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
2
ÚVOD .........................................................................................................6 1.1
Cíle ......................................................................................................6
1.2
Požadované znalosti ............................................................................6
1.3
Doba potřebná ke studiu......................................................................6
1.4
Klíčová slova.......................................................................................6
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
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
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 3.11
Shrnutí ...................................................................................... 41
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: II. třída: III. třída:
pevnost v tlaku
Rc, min = 110 MPa
hmotnostní nasákavost
nmax = 1,5
pevnost v tlaku
Rc, min = 80 MPa
hmotnostní nasákavost
nmax = 3,0
pevnost v tlaku
Rc, min = 40 MPa
hmotnostní nasákavost
nmax = 5,0
Tabulka 2.1 Přehled běžných hornin a jejich vlastností, používaných ve stavebnictví Horniny Skupina Vyvřelé hlubinné
znak
druh
světlé
granit granodiorit syenit diorit gabro andezit trachyt ryolit pískovec
tmavé Výlevné
hutné pórovité
Sedimenty
hutné
obj. hmotnost ρv kg.m-3 min. max. 2800 2500 2900 2900 2800 3000 3000 2500 2800 2000 2600 1600 2300 2500 2700
nasákavost nm % max. min. 0,2 0,7 0,2 0,2 0,7 0,1 0,1 5,5 0,2 3,0 0,5 9,0 2,0 5,0 0,7
- 7 (42) -
pevnost za sucha tlak Fc ohyb Fr min. max. min. max. 230 18 90 200 6 15 200 90 200 6 14 200 80 200 6 15 80 180 7 12 60 120 5 9 40 200 5 10
Plastické
pórovité
Karbonáty
břidličnaté pórovité
Přeměnné
hutné karbonáty silikátové
břidlice
2.2.2
pískovec opuka jílovitá vápenec travertin vápenec mramor serpentinit ruly granulit fylit
1800 2500 2300 2600 2600 2500 2600
2600 2500 2800 2500 2400 2800 2800 2600 3000 3000 2900
15,0
3,0
15
100
2
2,0 4,0
0,3 1,5 1,6 0,3 0,2 0,3 0,2 0,3 0,2
30
100 100 200 200 250 150 150 -
25 5
0,8 0,8 1,0 1,5
40 40 60 -
4 4 6 -
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) -
4 4 35 8 8 12 15 15 12 12 150
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. •
2.3.3
Objemová stálost se vyžaduje pro používaná kameniva především při jeho použití do betonu. 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-1K-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-1K-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 Fe2O3 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/m3), obyčejné (od 2000 do 3000 kg/m3) a těžké (nad 3000 kg/m3). 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 SiO2, případně další oxidy jako Al2O3 a Fe2O3 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 CaSO4.2H2O (dihydrátu) částečným nebo úplným odvodněním nebo připravená z přírodního anhydritu CaSO4 (bezvodého síranu vápenatého). Sádrovec pro její výrobu má být nejlépe tvrdý amorfní s obsahem přes 90 % CaSO4. 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 CaSO4.2H2O,
•
anhydrit, přírodní síran vápenatý CaSO4,
•
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 m3,
•
autoklávech, pracujících s přetlakem při teplotě 124oC a výrobek se suší horkým vzduchem,
•
rotačních pecích s přímým nebo nepřímým zahříváním otápěné plynem nebo olejem,
•
šachtových pecích při teplotách nad 500oC 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) CaSO4 1/2 H2O, který vzniká zahříváním sádrovce na 110-150oC.
•
CaSO4 III (rozpustný), vyskytuje se opět ve dvou modifikacích α a ß úplným odvodněním.
•
CaSO4 II (nerozpustný) vznikající zahříváním nad 500oC. Svými vlastnostmi se podobá přírodnímu anhydritu.
•
CaSO4 I vysokoteplotní vznikající z anhydritu zahřátím nad 800oC - 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 150oC, kdy teplota nesmí přestoupit 170oC. 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, Na2SO4 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 800oC (až 1000oC),kdy se CaSO4 snáze rozkládá, zejména za přítomnosti některých nečistot, na CaO a SO3. Tvoří ji anhydrit CaSO4 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 15-25oC. 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 600oC. 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 500oC, a některého budiče (katalyzátoru). Budiče jsou buď síranové, jako síran sodný Na2SO4, 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) -
Stavební látky
3.3.1.5 Keenovo anhydritové pojivo Někdy nesprávně nazývané cementem, je zvláštní druh pomalu tuhnoucího sádrového pojiva, které se vyrábí ze sádrovce nebo z rychle tuhnoucí sádry nasáklé roztokem síranu hlinitodraselného, pálením při teplotách do 500oC. Poněvadž tyto výrobky mají velkou pevnost a tvrdost a pěkný lesklý povrch, používají se spíše pro dekorační účely, ale také např. pro výrobu umělých mramorů. 3.3.1.6 Hořečnatá maltovina Poprvé byla připravena v roce 1867 Sorelem a byla nazývána Sorelovým cementem ač jde o vzdušnou maltovinu.Připravuje se zpravidla smícháním tzv. kausticky páleného magnezitu (při teplotách těsně pod jeho disociací tj.700800oC) s roztokem MgCl2 vhodné koncentrace. Možno použít i dolomit, který se musí pálit jen do 700oC. Po zatvrdnutí vytváří kompaktní hmotu šedobílého až tmavě červeného zabarvení, elektricky vodivou, vyznačující se vysokou vazební schopností s poměrně značným množstvím plniv (až 1:20), kdy vlastně již přejímá vlastnosti plniva. Plniva jsou jak organická, tak i anorganická. K organickým patří dřevěné piliny (smrkové a jedlové), lněné a konopné pazdeří, korková drť ad. Z anorganických pak křemenný písek, asbest, mastek, mramor, křemelina, vápenc ad. Většímu rozšíření použití brání bohužel její negativní vlastnosti jako malá odolnost vůči vlhkosti, zvýšené teplotě vyšší než 100oC, snadná výkvětotvornost a korosivní účinky na kovové materiály. Proto v současné době její význam značně poklesl a je nahrazována vhodnějšími látkami. Použití : jeden z nejstarších způsobů použití byla výroba mlýnských kamenů. Dnes hlavně pro výrobu xylolitu ke zhotovování tepelně izolačních podlah a xylolitových dlaždic, obkladových desek, parapetních desek, schodů a umělých mramorů. Tuhnutí má začít za 40 až 240 minut a konec tuhnutí musí nastat v průběhu 2 6 hodin. Pevnost v tlaku je nejvyšší při smísení s pískem v poměru 1 : 3, kdy po 28 dnech dosahuje 60 - 100 MPa.Tyto vysokopevnostní materiály s křemenným pískem jako plnivem, se používají na výrobu základů pod těžké stroje, na namáhané podklady továrních hal a pod. 3.3.2
Vzdušné vápno
Vzdušné vápno, jak již sám název říká, je typickým představitelem vzdušných pojiv a také jedním z nejstarších. Používalo se již ve Starém Řecku a Římě, v Egyptě a Mezopotámii. Římané používali vápno, kterému dnes říkáme románské. Bylo vyrobeno ze vzdušného vápna a přídavku pucolánů, trasu a pod., tedy hydraulických přísad, které bychom spíše měli řadit do slabě hydraulických vápen.
- 21 (42) -
Vzdušné vápno je vlastně technický název pro oxid vápenatý CaO s různým obsahem oxidu hořečnatého MgO vyráběného pálením poměrně čistých vysokoprocentních vápenců či dolomitických vápenců pod mez slinutí při teplotách cca 1000-1250oC. Právě podle obsahu MgO vápno vzdušné rozdělujeme na : •
vápno vzdušné bílé s obsahem MgO pod 7 %,
•
dolomitické vzdušné vápno s obsahem nad 7 % MgO.
Vápno vzdušné bílé je takové, které obsahuje nejméně 65 %CaO + MgO, přičemž MgO může být max. 7 %. Označení "bílé" je technický termín vyjadřující chemické složení a odlišení od dolomitického. Není závazné pro barvu. Při hašení nabývá až trojnásobně na objemu. Dolomitické vzdušné vápno obsahuje rovněž min 65% CaO+MgO, avšak obsah MgO je větší než 7 %. Při hašení nabývá na objemu 1,5 - 2 krát. Má šedou barvu, menší vydatnost a pomalejší reakci s vodou. Jeho jemným rozemletím se získá tzv. vídeňské vápno, které se používá na leštění zvláště kovů. Pro stavební účely se používá méně. Bílé i dolomitické vzdušné vápno se dělí do 5 tříd jakosti podle obsahu obou charakteristických oxidů. Vápno páté třídy není určeno pro stavební účely. Pro stavební účely musí tedy obsah CaO u obou druhů vápen činit min. 85 %. V ČSN 72 2230 je ještě zvláště vymezeno vápno pro použití pro výrobu porobetonů. Vápno se snažíme pálit při co nejnižší teplotě, kdy vznikají vápna měkce pálená, pórovitá, s malou objemovou hmotností, velkým měrným povrchem a vysokou aktivitou a vydatností. Vlastnosti : hustota čistého vápna se pohybuje kolem 3200 kg.m-3, objemová hmotnost v rozmezí od 800 do 1200 kg.m-3, u mletého vápna 700-900 kg.m-3. Dalšími charakteristickými vlastnostmi vzdušného vápna jsou hašení, vydatnost, aktivita a plasticita. Výroba vzdušného vápna Vyrábí se pálením vhodně upravených surovin, vápenců a dolomitických vápenců, v různých pecních agregátech, z nichž nejrozšířenější jsou staré pece kruhové a dnes nejvíce používané pece šachtové a rotační při teplotách 10501250oC. Pece kruhové dávaly velmi kvalitní měkce pálené vápno s dobrou aktivitou a vydatností, ale výroba byla velmi pracná, namáhavá a nedala se prakticky mechanizovat. Šachtové pece (vertikální) mají dnes mechanizovaný až automatizovaný provoz s malou spotřebou energie a nízkými investičními náklady na výstavbu. Vápenec musí být ostře tříděný na frakce buď 80-100 mm nebo 120-180 mm,
- 22 (42) -
Stavební látky
vypaluje se za vysoké teploty a získává se tvrdě pálené vápno, méně aktivní s kolísavými vlastnostmi. Pece rotační zpracovávají všechny druhy vápenců i dolomitických vápenců jemně rozdrcených. Výhodou je, že se dají automatizovat, mají velký výkon (až 1000 tun za den), vápno má vysokou aktivitu a vydatnost a je stejnoměrné kvality. Rotační pece mají ovšem nižší tepelnou účinnost než pece šachtové. Teplota výpalu je asi 1100oC. Jejich velkou výhodou je možnost zpracování jemných vápenných drtí, které již nelze jinak vypalovat, a možnost zpracování rozpadavých a mineralogicky nehomogenních vápenců. Použití vzdušného vápna Ve stavebnictví se vzdušného vápna nejvíce používá pro výrobu malt pro zdění a pro omítání. Vápno dodává maltám především plastičnost a přilnavost k podkladu. Dále se používá pro výrobu pórobetonů, plynosilikátů a pěnosilikátů a k výrobě vápenopískových cihel. V současné době i pro průmyslovou výrobu suchých omítkových směsí. S přebytkem vody pak ve formě vápenného mléka na povrchové nátěry stěn místností nebo prostorů, kde se chceme zbavit bakterií a plísní, příp. s minerálními barvivy pro barevné venkovní nátěry. Vzdušné vápno je i součástí malt nastavovaných, obsahujících i další pojivo. Je nutno ovšem upozornit, že vápno má velmi nepříznivé účinky na lidský organismus - leptá kůži, vniká do dýchacích cest, je nebezpečné pro oči ad. Proto při manipulaci s ním je třeba zachovávat veškerá bezpečnostní opatření, používat respirátory, rukavice a d. 3.3.2.1 Karbidové vápno Zvláštním druhem vzdušného vápna je karbidové vápno.Jedná se o již vyhašené vápno, které odpadá při výrobě acetylenu z karbidu vápníku CaC2. Má charakteristickou šedo- fialovou barvu, způsobenou zbytky koksu z výroby karbidu a z tohoto důvodu se zpracovává jen tam, kde toto zabarvení nevadí. Tato nepříjemná barva však po zatvrdnutí mizí. Pro svoji pevnost je vhodné pro výrobu malt pro zdění. Další nevýhodou je zvláštní zápach, který vyniká po rozdělání s vodou a je citelný po delší dobu.
3.4
POJIVA HYDRAULICKÁ
Hydraulická pojiva, na rozdíl od pojiv vzdušných, po částečném zatuhnutí na vzduchu mohou dále tuhnout a tvrdnout i pod vodou, tedy za nepřístupu vzduchu. Tuto vlastnost získají tehdy, jestliže kromě CaO obsahují ještě další oxidy a to: •
SiO2 - oxid křemičitý,
•
Al2O3- oxid hlinitý a
•
Fe2O3- oxid železitý.
- 23 (42) -
které při výpalu reagují s oxidem vápenatým CaO a poskytují nové sloučeniny minerálního charakteru - slínkové minerály. Nazýváme je hydraulické oxidy nebo hydraulity. Jsou obsaženy buď již v základní surovině, nebo se k surovině, či vzdušnému pojivu, přidávají přísady, které tyto oxidy obsahují a ty pak nazýváme hydraulické přísady. Hydraulická pojiva tvrdnou rychleji a dosahují vyšších pevností než pojiva vzdušná. Hydraulické přísady jsou práškové látky obsahující hydraulické oxidy (přírodní nebo syntetické), které samy o sobě smíchány s vodou netvrdnou, ale při styku s látkami obsahujícími CaO v nich vyvolávají hydraulické schopnosti a podílejí se na tvorbě pevné struktury. Z přírodních jsou to pemzy, tufy, tufity, trasy, křemeliny, spongility ,které u nás souhrnně nazýváme pucolány a z umělých pak vysokopecní granulovaná struska, popílky a Si-úlet jako průmyslový odpad. Hydraulicitu pojiva můžeme posoudit podle tzv. hydraulického modulu MH, který udává poměr mezi procentními obsahy zásaditých oxidů a ostatních hydraulických složek :
MH =
CaO + MgO SiO2 + Al2 O3 + Fe2 O3
Vzdušné vápno (s obsahem CaO+MgO min 85 %) má MH nad 9, u hydraulického vápna je MH pod 6, portlandský cement má MH pod 2,5 a u hlinitanového cementu je MH pod 1,5. Pro všechny hydraulické přísady je podmínkou vhodné chemické a mineralogické složení a musí být v jemném práškovém stavu, aby mohlo dojít k interakci s CaO. Proto se přidávají již ve fázi mletí základních surovin, nebo se melou společně s kusovým vzdušným vápnem. 3.4.1
Hydraulické vápno (ČSN 72 2250)
Hydraulické vápno je pojivo připravené buď pálením vápenců, dolomitických vápenců nebo dnes hlavně vápnitých slínů s obsahem hydraulických součástí pod teplotu slinutí, (max.1250oC) a nebo společným semletím vzdušného vápna s takovým množstvím hydraulických přísad, aby pojivu dodaly hydraulické vlastnosti. Hydraulické vápno musí obsahovat min. 10% hydraulických složek (SiO2, Al2O3, Fe2O3). Podle jejich obsahu se hydraulická vápna dělí na :
•
slabě hydraulická, obsahující 10-15 % hydraulitů, s minimální pevnosti po 28 dnech 1,5 MPa a
•
silně hydraulická, obsahující více jak 15 % hydraulitů, s minimální pevností po 28 dnech 4 MPa.
Podle způsobu výroby dělíme hydraulická vápna na :
- 24 (42) -
Stavební látky
•
přírodní - získaná pálením základních surovin (vápenců, dolomitických vápenců, vápnitých, slínů) s obsahem hydraulických součástí pod mez slinutí,
•
umělá - připravená společným rozemletím vzdušného vápna s vhodnými přísadami, obsahující hydraulické oxidy.
Při výpalu hydraulického vápna vznikají reakcí mezi CaO a hydraulickými oxidy nové hydraulické složky jako C2S, C3A,C4AF, jako při výrobě portlandského cementu. Hydraulické vápno neobsahuje C3S, jako PC, který vzniká při teplotách nad 1300oC.(Podrobně viz kap. 3.2.2). Výroba hydraulického vápna je obdobná jako u vzdušného vápna, tedy v šachtových neb rotačních pecích.Poněvadž vápna slabě hydraulická obsahují značné množství volného CaO, mohou se i hasit tzv."za sucha" malým množstvím vody. V praxi se k hašení používá přibližně 1,5 násobku teoretického množství vody, tzn. asi 0,1-0,25 kg vody na 1 kg slabě hydraulického vápna. Silně hydraulická vápna se před mletím nehasí, neboť vykazují podobné vlastnosti jako cement, takže po přidání vody by zatvrdla. K mletí hydraulického vápna se používá mlýnů obvyklých v cementářské technologii. Vlastnosti : Pevnost v tlaku se u hydraulických vápen pohybuje v rozmezí od 2,5 do 15 MPa. Má podstatně rychlejší tuhnutí a tvrdnutí než vápno vzdušné. Pokud nastává počátek tuhnutí příliš brzy (pod 45 min) zpomaluje se tuhnutí přídavkem sádrovce, kdy 5% hmotnostní přídavek sádrovce prodlouží dobu tuhnutí asi čtyřnásobně.U hydraulických vápen se stanovuje dále objemová stálost, která je také kriteriem jejich použití. Použití : ve stavebnictví pro výrobu malt a betonů nižších pevnostních tříd uložených jak na vzduchu, tak i ve vodě.Pokud budou uloženy výrobky ze slabě hydraulického vápna ve vodním prostředí, musí nejprve dobře zatuhnout na vzduchu. Jinak se uplatňují všude tam, kde se vyžadují malty příp. betony s vyššími pevnostmi, které nemohou dosáhnout adekvátní směsi se vzdušným vápnem. Často se používají i pro přípravu tzv. šlechtěných omítek nebo pro přípravu omítkových malt přímo na stavbě. Maltám dodávají potřebnou plastičnost a dostatečnou přilnavost k podkladu. Nutno také zdůraznit, že oproti omítkám ze vzdušného vápna se vyznačují větší odolností vůči povětrnostním vlivům a tím i dlouhodobější životností. Oproti cementům mají tu výhodu, že i podržují základní vlastnost vápen tj. plasticitu. 3.4.2
Portlandský cement (ČSN EN 197-1)
Ve stavebnictví jsou nejvíce rozšířeným a používaným pojivem různé druhy cementů v současné době ponejvíce křemičitanových.
- 25 (42) -
Definice : Podle ČSN EN 197-1 je cement hydraulické pojivo, pálené nad mez slinutí tj.jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou v důsledku hydratačních reakcí a procesů tuhne a tvrdne a po zatvrdnutí zachovává svoji pevnost a stálost jak na vzduchu tak i ve vodě. Cement podle této předběžné evropské normy, označovaný jako CEM cement, musí při odpovídajícím dávkování a vhodném smíchání s pískem nebo kamenivem a vodou umožnit výrobu malt a betonů zachovávajících po dostatečnou dobu vhodnou zpracovatelnost. Po předepsané době musí mít požadovanou pevnost a dlouhodobou objemovou stálost. Teplota výpalu se pohybuje v rozmezí od 1400 do 1450OC. Hydraulické tvrdnutí CEM cementů probíhá hlavně v důsledku hydratace vápenatých silikátů a aluminátů. Celkový obsah aktivního oxidu vápenatého CaO a aktivního oxidu křemičitého SiO2 musí být v CEM cementu větší než 50 %. Přednosti : lze z něj vyrábět různé konstrukce a výrobky o velké pevnosti a trvanlivosti jak ve vzdušném, tak i ve vodném prostředí a přizpůsobit je tvarem a vlastnostmi účelu použití. Tato všestrannost z něho činí nejdůležitější a nejpoužívanější stavební pojivo. Nedostatky : je jen málo odolný proti některým agresivním látkám. Oproti velké pevnosti v tlaku má nepoměrně menší pevnost v tahu a ohybu a proto se musí používat ocelová výztuž. Některé cementy se značně smršťují a mají nežádoucí vývin hydratačního tepla. Po zpracování se musí ošetřovat a doba tuhnutí je u nich obecně dlouhá. Jejich výroba vyžaduje velké množství energie. Použití : Ve stavebnictví se cement používá k výrobě malt, prostého a vyztuženého betonu pro všechny druhy pozemních a inženýrských staveb, na výrobu stavebních dílců a nejrůznějšího betonového zboží. Suroviny pro výrobu p-cementů Suroviny pro výrobu p-cementů lze v zásadě rozdělit do dvou skupin :
•
základní suroviny (vápenaté) z nichž nejdůležitější jsou vápence, dále slíny, křídy, hlíny a jíly. Nejvhodnější je vápenec s obsahem CaCO3 7 78 % (hmot.) s přítomnými hydraulickými složkami v podobě jílových minerálů a dalších složek stejnoměrně prostoupených hmotou vápence,
•
pomocné suroviny (sialitické, doplňující, korekční), které přidáváme v tom případě, kdy základní surovina neobsahuje v dostatečném množství hydraulity tj. SiO2, Al2O3 a Fe2O3, které potom přidáváme v podobě kyzových výpražků nebo železných rud (Fe2O3), bauxit nebo suroviny bohaté na Al2O3 a křemelinu či křemičitý písek pro korekci SiO2.
Někdy se k cementářské surovině přidávají ještě v malém množství látky zvyšující reaktivitu jako kazivec CaF2 a fluorokřemičitan sodný Na2SiF6. Podílejí se na snížení teploty výpalu a urychlování tvorby slínkových minerálů. Ke správnému sestavení cementářské suroviny slouží složité postupy z nichž podstatný je návrh složení surovinové směsi podle tzv. modulů, kterými je možno řídit nejen složení suroviny, ale rovněž chemickou a fázovou skladbu - 26 (42) -
Stavební látky
portlandského slínku (získaného výpalem surovinové směsi), jako polotovar pro výrobu portlandských cementů. Jedná se o modul hydraulický (vápenatý) MH, silikátový (křemičitanový) MS a hlinitanový MA.
MH =
CaO + MgO = 1,7 − 2,4 SiO2 + Al2 O3 + Fe2 O3
MS =
SiO2 = 1,7 − 2,7 Al2 O3 + Fe2 O3
MA =
Al2 O3 = 1,5 − 2,5 Fe2 O3
Při MH pod 1,7 mají cementy malou vaznost, nad 2,4 se vyznačují vyšším obsahem C3S a C3A, musí se vypalovat při vyšší teplotě, mají vysoké počáteční pevnosti, větší vývin hydratačního tepla, sníženou odolnost vůči agresivním látkám a projevuje se u nich jistá objemová nestálost. Při MS pod 1,7 se surovinová směs hůře vypaluje a nad 2,7 cementy pomaleji tuhnou a tvrdnou. Při MA větším než 2,5 se zvyšují počáteční pevnosti cementů a hydratační teplo vč. smrštění. Současně se snižuje odolnost proti chemickým vlivům. Výrobu portlandských cementů můžeme prakticky rozdělit do dvou etap :
•
výrobu slínku,
•
výrobu cementu.
Slínek získáme výpalem surovinové směsi na teploty 1350 - 1450oC v různých typech pecních agregátů (šachtové pece, rotační pece, pece s výměníky tepla) a jeho rychlým ochlazením v chladičích. U takto získaného slínku sledujeme hlavně chemické a mineralogické složení.
Chemické složení (platí i pro cement) se vyjadřuje obsahem jednotlivých oxidů, které činí : od - do
průměr
CaO
56 - 69 %
65 %
SiO2
16 - 26 %
21 %
Al2O3
4-8%
6%
Fe2O3
1- 8%
3%
MgO
0-6%
2%
0,5 - 3,5 %
2%
SO3
Uvedené max. hodnoty MgO a SO3 nesmí být překročeny, neboť způsobují nadměrné objemové změny, tzv. hořečnaté neb síranové rozpínání. - 27 (42) -
Mineralogické složení je výsledkem chemických reakcí mezi jednotlivými oxidy za vysokých teplot, za vzniku nových chemických sloučenin, které nazýváme slínkovými minerály.
Chemické vzorce slínkových minerálů se popisují zkrácenými symboly tak, že místo CaO píšeme C, místo SiO2 píšeme S, místo Al2O3 píšeme A, místo Fe2O3 píšeme F. Mineralogických složek je ve slínku více než 20 druhů, avšak největší význam a vliv na vlastnosti cementu mají :
C3S - křemičitan trojvápenatý (trikalciumsilikát) 3CaO.SiO2 nazývaný alit, kterého je ve slínku 35-75 %, má vysoký vývin hydratačního tepla 500 kJ.kg-1 slínku, přispívá zvláště k vývinu počátečních pevností (do 28 dnů), ale má malou odolnost vůči agresivním vodám. C2S - křemičitan dvojvápenatý (dikalciumsilikát) 2CaO.SiO2 zvaný belit. Ve slínku je ho 5-40%, má menší vývin hydratačního tepla - 210 kJ.kg-1 slínku, k vývinu pevností přispívá až po 28 dnech a má malou odolnost vůči síranovým vodám. Je znám ve čtyřech modifikacích, kdy pro p-slínek je důležitý β - C2S. C3A - hlinitan trojvápenatý (trikalciumaluminát) 3CaO.Al2O3. Jeho obsah ve slínku se pohybuje od 3 do 15 %, má největší reaktivitu, ze všech slínkových minerálů, vývin hydratačního tepla až 910 kJ.kg-1 slínku,s vodou reaguje okamžitě a má velmi malou odolnost vůči síranům. C4AF - hlinitoželezitančtyřvápenatý,(tetrakalciumaluminátferit) zv. celit neb také brownmillerit. Ve slínku je ho 9 - 14 %, má poměrně vysoký vývin hydratačního tepla, do 420 kJ.kg-1 slínku, plynule (dlouhodobě) se podílí na vývinu pevností a má větší odolnost vůči agresivnímu prostředí. Výroba cementů
Spočívá ve společném semletí p-slínku s dalšími přísadami. Hlavní přísadou je sádrovec nebo sádrové střepy přidávaný pro úpravu regulaci tuhnutí. Dalšími přídavnými složkami semílanými s p-slínkem na různé druhy cementů pro obecné použití jsou, podle ČSN EN 197-1 "Cementy pro obecné použití" platné od 1.1.1994, vysokopecní struska (gra- granulovaná), křemičitý úlet, pucolán (přírodní a průmyslový), popílek (křemičitý a vápenatý), kalcinovaná břidlice a doplňující složky. Druhy cementů
Citovaná norma ČSN EN 197-1 zavádí třídění cementů podle druhů a tříd. Přesto je možné cementy rozdělit na : a) cementy pro obecné použití, - 28 (42) -
Stavební látky
b) cementy hlinitanové, c) cementy speciální. Cementy pro obecné použití nyní rozdělujeme na 5 hlavních druhů označených římskými číslicemi a to :
I.
Portlandský cement,
II. Portlandský cement směsný, III. Vysokopecní cement, IV. Pucolánový cement, V. Směsný cement. Přitom druh II se dále dělí podle přimílaných složek na dalších 7 cementů (viz tabulka 3.1 "Druhy cementů a jejich složení". Třídy cementů, dané jejich nejnižší 28 denní pevností v tlaku, zavádí nová norma rovněž odlišně od dosavadních a to v řadě 32,5 , 42,5 a 52,5, kterou národní dodatek rozšiřuje o nejnižší třídu 22,5. S výjimkou této nejnižší třídy se zavádí pro všechny ostatní ještě další označené R (Rapid), pro cementy s vyššími počátečními pevnostmi. Na rozdíl od dosavadních norem nejsou normovány pevnosti v ohybu a u 28 denních pevností v tlaku se uvádí i pevnost maximální. Doba tuhnutí a měrný povrch již normovány nejsou, normován je jen počátek tuhnutí. Objemová stálost se již nestanovuje koláčkovou zkouškou, ani dilatometrem Kallauner-Rosa, ale v Le Chatelierových objímkách. Portlandský cement CEM I
Vyrábí se ve třídách 42,5 a 52,5, obě i v modifikaci R a to semletím jen pslínku s regulátorem tuhnutí sádrovcem, kde číselné označení značí min.pevnosti v tlaku po 28 dnech normového uložení. Používá se hlavně pro výrobu betonů vyšších tříd, na předpínané betonové dílce, na betony vyráběné metodou UTB, pro betonáže do 5oC bez zvláštních opatření. Není vhodný na zvláště objemné betonové stěny (masivní konstrukce). Portlandský struskový cement
Je vyráběný ve dvou modifikacích a to CEM II/A-S s maximálním přídavkem 20% vysokopecní strusky a CEM II/B-S s maximálním přídavkem 35% strusky, v pevnostních třídách zpravidla do 32,5 (někdy i 42,5) a regulátorem tuhnutí. Vyrábí se i v modifikaci R. Mají pomalejší vývin pevností a hydratačního tepla, je odolný proti agresivním a odpadním vodám. Je vhodný pro silnostěnné betonáže, pro výrobu betonu středních pevnostních tříd, jako základový konstrukční beton a pro stavby ve vlhkém prostředí do 5oC bez zvláštních opatření. Portlandský pucolánový cement - 29 (42) -
Vyrábí se semletím p-slínku a přírodních nebo průmyslových pucolánů. Typ CEM II/A-P má max.obsah 20% a CEM II/B-P max. 35% přírodních pucolánů a typy CEM II/A-Q a CEM II/B-Q s obdobným obsahem průmyslových pucolánů. Pucolánové cementy jsou odolné vůči agresivnímu prostředí, ale jsou citlivé na teplotní podmínky. Pod 10oC se hydratační proces značně zpomaluje. Vývin hydratačního tepla je daleko nižší než u CEM I. Pevnostní třídy max. 32,5. Pucolánové cementy vykazují vyšší normální hustotu ve srovnání s portlandskými cementy. Je to způsobeno jejich vysokým měrným povrchem, nutností přidání většího množství vody, což vede ke snížení jeho pevností.
- 30 (42) -
Stavební látky
- 31 (42) -
Portlandský popílkový cement
Má obdobné třídy a vlastnosti jako pucolánový cement jen se k p-slínku přimílají křemičité či vápenaté popílky. Popílek z klasického spalování musí být získáván elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic z plynů topenišť otápěných jemně mletým uhlím. Portlandský cement s kalcinovanou břidlicí Vyráběný opět ve dvou modifikacích CEM II/A-T a CEM II/B-T s max.20 resp.35% přídavku kalcinované břidlice. Ta se předem pálí ve speciální peci na 800oC. Tato obsahuje slínkové fáze, zvláště C2S a monokalciumaluminát, příp. malé množství volného CaO a CaSO4 a značný podíl pucolanicky reagujících oxidů zvláště SiO2.Jemně mletá kalcinovaná břidlice má výrazné hydraulické vlastnosti a musí mít po 28 dnech pevnost v tlaku min. 25 MPa. Obecné vlastnosti portlandských cementů Hustota cementu se zpravidla pohybuje v rozmezí od 3000 do 3200 kg.m-3, objemová hmotnost ve volně sypaném stavu od 900 do 1300 kg.m-3 a v setřeseném stavu až 1700 kg.m-3. Jemnost mletí, zjišťovaná metodou podle Blaina se pohybuje od 250 do 400 m2.kg-1. Nad 400 m2.kg-1 mají cementy velmi jemně mleté, např. rychlovazné či s vysokými pevnostmi. 3.4.3
Cementy speciální
S rozvojem a specializací stavební výroby vyvstal požadavek na výrobu nových druhů cementů se specifickými vlastnostmi. Pro speciální druhy cementů zatím platí jen podnikové normy, cementy však splňují požadavky technické praxe. Vyrábí se buď úpravou surovinové směsi na požadované vlastnosti slínku, neb přídavkem zvláštní přísady při mletí slínku nebo úpravou jemnosti mletí cementu. U nás se vyrábí jen některé speciální cementy jako např. cementy s upraveným chemickým nebo mineralogickým složením slínku - silniční cement, síranovzdorný cement, cement pro výrobu pórobetonu, dále cementy s velkou jemností mletí, cementy s regulovaným obsahem SO3, cementy se speciálními přísadami - hydrofobní cement a cement s přídavkem plastifikátoru a cementy s nízkým obsahem alkálií. Silniční cement
Po zrušení ČSN 72 2124 "Silniční cement" se vyrábí na zvláštní objednávku dle podnikových norem se zachováním všech požadavků na vlastnosti a parametry silničního cementu. SC má vyšší obsah C3S, nižší obsah C3A, v důsledku toho pak nižší vývin hydratačního tepla a co nejmenší obsah volného CaO. Zpravidla se mele na max. 350 m2.kg-1 a počátek tuhnutí nesmí nastat dříve než za 90 minut. Spíše než pevnost v tlaku se u SC sleduje pevnost v ohybu. Její hodnota je 1/10 udávané třídy. Např. u SC 70 je to 7 MPa. Požívá se na stavby silnic a dálnic, odstavných ploch, letištních ploch, velkoplošných garáží a pod.
- 32 (42) -
Stavební látky
Síranovzdorný cement
Tento druh speciálního cementu trvale odolává agresivnímu prostředí síranových iontů. Jedná se o výrobu speciálního slínku s přesně stanoveným chemickým složením a nízkým obsahem C3A pod 3,5%. Používá se na výrobu betonů dlouhodobě vystavených působení síranů neb v jiném agresivním prostředí, na betony prosté i armované, na kanalizační roury, na antikorozní povlaky kovových nádrží aj. Vyrábí se ve třídách 32,5 a 42,5. Hydrofobní cement
Jedná se o modifikovaný cement CEM I a CEM II/A-S určený pro výrobu betonů s vysokou odolností proti prosakování vody a proti korozi způsobené agresivními látkami tj.síranovými a chloridovými vodami. Obsahuje 1-1,5% bitumenové přísady (silničního dehtu D III) ve velmi jemně dispergované formě, která dává betonové směsi vysokou těsnost proti pronikání vody tj. minimální vodotěsnost V12, tj. při tlaku vody 1,2 MPa. Hydrofobní korozivzdorné cementy jsou vhodné pro vodní stavby, nádrže, jímky, stoky, hráze, tlakové roury, kanalizační potrubí, na betony přicházející do styku s ropnými látkami a chemikáliemi a na stavbu čističek odpadních vod. Bílý cement
K jeho výrobě se používají snadno melitelné vysokoprocentní vápence nebo křídy vysoké čistoty. Musí obsahovat minimální množství Fe2O3, který způsobuje šedozelené zabarvení. Surovinová směs se vypaluje při vyšších teplotách (až 1600oC), což je značně neekonomické. Obsah SO3 v bílém cementu nesmí překročit 3,5% a vedlejších přísad nesmí být více než 20%. Doba tuhnutí a objemové změny odpovídají CEM I. Používá se hlavně pro architektonické účely, k úpravě vnějších fasád či povrchů železobetonových staveb, k vyznačení dopravních cest a k sochařským a ozdobným betonářským pracem. Používá se také pro přípravu omítkových směsí. Hlinitanový cement
Hlinitanový cement je rychle tvrdnoucí hydraulické pojivo, které se získá jemným semletím hlinitanového slínku, připraveného tavením nebo pálením do slinutí surovinové směsi optimálního složení. Jeho hlavními složkami jsou Al2O3 a CaO. Podle obsahu CaO se dělí na vysokovápenaté (nad 40 %) a nízkovápenaté (pod 40 %). Vyrábí se ze směsi bauxitu a vápence zpravidla v poměru 1:1. Tato směs se jemně mele a pak se vypaluje zpravidla v elektrických pecích do slinutí. Získaný slínek se nemusí tak jemně mlít, jako u CEM I, poněvadž hlinitany vápenaté obsažené ve slínku jsou velmi reaktivní s vodou. Pro speciální žárovzdorné účely se vyrábějí hlinitanové cementy s vyšším obsahem Al2O3 asi 65-85 %. Hlinitanové cementy se vyznačují rychlým nárůstem pevností (30 MPa za 24 hodin), konečnými pevnostmi i přes 50 MPa a dobrou odolností proti sírano-
- 33 (42) -
vým vodám. Nevýhodou je velký vývin hydratačního tepla, potřebují větší množství rozdělávací vody a musí se hojně kropit. Další velkou, a v posledních 10 letech velmi sledovanou nevýhodou, je doba životnosti, která se pohybuje v rozmezí 25-35 roků. V poslední době došlo k mnoha destrukcím betonových konstrukcí zhotovených z hlinitanového cementu a proto je v současné době jeho používání ke konstrukčním účelům pozastaveno. Bylo zapříčiněno především tzv. konverzí hydrohlinitanů vápenatých, karbonatací hydratačních produktů a tzv. spálením cementového tmele, k němuž stačí již zvýšená teplota nad 30oC při přípravě neb tvrdnutí betonové směsi. Pro svoji dobrou odolnost proti žáru je v současné době používán hlavně pro výrobu žárobetonů. Vyrábí se v Maďarsku a ve Francii.
3.5
MALTY
Malty jsou dalším důležitým stavivem používaným ve stavebnictví. Jsou tradičním stavebním materiálem sloužícím ke spojování stavebních prvků, k ochraně a úpravě povrchů staveb, k těsnění dutin, spár, k izolaci před teplotami, vodou a agresivním prostředím a k ochraně výztuže. Maltou se nazývá zatvrdlá směs pojiva, plniva, vody a přísad. V čerstvém stavu má formu nejčastěji plastické kaše, výjimečně tekuté konzistence a nazývá se čerstvou maltou.
U některých druhů malt může chybět jedna ze tří základních složek, jako např. hliněné malty nemají plnivo, nebo některé malty s organickými pojivy se nerozdělávají s vodou. Někdy se přidávají vhodné přísady upravující jejich vlastnosti. 3.5.1
Malty pro stavební účely
Pro výrobu a použití stavebních malt platí nové normy a to ČSN 72 2430-1 až 5 obsahující společná ustanovení, průmyslově vyráběné malty, malty pro zdění, výrobu keramických dílců a stykové malty, malty pro omítky a speciální malty. Zkoušení malt pak definují normy ČSN 72 2440-54. Pro výrobu stavebních malt se používá hlavně těchto hmot : a) vápno vzdušné, hydraulické, a vápenný hydrát, b) směsné hydraulické pojivo, c) portlandský cement, portlandský struskový cement, vysokopecní cement a bílý cement, d) různé druhy sádry, e) přírodní kamenivo, vysokopecní granulovaná struska, škvára, popílek, teracové drtě, uměle vyráběná pórovitá kameniva (keramzit, perlit ad), slévárenský písek, f) přísady nebo příměsy pro dosažení zvláštních vlastností, - 34 (42) -
Stavební látky
g) záměsová voda. Pojiva a jejich vlastnosti jsou popsána v kap.3.1 a 3.2. Plniva (kamenivo) se volí podle účelu malty. Nejčastěji se používá drobné kamenivo přírodní, jak těžené, tak i drcené, hutné neb pórovité či průmyslové odpady. Frakce kameniva se zpravidla volí takto : a) 0-8 mm pro malty v keramických dílcích, pro osazování částí a dílců a pro potěry, b) 0-4 mm pro malty na zdění, kladení dlažeb a obkladů, pro jádrovou vrstvu omítek, c) 0-1 mm pro malty na jemné omítky a pro spárování spár do šířky 4 mm. Pro záměsovou vodu platí veškerá závazná kriteria jako při zpracování betonů. Přísady do malt se přidávají hlavně pro zlepšení zpracovatelnosti a plastičnosti, pro provzdušnění, pro urychlení či zpomalení tuhnutí nebo tvrdnutí, pro zvýšení vodotěsnosti a odolnosti proti pronikání par a pod. Malt pro stavební účely je velké množství druhů, přičemž hlavní rozdělení je : a) podle účelu použití rozeznáváme malty pro zdění a omítání, malty pro výrobu keramických dílců, tepelně izolační, stykové a spárovací, pro kladení dlažeb a obkladů a malty pro speciální účely, b) podle typu použitého pojiva na :
•
vápenné obyčejné MV a jemné MVJ,
•
vápenocementové obyčejné MVC, jemné MVCJ a pro šlechtěné omítky MVCO,
•
vápenosádrové MVS,
•
sádrové MS,
•
cementové obyčejné (hrubé) MC a pro cementový postřik MCP,
c) podle objemové hmotnosti malty ve vysušeném stavu :
•
tepelně izolační do 1100 kg.m-3,
•
malty vylehčené do 1600 kg.m-3,
•
malty obyčejné do 2300 kg.m-3,
•
malty těžké nad 2300 kg.m-3,
d) podle pevnosti v tlaku na se třídí na značky: M0; M0,4; M1; M2,5; M10; M15; M20; M25; M30; M33; Značka malty je hodnota pevnosti v tlaku v MPa, pod kterou nesmí klesnout průměrná hodnota z výsledků zkoušek. - 35 (42) -
Zkouší se na sadě tří krychlí o hraně 100 mm nebo na zlomcích tří trámečků rozměrů 40x40x160 mm po zkoušce v ohybu. Malta značky 0 je dosud nezatvrdlá malta s pevností menší než 0,4 MPa a používá se při posuzování únosnosti rozestavěných staveb. Malty značek 25, 30 a 33 se používají pro výrobu keramických dílců a na stykování. e) podle tepelné vodivosti se tepelně izolační malty třídí :
•
tepelně izolační λ ≤ 0,4 W.m-1.K-1,
•
vysoce tepelně izolační λ ≤ 0,25 W.m-1.K-1,
•
mimořádně tepelně izolační λ ≤ 0,14 W.m-1.K-1.
Tepelně izolační funkci malt, hlavně na omítky, lze dosáhnout volbou kameniva s nízkou objemovou hmotností, např. expandového perlitu, nebo použitím organických plniv, např. granulí polystyrénu. K dosažení měrné tepelné vodivosti λ ≤ 0,2 .W.m-1. K-1 je třeba, aby objemová hmotnost ztvrdlé malty v suchém stavu byla menší než 600 kg.m-3. Podle požadavků na další vlastnosti rozdělujeme malty na mrazuvzdorné (definují se počtem zmrazovacích cyklů, kterým vyhoví), vodotěsné, propustné vůči vodním parám (definují se minimálním nebo maximálním množstvím páry prošlým vzorkem malty za 24 až 72 hodin), podle druhu malty, dále malty se zvláštními vlastnostmi nebo malty pro zvláštní použití (břizolitové omítky, umělý kámen, krytalové malty, barytové malty, žárovzdorné malty ad.). 3.5.2
Druhy a použití malt
3.5.2.1 Vápenné malty Vyrábějí se z různých druhů vápen, vody a plniva, nejčastěji přírodního (říčního nebo kopaného) písku - drobného kameniva. Vápenná malta ze vzdušného vápna
Připravuje se z vápna vyhašeného, mletého vzdušného vápna nebo vápenného hydrátu. Množství vápna v maltě se řídí požadavky na pevnost a objemovou stálost malty. Používají se při zdění málo namáhaného zdiva v suchu a na vnitřní omítky. Vápenná malta z hydraulického vápna se používá při zdění ve vlhku a na vnější omítky. Nejsou vhodné pro vnitřní omítky, protože jsou příliš hutné a neprodyšné. Proces tuhnutí a tvrdnutí je u nich obdobný jako u cementových malt (vyžadují vlhké prostředí).
- 36 (42) -
Stavební látky
Vápenocementové malty, tzv. nastavované, se připravují z čerstvé vápenné malty přidáním cementu v množství podle požadované pevnosti a účelu použití malty. Dosahují vyšší pevnosti a proto se používají při zdění více namáhaného zdiva nebo tenkých příček s pevnostmi do 2,5 MPa. Jsou vhodné i na jemné vnější vrchní omítky (štukové) a do vlhka.
K vápenocementovým maltám patří také směsi na tzv. šlechtěné omítky - břízolit a na umělý kámen pro omítky fasád a soklového zdiva.Dodávají se také jako hotové suché omítkové směsi v různých barevných odstínech. Před použitím se promísí s vodou na vhodnou konzistenci pro nanášení na zdivo. Vápenosádrové malty se připravují z vápenné malty s přídavkem pomalu tuhnoucí sádry nebo anhydritového pojiva a používají se na hrubé (jádrové) omítky vnitřní v suchu, příp. i pro vnější omítky zejména dřevěných stěn pro svoji dobrou přilnavost k podkladu. Sádra urychluje tuhnutí vápenné malty, zvyšuje však citlivost zatvrdlé malty na vlhkost, což snižuje její pevnost, mrazuvzdornost, objemovou stálost a pod.
3.5.2.2 Sádrové malty a) z rychle tuhnoucí sádry a to jen smícháním sádry a vody, někdy s malou přísadou vápna, příp. zpomalovače tuhnutí. Používá se jich pro jemné vnitřní omítky, zejména pro ozdobné účely (štukatérské práce), uchycení dřevěných špalíků pro vodo a elektroinstalace, vyspravení podkladu pro malířské práce a p. b) z pomalu tuhnoucí sádry nebo z anhydritového pojiva. Jedná se o směs sádry, drobného kameniva a vody. Používají se na hrubé i jemné omítky, na tvárnice a příčkové desky,na umělé mramory (kde kamenivem je mramorová drť moučka) ap. V současné době se vyrábí také fungistatická sádra s přísadou Lastanoxu TA nebo F, zvyšující odolnost sádrových malt proti vlhkosti a plísním. 3.5.2.3 Cementové malty Vyrábějí se z cementu, vody a nejčastěji říčního písku, příp. dalších příměsí a přísad. Pro zlepšení plastičnosti se přidává zpravidla vápno, nejlépe ve formě vápenné kaše. Cementové malty se používají na zdění velmi namáhaných částí zdiva, do keramických dílců, na hrubé jádrové omítky vnějších zdí často zvlhčovaných (např. u soklového zdiva), na vnitřní pálené omítky v prádelnách, garážích ad., pro zálivky a podkladní malty při osazování dílců, pro spárování, potěry, cementové postřiky, pro kladení dlažeb, obkladů ap. 3.5.2.4 Průmyslově vyráběné malty Do roku 1992 byly označovány jako "suché maltové směsi" pouze s osvědčením o jakosti. Od roku 1992 jsou již definovány normou ČSN 72 2430-2. Průmyslově vyráběná malta (dále PV malta) je směs složená z minerálních pojiv, plniv a přísad, popř. vody, vyráběná ve výrobně centrálně a dopravovaná na místo jejího použití. Dodává se ve stavu suchém, zvlhlém či jako malta čers- 37 (42) -
tvá již ve vhodné konzistenci. Malta zvlhlá je složená z vápna, plniv, přísad a části záměsové vody zpracovávaná na místě užití po přidání dalšího pojiva a dávky vody, nezbytné pro dosažení požadované konzistence. Hmoty pro její výrobu a složení musí být takové, aby při jejím předepsaném zpracování bylo dosaženo takových vlastností, které odpovídají ČSN 72 2430-1 až 5 a příslušným podnikovým normám a technickým podmínkám i případným zvláštním požadavkům objednatele. PV malta musí na obalech být značena tak, aby uživatel přímo získal informace pro její zpracování. Označení musí minimálně obsahovat název a sídlo výrobce, přesné označení výrobku, množství v kg nebo litrech, případné zvláštní pokyny pro zpracování, název zkušebny a datum výroby. 3.5.2.5 Břízolitová malta Malty na šlechtěné omítky a na umělý kámen, které se používají na povrchové úpravy fasád se dodávají jako hotové směsi. Jsou to suché směsi obsahující pojivo (většinou vápenný hydrát s cementem), plnivo (tvořené kamennou moučkou a drť), minerální barvivo a slídové šupinky. Směsi pro umělý kámen se dále podle vzhledu dělí na : žula přírodní, žula tmavá, pískovec žlutý, pískovec zelený, pískovec červený, dodávaných podle standardních vzorníků výrobce. 3.5.2.6 Speciální malty Norma ČSN 72 2430-5 platí pro výrobu, zkoušení a dodávání malt, jejichž některé užitné vlastnosti je výrazně liší oproti tradičním maltám. Norma platí pro speciální malty, jejichž základní pojivovou složkou je anorganické pojivo. Připouští se i užití dalších libovolných z hygienického hlediska únosných přísad, včetně přísad makromolekulárních. Speciální maltou jsou i všechny malty sloužící k dodatečným opravám a rekonstrukcím betonových, železobetonových a cihelných konstrukcí. U těchto speciálních malt již sám jejich název napovídá jejich použití. Kyselinovzdorné malty (tzv.hydraulické tmely) jsou směsí různých cementů s minerálními moučkami a písku s různými přísadami ke zvýšení odolnosti proti agresivním vodám. Patří sem i polymerové malty, kde je pojivem organická pryskyřice. Žárovzdorné malty ze zrněných žárovzdorných hmot s vodou neb vodním sklem. Jsou buď šamotové do 1710oC, dinasové do 1790o C a magnezitové do 1450oC. Provzdušněná malta (aerocem) je směs cementu, písku, vody a provzdušňující přísady. Vzduch je ve formě mikroskopických bublinek v kapilárách, které zlepšují zpracovatelnost malty a výrazně zlepšují mrazuvzdornost a vodotěsnost malty.
- 38 (42) -
Stavební látky
Malta krytalová pro omítání stropů nebo stěn ve kterých jsou topné trubky krytalového topení. Dodává se jako suchá směs a je složena z vápenného hydrátu, čedičové moučky, křemičitého písku a vysokopecní granulované strusky se zrnitostí do 2 mm. Malta barytová používaná na omítky jako stínící vrstva proti průniku ionizujícího záření pro pracoviště se zdroji záření RTG, α i β (např. X-Ray stop fy.Rosomac s.r.o.Brno).
3.6
Kontrolní otázky 1) Jak všeobecně definujeme pojiva ? 2) Co je to sádra ? 3) Jak definujeme vápno ? 4) Jak definujeme vápno hydraulické ? 5) Jak definujeme vápno vzdušné ? 6) Co je to cement ? 7) Co znamená označení CEM I 42,5 R ? 8) Co znamená označení CEM II/B-S 32,5 ? 9) Jak všeobecně definujeme malty ?
3.7
Korespondenční úkol
a) Popište výrobu a užití pojiv vzdušných a hydraulických b) Popište všeobecné použití malt
3.8
Autotest
Zpracování odpovědí na kontrolní otázky za kapitolami části 3. Správné odpovědi v „klíči“.
- 39 (42) -
3.9
Klíč
1) obecně látky anorg. a org. původu, schopné za určitých podmínek přecházet bez objemových změn ze stavu plastického nebo vizkózního do stavu pevného, popřípadě spojovat částice v kompaktní celky. K pojivům patří maltoviny, tmely a lepidla. Ve stavebnictví je pojivo látka (např. cement, vápno, sádra a jiné maltoviny, asfalt, hlína, syntetické pryskyřice) schopná vzájemně spojovat pevná zrna (částice) kameniv, popř. jiných inertních příměsí ( přírodní nebo syntetické, hutné nebo pórovité, keramzit, expaddit, zpěněná struska aj., cihelná drť, dřevěné či železné piliny a hobliny, korek, byryt, magnetit, agloporit, popílkové pelety, aglomerovaná škvára aj.) 2) práškové vzdušné pojivo, vyrobené odvodněním rozemletého sádrovce CaSO4 . 2 H2O. Při 95 až 130 °C přechází sádrovec na polohydrát s alfa a beta modifikacemi, při 150 až 300°C na rozpustný anhydrit, při 300 až 900°C na nerozpustný anhydrit a nad 900°C vysokoteplotní anhidrit. S vhodným množství vody sádra přechází zpět na sádrovec, tuhne a tvrdne, na této reakci je založeno upotřebení sádry v praxi. Podle způsobu přípravy, a tedy doby tuhnutí se sádra dělí na sádru rycle tuhnoucí a na sádru pomalu tuhnoucí. 3) po cementu nejdůležitější maltovina. Získává se tepelným rozkladem vápence. Chemicky v podstatě oxid vápenatý CaO. Podle obsahu CaO a podle příměsí, jako oxidu hořečnatého a hydraulických látek se vápno dělí zásadně na vápna vzdušná a na vápna hydraulická. Vápna vzdušná s vodou reagují na vápenný hydrát, který na vzduchu účinkem oxidu uhličitého přechází na uhličitan vápenatý, což je v podstatě tvrdnutí vápenné malty. 4) hydraulická maltovina, získaná výpalem vápenců s obsahem hydraulických látek pod mez slinutí. Oxid vápenatý z vápence během výpalu reaguje s uvedenými oxidy na níže vápenaté křemičitany, hlinitana a železitany, dodávajícími vápnu hydraulickému hydrauličnost. Vápno hydraulické se vodou hasí velmi pomalu, popř. se vůbec nehasí. Používá se k výrobě malt pro stavby vystavené jak na suchu, tak vlhku. Na trh se dodává výhradně mleté. 5) vzdušná maltovina, získaná výpalem vápence, popř. hořečnatého nebo dolomitického vápence pod mez slinutí. V podstatě oxid vápenatý CaO. Podle obsahu oxidu hořečnatého se dělí vzdušné vápno na vápno vzdušné bílé a na vápno vzdušné dolomitické. Podle pbsahu Cao + MgO se vápno vzdušné dělí do jakostních tříd. Vápno vzdušné, zvláště vyšší třídy, se velmi dobře hasí vodou na plastický a vydatný vápenný hydrát – kaši. Vápno vzdušné se používá ve stavebnictvím pro přípravu - 40 (42) -
Stavební látky
malt a omítek, pro průmyslové účely a zemědělství. Vápno vzdušné dolomitické není vhodné pro omítky. 6) práškové hydraulické pojivo, používané nejčastěji ve stavebnictví. Připravuje se v cementárně semletím cementového slínku, popř. přísad. Slinek může být křemičitanový nebo hlinitanový. Přísady upravují jednak tuhnutí cementu (sádrovec) jednak další vlastnosti cementu jako hydratační teplo, nárust pevností, objemové změny, chem. odolnost, plastičnost, provzdušnění apod. Podle chem. a mineralogického složení použitého slínku a přísad se cementy dělí na tři druhy – pro obecné použití, hlinitanové a speciální. Cementy pro obecné použití rozdělujeme na pět hlavních druhů označených římskými číslicemi – I. Portlandský cement, II. Portlandský cement směsný, III. Vysokopecní cement, IV. Pucolánový cement a V. Směsný cement. 7) portlandský cement odpovídající pevnostní třídě 42,5 s vysokou počáteční pevností 8) portlandský struskový cement odpovídající pevnostní třídě 32,5 s 21 – 35% vysokopecní strusky 9) stavivo vzniklé ztvrdnutím čerstvé směsi promíšením složek: pojiva, kameniva a vody, popř. přísad. Malta se používá ke vzájemnému spojení stavebních prvků, dílců a částí, k úpravě povrchů stavebních konstrukcí a ke spojení stavebních prvků s podkladem. Podle účelu se malta používá : pro zdění z keramických dílců, pro omítky, zálivky osazování částí a dílců, pro potěry, spárování, kladení dlažeb a pro obklady. Podle pojiva jsou malty: vápenné, vápenocementové, sádrové, vápenosádrové a cementové.
3.10 Závěr Modul, který jste prostudovali, obsahuje základní informace o rozdělení maltovin a malt včetně jejich výroby, vlastností a užití ve stavebnictví. Cílem předloženého textu je shrnout obecné informace o nejrozšířenějších stavebních pojivech, které jsou typické stavební hmoty soudobé civilizace. K předložené problematice v modulu jsou rovněž napsána skripta, která jsou uvedena v seznamu použité literatury. 3.10.1
Shrnutí
Moderní velkolepé stavby, jejich odlehčené konstrukce, smělá řešení i ladné tvary jsou umožněny právě díky využití vhodných vlastností stavebních pojiv. - 41 (42) -
3.11 Studijní prameny 3.11.1
Seznam použité literatury
[1]
ADÁMEK,J. Stavební materiály, Akademická nakladatelství CERM, s.r.o.Brno, leden 1997, ISBN 80-214-0631-3
[2]
VAVŘÍN, F. Maltoviny, SNTL1980
3.11.2
Seznam doplňkové studijní literatury
[3]
ROUSEKOVÁ, I. Stavebné materiály, JAGA GROUP Bratislava 2000
[4]
PYTLÍK, P. Technologie betonu, VUT v Brně 1997
[5]
PYTLÍK, P. Stavební materiály v pozemních stavbách, CERM Brno 1995
- 42 (42) -
