Cement a beton (123XCHS)

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