Stavební hmoty (2024) PDF

kosmetika a kosmetologie stavební chemie bytová chemie ZÁKLADY APLIKOVANÉ CHEMIE 6. PŘEDNÁŠKA Stavební chemie Textilní a moderní textilní chemie...

kosmetika a kosmetologie stavební chemie bytová chemie ZÁKLADY APLIKOVANÉ CHEMIE 6. PŘEDNÁŠKA Stavební chemie Textilní a moderní textilní chemie Technologie papíru a papírenský průmysl Fotografie, tisk a polygrafický průmysl 1 Stavební chemie => stavební materiály… https://www.youtube.com/watch?v=KF- W4VonrMo (1:18) 2  STAVEBNÍ CHEMIE – studijní literatura SVOBODA, Luboš. Stavební hmoty. 3. vydání. HENNING, Otto a Vladimír LACH. Chemie ve Praha, 2013. ISBN 978-80-260-4972-2. stavebnictví. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1983. 3  STAVEBNÍ HMOTY (DLE PŮVODU) SUROVINY STAVEBNÍ MATERIÁLY (PŘÍRODNÍ) (UMĚLÉ) 1) ANORGANICKÉ 1) Z ANORGANICKÝCH SUROVIN 2) Z ORGANICKÝCH SUROVIN 2) ORGANICKÉ 3) Z KOMBINOVANÝCH SUROVIN 4  STAVEBNÍ HMOTY (dle funkce) 1) POJIVA chemicky reaktivní látky organického či anorganického původu, umožňující spojení menších částic ve větší celky vzniklý spoj vykazuje dostatečnou pevnost základní pojiva jsou: vápno, sádra a cement 2) PLNIVA chemicky nereaktivní menší částice organických či anorganický látek tvoří výplň či nosnou kostru kompozitních materiálů většinou nižší cena (přírodní suroviny) např. mastek, bauxit, kaolin, baryt, hlinitokřemičitany, slída, bentonit, dřevo 3) VYZTUŽOVACÍ LÁTKY součást konstrukce zaručující pevnost v tahu a ohybu kompozitu např. železné pruty, kari sítě, skelná vlákna, 4) POMOCNÉ LÁTKY malý obsah v materiálu, vyšší cena pomáhají upravovat vlastnosti směsí za syrova nebo v průběhu zpracování např. intenzifikátory výpalu, mletí, mineralizátory, ztekucovadla, regulátory tuhnutí 5) KUSOVÁ STAVIVA konkrétní stavební materiály cihly, tvárnice, překlady, traverzy, PS desky, 5 STAVEBNÍ HMOTY (funkce  vlastnosti) 6  STAVEBNÍ HMOTY – vlastnosti materiálů Důležité vlastnosti předurčující funkci materiálu hustota, objemová hmotnost, relativní nasákavost, pevnost v tlaku a tahu, modul pružnosti, součinitel tepelné vodivost, měrná tepelná kapacita, délková teplotní roztažnost, tepelná jímavost 7  STAVEBNÍ MATERIÁLY (dle využití) 1) KONSTRUKČNÍ MATERIÁLY nosné (vodorovné a svislé) konstrukce staveb podstatné zejména mechanické vlastnosti (pevnost v tahu, ohybu, tepelná roztažnost…) 2) VÝPLŇOVÉ MATERIÁLY vyplňují nosné konstrukce staveb mohou plnit funkci izolační (tepelnou, akustickou) v porovnání s konstrukčními materiály mají výrazně nižší objemovou hmotnost 3) IZOLAČNÍ MATERIÁLY ochrana stavby proti nežádoucím vlivům izolace (součinitel prostupu tepla W/m2K): tepelná zvuková hydroizolační 4) DEKORAČNÍ + OSTATNÍ MATERIÁLY úpravy povrchů vnitřní + vnější => estetická role 8  STAVEBNÍ MATERIÁLY (dle energetické náročnosti výroby) Zejména v poslední době představuje zvláštní klasifikaci stavební hmot třídění dle energetické náročnosti výroby… (několik ilustračních příkladů důležitých stavebních hmot) 9  STAVEBNÍ MATERIÁLY (dle energetické náročnosti výroby) V poslední době aktuální je přepočet na množství CO2 a ostatních skleníkových plynů uvolněných do ovzduší během výroby vybraných důležitých stavebních materiálů… bere se v potaz výroba, doprava údržba zohledňuje se rovněž likvidace po skončení životnosti obnovitelnost zdrojů a recyklace materiálů 10  STAVEBNÍ HMOTY A MATERIÁLY (výroba v ČR) Výroba hlavních stavební hmot a materiál v ČR (data z let 2005 a 2006) EPS … firma BASF kT 62 11  STAVEBNÍ HMOTY (dle technologie výroby a užití) 1) KAMENNÉ VÝROBKY 2) KERAMICKÉ MATERIÁLY 3) VÝROBKY ZE SKLA 4) VÁPENICKÉ VÝROBKY 5) CEMENTÁŘSKÉ PRODUKTY 6) AUTOKLÁVOVANÉ VÝROBKY 7) KOVOVÉ VÝROBKY 8) PLASTY 9) VÝROBKY ZE DŘEVA A CELULOSY 10) OSTATNÍ 12  STAVEBNÍ POJIVA základní stavební spojovací materiály organického i anorganického původu mísí se s plnivy na směsi o definované tvárnosti dělení pojiv: 1) Organická – asfalt, pryskyřice 2) Anorganická VÁPNO SÁDRA CEMENT 13  Anorganická pojiva produkována jako prášek s vodou tvoří suspenzi, která tvrdne (v řádu hodin) tuhnutí v důsledku chemických reakcí => přechod suspenze na pevnou látku vesměs křehké => vyztužování (ocelové pruty, vlákna, sítě) Dělí se 1) Hydraulická pojiva pro tuhnutí nepotřebují kontakt se vzduchem (tuhnou pod vodou) mají delší životnost ve vodě např. cementy, alkalicky aktivovaná struska, hydraulické vápno… 2) Vzdušná pojiva pro tuhnutí potřebují kontakt se vzduchem hůře snáší vlhkost => při kontaktu s vlhkostí ztrácí pevnost a soudržnost např. vzdušné vápno, sádra, vodní sklo… 14  STAVEBNÍ POJIVA – CEMENT ČSN EN 197-1 – cement definuje jako hydraulice pojivo pálené nad mez slinutí jemně namletá práškovitá anorganická hmota s vodou v důsledku hydratační reakce tuhne a tvrdne zachovává si svoji pevnost i stálost na vzduchu i ve vodě NEJBĚŽNĚJŠÍ CEMENT => portlandský cement poprvé vyroben v 19. stolení ve Velké Británii název => podobnost s portlandským kamenem (stavební kámen – těžen v Dorsetu na ostrově Isle of Portland) vyrábí se pálením vápence + příměsi (sádrovec, struska, popílek, pucolán..) po tepelném zpracování (slinutí) ho tvoří směs oxidu kovů alkalických zemin a vápníku, oxidy křemíku a hliníku (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 – z toho CaO a SiO2 představuje nejméně 50% hmotnosti) 15  CEMENT – VÝROBA Technologie výroby cementu => tři hlavní fáze: 1. příprava surovinové směsi – těžba vápence a korekčních surovin, jejich drcení, mletí a homogenizace 2. výroba slinku – tepelné zpracování (výpal) surovinové směsi na slinek v rotační cementářské peci + následné chlazení a odležení vypáleného slinku (C-S-H fáze) 3. výroba cementu – mletí slinku s příměsemi (upravujícími vlastnosti výsledného produktu) nebo přísadami a následné skladování cementu v zásobnících a balení a expedice cementu. 16 CEMENT – VÝROBA 17 CEMENT – HLAVNÍ SLOŽKY SLINKU 18 CEMENT – KOMPLETNÍ ZNAČENÍ normalizovaná pevnost v MPa po 28 dnech 19 CEMENT – ZNAČENÍ DLE SLOŽENÍ 20  CEMENT – PŘÍPRAVA CEMENTOVÝCH POJIV 1) CEMENTOVÁ KAŠE CEMENT + VODA 2) CEMENTOVÁ MALTA CEMENT + VODA + DROBNÉ KAMENIVO 3) BETON CEMENT + VODA + HRUBÉ KAMENIVO 21 CEMENT – ZKOUŠKY DLE ČSN 22 CEMENT – ZKOUŠKY PEVNOSTI 23  STAVEBNÍ POJIVA – AAM AAM = alkalicky aktivované materiály (nejčastěji struska, kaolin) představují alternativy pro portlandský cement alkalickou aktivací AAM vzniká C-S-H fáze (jako ve slinku) důvody => 1) snaha nahradit energeticky náročnou výrobu cementu 2) snaha o snížení emisí CO2 (vzniká při výrobě PC ale u AAM nikoliv) 3) využít alternativní odpadní materiály (např. struska, kaolin, metakaolin, popílky) Alkalická aktivace vodný roztok NaOH roztok vodního skla (křemičitan sodný) vodný roztok Na2CO3 24  STAVEBNÍ POJIVA – VÁPNO CaO, Ca(OH)2 v různé formě čistoty známe od starověku (Římané, Řekové, Egypťané…) v Syrii 7000 let př. n.l. (u nás 10. století) SUROVINY PRO VÝROBU vápenec (CaCO3) dolomitický vápenec a dolomit (směs CaCO3 a MgCO3) Pieter van Laer (1599-1642) 25 VÝROBA PÁLENÉHO VÁPNA 26  VÝROBA PÁLENÉHO VÁPNA Crypta Balbi (Řím) Vápenka Olomouc Pacoldova vápenka (Velká Chuchle) Berlova vápenka (Třemošnice) 27  VZDUŠNÉ VS. HYDRAULICKÉ VÁPNO Vzdušné vápno typické vzdušné pojivo technicky vzato je vzdušné vápno názvem pro CaO s různým podílem MgO vyráběno pálením čistých nebo dolomitických vápenců pod mez slinutí, (1000–1250 °C) Hydraulické vápno vápno používaného pro výrobu vápenné malty hydraulicita je schopnost vápna tvrdnout pod vodou vzniká žíháním vápence s obsahujícího jíl a jiné nečistoty vápník v peci reaguje s nerosty obsaženými v jílu a tvoří křemičitany => umožňují tvrdnutí bez přítomnosti vzduchu užití v případech, kdy je potřeba rychlejší počáteční tvrdnutí, než umožňuje běžné vápno, v náročnějších podmínkách (i pod vodou) Hlavně výroba omítek => odolnější něž ty z vzdušného vápna ovšem pružnější (oproti cementovým) 28  HAŠENÍ VÁPNA Reakce je silně exotermní!!! 29 TUHNUTÍ VÁPNA A KARBONATACE 30 VÁPENNÝ CYKLUS 31  VÁPNO - VYUŽITÍ 1) VÁPENNÉ MALTY pro zdění i omítání připravované přímo na stavbě (z vápna) průmyslové maltové směsi 2) VÁPENOPÍSKOVÉ CIHLY větší hustota než pórobeton 3) AUTOKLÁVOVANÝ PÓROBETON 4) NÁTĚRY VÁPENNÝM MLÉKEM (hašené vápno) 5) BAREVNÉ VÁPENNÉ NÁTERY 6) VÁPENNÁ VODA NA ZPEVŇOVÁNÍ 32  STAVEBNÍ POJIVA – SÁDRA+ANHYDRID pojiva na bázi síranu vápenatého představují prakticky nejstarší známá pojiva Asyřané (5000 let př. n.l) Egypťané, Řekové, Římané ZDROJOVÉ MINERÁLY 1) PŘÍRODNÍ Sádrovec (CaSO4*2H2O) 2) SYNTETICKÉ chemosádrovec fosforosádrovec citrosádrovec energosádrovec 33  VÝROBA SÁDRY KALCINACE (DEHYDRATACE) (150–200 °C) 34  DEHYDRATACE SÁDROVCE suchá cesta mokrá cesta 35 DRUHY SÁDRY 36 TUHNUTÍ SÁDRY +  a  FORMA 37  VYUŽITÍ SÁDRY 1) STAVEBNÍ VÝROBKY VŠECH DRUHÝ 2) OMÍTKOVÉ PRÁCE, SPÁROVÁNÍ 3) FORMY A MODELY PRO DALŠÍ PRŮMYSL 4) LÉKAŘSKÉ ÚČELY 38  Izolační materiály - PUR polymery vyráběné polyadici diisokyanátů s dvojsytnými nebo vícesytnými alkoholy za vzniku karbamátové (uretanové) vazby Původce Otto von Bayer lehké, pevné, pružné, otěruvzdorné pěnové formy (molitan, barex) napěnění => reakce s vodou=> CO2 – 𝑁 = 𝐶 = 𝑂 + 𝐻2𝑂 ⇒ −𝑁𝐻2 + 𝐶𝑂2 Využití izolační materiály spojovací materiály tlumící a pružné prvky 39  EPS 100 S/F Izolační materiály – PS 100 => pevnost PS F => fasádní vzniká polymerací styrenu S => stabilizovaný (podlaha) pevný, lámavý, levný plast málo odolný vůči kyslíku, vodní páře rychle degraduje na slunečním světle 4. nejužívanější termoplast po PE, PPO, PVC dělí se na standartní (čirý, krystalový, podobný plexisklu) - PS houževnatý (přidán kaučuk) – HPS, IPS zpěňovaný (EPS=expandovaný) – běžně používaný PS ve stavebnictví XPS λ = 0,03-0,04 W.m-1.K-1 grafitový (EPS) – EPS s příměsí grafitu vytlačovaný (XPS=extrudovaný) – odolnost ve vlhku (základy) Využití izolační materiály plnivo obalový materiál EPS (70F) λ = 0,032 W.m-1.K-1 tlumící a pružné prvky EPS (70F) λ = 0,039 W.m-1.K-1 40  Izolační materiály – skelná vata vzniká ze skelných vláken (amorfní forma oxidu křemičitého) o tloušťce 6-9 mm + přísady – hlinitany, vinylacetáty (omezení lámání a zvýšení pružnosti) + recyklované sklo odolné do teplot až 550 °C vlákna se tryskají a lisují do pásů (desek) desky častěji jako minerální (čedičová vata) porovnání s polystyrenem (EPS) vlastnost EPS Skelná vata tepelná vodivost W/(m*K) 0,030–0,040 0,034-0,041 zvuková izolace ↑ ↓ paropropustnost ↓ ↑ hořlavost ↑ ↓ cena ↓ ↑ Využití izolační materiály (tepelné i akustické) 41 Izolační materiály – srovnání 42  Nátěrové hmoty nátěrové hmoty => materiály nanášené (tekuté, pastovité, práškové) na podklad plní roli ochrannou, estetickou Rozlišujeme nátěrové hmoty na kovy dřevo beton, omítky apod. Složení nátěrové hmoty 43 Nátěrové hmoty 44  Stavební lepidla lepení => spojení dvou různých ploch lepidlem, které má dobrou adhezi k oběma v okamžiku lepení (nanesení) => kapalné (zajištěno dokonalé přilnutí) Pevnost spoje závisí přilnavosti (adhezi lepidla k povrchu) soudržnosti hmoty lepidla (koheze) na smáčivosti povrchu lepidlem na pevnosti lepeného povrchu Adheze lepidla k povrchu vzniká Mechanickou vazbou – u členitých a porézní povrchů, lepidlo zateče do pórů a po ztuhnutí vytvoří pevný zámek Chemickou vazbou – porézní i hladké povrchy Druhy lepidel (obecně) Přírodní rostlinná - škroby, pektiny, algináty, pryskyřice (ve stavebnictví se nepoužívají) Přírodní živočišná - klihy, glutinové (omezeně) Syntetická - disperzní (akryláty, polyvinylacetáty, kaučuková, epoxidová, polyuretanová Lepící tmely a malty - Na obklady a dlažbu 45 Stavební lepidla 46  Stavební lepidla – druhy + princip lepení Lepidla kapalná Reaktivní dvousložková (vytvrzují chemickou reakcí dvou složek) epoxidy, polyuretany, močovinoformaldehydová, fenolformaldehydová aj. Reaktivní jednosložková (vytvrzují vulkanizací vzdušnou vlhkostí) polyuretany, kyanoakryláty, silikony Rozpouštědlová (vytvrzují odpařením rozpouštědel): kaučuková, polyuretanová, nitrocelulózová aj. Vodná roztoková (vytvrzují odpařením vody): škrobová, dextrinová, kaseinová, deriváty celulózy aj. Vodná disperzní (vytvrzují odpařením vody a spojením jednotlivých částeček polymeru do souvislého filmu Lepidla pevná Tavná (do lepivého stavu se přivedou roztavením, vytvrzují ochlazením) Redispergovatelné prášky (rozmícháním ve vodě vznikne disperze, která vytvrzuje odpařením vody a spojením částic polymerů za vzniku souvislého filmu) 47  TMELY tmel je plastická hmota sloužící k vyrovnání nerovností povrchu nebo k vyplnění spár zajištuje těsnost vůči vodě/plynům po nanesení tmelu: 1) zůstává plně nebo částečně elastický (např. silikony) 2) dochází k vytvrzení - samovolně (interakce s vzdušným kyslík, vlhkostí – např. akryl) - vypálením (termické vytvrzení – dehydratace) Dělení tmelů (dle materiálu na který se nanáší) 1) Na dřevo (dřevařský) 2) Na sklo (sklářský, akvaristický) 3) Na zdivo, obklady (spárovací) 4) Na kovy, laky (karosářský, kamnářský) 5) Na lamináty (výroba člunů lodí…) Dělení dle chemického složení 1) Silikátové (anorganické tmely) – spíše nátěry interiérů, sanační omítky 2) Olejové – ochranné vrstvy na dřevo a kovové rámy 3) Silikonové 4) Akrylátové 5) Polyesterové (dvousložkové) – epoxidové pryskyřice na dřevo, keramiku, sklo… 48  TMELY – SILIKON silikony (polysiloxany) jsou anorganicko-organické polymery s obecným vzorcem [R2SiO]n v kostře se střídají atomy Si a O => velmi stabilní struktury výrazná teplotní stálost a inertnost inertní i vůči živým organismům Využití oleje a pasty emulze silikonových olejů tmely a laky spojovací materiál spotřební zboží 49  TMELY – AKRYL jedná se o sloučeniny polyakrylátů (solí akrylové kyseliny) vytvrzení nanesené hmoty probíhá odparem vody dobrá přilnavost k různým povrchům možnost přetřít běžnými nátěrovými hmotami neodolávají mrazu ani UV záření (interiér) v porovnání se silikonem ale po vytvrzení nejsou pružné => praskají! Využití tmely a laky spojovací materiál a dilatační vrstvy lokální opravy trhlin defektů na omítkách 50 DALŠÍ STAVEBNÍ MATERIÁLY … 51  kosmetika a kosmetologie stavební chemie bytová chemie ZÁKLADY APLIKOVANÉ CHEMIE Následující týden … … 7. přednáška => Textilní chemie Textilní a moderní textilní chemie Technologie papíru a papírenský průmysl Fotografie a tisk 52