VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Prof. Ing. Jiří Adámek, CSc. a kolektiv STAVEBNÍ LÁTKY MODUL BI01-M02 MALTOVINY A KAMENIVO STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
Jazyková korektura nebyla provedena, za jazykovou stránku zodpovídá autor. Ing. Petr Cikrle, Ph.D. Ing. Lubomír Vítek
Stavební látky OBSAH 1 ÚVOD...6 1.1 Cíle...6 1.2 Požadované znalosti...6 1.3 Doba potřebná ke studiu...6 1.4 Klíčová slova...6 2 STAVEBNÍ KÁMEN A KAMENIVO...7 2.1 Úvod...7 2.2 Stavební kámen...7 2.2.1 Základní vlastnosti stavebního kamene...7 2.2.2 Rozdělení stavebního kamene...8 2.3 Kamenivo...9 2.3.1 Rozdělení kameniva do betonu podle ČSN EN 12620...9 2.3.2 Vlastnosti hutných kameniv...11 2.3.3 Vlastnosti pórovitých kameniv...12 2.3.4 Vlastnosti těžkých kameniv...13 2.4 Autotest...14 2.5 Závěr...14 2.6 Klíč...15 2.6.1 Ke kontrolním otázkám...15 2.6.2 Ke korespondenčnímu úkolu...15 3 MALTOVINY A MALTY...16 3.1 ÚVOD...16 3.2 Cíl...16 3.3 POJIVA VZDUŠNÁ...17 3.3.1 Sádra a sádrová pojiva...17 3.3.2 Vzdušné vápno...21 3.4 POJIVA HYDRAULICKÁ...23 3.4.1 Hydraulické vápno (ČSN 72 2250)...24 3.4.2 Portlandský cement (ČSN EN 197-1)...25 3.4.3 Cementy speciální...32 3.5 MALTY...34 3.5.1 Malty pro stavební účely...34 3.5.2 Druhy a použití malt...36-3 (42) -
3.6 Kontrolní otázky... 39 3.7 Korespondenční úkol... 39 3.8 Autotest... 39 3.9 Klíč... 40 3.10 Závěr... 41 3.10.1 Shrnutí... 41 3.11 Studijní prameny... 42 3.11.1 Seznam použité literatury... 42 3.11.2 Seznam doplňkové studijní literatury... 42-4 (42) -
1 ÚVOD 1.1 Cíle Předkládaná učební pomůcka je určena studentům prezenčního a kombinovaného studia v prvních ročnících pobytu na stavební fakultě. Získané znalosti se stanou nezbytnými vstupy při studiu odborných předmětů všech směrů ve vyšších ročnících. Nezbytným doplňkem těchto textů jsou kontrolní otázky, korespondenční úkol, autotest s klíčem ke kontrolním otázkám a korespondenčnímu úkolu, doporučená studijní literatura a seznam norem. V této části studijního textu se seznámíte se základními informacemi o maltovinách a kamenivu. 1.2 Požadované znalosti Pro porozumění studijního textu jsou nezbytné znalosti středoškolské fyziky a základní laický přehled o problematice. Základní údaje jsou v úvodu studijního textu zopakovány a vysvětleny. 1.3 Doba potřebná ke studiu Doba studia závisí na znalostech čtenáře, obecně se dá říci, že na studium tohoto studijního textu 12 až 18 hod. studia. 1.4 Klíčová slova Stavební kámen, kamenivo, maltoviny, malty, pojiva, vápno, sádra, cement. - 6 (42) -
Stavební látky 2 STAVEBNÍ KÁMEN A KAMENIVO 2.1 Úvod Přírodní kámen se již v dávných dobách stal jedním z hlavních stavebních materiálů pro své nenahraditelné vlastnosti, které umožnily kamenným stavbám překonat věky. Zdrojem kamene je zemská kůra, která obsahuje horninové nerosty. Z oceňovaných vlastností jde především o jeho pevnost, hutnost, odolnost proti vlivům povětrnosti a ohni. Dá se velmi dobře opracovávat do požadovaného tvaru. Z nevýhod je třeba upozornit na jeho vysokou hmotnost a omezenou možnost jej strojově opracovávat. Přechází se proto na využívání rozdrceného kamene na menší zrna - kameniva. Některé nerosty jsou základní surovinou pro výrobu dalších staviv (vápenec, dolomit a pod.). V tabulce 2.1 je uveden přehled hornin využívaných pro výrobu kamenických výrobků a kameniva s uvedením jejich základních vlastností. 2.2 Stavební kámen 2.2.1 Základní vlastnosti stavebního kamene Stavební kámen pro zdivo a stavební účely se vyrábí a dodává ve třech třídách jakosti: I. třída: pevnost v tlaku R c, min = 110 MPa hmotnostní nasákavost n max = 1,5 II. třída: pevnost v tlaku R c, min = 80 MPa hmotnostní nasákavost n max = 3,0 III. třída: pevnost v tlaku R c, min = 40 MPa hmotnostní nasákavost n max = 5,0 Tabulka 2.1 Přehled běžných hornin a jejich vlastností, používaných ve stavebnictví Horniny obj. hmotnost nasákavost pevnost za sucha Skupina znak druh ρ v kg.m -3 n m % tlak F c ohyb F r min. max. max. min. min. max. min. max. Vyvřelé světlé granit 2800 0,2 230 18 hlubinné granodiorit 2500 2900 0,7 0,2 90 200 6 15 syenit 2900 0,2 200 tmavé diorit 2800 3000 0,7 0,1 90 200 6 14 gabro 3000 0,1 200 Výlevné hutné andezit 2500 2800 5,5 0,2 80 200 6 15 pórovité trachyt 2000 2600 3,0 0,5 80 180 7 12 ryolit 1600 2300 9,0 2,0 60 120 5 9 Sedimenty hutné pískovec 2500 2700 5,0 0,7 40 200 5 10-7 (42) -
Plastické pórovité pískovec opuka 1800 2600 2500 15,0 3,0 15 100 2 4 4 břidličnaté jílovitá 2500 2800 2,0 0,3 - - 25 35 Karbonáty pórovité vápenec travertin 2300 2500 2400 4,0 1,5 1,6 30 100 100 5 8 8 hutné vápenec 2600 2800 0,8 0,3 40 200 4 12 Přeměnné karbonáty mramor 2600 2800 0,8 0,2 40 200 4 15 silikátové serpentinit 2600 0,3 250 15 ruly granulit 2500 3000 3000 1,0 0,2 0,3 60 150 150 6 12 12 břidlice fylit 2600 2900 1,5 0,2 - - - 150 2.2.2 Rozdělení stavebního kamene Kámen pro zdivo a stavební účely se dělí na tyto druhy: lomový kámen - výrobky z přírodního kamene dané velikosti neupraveného tvaru, kopáky - výrobky z přírodního kamene dané velikosti a tvaru přibližného rovnoběžnostěnu, pro klenby přiměřeně klínovitého, vyrobené lámáním a hrubým kamenickým opracováním, haklíky - z přírodního kamene dané velikosti do tvaru hranolu s čtvercovou nebo obdélníkovou lícní plochou, určené jen pro obkladové zdivo, kvádry - výrobky z přírodního kamene různých tvarů a rozměrů s různou povrchovou úpravou. Dlažební kámen a silniční prvky se dělí na: dlažební kostky - velké, drobné, mozaikové, dlažební a obkladové desky - řezané, chodníkové obrubníky a krajníky. Další využití kamene je v kamenných obkladech fasád, schodišť, parapetu oken a v řemínkových obkladech sloužících k obkládání zvlášť význačných architektonických prvků. Pro reprezentační budovy se používají schodišťové stupně, používá se i štípaná kamenná krytina. Kontrolní otázky 1) Jaké jsou minimální pevnosti v tlaku pro různé jakostní třídy kamene? 2) V jakých mezích se pohybuje hmotnostní nasákavost žuly a hutného pískovce? 3) Jaké jsou základní druhy kamene pro zdivo? - 8 (42) -
Stavební látky 2.3 Kamenivo Kamenivo je zrnitý materiál používaný ve stavebnictví. 2.3.1 Rozdělení kameniva do betonu podle ČSN EN 12620 V současné době dochází ke změně přístupu ke kamenivu z hlediska evropských norem. Už se nehovoří o kamenivu obecně, ale zvlášť podle způsobu užití kameniva ve stavebnictví. V dalším textu bude podrobně rozebráno kamenivo do betonu. Na kamenivo do malt, pro štěrková lože či do obalovaných směsí jsou přirozeně kladeny poněkud odlišné požadavky. Kamenivo se třídí podle původu: Přírodní Umělé Recyklované (již dříve použité v konstrukci). Přírodní kamenivo se třídí podle vzniku a zrnitosti na: drcené - kamenivo získané drcením přírodního kamene o drobné - zrno do 4 mm včetně, o hrubé - zrno nad 2 mm, omezené velikostí horního síta (frakce 0/4 mm spadá do drobného kameniva, ale frakce 2/4 mm již do hrubého kameniva), o štěrkodrť - směs drceného drobného a hrubého kameniva; o filler (kamenná moučka) - jemná zrna získaná postupným zdrobňováním kameniva po předchozím odloučení škodlivých složek, propadající horním kontrolním sítem; těžené - kamenivo se zaoblenými zrny získané těžením přírodní rozpadlé horniny o drobné - zaoblená zrna jež propadnou kontrolním sítem 4 mm, o hrubé - zaoblená zrna 4-125 mm, o štěrkopísek - přírodní směs běžného drobného a hrubého kameniva omezená horním kontrolním sítem; směs může být i záměrně smíchána; těžené předdrcené - kamenivo získané drcením zrn těženého kameniva nad 2 mm s podílem drcených zrn nad 40% hmotnosti o drobné - zrno do 4 mm včetně, o hrubé - zrno nad 2 mm, - 9 (42) -
o předdrcený štěrkopísek - směs přírodního předdrceného těženého drobného a hrubého kameniva s podílem předrcených zrn nad 2 mm nad 40% hmotnosti. Kamenivo se třídí podle velikosti největších zrn na: jemné - do 0,063 mm, kamenná moučka drobné - do 4 mm včetně, hrubé - od 2 (dolní síto) do 63 mm, Zrnitost je poměrná procentuální skladba zrn kameniva podle propadu specifikovanou sadou sít Frakcí se rozumí označení kameniva podle velikosti dolního (d) a horního (D) síta. Jinými slovy, frakce je souhrn různě velkých zrn kameniva v rozmezí dvou kontrolních sít s čtvercovými otvory, zadržených dolním kontrolním sítem (s menšími otvory), propadajících však horním kontrolním sítem (s většími otvory). Kamenivo musí být označeno frakcí s použitím výrazu d/d (kromě filleru). Základní řada sít má velikost čtvercových otvorů 63, 31,5 (32), 16, 8, 4, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,125 a 0,063 mm, může být doplněna ještě síty z doplňkové řady. Tato síta mají velikost otvorů 45, 22,4 (22), 11,2 (11) a 5,6 (5) mm. Číslo uvedená v závorkách se mohou použít jako zjednodušené označení frakce kameniva. Mezi příklady frakcí patří 0/2, 0/4, 4/8, 4/16, 8/16, 8/22, 11/22, apod. Umělá kameniva používaná převážně jako plniva do betonů lze rozdělit: průmyslové odpady - škvára, popílky, struska, cihelná drť a pod., upravené odpady - sbalkované popílky, strusková pemza, agloporit, průmyslově vyráběná - keramzit, kavitit, perlit, vermikulit, expandit, experlit a další expandované horniny. Z uvedeného rozdělení je zřejmé, že se vesměs jedná o druhotné zpracování průmyslových odpadů. Poměrně nevýznamnou složkou používaných kameniv jsou přírodní lehká kameniva. Patří sem vulkanické tufy a tufity, lehká láva, přírodní pemza, vápenné tufy, spongility a křemelina. Betony z nich vyráběné se převážně používají jako izolační nebo výplňové. - 10 (42) -
Stavební látky Kamenivo se třídí podle objemové hmotnosti na: hutné - kamenivo o objemové hmotnosti větší než 2000 kgm -3 pórovité - kamenivo o objemové hmotnosti 2000 kgm -3 a menší, těžké - kamenivo o objemové hmotnosti větší než 3000 kgm -3. 2.3.2 Vlastnosti hutných kameniv Vlastnosti hutných kameniv jsou dány jednak jejich původem (chemické a mineralogické složení, obsah škodlivin), jednak ovlivněné způsobem výroby (cizorodé částice, nadsítné, podsítné, tvarový index a pod.). Objemová hmotnost je poměrně stálá v rozmezí 2400-2600 kgm-3. Sypné hmotnosti závisí již na tvaru zrn, jejich velikosti i intenzity setřesení. Pohybují se u volně sypaných od 1300 do 1600 kgm-3, u setřesených od 1400 do 1800 kgm-3. Zrnitost kameniva ovlivňuje následnou spotřebu cementového pojiva při výrobě betonu. Nejvhodnější jsou úzké frakce kameniva, z nichž lze vyskládat nejvhodnější křivku zrnitosti nebo v případě široké frakce se požaduje rovnoměrné rozdělení všech zrn ve frakci. Křivka zrnitosti vyjadřuje skladbu zrn zkoušeného kameniva vyjádřenou v procentech zůstatků nebo propadů na jednotlivých normových sítech. Tvarový index zrn je poměr největšího k nejmenšímu rozměru zrna kameniva. Nevhodná jsou ta zrna, jejichž tvarový index je větší než 3:1. Pórovitost hutného kameniva je velmi malá a pohybuje se obvykle do 0,5%. Tím je dána i velmi malá nasákavost hutného kameniva. Vzhledem k minimální pórovitosti hutného kameniva je i hustota kameniva velmi blízká jeho objemové hmotnosti. Odplavitelné částice jsou zrna kameniva menší než 0,05 mm. Tato zrna mají vzhledem ke své jemnosti vysoký měrný povrch, který při použití těchto částic např. při výrobě betonu vyžaduje více pojivového tmele k obalení jemných zrn a jejich spojení. Mrazuvzdornost je důležitou vlastností kameniv, které může být po zabudování vystaveno ve vlhkém nebo mokrém stavu zmrazovacím cyklům. Posuzuje se změnou zrnitosti a úbytkem hmotnosti po 25 zmrazovacích cyklech v nasáklém stavu. Trvanlivost se posuzuje podle zkoušky obdobné zmrazování. Zmrazovací cykly jsou nahrazeny krystalizací roztoku síranu sodného, kterým bylo kamenivo nasyceno. Obě zkoušky, jak mrazuvzdornosti tak trvanlivosti vypovídají o odolnosti kameniva povětrnostním vlivům na exponovaných stavbách. Cizorodé částice u kamene jsou téměř nepřípustné, připouští se nejvíce 0,3%. Jedná se především o znečištění kameniva např. úlomky dřeva, a pod. Humusovitost - vyjadřuje znečištění kameniva látkami organického původu. Na kamenivo se působí roztokem hydroxidu sodného nebo - 11 (42) -
draselného. Přítomnost huminosních látek, které mají kyselou reakci způsobí zabarvení roztoku těchto hydroxidů do žluta až do hněda. Pro posouzení se připraví etalon s čistým kamenivem. Objemová stálost se vyžaduje pro používaná kameniva především při jeho použití do betonu. 2.3.3 Vlastnosti pórovitých kameniv Vlastnosti přírodních i umělých pórovitých kameniv se podstatně liší od kameniv hutných. Z praktických důvodů budou dále popsány vlastnosti nejdůležitějších a v praxi nejpoužívanějších pórovitých kameniv. Jedná se o popílek, škváru, expandovaný perlit a keramzit, struskovou pemzu a agloporit. Vznik pórové struktury, která je pro uvedené druhy lehkých kameniv typická je způsoben různými postupy. Škvára je popelovina, vzniklá spalováním kusového tuhého paliva. Obsahuje určité množství nespáleného paliva, která jsou objemově nestálá a snižují odolnost vůči mrazu a vlhkosti. Pórová struktura vznikla vypálením spalitelných částí hnědého nebo černého uhlí v jednotce objemu. V současné době se její používání omezuje, protože většina škvár obsahuje sloučeniny síry a v některých případech byla zjištěna i poměrně silná radioaktivita. Popílek vzniká spalováním práškového paliva v elektrárnách a teplárnách. Popílky, vzhledem k jejich velikosti od 0,001 do 0,1 mm, lze jen těžko zařadit mezi kamenivo. Ale především hrubé popílky od 0,01 do 0,1 mm i jemné (0,01 mm a méně) tzv. létavé popílky z elektrostatických filtrů se používají v řadě odvětví ve stavebnictví. Přidávají se do cementu, jako plnivo do pórobetonů (část V.3 ), do zásypů a násypů, do stabilizačních vrstev vozovek, přidávají se do betonů pro zlepšení zpracovatelnosti a dalších vlastností, dál se používají při výrobě cihel a důležité je i jejich využití k výrobě pórovitých kameniv, především agloporitů. Expandovaný perlit se vyrábí z přírodních hornin perlitů jejich expandací (8 až 16 x větší objem). Vznikají velmi jemná (do 2 mm) a lehká, nadýmaná zrna vhodná především pro výrobu lehkých malt. Objemová hmotnost se pohybuje v rozmezí 250 až 350 kgm -3, λ = 0,05 Wm -1 K -1. Keramzit se vyrábí z cypřišových jílů a jílovců ve Vintířově u Karlových Var. Tyto jílovce tvoří skrývku povrchového uhelného dolu. Po homogenizaci základní suroviny se ve šnekovém lisu tvarují válečky, které se řežou a zakulacují. Tento materiál se dávkuje do rotační pece, kde se při teplotě kolem 1100 až 1200 C vypaluje. V průběhu postupného nárůstu teploty se uvolňuje voda a vyhoří zbytky uhlí za současného uvolňování plynů vznikajících rozkladem vápenců v surovině. Povrch zrna se vlivem oxidů železa, hořčíku a vápníku za postupného slinutí uzavře a brání úniku vzniklých plynů ze zrn keramzitu. Vlivem uzavřených plynů se zrno zvětšuje, expanduje. Při dalším pohybu šikmou pecí zrna keramzitu chladnou, třídí se na frakce a uskladňují v silech. Zrno keramzitu je světle hnědé, povrch má téměř slinutý a řez zrnem je šedý, značně pórovitý. Tento keramzit vyráběný firmou LIA- - 12 (42) -
Stavební látky POR CS ve Vintířově se dodává ve frakcích 0-4 mm, 4-8 mm, 8-16 mm a netříděný 0-32 mm. Sypná hmotnost volně sypané frakce 0-4 mm je 490-670 kgm -3, frakce 4-8 mm 320-440 kgm -3 a frakce 8-16 mm 260-360 kgm -3. Objemová hmotnost zrn se pohybuje od 560 do 950 kgm -3, pevnost zrn při stlačení ve válci 0,85-1,2 MPa, nasákavost 23% a součinitel tepelné vodivosti λ = 0,10-0,12 Wm -1 K -1. V sousedním Německu vyrábí firma LIAPOR zrna keramzitu, který je těžší, ale značně pevnější, až 4,4 MPa. Keramzit se převážně používá pro výrobu tvárnic nebo stěnových dílců pro obvodové pláště budov. Z velmi pevných zrn keramzitu z Německa lze vyrobit beton i s pevností v tlaku až 60 MPa. Strusková pemza vzniká zpěněním žhavé strusky (1400 C), při styku s vodou, kdy unikající vodní páry napění strukturu rychle chladnoucí strusky. Po rozdrcení a roztřídění se používá jako kamenivo do betonu, především s izolačně nosnou funkcí. Sypná hmotnost frakce 0-4 mm se uvádí 1450 kgm -3, u frakce 8-24 mm 800 až 1250 kgm -3. Nasákavost až 17%, pevnost při stlačení ve válci 0,66-1,70 MPa. Agloporit je umělé pórovité kamenivo, které se vyrábí lisováním nebo protlačováním hmoty složené z odpadního létavého popílku, jemně mletého uhlí, sulfitových výluhů a vody. Tyto syrové peletky válcového nebo lichoběžníkového tvaru se dopraví na vypalovací rošt, na jehož začátku je plynovým hořákem vrstva pelet zapálena. Jakmile dojde ke vznícení jemného uhlí a zbytků spalitelných částic v popílcích a dosažení požadované teploty, pohybuje se již zapálená směs na roštu k chladící části. Vypálením uhlí a spalitelných částic z popílku se vytvoří pórová struktura uvnitř zrn, zatímco povrch zůstává částečně slinutý. Po vychladnutí se seškvařená hmota rozruší v malém drtiči a roztřídí se do frakcí 0-4 mm, 4-8 mm a 8-16 mm. Větší slepence se vrací k novému rozrušení a roztřídění. Objemová hmotnost zrn frakce 8-16 mm se pohybuje podle druhu popílku v rozmezí 1120-1380 kgm -3. Sypná hmotnost volně sypaného agloporitu od 630 do 790 kgm -3, setřeseného od 740 do 900 kgm -3. Nasákavost po 24 hodinách se pohybuje od 16,6 do 29,3%. Pevnost při stlačení ve válci byla zjištěna v rozmezí od 2,7 do 6,9 MPa. Uvedené hodnoty jsou vybrány z rozsáhlého souboru zkoušek agloporitů vyrobených z popílků z 12 lokalit z celé republiky.vlastnosti agloporitu jsou značně ovlivněny vlastnostmi použitých popílků a značně se liší např. od keramzitu. Zrna jsou podstatně těžší a mají značně vyšší pevnost při stlačení ve válci. Jsou proto vhodná jako plniva do lehkých konstrukčních betonů i vyšších značek (do B40). 2.3.4 Vlastnosti těžkých kameniv Pro výrobu betonů zajišťujících biologickou ochranu před účinky rentgenového záření nebo paprsků γ (gama) se používají tzv. těžká kameniva, především čedič a baryt s objemovou hmotností zrn od 2900 do 3600 kg.m -3 a železité rudy - magnezit, limonit, hematit. Podle obsahu Fe 2 O 3 v rudě se objemové hmotnosti zrn pohybují od 3000 do 4000 kg.m -3, výjimečně se používají rudy s objemovou hmotností až 4200 kg.m -3. Tato kameniva se vyznačují především vyššími objemovými hmotnostmi v porovnání s běžnými drcenými kamenivy. Pro - 13 (42) -
ochranu proti neutronovému záření se používají kameniva serpentinit a turmalin, jejich objemová hmotnost se pohybuje od 2500 do 2600 kg.m -3. Kontrolní otázky 4) Jak dělíme kamenivo podle původu? 5) Co je to zrnitost kameniva? 6) Jak se kamenivo dělí podle objemové hmotnosti? 7) Z jakých surovin a jakou technologií se vyrábí keramzit? 8) Která umělá kameniva jsou vyráběna z průmyslových odpadů? Korespondenční úkol Odhadněte, jaký druh kameniva a jakou maximální horní mez frakce kameniva byste použily do betonu pro tyto typy konstrukcí: a) pro podlahovou desku o tloušťce 60 mm, b) silně vyztužený železobetonový trám o šířce 200 mm a výšce 500 mm, c) pro slabě vyztuženou základovou patku s půdorysem 2 2 m. 2.4 Autotest Jako autotest zpracujte odpovědi na kontrolní otázky za kapitolami 2.2 a 2.3. Správné odpovědi v klíči. 2.5 Závěr Stavební kámen patří k základním stavebním materiálům prakticky již od pravěku. V současné době je nenahraditelný v oblasti údržby a obnovy památkového fondu, který je v naší zemi zvláště bohatý. Kromě toho je využíván k vytvoření esteticky a architektonicky hodnotných staveb, neupravený kámen pak bývá využit ke zpevnění koryt a břehů řek a rovněž ke tvorbě opěrných stěn. Široké uplatnění v inženýrském i pozemním stavitelství pak má kamenivo, které se používá např. do betonů a malt, do podkladních i horních vrstev vozovek a do kolejových loží. - 14 (42) -
Stavební látky 2.6 Klíč 2.6.1 Ke kontrolním otázkám 1) třída 110 MPa, II. třída 80 MPa, III: třída 40 MPa. 2) žula má požadovanou nasákavost od 0,2 % do 0,7 % hmotnosti, hutný pískovec od 0,7 % do 5 % hmotnosti. 3) Pro zdivo s kamene jsou určeny: lomový kámen, haklíky, kopáky a kvádry. 4) Dělíme je na přírodní, umělé a recyklované. 5) Zrnitost vyjadřuje poměrné procentuální zastoupení zrn v kamenivu podle propadu specifikovanou řadou sít. Nerozhoduje tedy velikost zrn, ale velikost čtvercových otvorů na sítech. 6) Dělí se na lehké (do 2000 kg/m 3 ), obyčejné (od 2000 do 3000 kg/m 3 ) a těžké (nad 3000 kg/m 3 ). 7) Vyrábí se z cypřišových jílů a jílovců. Po homogenizaci základní suroviny se ve šnekovém lisu tvarují válečky, které se řežou a zakulacují. Při výpalu v rotační peci při teplotě kolem 1100 až 1200 C se uvolňuje voda a vyhoří zbytky uhlí za současného zvětšení objemu kuliček 8) Škvára, struska, popílek, agloporit. 2.6.2 Ke korespondenčnímu úkolu a) Podlahová deska má malou tloušťku, a proto je třeba volit menší velikost kameniva. Jako vhodné se jeví těžené kamenivo (z důvodu lepší zpracovatelnosti) s horní mezí frakce do 11 mm. Při použití drceného kameniva by bylo vhodné maximální velikost frakce snížit na 8 mm. Na druhé straně není možné vypustit hrubé kamenivo, neboť přebytek drobného kameniva způsobuje zvětšení deformací vlivem smrštění. b) Vzhledem k výztuži v trámu je vhodné zvolit kamenivo s maximální velikostí frakce do 16 mm, v případě opravdu hustého vyztužení do 11 mm. c) Do slabě vyztužených základů je možné uložit beton s maximální horní mezí frakce kameniva od 32 mm, případně i větší (45 mm, 63 mm). - 15 (42) -
3 MALTOVINY A MALTY 3.1 ÚVOD Výrobky z maltovin patří ve stavebnictví k hlavním surovinám nejen pro tradiční, ale i progresivní způsoby staveb bytových, občanských, zemědělských i průmyslových. Přitom však i maltoviny procházejí nejrůznějším stupněm vývoje. 3.2 Cíl Cílem látky uvedené v tomto modulu je získání základních znalostí v oblasti výroby a vlastností jednotlivých maltovin. Jedná se zejména o nejpoužívanější pojiva vzdušná (sádra, sádrová pojiva, vzdušné vápno, hořečnatá maltovina ) a hydraulická ( hydraulické vápno a všechny druhy cementů ). Dále se seznámíte s maltou, která patří k důležitým stavivům používaných ve stavebnictví. Dobrá znalost této problematiky vám ukáže, co lze od stavebních hmot požadovat a co nemohou dobře splnit. Velmi důležité místo ve stavebnictví zaujímají pojiva. Pojivem nazýváme látky, které mají schopnost spojovat jiné sypké nebo kusové materiály v jediný soudržný a dostatečně pevný celek. Definice : Pojiva jsou organické nebo anorganické látky, které se mísí s plnivy na směsi, mající vhodnou tvárnost a po zatvrdnutí dostatečnou pevnost spolu s jinými požadovanými a potřebnými vlastnostmi. Pojiva používaná ve stavebnictví nazýváme stavební pojiva. Pojiva a plniva mají zcela odlišné vlastnosti, proto výrobky z nich označujeme za složené neboli kompozitní materiály. Ve stavební praxi se ve spojení s pojivy objevuje také výraz maltovina. Maltovina je anorganické stavební pojivo připravené z vhodných surovin pálením na vysokou teplotu (mnohdy až do meze slinutí), které po rozemletí či vyhašení poskytuje s vodou a plnivem zpracovatelnou směs, která tuhne a tvrdne za vzniku nových chemických sloučenin na stavivo dostatečné pevnosti. Pojiva rozdělujeme podle různých hledisek. V širokém slova smyslu je můžeme rozdělit na : pojiva mechanická, pojiva chemická, pojiva zvláštní. Pojiva mechanická jsou taková, u kterých při procesu pojení nedochází ke změně základní chemické podstaty pojiva jako hlína, asfalt, pájky a některá lepidla. - 16 (42) -
Stavební látky Pojiva chemická jsou taková, u kterých při procesu pojení dochází ke změně základní chemické podstaty jako např. sádra, vápno vzdušné i hydraulické a cementy. Pojiva chemická dále dělíme na vzdušná a hydraulická. Vzdušná pojiva jsou taková,která po rozmísení s vodou a výrobky z nich zhotovené, tuhnou a tvrdnou a jsou stálé jen ve vzdušném prostředí (vzdušné vápno,sádra a sádrová pojiva, hořečnatá maltovina ad). Hydraulická pojiva jsou taková, kdy výrobky z nich zhotovené, po částečném zatuhnutí na vzduchu, tuhnou a tvrdnou a mají tvarovou stálost jak na vzduchu, tak i pod vodou (hydraulické vápno a všechny druhy cementů) Pojiva zvláštní (speciální) se vyznačují některými požadovanými vlastnostmi, danými již jejich názvem, jako např. žárovzdorná pojiva, pojiva se zvýšenou chemickou odolností, s regulovanou změnou objemu (rozpínavá, těsnící), ochranou před radioaktivním zářením (barnaté cementy) ad. Při výrobě pojiv se používají ještě různé přísady upravující požadované vlastnosti.v prvé řadě jsou to hydraulické přísady obsahující aktivní oxid křemičitý SiO 2, případně další oxidy jako Al 2 O 3 a Fe 2 O 3 obsažené v tufech, tufitech, trasu, spongilitu, nebo také popílek, které souhrnně nazýváme pucolány.dále sem patří latentně hydraulické přísady (skryté hydraulické vlastnosti) projevující hydraulicitu až po vyvolání nějakým budičem, např. CaO. Typickou přísadou s latentně hydraulickými vlastnostmi je vysokopecní granulovaná struska. 3.3 POJIVA VZDUŠNÁ 3.3.1 Sádra a sádrová pojiva Sádra je jedno z nejstarších pojiv (byla známá již v Egyptě) nejvíce používaná v minulém století, kdy ji byla věnována velká pozornost a byly připraveny sádrové maltoviny pro různé účely. Většímu rozšíření jejího použití brání v současné době nedostatek vhodných surovin pro její výrobu a to sádrovce nebo anhydritu i když je hledána možnost její výroby z odpadního sádrovce z chemické výroby. Definice : Sádra je anorganické práškové pojivo získané tepelným zpracováním sádrovce CaSO 4.2H 2 O (dihydrátu) částečným nebo úplným odvodněním nebo připravená z přírodního anhydritu CaSO 4 (bezvodého síranu vápenatého). Sádrovec pro její výrobu má být nejlépe tvrdý amorfní s obsahem přes 90 % CaSO 4. Řadíme ji mezi pojiva vzdušná i přesto, že může zatvrdnout i pod vodou, avšak nedává v tomto prostředí trvalé spojení. Obecné vlastnosti: - 17 (42) -
Sádra má schopnost hydratovat (tuhnout) různou rychlostí podle toho jakým způsobem byla připravena. Snadno se zpracovává a lze ji přizpůsobit různým stavebním a jiným účelům. Zatvrdlé výrobky mají dobrou zvukovou izolačnost a malou tepelnou vodivost. Objemové změny v průběhu tvrdnutí jsou poměrně velmi malé. Nedostatkem je citlivost na vlhkost a pokles pevností ve vlhkém prostředí. Od vápna a cementu se liší hlavně tím, že rychle tuhne a tvrdne. Suroviny a výrobní postup : Výroba sádry a sádrových maltovin vychází z těchto surovin : sádrovec, dihydrát síranu vápenatého CaSO 4.2H 2 O, anhydrit, přírodní síran vápenatý CaSO 4, syntetický sádrovec, odpad z chemického průmyslu, sádrové střepy, z použitých forem v keramické výrobě, v podstatě sádrovec vzniklý zhydratováním sádry. Výrobní postup a zařízení se volí podle toho, jaké budou požadavky na vyrobenou maltovinu a jaké suroviny jsou k dispozici. Rozemleté, příp. zrnité suroviny (frakce 20-35 mm) se následně tepelně zpracovávají např. ve: vařácích, tj. kotle s míchadlem, kde se sádrová moučka za stálého přívodu ostré páry míchá a unikající pára nakypřuje moučku (sádru) tak, jako by vřela. Objem těchto kotlů činí 5-15 m 3, autoklávech, pracujících s přetlakem při teplotě 124 o C a výrobek se suší horkým vzduchem, rotačních pecích s přímým nebo nepřímým zahříváním otápěné plynem nebo olejem, šachtových pecích při teplotách nad 500 o C k přípravě anhydritu a pomalu tuhnoucí sádry, sušících mlýnech, v nichž se surovina mele a současně odvodňuje procházejícím teplým vzduchem. Mineralogické složení O vlastnostech sádry a sádrových maltovin rozhoduje jejich mineralogické složení, které mohou tvořit : půlhydrát (hemihydrát) CaSO 4 1/2 H 2 O, který vzniká zahříváním sádrovce na 110-150 o C. CaSO 4 III (rozpustný), vyskytuje se opět ve dvou modifikacích α a ß úplným odvodněním. CaSO 4 II (nerozpustný) vznikající zahříváním nad 500 o C. Svými vlastnostmi se podobá přírodnímu anhydritu. CaSO 4 I vysokoteplotní vznikající z anhydritu zahřátím nad 800 o C - 18 (42) -
Stavební látky Sádru a sádrové maltoviny rozdělujeme podle různých hledisek při čemž nejčastěji na : sádru rychle tuhnoucí sádru pomalu tuhnoucí sádrovou maltovinu anhydritovou maltovinu 3.3.1.1 Rychle tuhnoucí sádra Rychle tuhnoucí sádra se skládá hlavně z půlhydrátu ( α i ß) a menšího množství anhydritu III ( α i ß). Vzniká při teplotách do 150 o C, kdy teplota nesmí přestoupit 170 o C. K rychle tuhnoucím druhům sádry patří : stavební sádra, obsahující pouze ß-půlhydrát štukatérská sádra, tvrdá, obsahuje α i ß půlhydrát (asi 70%) modelářská sádra, tvořená převážně α -půlhydrátem (nad 90%). Z fyzikálních a chemických vlastností jsou pro použití sádry důležité zejména tyto vlastnosti : jemnost mletí, pevnost v tlaku, počátek a doba uhnutí, vodní součinitel. Na pevnost sádrových výrobků má nepříznivý vliv vlhkost. Při 1% vlhkosti se pevnost sníží až o 40 %. Navlhavost sádrových výrobků je malá a vlhkost se v suchém prostředí velmi rychle uvolňuje. Vodní součinitel se mění podle způsobu zpracování sádry (lisované, vibrované,lité), podle přítomnosti modifikací α a ß a pohybuje se v rozmezí od 0,35 do 0,80. Množstvím přidávané vody lze do jisté míry ovlivňovat i počátek tuhnutí, kdy s větším množstvím vody se počátek tuhnutí zpožďuje. Doba tuhnutí sádry může být ovlivněna také urychlovači (NaCl, KCl, Na 2 SO 4 ad.) nebo zpomalovači (klih, kasein, kyselina mléčná, Ca(OH) 2, ethylalkohol ad.). Rychle tuhnoucí sádra má nižší schopnost pojit plniva, zvl. organická (např. dřevěné piliny výrazně snižují pevnosti). Nevhodné je také vyztužování ocelí, protože ph sádrových výrobků je 6,5 až 7,5 a nezajišťuje tak ochranu oceli alkalickou pasivací. Při tuhnutí rychle tuhnoucí sádry dochází k rozpínání až o 1 % objemu, což využíváme při výrobě sádrových výrobků ve formách, neboť je tím umožněno dokonalé vykopírování formy. Použití rychle tuhnoucí sádry: - 19 (42) -
V současné době se oživuje použití sádry ve stavebnictví např. pro výrobu příček, příčkových dílců na výšku podlaží (Bellrock), dílce pro závěsné stropy, sádrokartonové desky, na obklady, podhledy, suché omítkové směsi a pod. Dále sádrovláknité desky s čedičovými, skleněnými a rostlinnými vlákny, příp. vlákny z polymerů a to k různým stavebním účelům. Zvláštní význam má použití sádry mimo stavebnictví v lékařství, modelářství a pod. 3.3.1.2 Pomalu tuhnoucí sádra Tato sádra se získává výpalem sádrovce nad 800 o C (až 1000 o C),kdy se CaSO 4 snáze rozkládá, zejména za přítomnosti některých nečistot, na CaO a SO 3. Tvoří ji anhydrit CaSO 4 I a II (asi 80%), volné CaO (2-4%), který působí jako budič a půlhydrát (asi 15%). Tuhnutí u této sádry začíná za 2-5 hod a končí většinou za 9-l2 hod, ale může trvat i 40 hod. Hustota tohoto druhu sádry se pohybuje v rozmezí od 2900 do 3000 kg.m -3, objemová hmotnost ve stavu volně sypaném 900-1200 kg.m -3, v setřeseném stavu 1300-1700 kg.m -3.Pevnosti v tlaku dosahuje po 28 dnech až 30 MPa. Optimální podmínky při zpracování této sádry jsou při relativní vlhkosti 60-70% a teplotě 15-25 o C. Pevnost v ohybu se uvádí asi 1/7 až 1/8 pevnosti v tlaku. Má lepší odolnost proti vodě než rychle tuhnoucí sádra. Tato odolnost proti vodě se zvyšuje přídavkem dehtu, křemeliny, popílku nebo umělých pryskyřic. Sádra pomalu tuhnoucí se používá skoro výhradně jen ve stavebnictví.používá se pro bezespáré podlahy a podklady pro podlahové krytiny a dlaždice, obkládací desky, podokenní desky, omítky, umělý mramor, různé tvarovky a pod. zvláště pro použití v suchém prostředí. U nás se nevyrábí. 3.3.1.3 Sádrové maltoviny Řadíme je také do vzdušných pojiv. Získávají se společným mletím sádry s některými přídavky, jako vysokopecní struskou, portlandským cementem či některými hydraulickými látkami. Do této skupiny pojiv patří i tzv.sádroviny, připravené opětovným zahříváním směsi zatvrdlé rychle tuhnoucí sádry nebo anhydritu s přísadou, kterou může být např. vodní sklo, vápno, kamenec, borax a pod. na teploty až 600 o C. Po vypálení se sádrovina jemně semele a rozdělá s vodou a případnými přísadami - např.vínanem draselným. 3.3.1.4 Anhydritová maltovina Tato maltovina se vyrábí jemným mletím přírodního anhydritu nebo nerozpustného anhydritu II, získaného pálením sádrovce do 500 o C, a některého budiče (katalyzátoru). Budiče jsou buď síranové, jako síran sodný Na 2 SO 4, zásadité a nebo směsné, jako např. kasein v NaOH. Počátek tuhnutí u těchto pojiv nastává za 1-5 hodin, konec tuhnutí do 8 hodin (max 20 hod) a dosahují pevnosti v tlaku po 28 dnech 10-25 MPa. Použití : zejména na podlahy, vnitřní omítky, štuk, obkladové desky, tepelně izolační výrobky, různé stavební prvky a pod. - 20 (42) -