BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY
Pojiva - důležité místo ve stavebnictví
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY Pojiva I
- podstatná složka kompozitů – staviv
definice: Pojiva jsou organické nebo anorganické látky,
Doc. Ing. Oldřich Hoffmann, CSc.
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“
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY maltovina – anorganické stavební pojivo, připravené z
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY mechanická: - hlíny - asfalty
vhodných surovin, obvykle pálením za vysoké teploty, po
- pájky
následném rozemletí či vyhašení, s vodou a plnivem
- lepidla
dává zpracovatelnou směs – tuhne a tvrdne za vzniku nových chemických sloučenin na stavivo o dostatečné
chemická: maltoviny - vzdušné - hydraulické
pevnosti
- zvláštní (specifické vlastnosti):
kriterium dělení podle vazby mezi částicemi:
žáruvzdorné, chemicky odolné, objemově aktivní,
pojiva chemická
mechanická
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY
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.
zachycující záření
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY POJIVA VZDUŠNÁ – sádra – Sorelova maltovina – vzdušné vápno 1. Sádra – užívána již ve starém Egyptě definice: maltovina získaná odvodněním CaSO4.2H2O 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 I.
1
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 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 1. 1. 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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 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 -
1. 2. Pomalutuhnoucí sádra – složení: anhydrit I + 3% CaO z rozkladu při 800 C nebo přírodní anhydrit+budič
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY
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 1. 3. 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)
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 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
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
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
2
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 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)
2. Portlandský cement – křemičitanový, symbol PC def.: dle ČSN P ENV 197-1 „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“
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY – 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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 1. 1. 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
3
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 2. 1. 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 -“-
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY – 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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 3. Speciální cementy – nemají EN 3. 1. Silniční cement – vyšší obsah β-C2S (až ~ 40%) – nižší obsah C3A => menší hydratační teplo a počátek tuhnutí > 90 min. 3. 2. Síranovzdorný cement – obsah C3A < 3,5%, užití do agresivních prostředí 3. 3. Bílý cement – surovina bez Fe2O3, proto výpal až při 1600 C, mletí v keramických mlýnech bez otěru Fe, užití pro dekorativní a umělecký design 3. 4. Bezsádrovcové cementy – jako regulátor tuhnutí obvykle směs: ligninsulfonan + alkalický uhličitan → lze nastavit počátek a hlavně dobu tuhnutí, užití pro opravy
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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 3. 5. 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 !
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY III. MALTY – zatvrdlá směs pojiva+plniva+vody+přísad – čerstvá malta → vhodná konzistence 1. Malty pro stavební účely – normy ČSN722430-1až5 zkoušení: normy ČSN722440-54, 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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY 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
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY d)pevnosti–M0-M0,4-M1-M2,5-M10-15-20-25-30-33MPa e)tepelné vodivosti – tepelně izolační, vysoce tepelně izolační, mimořádně tep.izolační(λ≤0,4-0,25-0,14W/m.K)
BI 01 STAVEBNÍ LÁTKY Dotazy? Děkuji za pozornost! Doc. Ing. Oldřich Hoffmann, CSc.
5
