna do nádrží, kde se promíchává a znovu se tak homogenizuje. Univerzálním, světové rozšířeným způsobem sušení keramické šliky je metoda rozprachového sušení, která se poprvé uplatnila v České republice. Z České republiky se tento vynález rozšířil do celého světa. Předchozí metoda kalolisování a následného drcení vysušených kalolisovaných placek se přestala používat v druhé polovině minulého století. Z rozprachové věže na dopravní pás dopadá lisovací granulát, který putuje do zásobníku, aby se odležel a došlo k vyrovnání vlhkosti. Od přípravy pracovních směsí jsou odděleny přípravy glazur. Jejich příprava spočívá také v mnohém mletí v bubnových mlýnech. Glazurové komponenty jsou zpravidla tvořeny suchými práškovitými nebo granulovanými surovinami. Hlavní složkou glazur jsou zpravidla keramické frity vyráběné tavením a následným prudkým chlazením taveniny vodou ve specializovaných závodech. Dalšími složkami glazur jsou plavený kaolin, živce, vápence, zinkové a titanové běloby, mleté křemeny, zirkon, keramická barvítka a voda. Z mlecího bubnu vytéká po mnoha hodinách mletí a homogenizace tzv. glazurové nebo engobové mléko, používané dále v procesu glazování. Tvarování, sušení, vylisování a glazování je automatický kontinuální systém. Na základě chemického a mineralogického složení je granulát předurčen buď k výrobě pórovinových obkladaček, nebo glazovaných hutných až slinutých dlaždic. 108

109 Pro tvarování základních čtvercových nebo obdélníkových obkladových materiálů se dnes používají automatické hydraulické pístové lisy. Lícová plocha je hladká nebo reliéfní, rubová plocha je v zájmu lepší soudržnosti při kladení opatřena drážkováním. K sušení výlisků z vlhkosti 5,5 % na vlhkost pod 1 % slouží vertikální nebo horizontální sušárny. Pevnost výlisku se vysušením několikanásobně zvětší. Prvním médiem dopadajícím na povrch výlisku je vodní mlha, která zlepší schopnost povrchu přijmout následně engobu a zabrání jejímu rychlému zaschnutí před nanesením glazurové suspenze. Velmi důležitá je časová prodleva mezi nanesením engoby a první glazury. Proces glazování prošel také svým vývojem. Od ručního polévání a namáčení k různým typům glazovacích clon vytvářených dnes nejčastěji glazovacím zvonem. V současné době je nejrozšířenější tlakové glazování, kdy glazurová suspenze vytéká pod tlakem za definovaných podmínek na povrch obkladačky nebo dlaždice. Vlivem akumulovaného tepla ve výlisku se přebytečná voda částečně odpaří, částečně vsákne a na povrchu vzniká tenká vrstva nevypálené glazury a engoby, která bez poškození snese následnou dekoraci povrchu. Dnešní glazovací linky jsou vybaveny nejrůznějším dekoračním zařízením. Dlouhá léta převažovala technologie sítotisku, dnes se používá vypálení vzoru laserovým paprskem do silikonového povrchu rotačního válce. Válce se instalují zpravidla ve skupinách nad glazovací linkou a každý z nich tiskne jednu barvu na povrch glazovaných výlisků, které pod nimi na lince procházejí. Hotové výrobky se často ve speciálních dílnách podrobují dalšímu mechanickému opracování. Slouží k tomu nástroje korundové, karborundové a diamantové. V posledních letech se uplatňuje i technika řezání vodním paprskem, která umožnila vyřezávání komplikovaných obrazů i ve středech obkladových prvků a vkládání jiných materiálů do vzniklých otvorů (kovy, dřevo, přírodní kameny). STUDIJNÍ MATERIÁLY SVOBODA, L. a kol., Stavební hmoty. Bratislava: JAGA. Str ISBN OTÁZKY A ÚKOLY 1. Popiš suroviny pro výrobu keramických materiálů. 2. Popiš technologii výroby keramických materiálů. 3. Jaké příměsi poškozují keramické výrobky a jak? 4. Jaké druhy zdících cihel znáte? 5. Jaké výhody má pálená střešní krytina? 109

110 6. Jaké znáš druhy obkladů? KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK Odpovědi na uvedené otázky jsou obsaženy v textu výše. 110

111 Kapitola 8: Dřevo KLÍČOVÉ POJMY - řezivo, objemové změny dřeva, mechanické vlastnosti dřeva, výrobky na bázi dřeva, vady a škůdci dřeva, ochrana dřeva CÍLE KAPITOLY - vysvětlit chování dřeva jako stavebního materiálu; - seznámit s druhy dřev a jejich vhodném použití; - vysvětlit technické vlastnosti a jak je vhodně využívat; - podat přehled vad a škůdců dřeva a systémy ochrany a prevence. 8 hodin ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY VÝKLAD Dřevo je spolu s kamenem nejstarším stavebním materiálem. Je to dáno jeho snadnou dostupností a relativně dobrou opracovatelností. Z chemického hlediska jde o směs celulózy, hemicelulózy, ligninu, pryskyřic, tříslovin, tuků, bílkovin a minerálních látek. Struktura dřeva je tvořena dřevními buňkami, které rostou a množí se za života stromu. Kmeny stromů, které využíváme ve stavebnictví už za života, vykazují pozoruhodné pevnosti a odolnost proti namáhání přírodními silami (například větrem). Mají velice dobrý poměr únosnosti a hmotnosti. Kmeny stromu se skládají z několika druhů buněk se speciálním posláním. Kůra chrání vnitřní buňky proti povětrnosti a jako kůže u živočichů i proti škůdcům a nemocem. Pod kůrou je lýko, které zajišťuje přísun tekutin se živinami a slouží i k odvodu zplodin. Pod lýkem je růstová vrstva dřevních buněk, které zajišťují zvyšování objemu kmene, jeho růst do výšky a spolu s lýkem vede vodu s živinami. Rozdílné poměry na jaře a v létě vytvářejí ve dřevě barevné vrstvy 111

112 letokruhy. Jarní dřevo bývá světlejší a buňky jsou větší, letní bývá tmavší a buňky jsou menší a pevnější. Dřevo uvnitř kmene, které ztratilo růstový potenciál, se nazývá dřevem jádrovým a mívá v sobě menší vlhkost než dřevo růstové. Obr. č. 18 Katr Vlastnosti: pevnost při malé hmotnosti, elasticita, pružnost. Propouští krátkovlnná záření, pohlcuje a uvolňuje vlhkost. Není radioaktivní, neprodukuje zdraví škodlivé látky, naopak je schopno škodlivé látky zachytávat. Má dobrý tepelný odpor, je prodyšné. Z hlediska elektrického jde o izolant a je antistatické. Za špatnou vlastnost se považuje jeho hořlavost. Vlivem jeho špatné tepelné vodivosti a přítomnosti vlhkosti uvnitř materiálu při hoření větších profilů se na povrchu napřed vytvoří zuhelnatělá vrstva, která po zdroj: určitou dobu chrání vnitřní vlhkou část. Před destrukcí dřevěné prvky akusticky varují. Další špatnou vlastností je to, že dřevo je napadáno škůdci houbami, plísněmi a dřevokazným hmyzem. Funguje zde snaha přírody mrtvé dřevo rozložit a znovu využít jeho součástí, což mají výše uvedené organismy provést. 8.1 Druhy dřeva: Jehličnany - rostou rychle a poskytují většinou měkké dřevo smrk: je nejběžnější stavební dřevo řadíme jej mezi měkká dřeva, s dlouhými vlákny, pevné a pružné. V suchém stavu je trvanlivé, ve venkovním prostředí není tak trvanlivé. Používá se na konstrukce krovů, stavební výrobky převážně pro interiér. borovice: má dřevo pevnější než smrk s vyšším obsahem pryskyřice, což zvyšuje jeho odolnost ve vlhku. Oproti smrku má více suků, které vypadávají a trpí modravostí. modřín: má středně těžké dřevo s příjemnou kresbou (žlutobílé s červeno hnědým jádrem), hůře zpracovatelné. Je trvanlivé jak ve vnitřním, tak venkovním prostředí. Používá se na stavebně truhlářské výrobky. jedle: má podobné vlastnosti jako dřevo smrkové, výhodou je jeho pravidelnější růst, není však tak rozšířené. Vlastní rostlina je citlivější na škodliviny Listnaté stromy - rostou pomaleji a jejich dřevo je většinou tvrdší lípa je výjimkou, má velmi měkké dřevo, používá se na řezbářské práce, jako stavební dřevo jen vzácně. 112

113 buk je nejpoužívanější listnaté dřevo. Je tvrdé, ale málo pružné. Trvanlivé v suchém prostředí, ve vlhkém venkovním málo trvanlivé. Je trvanlivé při stálém ponoření ve vodě. dub je naše nejkvalitnější dřevo. Je těžké, tvrdé, pevné a pružné. Navíc je trvanlivé. Používá se na náročné stavebně truhlářské výrobky. ostatní listnatá dřeva (javor, jasan, bříza, habr, olše, ) uplatňují se pro truhlářské a řezbářské výrobky, na stavební řezivo jen příležitostně Exotická dřeva Objevují se převážně jako povrchové úpravy různých obkladů, žaluzií, dveří, oken a podlah. Jejich spotřeba roste se zvyšující se náročností investorů. Jde například o teak, cedr, eben, mahagon, americkou třešeň, švédskou břízu, apod. 8.2 Druhy řeziva Dělíme podle druhu dřeva, tvaru a rozměrů příčného profilu, způsobu výroby, účelu použití a jakosti dřeva. Podle rozměru: Tloušťka d Šířka b lať < 40 mm < 80 mm prkno < 40 mm > 80 mm fošna > 40 mm > 3d hranol b < h < 3b < 40 mm Obr. 19 trámy, fošny, latě hranoly fošny střešní latě zdroj: 113

114 8.3 Výrobky ze dřeva Dřevo je používáno jako masivní řezivo, tedy prkna, fošny, hranoly (trámy, latě...) pro konstrukce tesařské i truhlářské. Z kulatiny se získává na pile, kde dochází k podélnému řezání. Podle stupně opracování rozlišujeme omítané a neomítané. Neomítané řezivo má rovnoběžné plochy z toho dva boky neopracované. Omítané se vyrábí z neomítaného obráběním, nebo řezáním a má dvě a dvě hrany rovnoběžné, všechny úhly pravé a povoleny jsou obliny. Pro prkna a fošny jsou historickým rozměrem couly (26 mm). Nevýhodou masivních profilů je jejich deformace vlivem vysychání. Deformace profilu je závislá na jeho poloze v kulatině, obecně se více deformují. Výrobky: o podlahoviny podlahová prkna palubky parkety vlysy o pražce o dlažební kostky Materiály na bázi dřeva: Vyrábějí se rozpojením dřeva na menší části a jeho následným spojením. Získáme mnohdy lepší vlastnosti než u masivu, dobré vlastnosti zůstávají nízká hmotnost, vysoká pevnost, snadná opracovatelnost Desky: dělí se podle vlhkosti, ve které se mohou použít na: *) - třída 1 odpovídá užití v teplotě 20 C při vlhkosti přes 65 % málo *) - třída 2 - odpovídá užití v teplotě 20 C při vlhkosti přes 85 % málo *) - třída 3 venkovní použití málo znamená jen několik týdnů v roce Dobrovolné značení dva pruhy první způsob použití (bílá všeobecné použití, žlutá pro nosné desky) druhá barva podmínky použití (modrá pro suché prostředí, zelená pro vlhké prostředí a hnědá pro venkovní prostředí). 114

115 Další dělení dle vodivosti, požární odolnosti, difusního odporu a obsahu formaldehydu. Překližky: jsou desky ze vzájemně slepených vrstev, směr vláken sousedních vrstev je obvykle kolmý, obvyklá tloušťka je 3-7 mm. Obr. č. 20 překližky; zdroj: Laťovky mají střed desky z latí a na okrajích mají překližku, nebo jen dýhu. Obr. č. 21 laťovka; zdroj: Překližky HDO (high density overlay) a MDO (medium density overlay) jsou na povrchu opatřeny vrstvou reaktoplastu a používají se na bednění. Vláknité desky jsou vyrobeny z lignocelulózových vláken spojených teplotou, tlakem nebo syntetickou pryskyřicí. Používají se převážně jako podklad pro plovoucí podlahy, vrchní vrstva je nalisovaná fototapetou. Slabinou je obsah a uvolňování formaldehydu. Obr. č. 22 Dřevovláknité desky; zdroj: sortim.cz/ Třískové desky: lisováním a ohřevem spojené drobné části dřeva lepidlem. Většinou sestává ze třech vrstev, dvě venkovní jsou z jemnějších částic a jsou více slisované, střední vrstva je z větších kousků a méně slisovaná. Dle úpravy povrchu jsou surové, broušené, s nalisovaným povrchem (např. dýhou, impregnovanou fólií). Dále dle možnosti užití na vnitřní a vnější. Tloušťka 3-40 mm. Obr. č. 23 Třískové desky; zdroj: OSB desky (oriented stand board) jsou z orientovaných plochých třísek (50-70 mm dlouhé), jsou vícevrstvé. Běžně spojované formaldehydovou pryskyřicí. Tloušťky desek jsou 6-40 mm. Obr. č. 24 OSB desky; zdroj: sortim.cz/ 115

116 Cementotřískové desky jsou lisovány z částic na bázi dřeva a portlandského cementu. Dle objemové hmotnosti je dělíme na desky z dřevité vlny (používají se na tepelné izolace) lignopór (s vrstvou polystyrénu), desky z dřevěných třísek, užívají se jako ztracené bednění velox + cementové třískové tvárnice (betonují se uvnitř) a cementotřískové desky s vysokou objemovou hmotností. Mají menší částice dřeva a více cementu (např. cetris). Vyrábějí se smícháním třísek s cementem a tvrdnutím pod tlakem. Obr. č 25 Cementotřískové desky; zdroj: drevomaterial.cz/ Lepené lamelové dřevo Vrstvené dřevo jako dýha, ale léta jsou jedním směrem. Použití na lepené nosníky. Zhuštěné dřevo - Plněné plasty - Modifikované dřevo chemická úprava 8.4 Vady dřeva: o růstové suky - trhliny - nepravidelné struktury vláken (zárosty, smolníky) - nenormální zbarvení dřeva o poškození škůdci dřeva tj. plísněmi, houbami a dřevokazným hmyzem Povrch odumřelého dřeva je za vhodné vlhkosti obydlen bakteriemi, které připravují půdu pro vznik plísní. Po nich přicházejí dřevokazné houby, dále houby měkké hniloby a proces je završen houbami červené nebo bílé hniloby. o plísně napadají většinou povrch dřeva, jejich podhoubí sahá do 10 mm, způsobují změnu jeho barvy, jen málo mění jeho mechanické vlastnosti. Jsou bránou pro napadení dřevokaznými houbami. o houby napadají svým podhoubím vlastní strukturu dřeva, vedou k jeho rozpadu a ztrátě pevnosti. Rozklad dřeva je způsobován houbami celulózovorními nebo lignivorními. 116

117 Celulózovorní houby vytvářejí destrukční hnilobu dřeva. Zdrojem výživy této houby je celulózová složka dřeva. Dřevo postupně tmavne a kostkovitě se rozpadá. V praxi tento proces označujeme jako červenou nebo hnědou hnilobu. Lignivorní houby ničí všechny složky dřeva, tedy nejen celulózu, ale i lignin. Dřevo jejich vlivem zesvětlí, změkne, vytvoří se nápadné komůrky a nakonec se drobí. Zabarvení dřeva dalo lignivorním houbám název bílá hniloba dřeva. 8.5 Nejrozšířenější dřevokazné houby Dřevomorka domácí Je nejnebezpečnější dřevokaznou houbou. Vyskytuje se v průběhu celého roku na opracovaném dřevě převážně jehličnanů, dřevotřísce, papíru ale i na textiliích, zejména v nevětraných budovách. Ve vhodných podmínkách (3-40 C, vlhkost nad 20 %) prorůstá dřevěnými prvky a dovede se šířit i zdivem. Dřevo jejím působením zcela ztrácí pevnost. Je škodlivá i pro lidské zdraví, bolesti hlavy, nevolnosti, apod. Při jejím výskytu je třeba odstranit všechno dřevo z budovy, protože její ničení je velmi obtížné. Odolává i vysokým teplotám a její výtrusy se mohou šířit i kouřem. Obr. č. 26 Dřevomorka Obr. č. 27 Dřevomorka zdroj: zdroj: Koniofora sklepní Pro svůj rozvoj tato houba vyžaduje vysokou vlhkost dřeva, proto se s ní v domovních objektech nejčastěji setkáme ve špatně větraných prostorech (ve sklepích a na místech, kde zatéká). Potřebná vlhkost dřeva je % a teplota mezi C. Napadené dřevo bývá mokré, hnědě zbarvené, nakonec se rozpadá v prach Trámovka plotní Je houbou jehličnatých stromů. Jde o houbu vyskytující se v přírodě, ale může napadat i dřevo v objektech. Napadá dřevo z vnitřku a tak dlouho není poznat. 117

118 Obr. č. 28 Trámovka; zdroj: botany.cz/ 8.6 Dřevokazný hmyz Dřevokazný hmyz napadá poloopracované dřevo, stavební konstrukce, krovy, podlahy, nábytek a jiné dřevěné předměty. Dřevo poškozují larvy i dospělý hmyz. Larvy provrtávají hmotu dřeva a po jejich zakuklení vytvářejí vletové a výletové otvory. Při větším napadení se chodbičky spojují, vytvářejí kaverny vyplněné odpadovou drtí, z nichž se sypou hromádky jemných pilin. Časem je dřevo znehodnoceno tak, že ztrácí pevnost. Často jsou napadány historické předměty ze dřeva. Dřevokazný hmyz může do dřeva zavléci plísně. Kůrovcovití Dřevokaz čárkovaný. Dřevokaz čárkovaný je dlouhý 3-4 mm. Hlava a štít jsou hnědožluté až červenavé, krovky jsou bledě žluté s postranním tmavým podélným okrajem. Do skladů dřeva se dřevokaz dostává ve stadiu larvy nebo přezimujících brouků. Samička vrtá mateční chodbu kolmo k ose kmene až do hloubky 5 cm, chodby larev pak jsou kolmo k mateční chodbě. Tímto způsobem žíru se dřevo velice znehodnocuje. Larva se vyskytuje často spolu s podhoubím houby Cetatocystis pilifera, která způsobuje modrání dřeva, a proto chodby černají. Vývoj dřevokaze trvá 9-10 týdnů. Dřevokaz škodí všem jehličnatým dřevinám. Obr. č. 29 Dřevokaz; zdroj: Dospělec Požerek Červotočovití Červotoč proužkovaný Červotoč proužkovaný je 3-4 mm dlouhý, tmavohnědý, na krovkách má 10 řad rovných a zřetelně tečkovaných rýžek. K hromadnému rojení brouků dochází v červnu až červenci, většina z nich zůstává na místě, kde se vylíhli, nebo poblíž. Samička klade obvykle cca 20 vajíček do starých výletových otvorů, štěrbin ve dřevě nebo na rovný, ale drsný povrch. 118