Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Chemické<br />
složení<br />
surovin<br />
Chemie anorganických stavebních<br />
pojiv<br />
Ing. Milena Pavlíková, Ph.D.<br />
K123, D1045<br />
224 354 688, milena.pavlikova@fsv.cvut.cz<br />
tpm.fsv.cvut.cz
Základní<br />
pojmy<br />
Materiál<br />
<strong>Stavební</strong> <strong>pojiva</strong><br />
– schopné přecházet ze stavu viskózního či plastického do stavu pevného beze<br />
ztráty celistvosti, nejlépe bez objemové změny<br />
– Vazné<br />
• maltoviny<br />
• lepy (spojují kusy tuhé látky)<br />
• tmely (vyplňují dutiny a upravují nerovnosti povrchů).<br />
Anorganická <strong>pojiva</strong>:<br />
vdůsledku chemických procesů tvoří hmoty s měřitelnými mechanickými vlastnostmi<br />
• maltoviny<br />
• fosfátová<br />
• hořečnatá <strong>pojiva</strong><br />
• <strong>pojiva</strong> na bázi vodního skla atd.
Dělení maltovin podle hydrauličnosti:<br />
1.vzdušné (nehydraulické)<br />
2. směsné s hydraulickými přísadami<br />
3. skrytě (latentně) hydraulické<br />
4. hydraulické (vodní)<br />
Hydraulické nerosty<br />
Dělění maltovin podle 28 denních pevností<br />
Dělení maltovin podle složení<br />
Plnivo<br />
Cement
Suroviny pro stavebnictví<br />
•<br />
•<br />
Suroviny primární:<br />
• jílové zeminy<br />
• křemenné suroviny<br />
• uhličitany<br />
• sírany<br />
Suroviny druhotné:<br />
• popílky<br />
• strusky<br />
• křemičité úlety<br />
• odpadní sádrovce a další odpady
Hornina → petrologie<br />
Nerost → mineralogie<br />
Typy hornin<br />
–<br />
–<br />
–<br />
Vyvřelé:<br />
•<br />
•<br />
Horniny<br />
Intrusivní (hlubinné) X extrusivní (výlevné)<br />
Usazené<br />
•<br />
•<br />
Čedič, tuf, žula<br />
(sedimentární):<br />
Křída, vápenec, dolomit, pískovec, lupek<br />
Dělení podle zdroje<br />
–<br />
–<br />
–<br />
zvětráváním (vniřní a vnější geologické děje) – jílové a úlomkovité usazeniny,<br />
biogenní aktivitou – křída, stromatolity, křemelina, vápenec, zemní plyn, ropa, asfalt<br />
srážením z roztoku (precipitované) – sůl kamenná, sádrovec<br />
Přeměněné (metamorfované):<br />
•<br />
Rula, mramor
Úlomkovité a jílovité usazené horniny<br />
Štěrk<br />
velké úlomky hornin s velkou hustotou<br />
přemísťován na krátké vzdálenosti<br />
usazuje se u horních tokůřek a mořského dna při<br />
břehu<br />
využití: stavebnictví, železnice<br />
Slepenec<br />
sypké horniny vzniká zpevněná hornina<br />
utvářejí podloží mladších vrstev<br />
využití: na štěrk<br />
Písek<br />
středně zrnitá usazenina<br />
využití: stavebnictví, sklářství,<br />
Pískovec<br />
písek s jílovitými částicemi+ křemík+ vápník+<br />
železitý tmel( Fevyloučeno) Česká tabule, Západní Karpaty<br />
využití: stavebnictví, kamenictví, sochařství<br />
Spraš<br />
jílovité usazeniny<br />
žlutohnědá barva<br />
křemen, živec, jílovité nerosty, uhličitan vápenatý<br />
na sprašíchúrodná půda<br />
využití: <strong>keramika</strong><br />
Hlíny<br />
vznikají za zvětralin<br />
obsahují jíl, jemné prachové částice, zrnka písku,<br />
úlomky hornin, organické látky<br />
využití: cihlářská surovina<br />
Jílovce<br />
nejjemnější částice<br />
J Morava, Slovensko<br />
využití: cihlářství, žáruvzdorné výrobky<br />
jílovce+ jílovité břidlice<br />
zpevněné jílovité horniny<br />
vrstvy<br />
Plzeň, Drahanská vrchovina, Karpaty<br />
využití: pokrývačky
Jílové zeminy :<br />
velmi jemné zeminy, tvořené převážně jílovými minerály (hlinito-křemičitany) = krystalické látky<br />
definované složením a strukturou (vrstevnatá, extrémně jemné částice)<br />
kaolin, jíly, hlíny<br />
jílové minerály – asi 40 druhů, dělí se podle struktury<br />
kaolinit – dvojvrstevný, tvoří se z K - živce, destičky hexagonálního tvaru,<br />
nejrozšířenější v Evropě<br />
Funkce<br />
–<br />
–<br />
–<br />
Al2(Si2O5)(OH) 4<br />
dodávají směsím tvárlivost (čím jemnější zemina, tím lepší)<br />
nositeli pevnosti po vysušení (usnadňuje manipulaci při konečné úpravě)<br />
schopnost slinování (zhutnění a zpevnění povrchu, aniž by došlo<br />
k deformaci)
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
Křemenné<br />
horský křišťál, žilný křemen<br />
křemenné<br />
křemence<br />
křemenné<br />
písky<br />
pískovce<br />
křemelina (diatomit)<br />
suroviny
Živce<br />
neplastické suroviny, tvořené síťovou strukturu tetraedrů SiO4 se<br />
zabudovaným Al, používají se jako tavivo, pojivo pro brusné materiály<br />
60% zemského povrchu<br />
Skupiny:<br />
•<br />
•<br />
•<br />
K-živec (ortoklas) KAlSi3O8 Albit NaAlSi3O8 Anortit CaAl2Si2O8 Tavením vzniká skelná fáze, což se využívá při výrobě glazur, keramiky,<br />
smaltů, pojiv pro brusné materiály.<br />
Doprovodný minerál oxid křemičitý, vyskytují se 60% v zemské kůře.<br />
důležitým znakem živců je jejich lamelování<br />
chemická odolnost klesá v řadě: křemen – K živec – slída – Na živec
Znělec (šedozelený)<br />
Použití: výroba barevných obalových skel, keramiky (dlaždice), elektroporcelánu, hnojiv (vysoký<br />
obsah P, malá chem. odolnost – snadný rozklad)<br />
Čedič (směs vápenatého a sodného živce)<br />
vysoká pevnost, odolný kyselému prostředí, taví se a odlévá do forem, tažení vláken<br />
Použití: výroba dlaždic, vláken na izolační materiály<br />
Slídy (aluminosilikáty s vrstevnatou strukturou)<br />
biotit (tmavá), muskovit (světlá)<br />
Použití: plnivo do malt a nátěrových hmot, elektroizolační materiál<br />
Azbest (složitý křemičitan hořečnato-draselný)<br />
stálý v žáru, biologicky závadný<br />
Vermikulit (hydratovaný křemičitan hlinito-hořečnatý)<br />
lupínky<br />
Použití: tepelné a zvukové izolace, plnivo do protipožárních povrchových úprav<br />
Perlit (amorfní křemičitan hlinitý s vodou)<br />
Sopečného původu, kuličková odlučnost<br />
Použití: tepelné a zvukové izolace, do lehčených malt a betonů
Uhličitany<br />
CaCO 3<br />
Využití pro maltoviny 76%, hutě 17%, 7% chem.prům., potrav., zem., energ.,<br />
ekolog.<br />
Vznik<br />
organogenní – skořápky a kostry dírkovců (od prvohor)<br />
chemogenní – travertiny<br />
sedimentární – dentritický vápenec (připlavené)<br />
Dělení –celistvé(skořápky a kostry) X rekrystalované (mramory)<br />
Kalcit obsahuje 95-97% vápence, zbytek uhličitany hořčíku, železa, barya, na<br />
glazury, sklo, vápno<br />
Ostatní vápence obsahují více kalcitu než dolomitu více než 80%<br />
jílovité, písčité, sericitické<br />
slínovce :mají 30-70% kalcitu, jílové minerály, a pigmenty železa, pro výrobu<br />
cementu, hydr. vápna, pro odsiřování<br />
dolomitické vápence :obsahují 10-50% dolomitu, 70-30% kalcitu, pro výrobu<br />
dolomitického vápna, keramiky, izolačních vláken, zem., hutě
CaMg(CO3) 2 dolomit<br />
Pro žáromateriály, dolomitické vlákno, zem., odsíření, sklo, plniva<br />
Více než 90% dolomitu. Vznikají primárně vysrážením z vod, sekundárně<br />
dolomitizací vápenců, jsou pórovité.<br />
Do 1000°C působí jako taviva, nad zvyšují pórovitost systému.<br />
Pokud se nahradí dolomitem vápenec v kameninové keramice sníží se<br />
teplota výpalu z 1200°C na 1020°C.<br />
MgCO 3<br />
žárovzdorné materiály<br />
krystalický, amorfní, sedimentární<br />
Mramor<br />
Opuky –<br />
magnezit<br />
báze kalcitu a oxidu křemičitého s příměsí hlinitokřemičitanů
Mastek<br />
3MgO.4SiO2.H2O Keramika, plnivo, farmacie, substrát.<br />
Vznik – hydrotermálně na kontaktu magnezitu a dolomitu s křemičitou<br />
horninou, rozkladem silikátových hornin absarbujících olivín<br />
Celistvý (zrnitý)X vrstevnatý (talek)<br />
Steatit (zpevněný mastek) pro výrobu elektrokeramiky, kondenzátory, výpal<br />
1320-1380°C.<br />
Sádrovec CaSO4.2H2O u nás se netěží<br />
čistá forma = alabastr<br />
Sírany
Suroviny druhotné<br />
Odpady vznikající v průmyslových výrobách.<br />
Odpad je každá movitá věc, které se osoba zbavuje nebo má úmysl se jí zbavit. Odpad<br />
se stává druhotnou surovinou v okamžiku jeho využití.<br />
Důvody využití<br />
Snížení<br />
odpadních surovin: snížení zásob primárních surovin<br />
energetické náročnosti výroby stavebních materiálů<br />
Odpady využité<br />
•<br />
•<br />
•<br />
ve stavebnictví:<br />
ze stavební výroby a demolic<br />
z výroby stavebních hmot<br />
Produkované v energetice, hutnictví a chemickém průmyslu:<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
Popílky<br />
Strusky<br />
Křemičité úlety<br />
Odpadní sádrovce<br />
Ostatní odpady – škvára, karbidové vápno
Rozdělení<br />
Vzdušná<br />
Hydraulická<br />
<strong>pojiva</strong><br />
Vápno<br />
Vápenosíranová<br />
Ostatní vzdušná<br />
Umělý mramor<br />
<strong>pojiva</strong><br />
hydraulické<br />
cementy<br />
geopolymery<br />
vápno<br />
<strong>pojiva</strong><br />
<strong>pojiva</strong><br />
Malty<br />
Omítky<br />
Plniva, přídavky, přísady<br />
stavebních anorganických pojiv
Vzdušné vápno se skládá převážně z oxidu nebo hydroxidu<br />
vápenatého( hm. CaO+MgO>70%).<br />
Tuhne i tvrdne pouze na vzduchu – vzdušná maltovina.<br />
Zdroj – čistý vápenec – hornina tvořená kalcitem (CaCO3) znečištěná jílovými minerály a dolomitem (CaCO3 Surovina se vypaluje v rotačních nebo šachtových pecích při<br />
1050-1250°C.<br />
KALCINACE.<br />
CaCO . MgCO → CaO + MgO + 2CO<br />
3<br />
Vápno -<br />
3<br />
vzdušné<br />
.MgCO 3<br />
2<br />
).
Při výpalu do 1050°C vzniká vápno tzv. měkce pálené, má<br />
vysokou porózitu, nízkou objemovou hmotnost a velký měrný<br />
povrch, hydratace tak probíhá rychle a dokonale.<br />
Vápno vzniklé při výpalu nad 1050°C má vyšší objemovou<br />
hmotnost, menší porózitu, a menší měrný povrch. Tato tzv.<br />
tvrdě pálená vápna se vyrábějí v šachtových pecích.<br />
HAŠENÍ<br />
VÁPNA<br />
mokré – přebytek vody, vzniká tzv. vápenná kaše<br />
suché – přidá se malý přebytek vody nad vypočítaný<br />
stechiometrický poměr, vzniká tzv. vápenný hydrát<br />
Při nedokonalém vyhašení dochází k dehydratování až v omítce ,<br />
zvětšuje se objem a dochází k vystřelování omítek.<br />
Karbonatace: zpevňovací proces vzdušného vápna, vzniká<br />
nerozpustný uhličitan vápenatý.<br />
Maltová směs je znehodnocená, pokud nastane karbonatace před<br />
jejím použitím.
sádry CaSO4.2H2O anhydritové pojivo CaSO4 Vápenosíranová<br />
<strong>pojiva</strong><br />
Omezená stálost ve vlhkém prostředí.<br />
Malty z nich nejsou alkalické, tzn. nechrání ocel proti korozi, ale jsou<br />
vhodnější k vyztužování skleněnými vlákny.<br />
Nejsou náchylné ke vzniku trhlin od smršťování, ale nabývají<br />
vyplnění dutin a spár.<br />
Sádru sypeme do vody !!!<br />
Pro přípravu se používá vždy čistá voda.<br />
Malta = sádra + písek<br />
Nemíchat sádra+cement!!!
•<br />
přírodní<br />
•<br />
sádrovce<br />
–<br />
primární<br />
-sedimentárně<br />
velká ložiska v USA, Rusku, Polsku, SRN, Francii<br />
-<br />
sekundární<br />
vápence<br />
• u nás Kobeřice u Opavy<br />
•<br />
Zdroj sádrovce<br />
usazené<br />
–při rozkladu pyritu za přítomnosti<br />
selektivní těžbou se vybírá nejčistší sádrovec pro výrobu sádry, ostatní<br />
vrstvy znečištěné jíly se používají pro regulaci tuhnutí portlandského<br />
cementu.<br />
- odpadní - energosádrovec –vznikájako<br />
odpad při mokré vypírce kouřových plynů v elektrárnách a<br />
teplárnách – odsíření spalin - spálením síry obsažené v uhlí vzniká<br />
oxid siřičitý, ten reaguje s vápencem za vzniku energosádrovce<br />
(obs. 97%).<br />
- chemosádrovce -průmyslové<br />
procesy – extrakce kyseliny citrónové, produkce TiO2, produkce<br />
MgCl2, čištění vod, extrakce kyseliny fluorovodíkové
α –sádra: 115-125°C a mírný přetlak 1,3 kPa v autoklávu, vysoké pevnosti 50<br />
MPa, potřebuje méně<br />
vyvinuté<br />
β –sádra:<br />
krystaly, 2 720-<br />
vody k hydrataci a kratší<br />
2 760 kg/m 3<br />
110-125 °C za normálního tlaku v roštové<br />
více záměsové<br />
krystalové<br />
vody, má<br />
mřížky, 2 630-<br />
velký měrný povrch, značně<br />
2 680 kg/m 3<br />
dobu k tuhnutí, dobře<br />
peci, 25 MPa, spotřebuje<br />
porézní<br />
s poruchami<br />
Tuhý roztok CaO+CaSO4 : reaguje v jemně mleté formě s vodou, velmi odolné<br />
proti povětrnostním vlivům, tzv. silně přepálená sádra (1200°C), historicky<br />
pochází<br />
Tuhnutí<br />
z Německa, tzv. estrichová<br />
a tvrdnutí: zpětná<br />
Výroba -<br />
rekrystalizace<br />
kalcinace<br />
sádra
•<br />
•<br />
•<br />
Podle pevnosti:<br />
Podle jemnosti mletí:<br />
Podle doby tuhnutí:<br />
»<br />
»<br />
»<br />
Druhy sádry<br />
12 tříd G2-G25<br />
hrubě, středně<br />
a jemně<br />
mletá<br />
A = rychle tuhnoucí sádry – α, β -sádry<br />
Počátek 2 minuty, konec tuhnutí do 15 minut.<br />
B= normálně tuhnoucí sádry<br />
C=pomalu tuhnoucí sádry<br />
Počátek 6 minut, konec tuhnutí<br />
do 30 minut.<br />
Počátek 20 minut, konec tuhnutí se nepožaduje.<br />
Směs anhydritu (75-85%) a oxidu vápenatého(2-4%) a hlinitých součástí<br />
(do 10%) = zednická či<br />
potěrová sádra
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
CaSO4.1/2 H2O Tuhnutí<br />
<strong>Stavební</strong><br />
lze urychlit přidáním síranů<br />
sádra<br />
hlinitých a draselných,<br />
popř. NaCl, zpomalit klihovou vodou, nebo vápenným<br />
mlékem<br />
v/s ~0,6, modelová<br />
Po vysušení<br />
DIN 1168<br />
4,5 MPa<br />
»<br />
»<br />
v/s ~0,3-0,35<br />
Štuková, omítková, osazovací, spárovací<br />
Sádrová, omítková směs
•<br />
•<br />
•<br />
•<br />
do interiéru<br />
–<br />
Použití<br />
sádry<br />
sádrové příčkové desky, stěnové dílce, stavební dílce, sádrokartonové desky a<br />
jejich lepení, sádrovláknité nebo sádroperlitové obkladové desky pro protipožární<br />
ochranu ocelových konstrukcí, štukatérské práce<br />
do exteriérů<br />
–<br />
nutno použít hydrofobizační činidlo, nebo ošetřit povrch organokřemičitým<br />
hydrofobizačním prostředkem.<br />
výtvarné<br />
–<br />
–<br />
umění<br />
a umělecká<br />
řemesla<br />
použití se řídilo empirií technologie modifikované citem<br />
skutečné voskové podoby lité do sádrových forem, pomocné formy, modely,<br />
pláště na ochranu originálů při transportu , odlitky antických soch atd.<br />
sádrové<br />
–<br />
výrobky s přidáním plniv<br />
kompozitní<br />
materiály, nové vlastnosti
•<br />
•<br />
Hořečnatá maltovina<br />
–<br />
–<br />
–<br />
–<br />
Ostatní<br />
vzdušná<br />
<strong>pojiva</strong><br />
Výsledné vlastnosti jsou závislé na poměru MgO:MgCl2 (2:1-8:1) až 18 dílů vody.<br />
Nevýhodou tohoto <strong>pojiva</strong> je jeho nízká odolnost vůči působení vlhkosti.<br />
Má ze všech používaných pojiv nejvyšší pojivé vlastnosti, pojme až 20ti násobek plniva. Tuhne<br />
v rozmezí 40-240 minut, konec tuhnutí je za 6-12 hodin.<br />
Jako výplň se používají dřevěné piliny, xylolit, dřevitá vlna (heraklit).<br />
Křemičitanové pojivo<br />
–<br />
–<br />
–<br />
Křemenný písek se sodou (potaší) se pálí při 1200-1400°C, vzniká křemičitan sodný, či draselný,<br />
který se zavádí do vody za vzniku roztoku tzv. vodního skla (Na2O:SiO2=1:3,3).<br />
Koncentrované roztoky vodního skla tuhnou po přidání kyselých roztoků za tvorby gelu. Tento gel je<br />
složen z vyloučených kyselin křemičitých.<br />
Použití<br />
: Nátěry a nástřiky odolné vůči vodě, kyselinám a vyšším teplotám, <strong>pojiva</strong> tepelně<br />
izolačních malt a vláknitých hmot (expandovaný perlit, azbest, minerální vlákna),<br />
protipožární ochranné vrstvy ocelových konstrukcí, do žárovzdorných malt, pro<br />
spojování žárovzdorných materiálů, injektáže pískových podloží
Kamenivo<br />
Dělení:hutné – křemen, křemičitany, živce, vápence<br />
pórovité – pískovec, čedič, křemelina<br />
z druhotných surovin – cihelné střepy, strusky,<br />
drcený beton<br />
Kamenivo se skládá alespoň ze dvou frakcí:<br />
� drobné kamenivo (písku)<br />
� hrubé kamenivo (štěrku, drtě, štěrkodrtě).<br />
Při výrobě jakostních betonů je lepší skládat kamenivo z více<br />
frakcí.<br />
Kamenivo vytváří v betonu nosnou kostru, která svým složením<br />
ovlivňuje vlastnosti betonu a množství cementu nutného<br />
k obalení zrn a vyplnění mezer.
Základní<br />
Důležité<br />
pojmy<br />
terminologie<br />
Pojivo<br />
Hydraulicita<br />
Horniny vyvřelé, usazené, přeměněné<br />
Typy a zdroje surovin<br />
Vápno<br />
Sádra
Literatura<br />
BRANDŠTETR, Jiří et al.: Chemie stavebních látek, Vysoké učení technické v<br />
Brně, Fakulta stavební, 2000<br />
ROVNANÍKOVÁ, Pavla<br />
v Brně, Fakulta<br />
stavební, 1995<br />
a MALÝ, Josef: <strong>Stavební</strong> chemie, Vysoké učení technické<br />
MALÝ, Josef a ROVNANÍKOVÁ, Pavla: Základy chemie, Vysoké učení technické v<br />
Brně , Fakulta stavební, 1995<br />
HENNING, Otto a LACH, Vladimír: Chemie ve stavebnictví, SNTL Praha, 1983<br />
WAGNER, A., Král, J.: Základy chemie, SNTL, 1963.<br />
RAIS, J. a kol.: Chemie pro nechemické<br />
Webovské stránky<br />
vysoké<br />
školy technické, SNTL, 1969
Change language