Pojiva BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY. Pojiva I Doc. Ing. Oldřich Hoffmann, CSc.

Transkript

1 Pojiva I Doc. Ing. Oldřich Hoffmann, CSc. Pojiva - důležité místo ve stavebnictví - podstatná složka kompozitů staviv definice: Pojiva jsou organické nebo anorganické látky, které se mísí s plnivy na směsi, mající vhodnou tvárnost a po zatvrdnutí dostatečnou pevnost spolu s dalšími požadovanými a potřebnými vlastnostmi. Ve stavebnictví pro stavební pojiva je pojem maltoviny maltovina anorganické stavební pojivo, připravené z vhodných surovin, obvykle pálením za vysoké teploty, po následném rozemletí či vyhašení, s vodou a plnivem dává zpracovatelnou směs tuhne a tvrdne za vzniku nových chemických sloučenin na stavivo o dostatečné pevnosti kriterium dělení podle vazby mezi částicemi: pojiva chemická mechanická mechanická: - hlíny - asfalty - pájky - lepidla chemická: maltoviny - vzdušné - hydraulické - zvláštní (specifické vlastnosti): žáruvzdorné, chemicky odolné, objemově aktivní, zachycující záření definice: vzdušné malt. po rozmísení s vodou a formování tuhnou a tvrdnou na vzduchu a jsou stálé v suchém prostředí hydraulické m.- rozmísené s vodou a zaformované po zatuhnutí na vzduchu tvrdnou též ve stacionární vodě a poté jsou stálé ve vlhku i v proudící vodě do pojiva pucolány přírodní přísady obojí - technogení aktivní plniva latentně hydraulické l. I. POJIVA VZDUŠNÁ sádra Sorelova maltovina vzdušné vápno 1. Sádra užívána již ve starém Egyptě definice: maltovina získaná odvodněním CaSO 4.2H 2 O - sádrovce částečným = půl(hemi)hydrát = rychletuhnoucí nebo úplným = anhydrit (též přírodní) = pomalutuhnoucí vlastnosti: jen pro interiérové aplikace, lehce zpracovatelná a formovatelná, dobře izoluje zvukově i tepelně, příznivě ovlivňuje relativní vlhkost v interiéru suroviny: sádrovec, energosádrovec, sádrové střepy nebo přírodní anhydrit 1

2 výroba: - vařáky mletý sádrovec se za míchání profukuje ostrou parou = rychletuhnoucí [β] sádra - autoklávy mletý sádrovec se odvodňuje v přetlaku syté páry při 124 C = rychletuhnoucí [α] sádra - šachtové pece drcený sádrovec až 800 C = [pomalutuhnoucí] sádra - sušící mlýny výše teploty = [β] nebo pomalutuhnoucí Rychletuhnoucí sádra složení: čisté formy [α] či [β] nebo směs i s nízkým obsahem anhydritu III., názvy: - modelářská s. > 90% [α] poč. tuh. 4-6 min. celk. 9 min. - štukatérská s. > 70% [α] mezi - stavební s. pouze [β] poč. tuh.~ 20 min. celk.~ 30 min. parametry zvolené podle norem mají vliv na výsledné pevnosti obvykle v rozsahu 2 ~ 8 MPa v tlaku, důležitá je též ohybová pevnost, dodržet počátek a dobu tuhnutí čili nestrhnout! vodní součinitel w / s nízký pro [α] 0,2 ~ 0,6 vysoký pro [β] 0,7 ~ 1,7 použití: formy, fixační postupy instalo-elektro, malty Pomalutuhnoucí sádra složení: anhydrit I + 3% CaO z rozkladu při 800 C nebo přírodní anhydrit+budič budiče často používané: alkalické sírany, portlandský cement, vodní sklo, CaO tuhnutí: počátek 2 ~ 5 hod., celková doba 9 ~ 12 hod. pevnosti: ~ 30 MPa v tlaku, parametry: viz. normy použití: technologie výroby stavebních prvků, sádrokartony Sádrové maltoviny společné mletí sádry s přídavky portlandského cementu, vysokopec. strusky nebo hydraulických látek záhřev s přísadou a následné pomletí De Wyldova půlhydrát + vodní sklo ~ 250 C Scotova anhydrit + CaO do slinutí ~ 1200 C Pariánská anhydrit + borax ~ 600 C, do záměsové vody vinan draselný Keenova sádrovec + kamenec ~ 500 C anhydritová anhydrit mletý s budičem (alkalický síran) 2. Sorelova (hořečnatá) maltovina patentována 1867 def: pálená magnésie + roztok chloridu či síranu Mg, podle koncentrace rozt. vzniká: x.mgo.mgcl2.y.h2o oxichlorid hořečnatý hydrát je elektricky vodivý, čím koncentrovanější roztok tím pomaleji tuhne a má vyšší pevnosti v tlaku plniva: mletý kř. písek, SiC, piliny(=xylolit), korek, pemza 3. Vzdušné vápno historické použití, déle než 5 tis.let technický název pro CaO pálené vápno sur.: vysokoprocentní vápenec ~ 75 % uhličitanu vápen. případně mírně dolomitický vápenec (max. 7 % MgO) výr.: pálení pod mez slinutí ~ 1050 C měkce pálené čili pro stavební účely nebo tvrdě pálené ~ 1200 C pro chemický průmysl hašení: mokré 240 ~ 320 l. vody/100 kg CaO vzniká suspenze hašené vápno suché 60 ~ 70 l. vody/100 kg CaO v uzavřeném reaktoru vzniká vápenný hydrát jako práškový produkt technické názvy: bílé X dolomitické (max. 7% MgO) červené nebo šedé pro bílé však barva není podmínkou Čebín-růžové vlastnosti: ρ mineralogický údaj, objemová hmotnost tzv. litrovka, vydatnost litry kaše z 1 kg, aktivita teplota po 15 min. hašení, je-li > 60 C = měkce pálené, plasticita dříve, ztrácí význam u suchých malt. směsí výrobní technol.: kruhové pece historie šachtové pece dosud, hrubé drcení suroviny rotační pece posledních 60 let, jemné drcení suroviny použití: mleté pálené vápno pórobetony vápenný hydrát suché maltové směsi 2

3 II. POJIVA HYDRAULICKÁ hydraulické vápno portlandský cement speciální cementy charakter: CaO + MgO hydraulický modul MH = SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 - vzdušné vápno (min. 85% CaO) MH nad 9 - hydraulické vápno MH pod 6 až k 1,7 - románský cement MH 1,7 až 1,1 - portlandský cement MH pod 2,5 - hlinitanový cement MH pod 1,5 1. Hydraulické vápno minimum 10% hydraulických sl. slabě hydraulické 10 ~ 15% hyd. sl., MH 9~3; 1,5 MPa/28 silně > 15% hyd. sl., MH 3~1,7; >4 MPa/28 přírodní pálení vápenců s příměsí jílů umělá mletí vzdušného vápna + vhodné přísady s obsahem hydraulických oxidů hašení nutné jen u slabě hydraulických vlastn.: pevnosti v tlaku v rozmezí 1,5 ~ 15 MPa/28 dní podstatně rychleji tuhne a tvrdne než vzdušné, proto někdy přídavek regulátoru (sádrovec) použití: malty pro rychlé zdění zdění i omítky do vlhkého prostředí (sklepy) Románský cement obdoba hydraulického vápna výr.: výpal slínů s >25% jílovin při 1000 ~ 1100 C vlastn.: MH 1,1 ~ 1,7; pevnosti v tlaku až 15 MPa použití: stejně jako hydraul. vápno, ale vhodnější při střídání vlhkého a suchého prostředí 2. Portlandský cement křemičitanový, symbol PC def.: dle ČSN P ENV je PC hydraulické pojivo pálené nad mez slinutí, následně jemně mleté s regulátorem tuhnutí, které po smíchání s vodou tuhne a tvrdne v důsledku hydratačních reakcí a po zatvrdnutí zachovává svoji pevnost i stálost na vzduchu i ve vodě označení: CEM cement vlastnosti: odpovídající dávka vhodně smíchaná s pískem či kamenivem a vodou umožňuje výrobu malt a betonů s dostatečnou dobou zpracovatelnosti, po předepsané době vykazující požadovanou pevnost a dlouhodobou objemovou stálost primárně pálený slinek na teplotu 1350 ~ 1450 C zaručuje vhodné obsahy čtyř nových slínkových minerálů silikátů a aluminátů vápenatých: C3S, β-c2s, C3A a C4AF přednosti nejdůležitější a nejpoužívanější stavební pojivo s vysokou výrobní variabilitou vysoce pevných a trvanlivých systémů (kompozitů) ve vodě i na vzduchu nedostatky malá odolnost v agresivních prostředích (atmosféra: CO2, SO2 či agresivní vody obsahující sírany malá pevnost v tahu za ohybu (nutno armovat ocel) dlouhá doba tvrdnutí (28 d.) a nutno ošetřovat-vlhčení, energetická náročnost a ekologické vlivy exhalátů suroviny: základní vápence s obsahem sedimentárních minerálů (slíny, křídy, břidly a jíly SiO2 a Al2O3) pomocné obsahující jílové minerály, korekční kyzové výpalky či bauxit, křemičité horniny (ne písek!) intenzifikátory výpalu (obsahují fluoridy) suroviny nutno pomlet za sucha moučka (moderní) nebo za mokra břečka (původní) technologie výpal p slinku: pece šachtové (konec 19. do ½20.st.) dnes pece rotační s výměníky tepla a předkalcinátorem teploty max. 1350~1450 C a následné rychlé chlazení slinek se musí odležet 4 6 týdnů rekrystalizace mineralogie p-slinku: 4 hlavní slínkové minerály + CaO symboly: C~CaO S~SiO2 A~Al2O3 F~Fe2O3 H~H2O C3S trikalciumsilikát, alit, obs. 60~65%, ΔH~500kJ/kg 1350 C, vytváří počáteční pevnosti do 28 dnů β-c2s dikalciumsilikát, belit, 20~25%, ΔH~210kJ/kg 1250 C, k vývinu pevností přispívá až po 28 dnech 3

4 C3A trikalciumaluminát, obs. 3~15%, ΔH~910kJ/kg 1200 C, okamžitě reaguje s vodou = úvodní zatuhnutí C4AF tetrakalciumaluminoferit, celit,%, ΔH~420kJ/kg 1200 C, plynulý růst pevností, není v bílém p-slinku C volné vápno, obs.1~2% nikdy víc! sycení vápnem nutné pro vývoj alitu: β-c2s + C => C3S reakci umožňují alumináty jako sklovitá mezerní hmota chlazení na konci pece: roštový nebo planetový chladič, důležité pro β-c2s (udržení metastabilní fáze) odležení: ve slínkovně (4-6 týdnů) a pak mletí: s 3~5% sádrovce přírodní či sádrové střepy, energosádrovec jemnost mletí podle měrného povrchu 250~400 m²/kg Výroba cementů mletí p-slinku s regulátorem tuhnutí (sádrovec) a případně další přísadou dle normy: - vysokopecní struska (granulovaná) - křemičitý úlet (amorfní SiO2) - pucolán (přírodní, technogenní) - kalcinovaná břidlice dělení: cementy pro obecné použití druhy: I. portlandský cement II směsný III. vysokopecní cement IV. pucolánový - - V. směsný - - třídy: minimální 28 denní pevnost v tlaku [MPa] 32,5 42,5 52,5 32,5 + R 42,5 + R 52,5 + R(Rapid) 22,5 (národní) (Rapid) počáteční pevnosti vyšší metody zkoušení: počátek tuhnutí > 45 min. 52,5 > 60 min. ostatní objemová stálost vařením tělísek za daných podm. tuhnutí a tvrdnutí: hydratace vzniká CSHn + Ca(OH)2 gel postupně krystaluje 3. Speciální cementy nemají EN Silniční cement vyšší obsah β-c2s (až ~ 40%) nižší obsah C3A => menší hydratační teplo a počátek tuhnutí > 90 min Síranovzdorný cement obsah C3A < 3,5%, užití do agresivních prostředí Bílý cement surovina bez Fe2O3, proto výpal až při 1600 C, mletí v keramických mlýnech bez otěru Fe, užití pro dekorativní a umělecký design Bezsádrovcové cementy jako regulátor tuhnutí obvykle směs: ligninsulfonan + alkalický uhličitan lze nastavit počátek a hlavně dobu tuhnutí, užití pro opravy Hlinitanový cement jednosložkový: CA výroba: taví se v obloukové peci směs bauxit+vápenec výhody: (časově omezené využití konstrukce) uvolňuje se velké hydratační teplo => možné zimní užití betonáže pevnosti za 24 h. 30 MPa, po 28 d. 100 MPa hydratací pojivá fáze CAH10(konverze~30 let) C3AH6 o menším objemu a bez pojivých vlastností => destrukce a havárie nosné konstrukce nyní povolen jen do žárobetonů! III. MALTY zatvrdlá směs pojiva+plniva+vody+přísad čerstvá malta vhodná konzistence 1. Malty pro stavební účely normy ČSN až5 zkoušení: normy ČSN , pevn. v tlaku 3 krychle o hraně 100 mm či zlomky 3 trámečků 40x40x160 mm po zkoušce pevnosti v tahu za ohybu výroba: pojiva vápno vzdušné či hydraulické, vápenný hydrát, směsná hydraulická pojiva, cementy či sádry plniva přírodní kameniva těžená i drcená, granulovaná VP-struska, popílky, teracová drť, keramzit, atd. záměsová voda + případné přísady(pro speciální malty) 4

5 Frakce kameniva: 0 ~ 8 mm pro keramické dílce a osazování, potěry 0 ~ 4 mm malty na zdění, kladení dlažeb a obkladů, jádrové omítky 0 ~ 1 mm malty pro spárování a na jemné omítky Dělení malt pro stavební účely podle: a)účelu použití b)typu pojiva MV(m. vápenná), MVJ(m. vápen. jemná), MVC(m. vápen. cementová), MVCJ(m. váp. cem. jemná) MVCO(m. váp. cem. omítková), MVS(m. váp. sádrová), MS(m. sádrová), MC(m. cementová), MCP(m. cem. pos) c)objemové hmotnosti tepelně izolační, vylehčené, obyčejné, těžké d)pevnosti M0-M0,4-M1-M2,5-M MPa e)tepelné vodivosti tepelně izolační, vysoce tepelně izolační, mimořádně tep.izolační(λ 0,4-0,25-0,14W/m.K) Dotazy? Děkuji za pozornost! Doc. Ing. Oldřich Hoffmann, CSc. 5