Sylabus pro předmět „Stavební hmoty“ Katedra stavebních hmot a hornického stavitelství
Zpracoval: Ing. Jiří Lukš, Ph.D.
V Ostravě, květen 2006
-1-
Obsah 1. Úvod 2. Legislativa 3. Struktura látek, fyzikální a mechanické vlastnosti, tepelné a akustické vlastnosti, chemické vlastnosti 4. Kámen – ušlechtilá kamenická výroba 5. Kamenivo – přírodní a umělé 6. Pojiva – vzdušná a hydraulická 7. Malty 8. Betony 9. Keramické materiály 10. Kovy 11. Sklo 12. Dřevo 13. Živice
1. Úvod Přednášky z předmětu stavební hmoty jsou určené pro pracovníky, kteří si v rámci své profese prohlubují a rozšiřují své znalosti ve stavebnictví se zaměřením na stavební hmoty. Přednášky stavební hmoty budou pro tento účel doplněny o diagnostické metody ověřování kvality stavebních materiálů a laboratorní zkoušení stavebních materiálů. Nauka o stavebních hmotách je vědní disciplína úzce navazující na chemii, fyziku, geologii a ekonomická hlediska. Mezi stavební hmoty řadíme: - stavební materiály - suroviny použité k jejich výrobě - pomocné látky - kusová staviva - prefabrikáty - kompozity
2. Legislativa Posuzování a hodnocení stavebních hmot vychází ze směrnice evropského společenství ES č.89/106/EHS pro stavební výrobky. Stavební výrobek je definován jako každý výrobek určený pro zabudování do stavby a musí splňovat základní vlastnosti: b) mechanickou odolnost a stabilitu c) požární bezpečnost
-2-
d) hygienu, ochranu zdraví a životního prostředí e) bezpečnost při užívání f) ochranu proti hluku g) úspory energie Navazující legislativa: - Zákon 22/1997 Sb. O technických požadavcích na výrobky - Nařízení vlády č. 163/2002 Sb. kterým se stanoví technické požadavky na vybrané stavební výrobky. Technické normy jsou od roku 1995 nezávazné. Přípravou a vstupem do EHS probíhala a nadále probíhá harmonizace norem což představuje přechod na shodu s evropskými normami. Pokud stavební výrobek není podložen normou musí se vystavit ETO – evropské technické osvědčení.
3. Struktura látek Stavební hmoty dělíme: a)dle původu: • přírodní – organické a anorganické • umělé vyrobené z organických surovin a z anorganických surovin b) dle použití: • konstrukční • výplňové • izolační • dekorační c) dle funkce ve struktuře • pojiva • plniva • výstužné látky • pomocné látky d) dle materiálu a technologie výroby: • kamenné výrobky – kámen a kamenivo • vápenické výrobky – vzdušná pojiva, malty • cementářské výrobky – betony • keramické výrobky • kovové výrobky • živičné výrobky • výrobky ze dřeva • sklo • plasty • nátěrové hmoty Ve struktuře látek rozeznáváme mikrostrukturu a makrostrukturu dle struktury
- látky prosté, krystalické, amorfní a koloidní - látky složené pevné, vyztužené a vícefázové - izotropní - anizotropní - homogenní - heterogenní -3-
dle textury vnitřní skladbu hmoty
- elementární částice, atomy a molekuly - mikročástice - makroskopická tělesa
Fyzikální vlastnosti • geometrické veličiny • hmotnostní vlastnosti tíhové a setrvačné Hmotnost
- objemová – objem látky včetně pórů - měrná – objem látky bez pórů a dutin - sypná hmotnost - objem látky v určitém geometrickém tvaru sypaném a setřeseném - hutnost – poměr objemové a měrné hmotnosti - pórovitost – - mezerovitost - vlhkost a nasákavost - navlhavost - vysýchavost - propustnost
Mechanické vlastnosti • síla • tíha • mechanické napětí • přetvárné vlastnosti vyjadřované deformačními diagramy– prodloužení nebo zkrácení, posunutí a zkroucení • pevnosti – pevnost v tlaku, v tahu, v příčném tahu, v tahu za ohybu, ve smyku a v kroucení • houževnatost, křehkost, soudržnost, odolnost proti rázu, odolnost proti otluku • tvrdost Tepelné vlastnosti • tepelná vodivost • měrná tepelná kapacita • teplotní vodivost • tepelná jímavost • tepelná a délková roztažnost • tepelný odpor a součinitel prostupu tepla Akustické vlastnosti • šíření zvuku a mechanické kmitání hmoty • rozhraní dvou látek – odrazivost, pohltivost, průzvučnost, absorpce, kročejová průzvučnost Chemické vlastnosti • chemická stabilita • korozní vlastnosti
-4-
• • • •
hygienické vlastnosti biologická odolnost požární odolnost elektrické a magnetické vlastnosti
4. Kámen – ušlechtilá kamenická výroba Suroviny pro kamenickou výrobu tvoří horniny magmatické, sedimentární a metamorfované. Magmatické horniny řadíme Objemová hm.2800 - 3000 kg/m3
- granit (žula), granodiorit a syenit - diorit a gabro - andezit, trachyt a čedič
Sedimentární horniny Objemová hm.2300 - 2600 kg/m3
- vápenec hutný, krystalický, pórovitý, travertin - pískovce, droby, - opuky - jílovité břidlice - magnezit a dolomit
Metamorfované horniny Objemová hm.2300 - 2600 kg/m3
- mramory - ruly a ortoruly - amfibolity - svory, břidlice
Třídy kvality kamene se rozlišují dle pevnosti v tlaku a pórovitosti: I. třída II.třída III. třída
120MPa 80MPa 40MPa
pórovitost do 1% pórovitost do 2% pórovitost do 5%
Povrchové úpravy ušlechtilého kamene: -
hrubé opracování řezání na katrech a pilách tvarování broušení leštění bosování, špicování a pemrlování
Kamenická výroba kámen pro zdivo a stavební účely : - lomový kámen, kopáky, haklíky, kvádry - obkladové a dlažební desky - krytiny z přírodního kamene - výrobky z konglomerovaného kamene (drobné přírodní kamenivo spojené pomocí pojiva) - výrobky z taveného čediče
5. Kamenivo – přírodní a umělé -5-
Horniny pro kamenivo jsou využívány všechny druhy přírodních hornin s objemovou hmotností od 2000 kg/m3 do 3000 kg/m3 a to jak horniny magmatické, sedimentární a metamorfované. Kamenivo dle vzniku dělíme: o na těžené – sekundární ložiska, která tvoří písky a štěrkopísky o na předrcené – což jsou nadměrné části hornin ze sekundárních ložisek o na drcené – získávané z primárních ložisek skalních hornin Kamenivo dle velikosti dělíme: o jemné o velikosti zrna 0 – 0,125 mm případně 0 – 0,250 (prosívky, výsivky, filery a moučky) o drobné 0 – 4mm o hrubé 4 – 125mm
Kamenivo dle objemových hmotností dělíme: o lehké do 2000kg/m3 o hutné 2000 až 3000 kg/m3 o těžké nad 3000 kg/m3 Vlastnosti kameniva: o tvarovost zrn to je poměr největšího a nejmenšího rozměru zrna o zrnitostní skladba to je sestava zrn určité velikosti určená průměrem d/D ve frakcích 0-1, 1-2, 2-4, 4-8, 8-16, 16-32, 32-63, 63-90, 90125mm, rovněž může být uplatněna jiná zrnitostní řada v jednotlivých frakcích o křivky (čáry) zrnitosti o moduly zrnitosti charakterizují jemnost nebo hrubost zrna o tvarový index o volumetrický součinitel Normové požadavky na kamenivo jsou dělené na kamenivo do betonu, pro malty, pro povrchové živičné vrstvy, pro hydraulicky nestmelené vrstvy: o nadsítné a podsítné o odplavitelné částice o cizorodé částice o humusovitost o podíl zrn s indexem 3 (pro betony) o mrazuvzdornost
Lehké kamenivo dělíme na – přírodní a umělé Přírodní lehká kameniva jsou získávána z výlevných hornin (pemzy, sopečná skla, perlit)
-6-
Umělá lehká kameniva jsou vyráběna z přírodních surovin (extrudovaný perlit, epandovaný vermikulit, keramzit) a z odpadových surovin (vysokopecní a slévarenská struska, popílky klasické a fluidní, agloporit)
6. Pojiva vzdušná a hydraulická Základní rozdělení pojiv: - mechanická pojiva (hlíny asfalty, dehty) - chemická pojiva – anorganická a organická (vápno, sádra, cement) Používání pojiv za studena ( vápno sádra, cement) za horka (asfalt , dehet, pájky) Anorganická pojiva – stavební pojiva – maltoviny - vzdušná (bílé vápno a sádra) vzdušná pojiva tuhnou výhradně za přístupu vzduchu - hydraulická pojiva tuhnou po úvodním zatuhnutí na vzduchu ve vlhkou a ve vodě • Technická pojiva (vodní sklo, fosfátová pojiva, zvláštní pojiva žáruvzdorná a rozpínavá pojiva • Latentní hydraulická pojiva (popílek a granulovaná struska) • Makromolekulární pojiva Bílé vzdušné vápno se vyrábí z vysoce čistého vápence CaCO3 85% až 98%,obsah MgCO3 do 7%. Pálením vápence dojde k uvolnění CO2 v 1100°C, přidáním vody dochází k hašení vápna buď za nedostatku vody nebo s přebytkem vody při vývinu tepla 100°C a přeměnou na hydroxid vápenatý Ca (OH)2. Dle teploty výpalu rozdělujeme vápno na měkce pálené a ostře (tvrdě) pálené. Vypalování se provádí v šachtových pecích, rotačních pecích a pecích pro výpal disperze. Průmyslově vyráběné vápno – vápenný hydrát. Tuhnutí a tvrdnutí vápna probíhá působením vzdušného CO2 tzv. karbonatace mění se opět hydroxid vápenatý na CaCO3 ve formě vápencového slepence, při vylučování vody. Zkoušení vápna je prováděno z hlediska aktivity vápna, vydatnosti vápna a objemové stálosti. Pevnost u vzdušného vápna není stanovena. Sádra Sádrová pojiva se vyrábí ze sádrovce Ca SO4 . 2H2O – dihydrát síranovápennátý nebo z anhydritu CaSO4 – bezvodý síran vápenatý.Suroviny v kvalitě 90%. Vypálením v teplotách 150 až 200°C jsou získány rychletuhnoucí sádry modifikace alfa a beta. Ve vyšších teplotách 500 až 800°C jsou získány pomalutuhnoucí sádry. Aplikace sádry – sádrové malty, sádrové omítky, sádrový štuk, sádrové tvárnice, sádrokartonové desky a sádrovláknité desky.
-7-
Sádru rovněž získáváme při fluidním spalování fosilních paliv přidáváním vápence do spalovací komory. Plynné SOx se spojí s CaO při spalovacím procesu a vzniká průmyslový sádrovec. Podle pevnosti v tlaku rozlišujeme třídy sádrových pojiv G2 až G25. Příprava sádry – sádra se sype do vody, teoretické množství vody 18,6% a praktické 30% až 40%
Hydraulická pojiva K hydraulickým pojivům řadíme hydraulické vápno s přísadami, cementy a románský cement. Surovina pro výrobu hydraulického vápna je méně kvalitní vápenec s obsahem CaCO3 65 až 70% a hydraulické příměsi ve formě písků, jílů a oxidů železa SiO2, Al2O3 a Fe2O3. Hydraulické vápno lze vyrábět: o z čistého bílého vápna přidáním hydraulických příměsí o z vápenců a hydraulických příměsí v teplotách 1200°C Cementy Dle hydraulického modulu to je poměru CaO a hydraulických příměsí můžeme vyrábět cementy křemičitanové (silikátové), hlinitanové (aluminátové) a cementy zvláštní. V ČR vyrábíme pouze cementy křemičitanové dle evropské normy ČSN EN196 – 1 až 7 s dělením na cementy - CEM I portlandský cement - CEM II portlandský směsný cement - CEM III vysokopecní cement - CEM IV pucolánový cement - CEM V směsný cement Cementy jsou vyráběny v pevnostních třídách 32,5 MPa, 42,5 MPa a 52,5 MPa a dle národního dodatku ND 22,5 MPa. Zkoušení cementu: - normální hustota cementové kaše - začátek a konec tuhnutí na Vicatově přístroji - objemová stálost - pevnost v tlaku a ohybu Pro betonové konstrukce smí být použity pouze silikátové cementy s náběhem pevnosti od 1 do 28 dnů. Hlinitanové cementy lze využít pouze jako výplňové. Náběh pevnosti za 24 hodin maximální dosažená pevnost, po 20 letech úplná degradace betonu.
-8-
Při výrobě cementu vznikají v teplotách 1450°C nové slínkové sloučeniny alit, belit, celit, ferit. Jejich rozemletím za přítomnosti sádrovce (3 až 5%) a příměsí u CEM II získáme širokou škálu cementů pro obecné použití. Cementy se požívají jako pojivo pro výrobu betonů, malt, výrobu stavebních dílců. Přidáním vody do cementu nastává hydratační proces při vzniku nových struktur typu portlandit CH (CaOH2), CSH I, CSH II, CAH, které tvoří podstatu cementového tmelu (cementového kamene). Základní parametry cementů: - začátek tuhnutí 45 až 60 minut - konec tuhnutí maximálně 24 hod. - objemová stálosti 1 – 10 mm měřena v Lechatelierových objímkách - měrná hmotnost 3050 až 3150 kg/m3 - sypná hmotnost 900 až 1300kg/m3 - měrný povrch v závislosti na mletí 300m2 až 600m2 na jeden kg cementu Specielní pojiva • Anhydritové pojivo vyráběné z přírodního nebo syntetického anhydritu, • Keenův cement – vzniká pálením kamence a síranu draselného • Skotova sádrovina – vypálení sádrovce s 30% vápna • De Wyldeho sádrovina – sádrovec s vodním sklem • Pariánská sádrovina –sádrovec s boraxem • Hořečnaté pojivo tzv. Sorelův cement (xylolit) složení oxid hořečnatý a chlorid hořečnatý s polinami a minerálními moučkami.
7. Malty Směs pojiva, plniva, vody a přísad. Lze vyrábět dvojsložkové, trojsložkové a vícesložkové malty. Malty slouží ke vzájemnému spojení stavebních prvků, dílců, zalévání spár , úpravě povrchů a vyrovnávání povrchů. Jako pojivo používáme vzdušná pojiva, hydraulická pojiva, mechanická pojiva, žáruvzdorná pojiva a syntetické pryskyřice. Plnivo tvoří neaktivní složka s přírodních nebo umělých hutných nebo lehkých kameniv ve frakcích: o 0-1mm malty pro jemné omítky a spárování o 0-4 mm malty pro zdění kladení dlažeb a obkladů o 0-8 mm malty pro potěry a osazování dílců
Voda – na vodu se vztahují kvalitativní kritéria pro pitnou vodu
-9-
Přísady využívané pro zlepšení zpracovatelnosti, plastičnosti, k urychlení tuhnutí a tvrdnutí nebo zpomalení tuhnutí a tvrdnutí, zvýšení vodotěsnosti, úpravy vzhledu, úpravy proti plísním a houbám atd. Příměsi - vlákna přírodní a umělá. Výroba čerstvé malty : o ručně z vápenné kaše a kameniva o strojně na pracovišti nebo dodávané z velkovýroby jako suché maltové směsi Třídění malt 1. podle účelu použití – na zdění, na omítky na výrobu keramických dílců, stykové malty, na spárování, na kladení dlažeb, na obklady, izolační malty 2. podle použitého pojiva, nebo plniva – vápenné MV, jemné MVJ, - vápennocementové MVC, jemné MVCJ, prošlechtěné MVCO - vápennosádrové MVS, - sádrové MS - cementové MC, pro cementový postřik MCP - specielní malty barytové, perlitové 3. značení malt podle pevnosti v tlaku - čerstvá maltaMO - M 0,4 až M33, kde číslo značí pevnost v tlaku v MPa na krychli o hraně 100mm 4. podle objemové hmotnosti – tepelně izolační 1100kg / m3 - vylehčené 1100 – 1500 kg/m3 - obyčejné 1600 – 2300 kg/m3 - těžké více než 2300kg/m3 5. podle tepelné vodivosti – tepelně izolační λ=0,4 W/m/K - vysoce tepelně izolační λ=0,25 W/m/K - mimořádně tepelně izolační λ=0,14 W/m/K 6. podle specielních vlastností - mrazuvzdorné, vodotěsné a pro zvláštní použití 7. podle způsobu výroby 8. dle tepelné odolnosti – žáruvzdorné, šamotové, dinasové a magnezitové s odolností 1650 až 1790°C Malty jsou používány pro omítky, druhy omítek vychází z technologie výroby a dle použitých surovin. Zkoušení vlastností malt – zpracovatelnost, odlučivost vody, rozmísitelnost čerstvé malty, obsah vzduchu, přilnavost k podkladu, pevnost v tlaku, objemová hmotnost. Chemismus tvrdnutí malty: Ca (OH)2 po přijmutí CO2 ze vzduchu se mění na vápenec Ca CO3 přičemž vyloučí vodu ve formě kapiček na povrchu omítky.
8. Betony – cementové betony Beton je kompozitní materiál složený s kameniva, které tvoří kostru, pojiva, vody, příměsí a přísad. Kamenivo do betonu dělíme na lehké, hutné a těžké s objemovými hmotnostmi 250 až 4000kg/m3. - 10 -
Základní složení kameniva musí tvořit křivku zrnitosti v základních strukturách jemné frakce 0-0,125mm (0,250), drobné frakce 0-4mm a hrubé frakce 4-63mm. Poměr frakcí vychází z teoretické křivky zrnitosti – FOULLEROVA křivka dle které jemné a drobné frakce musí dosahovat 50% objemu a zbylé dvě frakce v poměru 20% a 30%. Z dalších křivek zrnitosti jsou navrhovány skladby dle autorů – ABRAMSE, dle EMPA, dle HUMELLA, dle BOLOMAYE a dle metodiky „Příručka technologa“ vydané Českomoravský beton a.s. a partneři. Z hlediska vlastností kameniva jsou sledovány: - tvarový index při dodržení poměru 1:3 - tvarový součinitel jako poměr plochy zrn a objemu zrn - volumetrický součinitel - moduly zrnitosti Cementy jsou popsány v kapitole cementy. Množství cementu se pohybuje v rozmezí od 100kg cementu až do 500kg cementu na 1m3.
Voda záměsová, která je vyjádřena vodním součinitelem w jako poměr množství vody k množství cementu. Množství vody dodávané do betonu zajišťuje hydrataci cementových složek. Ideální množství vody pro hydrataci cementu činí 18% až 22% dle jemnosti mletí cementu a 15% vody dostačuje k obalení zrn kameniva jemným vodním filmem. Minimální požadované množství vody při výrobě cementu činí 0,35. Zvyšování množství vody v hodnotách 0,6 až 0,9 způsobuje přebytek vody, který zůstává v cementové pastě a vytváří po vytvrdnutí póry, které snižují pevnost betonu až o 40%. Kvalita vody se posuzuje dle parametrů pitné vody - bez kontroly, ostatní typy vod musí být chemicky kontrolovány. Příměsi a přísady tvoří doplňující složky, které zmenšují mezerovitost kameniva, ke kterým řadíme popílky, strusky, mikrosilika a dále chemické složky zajišťující konzistenci betonu tzv. plastifikátory a superplastifikátory, provdušňovací přísady, urychlovací a zpožďovací přísady. Složení betonu vychází ze základní rovnice absolutních objemů jednotlivých složek, kde jednotlivé hmotnosti složek jsou poděleny jejich objemovými hmotnostmi. Výpočetními metodami se zabývala celá řada autorů. Konzistence čerstvého betonu rozlivem a zhutněním.
je hodnocena metodami – sednutí kužele, Vebe,
ČSN EN 206 – 1, z roku 1992 klasifikuje beton podle pevnosti v tlaku v rozsahu 8 až 115 MPa. Betony jsou dle této normy značeny např.C 25/30, kde číslo 25 znamená pevnost v tlaku na válcových vzorcích a číslo 30 pevnost v tlaku na krychelných vzorcích v MPa. Staré značení betonu B je zrušeno.
- 11 -
V současné době je možné vyrobit širokou řadu betonů počínaje prostým betonem, železovým betonem, vysokopevnostními betony, vysokohodnotnými betony, samozhutnitelnými betony, lehkými betony, vlákno a drátkobetony, pěnobetony a těžkými betony. Ošetřování betonu je základní podmínkou pro zajištění hydratačního procesu a vzniku struktur cementového tmele. K ošetřování používáme ošetřovací vodu a další metody zamezující porušení povrchových vrstev při tuhnutí a tvrdnutí betonu. Trvanlivost betonu je závislá na kvalitě složek, výrobních postupech, ukládání a ošetřování betonové směsi a ztvrdlého betonu. Z degradačních procesů rozlišujeme fyzikální a chemické porušování betonu vlivem změn teploty, vlhkosti, vlivem zmrazovacích cyklů, vlivem změn vlastností kameniva, vyluhováním a tvorbou novotvarů. Nejčastější degradační procesy: o Působením mrazu vzniká v povrchových vrstvách zvětšování objemu vody a ledu (voda 0°C zvětšuje objem o 9%) o Hořečnaté rozpínání je v podstatě přeměna MgO na hydroxid hořečnatý. Při tomto procesu vzniká zvětšování objemu zrn kameniva o 50%. o Obdobně probíhá vápenaté rozpínání. Kde volná zrna CaO mohou zvětšit objem až na 170%. o Alkalická reakce kameniva je vázaná na reaktivní SiO2, které při reakci s dalšími složkami vytvářejí gel kolem zrn kameniva a přičemž dochází k růstu objemu a následnému vytváření napětí. o Karbonatace betonu je reakce mezi CO2 pronikající do povrchu betonu a jeho reakcí s portlanditem přičemž dochází k vývinu krystalů CaCO3, které zvětšují svůj objem o 100%. o Sulfatace je pronikání oxidu síry do cementového kamene s následnou reakcí a přeměnou na sádrovec a vodu při zvětšení objemu až o 120%. o Z dalších význačných degradací betonů je pronikání chloridů do struktury betonu, napadení sírany, koroze kapalnými látkami, tuhými látkami, minerálními tuky a oleji, galvanická koroze, případně koroze bludnými proudy. Zkoušení betonu Mezi destruktivní metody zkoušení řadíme pevnost v tlaku po 28 dnech, pevnost v příčném tahu, pevnost v tahu ohybem, mrazuvzdornost, průsaky tlakovou vodou. Nedestruktivní metody: schmidtovo kladívko pro hodnocení pevnosti v tlaku, ultrazvuk pro zjišťování poruch, dutin a pevnosti v tlaku, přístroje pro vyhledávání výztuže a stanoveí stavu koroze výztuže. Z chemických procesů jsou stanoveny pH faktor, obsah vápenců a složení cementů. Lehké betony lze rovněž vyrábět v široké škále druhů – hutný lehký beton, mezerovitý beton, pórobeton, plynobeton, izolační lehké konstrukční betony a izolačně nosné betony. Základní struktura lehkých betonů je kostra z lehkého kameniva, pojiva cementu, vody , přísad a příměsí. K lehkým betonům řadíme autoklávované betony.
- 12 -
9. Keramické materiály Keramické výrobky vznikají pálením keramických surovin. Keramiku kvalifikujeme jako soudržnou polokrystalickou látku z přírodních anorganických nekovových surovin. K surovinám řadíme hlíny, jíly, prachy, kaolin jako suroviny tvárlivé a křemenný písek, šamot, strusku, korund jako suroviny netvárlivé (ostřiva), dále taviva, které zlepšují tavitelnost a lehčiva, které vytvářejí pórovitost keramického střepu. Při výrobě keramiky se vytváří z odležených a upravených surovin tvárlivá hmota, které se následně tvaruje, případně odlévají do forem. Vytvarovaný výrobek musí být vysušen na max. 2% vlhkosti a následně je vypalován v teplotě 1000 až 1200°C. Do keramických výrobků řadíme výrobky cihlářské, bělninové, kameninové, porcelánové, žáruvzdorné. Povrchově upravujeme keramický střep pomocí glazury, engoby, případně barevných vypalovaných nátěrů. K cihlářským výrobkům řadíme cihly pro svislé a vodorovné konstrukce, pálenou krytinu a výrobky pro zvláštní účely (plotovky , stájové dlaždice). Mezi bělninové výrobky řadíme keramické obkladačky, keramické dlaždice, terakotové dlaždice. Ke kamenině řadíme dlaždice, cihly, kameninové roury, kameninové pásky, hospodářská kamenina, chemická kamenina. Zdravotnická keramika umyvadla, dřezy, zařízení pro laboratoře s bílou i barevnou glazurou. Porcelán vyráběný v provedení tvrdý (evropské výrobky), měkký (asijské porcelány). Žáruvzdorná keramika – dinas, šamot, silimanit, korund, magnesit, silikarbid a grafit.
10.Sklo Anorganická hmota, která se vyrábí ze surovin křemičitý písek 80%, CaCO3 a alkalické přísady Na2O, K2Oa další chemické složky např. PbO, Al2O3 a kovové prvky. Vsázka do tavící pece tzv. sklářský kmen se taví v teplotách 1400 až 1600°C. Roztavená hmota přechází do pevného stavu bez krystalizace. Z vlastností skla jsou nejvýraznější : -pevnost v tlaku až 1200MPa - pevnost v tahu 30 až 90MPa - pevnost v ohybu 40 až 190 MPa - měrná hmotnost 2200 až 3600kg/m3 - tvrdost podle Mohse č. 7 - chemická odolnost proti atmosférickým vlivům, kyselinám a zásadám - optické vlastnosti 92% propustnost světelných paprsků - z dalších vlastností vyjímáme pohlcování světla, pohlcování infračervených paprsků, reflexi. Výrobky ze skla: - základní sklo – plavené, lisované, bezpečnostní, absorbční - stavební sklo – zvukově izolační, požárně odolné, izolační se smaltem, protisluneční, skleněné tvárnice
- 13 -
-
skla pro automobilový průmysl - lepená skla, specielní výrobky ze skla – zrcadlové, tvrzené, neprůstřelné, sklo pro laboratoře, optická skla, pěnové sklo, matové a ledové sklo, barevná skla s přídavkem kovů.
11.Kovy Technické kovy jsou krystalické látky, které se vyrábí z rud, metalurgickou cestou. Mezi kovy železné řadíme surové železo, bílou a šedou litinu, ocel a ocelolitinu. Mezi kovy neželezné řadíme hliník, měď, zinek, cín, olovo a jejich slitiny. Technické kovy jsou převážně slitiny základního kovu s dalšími kovy a nekovy. Surové železo je vyráběno ve vysokých pecích ze složek – železná ruda, koks, vápenec. Produktem vysoké pece je surové železo a tavená struska. Výroba oceli je prováděna v konvertorech a Martinských pecích, případně elektrických pecích. Při výrobě oceli jsou využívány legovací příměsi kovových a nekovových prvků a to mangan, křemík, chróm, nikl, molybden, vanad, wolfram, titan, hliník. Vlastnosti oceli:
- měrná hmotnost 7850kg/m3 - pevnost v tahu 250 až 2000MPa roste z obsahem C - modul pružnosti 210Gpa - tažnost 10 až 25% - pevnost v tlaku se nestanovuje (projektanti udávají 5x vyšší než pevnost vtahu)
Dle obsahu uhlíku rozeznáváme : - surové železo 4% C - oceli kujné do 1,7% C - oceli nekujné nad 1,7% C Ocel dělíme na uhlíkové a slitinové, které se dále dělí na ingotové a na odlitky. V dalším dělení rozlišujeme oceli konstrukční a nástrojové. Tváření oceli Utuhlé výrobky se zpracovávají tvářením za studena, válcováním za tepla, lisováním, tažením a protlačováním, kováním, odléváním z ocelolitiny. Z dalších operací tepelného zpracování oceli se provádí žíhání, kalení, popouštění, patentování, cementování, nitridování a povrchové kalení. Značení oceli Dle ČSN 420002 – pětimístné číslo, kde o první dvojčíslí 10 – oceli stavební, 11 – oceli strojní, 12 až 16 konstrukční oceli, 17 – vysokolegované, 18 – slinuté karbidy, 19nástrojové o druhé dvojčíslí značí jednu desetinu meze pevnosti v tahu a kluzu o další číslice značí pořadí, u betonářských ocelí svařitelnost
- 14 -
o mimo uvedené značení jsou oceli značeny dle evropských norem ČSN EN 1025, 1027-1 Z ocelových výrobků jsou vyráběny stavební tvarované oceli v průřezech čtvercových, kruhových, šestihranných, plochých, dále tvarované oceli typu I, U, úhelníky, T profily, štětovnice, kolejnice, tenkostěnné profily, plechy a oceli betonářské. Ze zkoušek ocelí se ověřuje pevnost v tahu, tažnost v %, kontrakce v % a zkouška lámavosti. Při tahových zkouškách se zpracovávají pracovní diagramy ve kterých se určují body úměrnosti, pružnosti, kluzu, pevnosti a porušení. Neprůkazná mez kluzu je hodnocena smluvní dohodou ES 0,2% pevnosti v tahu, USA 0,1% pevnosti v tahu. Z dalších zkoušek se provádí ultrazvukové zkoušky pro stanovení pórů, dutin a trhlin, radiologické, gama zkoušky, magnetoinduktivní, kapilární. Pod pojmem Litiny rozumíme slitiny železa s uhlíkem, křemíkem, manganem a dalšími prvky. Litiny mají řadu vynikajících vlastností v zásadě se skládají ze základní kovové hmoty podobné oceli s grafitem, fosfidových autektit a sirníků. Hlavní druhy litiny je litina tvárná s kuličkovým grafitem LKG s pevností v tahu až 900MPa a litina šedá s lupínkovým grafitem LLG s pevností v tahu 380MPa. Koroze železných a neželezných kovů Hlavním nedostatkem železných kovů je koroze, kterou dělíme na korozi: - povrchovou - důlkovou - krystalickou - mezikrystalickou, přičemž dochází až k úplnému rozpadu železa na oxidy. Neželezné kovy jsou před korozivními vlivy chráněny povlakem chemických sloučenin těchto kovů, které tvoří povrchovou ochrannou vrstvu, přičemž koroze do hloubky materiálu neproniká. Z dalších korozí rozeznáváme korozi elektrochemickou (galvanická), která vzniká při vzájemném kontaktu dvou rozdílných kovů přes elektrolyt.
12.Dřevo Je to obnovitelný zdroj, jedná se o organický, nehomogenní, anizotropní a hydroskopický materiál. Dřevo vytváří dřeviny, což jsou rostliny s dřevnatým kmenem. Struktura dřeva je tvořena buňkami (hydrocyty a tracheidy). V makrostruktuře rozeznáváme letokruhy, pryskyřičné kanálky, lýko a kůru (borku). Chemicky je dřevní hmota tvořena uhlíkem 50%, kyslíkem 44%, vodíkem 6% a minerálními látkami. Z organických sloučenin tvoří skladbu celulóza 50%, hemicelutóza 25% a lignin, pryskyřice a třísloviny. Zdrojem dřevní hmoty jsou dřeviny jehličnaté a listnaté. Dřevní hmotu dále dělíme na tvrdé a měkké, bělové a jádrové. Vlastností dřeva - objemová hmotnost 450 až 650 kg/m3 - hmotnostní vlhkost 40% až 170% - pevnost v tlaku 30 až 85MPa
- 15 -
-
pevnost v tahu 40 až 180MPa pevnost v ohybu 45 až 180MPa
z mechanických vlastností jsou vybrány - pružnost - ohybatelnost - houževnatost - štípatelnost Dřevní hmota se z 50% zpracovává na řezivo a z 50% na chemické zpracování. Dřevařské výrobky – lesní sortiment, pilařské výrobky, zušlechtěné dřevo, aglomerované dřevo, truhlářské výrobky. Mezi zušlechtěné dřevařské výrobky řadíme – laťovky, dýhy, překližky, lepené konstrukční prvky K aglomerovaným dřevěným výrobkům řadíme – dřevotřísky, dřevovláknité desky (hobra, sololit). Další úpravy dřeva – zhušťování dřeva lisováním, chemické úpravy dřeva tzv. modifikované dřevo. Poruchy dřeva – stárnutí, poškození, škůdci (dřevokazné houby, hmyz, plísně) Zkoušení dřeva hustota, vlhkost, pevnost v tlaku napříč a podél vláken, pevnost v ohybu, rázová zkouška, tvrdost
13.Živice Živice je směs makromolekulárních uhlovodíků. Dělíme je na kapalné, viskozní a tuhé, dále na
-
přírodní živice – asfalty ropné živice – ropné asfalty pyrogenetické živice – dehty
Složení přírodních asfaltů – asfaltény, karbeny, karbojidy, malteny, asfaltové a olejové pryskyřice, asfaltogenní kyseliny a parafín. Chemické složení 70% až 80% uhlíku, 9% až 16% vodíku, 2% až 7% síry a 1,5% kyslíku. Síra zvyšuje trvanlivost asfaltů. Minerální látky obsažené v asfaltech způsobují plasticitu asfaltů. Vlastnosti živic -
odolnost proti organickým kyselinám a louhům špatná vodivost tepla, zvuku a elektřiny konzistence – plastická, tvárlivá, dobré adhézní vlastnosti negativní vlastnosti - stárnutí, degradace vlivem UV záření
Zkoušení asfaltu - penetrace, bod měknutí systémem K+K (kroužek + kulička), tažnost (duktilita), bod lámavosti.
- 16 -
Asfalty se zpracovávají a upravují tzn. čistí, změkčují (fluxováni), přetavují (filerizování), emulgování na vodní emulze, hlinitonové emulze a laexové emulze. Využití asfaltů -
primární polotuhé pro silniční účely oxidované používané pro laky, barvy ředění pomocí rozpouštědel (aditované, neaditované) asfaltové emulze asfaltové suspenze asfaltové laky asfaltové tmely
- 17 -
