Chemie anorganických stavebních pojiv II kamenivo
Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D1045, 224 354 688,
[email protected] tpm.fsv.cvut.cz
Hydraulická pojiva
Tvrdnou a tuhnou ve vlhku i pod vodou.
Hydraulické oxidy-hydraulity
Hydraulické přísady:
S latentní hydraulicitou – práškovité látky přírodní či umělé, které samy o sobě zamíchané s vodou netuhnou ani netvrdnou, ale po přidání malého množství látky obsahující CaO se v nich probudí hydraulické schopnosti a aktivně se podílejí na tvorbě pevné struktury. Pucolánově aktivní
přírodní (pemza,tuf, tras)
umělé (popílek, popel, struska atd.)
Hydraulická vápna
Pálí se při 1100-1200 °C z vápenců (75-80% CaCO3) obsahujících hydraulické oxidy ( z jílů).
Dělení:
Slabě hydraulické 10-15 % hydraulitů
Silně hydraulické >15 % hydraulitů
S přísadami (max. 30%)
Struskové
Pucolánové
Použití:
Malty
Vnější omítky
Hydraulické vápno se hasí pouze průmyslově, na trh se dodává v podobě prášku, množství vody pro hašení závisí na složení.
V současnosti se u nás nevyrábí (dovoz Anglie), nahrazuje se cementy nižší třídy.
Přírodní cement
Parker – kalcinace „septaria“ z jílových usazenin na ostrově Sheppey (UK) → hydraulické pojivo „Románský (Parkerův) cement“, patent v roce 1796
Doba tuhnutí 5 - 10 min.
Výpal na 1000 -1100°C
Produkt kalcinace se mele na prášek.
Výroba – ve Francii, Švédsku, Belgii, Itálii, Rakousku a Rusku
Historický cement
Apsdin (1824) – popsal a patentoval výrobu PC
Metoda zahrnovala dvojí výpal
Kalcinace vápence, přídavek jílu, konečný výpal
Pravděbodobně užil nižší teploty – produkt se spíše podobal rychle tuhnoucímu přírodnímu cementu
Johnson (1880) – rozeznal důležitost tvorbu slínku s celkovým zeskelněním, rychlé zchlazení a velice jemné mletí
Cementy – chemické složení křemičitanové
hlinitanové (HC)
(silikátové)
ostatní (na bázi železitanů, chromitanů,..)
portlandský (PC) a struskoportlandský cement (SPC) Chemické složení:
59 – 67 hm. % CaO
16 – 26 hm. % SiO2,
4 – 8 hm. % Al2O3,
2 – 5 hm. % Fe2O3
0,4 – 0,9 hm. % K2O
0,2 – 0,6 hm. % Na2O
Cementy – počet složek
jednosložkové (bez přísad, PC, HC)
dvousložkové (SPC)
vícesložkové (obsahují více než jednu hydraulickou přísadu, připravují se výjimečně)
Hydraulická pojiva
Tuhnou a tvrdnou ve vlhké prostředí „hydrauličnost“ – schopnost pojiva tuhnou pod vodou Vicatův (1818) hydraulický S+A HI = index (HI): C
Eckelův(2005) Cementový index (CI):
CI =
2.8 × S + 1.1× A + 0.7 × F C + 1.4 × M
Předpoklady pro platnost hydraulického indexu: 1.
Všechen přítomný SiO2 se pojí s CaO za vzniku C3S
2.
Všechen Al2O3 reaguje za vzniku C3A
3.
MgO je považován za ekvivalentní k CaO
4.
Fe2O3 je považován za ekvivalentní k Al2O3
→ velice zjednodušené, mineralogie hydraulických pojiv je jiná a složitější Vlastnosti hydraulických pojiv závisí nejen na jejich složení, ale i na: 1.
Výrobních podmínkách
2.
Na teplotě a době výpalu
Surovinová směs musí mít takový poměr složek, aby všechen oxid vápenatý zreagoval s tzv. hydraulickými oxidy ( křemíku, hliníku a železa). Existuje celá řada tzv. modulů, podle nichž je možné vypočítat optimální poměr výchozích látek tak, aby vznikly požadované produkty. Modul C
hydraulický
MH =
silikátový
MS =
aluminátový
A M A = ≈ 1,5 − 2,5 F
S + A+ F
≈ 1,7 − 2,4
S ≈ 1,7 − 2,7 A+ F
C + S + A + F = 100%
Nutností je znát obsah volného CaO, který nesmí zůstat v cementu nezreagovaný, označuje se tzv.“stupněm sycení vápnem“, čím více se blíží k jedné, tím vyšší je sycení a tím kvalitnější je cement, naopak čím nižší stupeň sycení, tím méně nejdůležitější fáze C3S slínek obsahuje. Stupeň sycení vápnem Cskut MS =
Cstech
≈ 0,85 − 0,95
Pokud se při výpalu zvyšuje teplota, vede to ke snížení výsledných pevností.
Výroba a složení slínku
Základní surovinové složky:
Vápence, hlíny, kaolinitické jíly
hlavně zvětralé a měkké
nejvhodnější jsou středně až silně znečištěné jílovými součástmi.
Obsah uhličitanu vápenatého by měl být 76-78%, aby mohly být vázány všechny nevápenaté složky. Pokud je jeho obsah vyšší přidávají se korekční složky jako je křemenný písek nebo kyzové výpalky.
Technologie výroby
mokrý způsob:
suroviny ve vodní suspenzi (dokonalejší promísení)
X stoupá spotřeba tepla na odvodnění
suchý způsob:
vápenec → drtič → sušárna→ zásobník hlína → sušárna → zásobník → společné mletí (rotující bubny s mlecími tělesy, velká spotřeba energie) na 3-30 mm. → směs do rotační pece → výpal při 1470°C → tzv. slínek.
Při mletí se ke slínku přidávají přísady, např. vysokopecní struska, popílky atd., pro regulaci tuhnutí se přidává sádrovec (2-3%) - oddaluje tuhnutí → prodloužení tvárlivosti cementové směsi.
Výroba cementového slínku 1.
Homogenizace surovinové směsi
2.
Zahřátí surovinové směsi až k teplotě slinutí:
70 - 110 °C
vypařování volné vody
110 - 450 °C
vypařování adsorbované vody
450 - 600 °C
rozklad jílových minerálů
600 - 900 °C
vápenec reaguje s SiO2 vzniká belit C2S
900 - 1050 °C
vápenec se rozkládá na CaO a CO2.
1050 - 1300 °C
vznik C2S, C4AF a C2A
1300 - 1450 °C
část (20–30%) se taví, belit reaguje s CaO a vzniká alit C3S
3.
Rychlé zchlazení slínku na 100 °C
Slínek
meziprodukt o velikosti částic 2-3 mm
musí se rychle zchladit, aby nedošlo k rozpadu C3S na C2S a CaO
rozemlít, protože zvětšením povrchu dojde i ke zvýšení reaktivnosti (250-450 m2/kg).
Ternární diagram
CaO – Al2O3 – SiO2 CaO: od 1700 °C vznik prvních sloučenin s SiO2 Al2O3: od 1500 °C korund - v oblastech s rostoucím obsahem CaO již od 1900 °C krystalizují hlinitany vápenaté - v oblastech s rostoucím obsahem SiO2 krystalizuje mullit 3 Al2O3. 2 SiO2 s širokou oblastí stability od 1900 do 1500 °C v závislosti na obsahu SiO2 (od cca 30 až do 90% SiO2)
SiO2: cristobalit, tridymit až do 1300 °C
Dvě další významné ternární sloučeniny: - anortit CaO . Al2O3 . 2SiO2 - gehlenit 2 CaO . Al2O3 . SiO2 V trojúhelníku C3S – C2S – C3A leží oblast složení portlandského slínku
Složení slínku 1897 Törnebohm rozeznal základní složky PC:
Čtyři typy krystalů
Alit
Belit
Celit
Felit
Amorfní látky
Po 35 letech – stanoveno jejich chemické složení
Alit
Trikalcium Silikát
C3S, 3CaO.SiO2
vzorec: Ca2.90Mg0.06Na0.01Fe0.03Al0.04Si0.95P0.01O5
Hlavní a charakteristický minerál PC
tvoří asi polovinu objemu cementu
rozkládá se pod hranicí 1250°C, musí se tedy rychle zchladit. Vytvoří se metastabilní stav („zamrzlý“, s vysokým obsahem vnitřní energie), který vede k vysoké hydraulické aktivitě cementu
Způsobuje vysokou pevnost a vysoké hydraulické teplo
Hydratační rovnice:
2Ca3SiO5 + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
Hydrát se nazývá "C-S-H" gel, fáze
Belit β- C2S, 2CaO.SiO2
Dikalcium Silikát
Vzorec: Ca1.94Mg0.02Na0.01K0.03Fe0.02Al0.07Si0.90P0.01O3.93
V přírodě se občas vyskytuje jako larnite
Pevný roztok, může obsahovat nepatrně alkalických oxidů, které ho stabilizují.
Podílí se až na konečných pochodech, uvolňuje nejnižší hydratační teplo.
Odpovídá za konečné pevnosti, díky pomalé reaktivitě a hydrataci
Termodynamicky stabilní, tvoří se při 300°C
Hydratační rovnice: 2Ca2SiO4 + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
Hydrát se nazývá "C-S-H" gel, fáze
Trikalcium aluminát
C3A, 3CaO. Al2O3
Nejnedodušší z kalcium aluminátů, v přírodě se nevyskytuje
Kubický minerál s rozměrem 1.5263 nm
Rozkládá se při 1542°C na nestabilní fázi
Tvoří nečistou pevnou fázi z taveniny, 15-20% atomů Al je nahrazeno Si nebo Fe, alkáliemi, zpravidla přítomen ve skelné fázi, tzv. tmavé
Velice rychle a silně hydratuje, nejreaktivnější slínkový minerál
podílí se na vysokých počátečních pevnostech.
Hydratovaná fáze Ca2AlO3(OH).nH2O
Hydratační rovnice v přítomnosti sádrovce:
3CaO. Al2O3+3 CaSO4.2H2O+26 H2O → 3CaO. Al2O3.3 CaSO4.32H2O
ettringit (3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O) pasivuje krystaly
Odpovídá za důležité jevy ovlivňující odolnost betonu:
Přehřátí, které vede k trhlinám
Sulfátová koroze
Tetrakalcium alukinát ferrit železitanová (ferritová) fáze C4AF, 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (brownmillerit) tzv. světlá skelná fáze nízká rychlost hydratace, nemá vliv na pevnost proto se jemně mele s přídavkem sádrovce či anhydritu, což vede ke zpomalení tuhnutí, nesmí však dojít k přehřátí (tzv. falešné tuhnutí)
Hydratace bez sádrovce:
Velice rychlá a exotermní reakce
Vznikají nestabilní C2AH8 and C4AH13
Rozkládají se na C3AH6:
2 C3A + 21 H2O → C2AH8 + C4AH13 → 2C3AH6+ 9 H2O
Sádrovec se mele se slínkem, reguluje tuhnutí: C3A + 3 CaSO4.2H2O + 26 H2O → C3A.3CaSO4.32 H2O, ettringit, tri-sulfoaluminát (TSA)
C4AF pravděpodobně reaguje jako C3A , vzniká produkt typu etringit s příměsí železa trisulfo-aluminát- ferrit (TSAF).
Hydratace a tvrdnutí cement Hydratace je pochod, při kterém se voda váže na jiné látky. Bezvodé sloučeniny se mění na hydratované produkty gelového či krystalického charakteru.V případě solí se molekuly vážou ve formě krystalové vody na místa v krystalové mřížce nebo dochází k chemické reakci a vznikají hydroxidy a hydroxosloučeniny. Hydratací cementu se rozumí komplex všech reakcí probíhajících po rozdělání cementu s vodou (tuhnutí a tvrdnutí cementu), kdy vzniká tzv. cementový tmel. tuhnutí – přechod ze stavu kašovitého do tuhého o určité soudržnosti tvrdnutí – postupné nabývání pevností = zpevňování cementu - fyzikálními projevy hydratačních reakcí slínkových minerálů s vodou. Při hydratačních reakcích se uvolňuje hydratační teplo, které závisí na mineralogickém složení, jemnosti mletí a teplotě, při níž hydratace probíhá. S rostoucí teplotou se rychlost reakcí zvyšuje.
Teorie tvrdnutí cementu: krystalová teorie Le Chateliera (1882): 1. fáze – postupné rozpouštění cementu ve vodě (hydrolýza+hydratace), výsledkem hydráty přesycený roztok 2. fáze – krystalizace z roztoku a vylučování jehličkovitých, vzájemně zplstěných krystalů koloidní teorie Michaelisova (1892): 1. fáze – částečné rozpouštění, tvorby koloidní hmoty z CS-, CA- a CFhydrátů, vznikají tzv. C-S-H gely 2. fáze – smrštění hydrogelu vlivem „vnitřního odsávání“ vody ještě nehydratovanými zrny cementu
I) hydratace slínkových minerálů alitu a belitu (80%slínku) vznikají špatně krystalované kalciumhydrosilikáty. Obecné hydratační rovnice:
C3 S + (3 − x + y ) H → C x SH y + (3 − x)CH C 2 S + (2 − x + y ) H → CSH y + (2 − x)CH x = 0,5 − 1,5 + y = 0,5 − 2,5 ⇒ C − S − H ( I ) x = 1,5 − 2,0 + y = 1,0 − 4,0 ⇒ C − S − H ( II )
fáze I - lístkový charakter fáze II - svazky kolem hydratovaného zrna, některá vlákna tvoří trubičky. Hydratací tri- a dikalciumsilikátu vzniká také hydroxid vápenatý, který dává pórovému roztoku pH≈12. 2 (3CaO.SiO2) +6 H2O→3CaO.3SiO2. 3H2O+3 Ca(OH)2
II) Aluminátová fáze
reaguje s vodou na stabilní kubický hexahydrát:
C3 A + 6 H → C3 AH 6
Nedochází k odštěpení CH. Pokud je však CH přítomen, vznikají hexagonální kalciumalumináty:
C3 A + CH + 12 H → C 4 AH 13
Vlastnosti p-cementu nejvíce ovlivňuje obsah trikalciumaluminátu. Jeho hydratací v přítomnosti sádrovce vzniká ettringit, ten tvoří na povrchu zrn vrstvu bránící okamžité reakci slínkových minerálů s vodou dochází k posunutí počátku doby tuhnutí řádově na hodiny, což umožňuje delší zpracovatelnost. 3CaO. Al2O3+3 CaSO4.2H2O+26 H2O → 3CaO. Al2O3.3 CaSO4.32H2O
Ettringit reaguje s dalšími podíly trikalciumaluminátu na tzv. monosulfát.
V přítomnosti síranu vápenatého (CS ) vznikají hydráty sulfatohlinitanů vápenatých: C3 A + CS + 12 H → C3 A.CS .H 12 (monosulfát )
C3 A + 3CS + 32 H → C3 A.3CS .H 32 (trisulfát , ettringit ) Ettringit - tyčinkovitý, podstatně tlustší než krystaly CSH, monosulfát - lístky. Při přechodu mezi oběma fázemi nastává objemová změna, tato reakce je velmi silná, a proto se zmírňuje přídavkem sádrovce ke slínku. Na povrchu C3A se pak ihned vytvoří povlak trisulfátu, který nemění pohyblivost zrn. Po hodině se rekrastylizací začnou tvořit z jemných krystalků velké tyčinkovité krystaly, které zubovitě spojí jednotlivá zrna a vyvolají první zpevnění směsi. Pokud není sádrovec přítomen, vytvoří se na povrchu C3A tabulkovité CAhydráty, které vzájemně propojí zrna a mezi sebou uzavřou póry naplněné vodou, takže směs vykáže zpevnění ihned.
III) Hydratace ferritové fáze
vytvářejí se komplexní hydráty AFt a C4(A,F)Hx. Rychlost hydratace jednotlivých slínkových fází je různá, k uvolňování hydratačního tepla dochází v řadě: CaO 〉 C 3 A〉 C 3 S 〉 C 4 AF 〉 C 2 S
Množství hydratačního tepla závisí na mineralogickém složení, jemnosti mletí a teplotě, při níž hydratace probíhá, přísadách a přídavcích a vodním součiniteli. S rostoucí teplotou se rychlost reakcí zvyšuje.
Tuhnutí a tvrdnutí hydratovaného C2S 1 po 15 min., 2 po 30min., 3 po 1 hod., 4 po 68 dnech. Strana obrázku se rovná 10μm (Boutlet 1953).
Struktura slínku po ztuhnutí:
gelová fáze C-S-H (asi 70%)
gelové póry průměru < 10 nm
krystalový C3AH6 (netvoří gely) (7%)
velké krystaly portlanditu (hydroxidu vápenatého) (20%)
vzduch uzavřený v pórech, kapilární póry z přebytku vody
minoritní fáze (3%)
Cementový tmel:
Pevná fáze – zbytky nehydratovaných cementových zrn, hydratované slínkové minerály, portlandit
Kapalná fáze – pórový roztok (hypoteticky obsahuje hydroxid vápenatý),
pH=12,45 → ochrana výztuže před korozí
Speciální cementy
S vysokými počátečními pevnostmi
Síranovzdorné PC
Silniční cementy
Bílý cement
Barevné cementy
Expanzivní cementy
Cementy s nízkým hydratačním teplem
Plastifikované cementy
Tamponážní cementy
Fungistatické cementy
DSP cementy
MDF cementy
Druhy cementů Portlandský cement: směsí křemičitanů, hlinitanů a hlinitoželezitanů vápenatých, jejich tuhých roztoků a sádrovce. specifikuje se hodnota pevnostní třídy a případný nárok na vysokou počáteční pevnost (písmenem R). Směsné cementy: latentně hydraulické látky (zásaditá struska), aktivní nehydraulické látky (pucolány) Tvrdnou pomaleji než PC, vyvíjejí méně hydratačního tepla, proto se hodí pro masivní betonáž, pro vodní stavby a pro zakládání staveb.
Hlinitanový cement
hydraulické pojivo pro výrobu betonů určených pro monolitické či prefabrikované stavby pecí a vyzdívky, tzv. žárobetonů (do 1900°C).
Surovinová směs:
Složení:
tavení v elektrické obloukové peci při 1 600°C, pomalé chlaze a mletí
Hydraulická složka:
40 hm.% CaO, 45 hm.% Al2O3, 5 hm. % SiO2, 10 hm.% Fe2O3
Technologie výroby:
čistý vápenec a bauxit.
CaO a Al2O3
Tuhnutí:
CA+H2O → CA .10 H2O → 2 CaO . Al2O3 . 8 H2O + Al(OH)3 Vysoká počáteční pevnost
Vlastnosti a použití:
Rychletuhnoucí cement – do 24 hod. pevnost srovnatelná s PC po 28 dnech
vysoké konečné pevnosti – až 100 MPa (klesá s časem)
Rychlé uvolňování hydratačního tepla - lze ho použít i za mrazu
Odolává vysokým teplotám (vhodné pojivo pro žárobetony na stěny pecí =směs žárového zrnitého materiálu, šamot, dinas,+pojiva, hlinitanový cement) Obsahuje nerozpustný hydroxid hlinitý, proto odolává i v chemicky agresivním prostředí, odolává síranovým vodám (na nádrže minerálních vod), malá odolnost vůči alkáliím
Použití:
Havarijní opravy
Žárobetony – jako plnivo korund
Betonové konstrukce odolné vůči kyselým vodám
Kamenivo Dělení: hutné – křemen, křemičitany, živce, vápence pórovité – pískovec, čedič, křemelina z druhotných surovin – cihelné střepy, strusky, drcený beton Kamenivo se skládá alespoň ze dvou frakcí:
drobné kamenivo (písku)
hrubé kamenivo (štěrku, drtě, štěrkodrtě).
Při výrobě jakostních betonů je lepší skládat kamenivo z více frakcí. Kamenivo vytváří v betonu nosnou kostru, která svým složením ovlivňuje vlastnosti betonu a množství cementu nutného k obalení zrn a vyplnění mezer.
Problematický obsah příměsí v kamenivu:
amorfního SiO2 – reaguje s hydroxidy Na a K za vzniku silikátového gelu, který má větší objem, což způsobuje destrukci materiálu
dolomitu – při reakci s hydroxidy vzniká hydroxid hořečnatý a uhličitan vápenatý, dochází k tzv. dedolomitizaci kameniva a destrukci materiálu
pyritu -
FeS 2 + H 2 O + 3,5O2 → FeSO4 + H 2 SO4 FeSO4 + H 2 O + O2 → Fe(OH ) 3 + H 2 SO4 ⇒ Ca 2+ → CaSO4
rezavá barva+rozpad
drceného betonu – může obsahovat škodliviny
cihelného střepu – obsahuje sírany a chloridy, možný zdroj solí a koroze materiálu
vysokopecní strusky – amorfní materiál, který může krystalizovat a rozpadat se při zvětšování objemu vzniklých produktů
strusky ocelárenské, z výroby ferroslitin a barevných kovů – vyšší obsah oxidů železa
Beton
Beton je asi nejdůležitější stavební materiál, který je za normálních velmi stabilní, umělý kámen podobný přírodnímu slepenci. Vzniká ztvrdnutím základních složek – pojiva (cement), kameniva jako plniva (písku, štěrku, drtě) a vody. Další typy pojiv – asfalt (asfaltobetony), polymery (polymerbentony), síra (sírobetony).
Hlavní složky betonu
Cement → cementový tmel → tuhne, tvrdne → cementový kámen
Vhodnost prokázána splněním požadavků ČSN EN 197-1
Kamenivo
Zaujímá 75-80% objemu betonu
Voda
Hydratační funkce
Reologická funkce
Přísady – max.5 hm. % cementu
Vodní součinitel
Plastifikační, superplastifikační, provzdušňující, stabilizační, zpomalující či urychlující tuhnutí, hydrofobizační Plynotvorné, pěnotvorné, odpěňovací, expanzní, adhezní, protikorozní, biocidní
Příměsi – pevné jemně práškovité látky, více než 2 hm. % cementu
Druh I – působí v průběhu hydratace inertně (filery, pigmenty, popílek)
Druh II – pucolánové vlastnosti
Jemné podíly plniva, popílek (latentně hydraulický), křemičitý úlet
U čerstvého betonu dochází k objemovým změnám: 1. sesýchání – zmenšení objemu zcela čerstvého, ještě nedostatečně zatvrdlého betonu vlivem odstranění přebytečné vody (fyzikální děj) 2. smrštění – zmenšení objemu hydratací (chemický děj), nevratný proces
U zatvrdlého betonu dochází k objemovým změnám: 1. smrštěním – 0,2-1 mm/m vlivem změn vzdušné vlhkosti a teploty 2. bobtnáním – 0,1-0,3 mm/m 3. rozpínáním – 2-18 mm/m
Silikátový beton:
Vyrábí se z vápna, cementu, písku a vody při vyšších teplotách (170-200°C), tudíž je nutné autoklávování (0,8-1,6 MPa). Označení silikátový beton pochází z hydratačního produktu Ca-silikáthydrátu. Tlak v autoklávu vzniká nasycenou párou. Mletý písek se aktivně podílí na tvrdnutí, není inertní jako v betonu, ale stává se součástí hydrátů. Zvýšená teplota také ovlivňuje rozpustnost CaO. Na povrchu zrn křemene vznikají jehličkovité krystaly reakčních produktů. CaO zcela zreaguje s pískem, není zaručena ochrana výztuže.
Pórobeton:
Vyrábí se z jemnozrnné cementové, vápenné nebo cementovápenné malty, v níž se uměle vytvoří velké množství pórů, a tím se sníží objemová hmotnost. Póry vznikají přidáním chemické plynotvorné přísady (hliníkový prášek, který uvolňuje vodík), nebo pěny. Při autoklávován probíhá zpevňovací proces. Při obvyklém autoklávování (170-200°C) vzniká tobermorit, který je ale přechodnou fází a zvýšením teploty přechází na vláknitý xonotlit. CS-hydráty bývají v první fázi gelovité a nedokonale krystalické a tvoří řadu přechodných fází, což závisí na podmínkách procesu. Výztuž je nutné chránit před korozí.
Přísady a příměsi Doplňkové složky, které se přidávají během míchání k pojivu za účelem zlepšení některých vlastností nebo k docílení zvláštních vlastností. Používají se pro zlepšení vlastností čerstvých a zatvrdlých malt. U čerstvých malt jde o zpracovatelnost a přídržnost k podkladu, u zatvrdlé lze zlepšit mechanické vlastnosti, zpomalit či zrychlit vytváření pevné struktury malt, maltu lze obarvit a ochránit před poškozením biologickými činiteli. Anorganické = spíše přídavky (>5% hm. na hmotnost pojiva) Organické = přísady (do 5% hmotnosti pojiva)
Přísady
Podle hlavního účinku působení Plastifikační – redukují vodu, lignin sulfonan sodný Superplastifikační – ztekucující, velmi redukující vodu Provzdušňující– kyselina abietová, oleát sodný Stabilizační (zadržující vodu) Zpomalující tuhnutíUrychlující tuhnutí a tvrdnutí - CaCl2 (působí však korozívně na výztuž) Hydrofobizační (odpuzující vodu)
Další typy Plynotvorné Pěnotvorné Odpěňovací Expanzní Adhezní Protikorozní Biocidní
Příměsi
Pevné jemně práškovité látky. Druh I
Působí v průběhu hydratace téměř inertně Kamenné moučky-filery Práškové pigmenty barevných tónů Druh II Pucolánové vlastnosti nebo latentní hydraulicita Popílek Křemičitý úlet
Jemné podíly plniva
Mleté horniny nebo přírodní moučky, zrno do 0,125 mm Ke zlepšení křivky zrnitosti→zlepšení reologických vlastností a lepší hutnění →vyšší odolnost, zvýšení přídržnosti
Pucolány Římané používali do směsi na stavbu hrází s vápnem sopečný popel z oblasti Pozzuoli pod Vesuvem, který má hydraulické vlastnosti →pucolán Pucolány jsou křemičité nebo hlinitokřemičité materiály, které samy o sobě mají malou nebo žádnou vazebnou schopnost, ale s hydroxidem vápenatým v přítomnosti vody reagují za běžných teplot za vzniku sloučenin, které se vyznačují pojivými vlastnostmi a jsou stálé ve vodě, např.drcené či mleté keramické střepy, jemně drcené sklo, různé druhy strusek. Z chemického hlediska jde o přírodní či technogenní látky vnášející do směsi hydraulické složky. Oxid křemičitý přítomný v amorfní formě spolu s hlinitokřemičitany reaguje již za běžných teplot s vápnem, za vzniku hydratovaných sloučenin vápenatých, které jsou stálé i pod vodou a vytvářejí pevná spojení mezi zrny kameniva. Schopnost reakce pucolánů s Ca(OH)2 ve vodném prostředí za studena se nazývá pucolánová aktivita.
Dělení podle původu vzniku přírodní: mají původ vulkanický (tufy) nebo sedimentární (tufity, křemelina). Velmi jemné jsou vysoce reaktivní, některé mají tvar malých sklovitých částic a jsou složeny převážně z oxidu křemičitého, jiné jsou tvořeny z minerálů (50% oxid křemičitý + 30% oxid hlinitý a příměrové oxidy). Skelná fáze je příčinou vysoké reaktivity vyvřelých hornin. Dále je možné použít po rozdrcení na velmi jemné částice např. pemzu, čedič, chalcedony, opály, živce, slídy atd. Významné ze zeolitů jsou analcim a chabazit, které jsou součástí trasů (Nizozemci kolem r. 1200 zpracovávali do malt tras od Ardenach (tyrass=pojivo, tmel).
Dodnes se používají pucolány od Pozzuoli v Itálii, z jihovýchodní Francie, rýnský tras a tufy z ostrovů v Egejském moři. technogenní: jsou cíleně připravovány pálením jílových surovin montmorillonitického nebo kaolinitického typu při nízkých teplotách a následně jemně mlety. Nejčastěji se používá kaolín, pálením při 600°C přechází na silně porézní amorfní metakaolín Al2O3.2SiO2. Pucolánovou aktivitu vykazují i silikátové odpady po spalování organických látek, popely, obsahující reaktivní formy oxidu křemičitého a hlinitého. Historicky se používal kostní popel, popely ze slámy nebo výhonků vinné révy. Dnes se využívají elektrárenské popílky, vysokopecní granulované strusky atd.
podle složení – s obsahem amorfního oxidu křemičitého, křemičitanů, hlinitanů a železitanů Pucolánová reakce: Ca(OH)2→Ca2++2 OHpH=12,45 při 25°C Vysoká koncentrace OH- iontů převádí do roztoku vápenaté, sodné a draselné ionty, dochází ke štěpení vazeb v SiO2, křemičitanech a hlinitanech
≡ Si − O − Si ≡ +8OH − → 2[SiO (OH )3 ] + H 2 O −
≡ Si − O − Al ≡ +7OH − → [SiO (OH )3 ] + [Al (OH )4 ] −
−
Vzniklé ionty tvoří s ionty Ca2+ nejprve hydratované křemičitany (CSH gely) a hlinitany vápenaté na jejich povrchu ve formě hexagonálních lístků.
Popílek (fly ash) Produkt spalování uhlí, zachycován v odlučovačích z plynů topenišť Velmi jemný zrnitý prášek 0,09 mm Měrný povrch 300 m2/kg Obsahuje amorfní oxid křemičitý a hlinitý, mullit a oxid vápenatý Je pucolánově aktivní, reaguje za studena s hydroxidem vápenatým Často jsou radioaktivní a obsahují organický zbytek.
Křemičitý úlet (silica fume) Amorfní oxid křemičitý 87-99% Měrný povrch 20 000 m2/kg Pucolánově aktivní Zvyšuje pevnost a redukuje dávku cementu Zvyšuje trvanlivost a odolnost Omezuje alkalický rozpad kameniva Snižuje rychlost karbonatace povrchových vrstev Zlepšuje soudržnost
Organické přísady
přírodní – přidávali se do malt v různých historických obdobích, někdy šlo o přídavek nahodilý. Hodnocení účinků těchto přísad se liší, dosud nebyly prováděny žádné seriózní výzkumy. Třídí se podle jejich účinku na vlastnosti čerstvé a zatvrdlé malty, některé se řadí do skupiny protichůdných účinků.
Dělení bílkoviny (proteiny) – zejména z obilovin (lepek z pšenice, žitné těsto, ječmenný slad), kasein ( tvaroh, sražené mléko, sýr, podmáslí), kolagen (z kůže, kostí, šlach), kreatin (z vlasů, kopyt), vaječné bílkoviny sacharidy – dobře rozpustné ve vodě, sacharóza (cukr řepný, třtinový), laktóza (cukr mléčný), glukóza a fruktóza (cukr hroznový a ovocný), celulóza, škrob, rostlinné gumy tuky – živočišné (sádlo, máslo, lůj), rostlinné (lněná fermež) vosky – včelí pryskyřice – z borovic (kalafuna), šelak (produkuje hmyz Lucifer Lacha) ostatní – pivo, býčí krev, moč, víno, jilmová kůra, hnůj, asfalt, atd.
Syntetické přísady dnes zejména makromolekulární látky na bázi polymerních akrylátů, kopolymery vinilacetátu, étery celulózy atd. zvyšují přídržnost omítek k podkladu zvyšují pevnost v tahu zlepšují zpracovatelnost (lze nanášet strojově omítky) mají stálou kvalitu
