Architecture | Building industry chemistry » Dr. Kopecskó Katalin - Építőmérnöki kémia, nem hidraulikus kötőanyagok

ÉPÍTİMÉRNÖKI KÉMIA Építımérnöki Kar BSc BUDAPESTI MŐSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ÉPÍTİANYAGOK ÉS MÉRNÖKGEOLÓGIA TANSZÉK Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK 7.1 NEM HIDRAULIKUS KÖTİANYAGOK 7.2 CEMENT (HIDRAULIKUS KÖTİANYAG) 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok fogalma Azok az anyagok, amelyek kémiai vagy fizikai folyamatok hatására képesek folyékony vagy pépszerő állapotból szilárd állapotba alakulni. A folyamat során kialakul a szilárdságuk (szilárdulási folyamat). 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok osztályozása: - elıállításuk szerint - ásványi eredetük szerint - halmazállapotuk szerint - kötıképességük szerint Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok osztályozása: -

elıállításuk szerint - természetes - mesterséges - ásványi eredetük szerint - halmazállapotuk szerint - kötıképességük szerint 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok osztályozása: - elıállításuk szerint - természetes - mesterséges - ásványi eredetük szerint - szervetlenek - szervesek - halmazállapotuk szerint - kötıképességük szerint 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok osztályozása: - elıállításuk szerint - természetes - mesterséges - ásványi eredetük szerint - szervetlenek - szervesek - halmazállapotuk szerint - folyékonyak - szilárdak v. porszerőek - kötıképességük szerint 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok osztályozása: - elıállításuk szerint - természetes -

mesterséges - ásványi eredetük szerint - szervetlenek - szervesek - halmazállapotuk szerint - folyékonyak - szilárdak v. porszerőek - kötıképességük szerint - fizikai folyamat révén - kémiai folyamat révén 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok osztályozása: - elıállításuk szerint - természetes (latex) - mesterséges (a legtöbb kötıanyag) - ásványi eredetük szerint - szervetlenek (cement, mész, gipsz) - szervesek (bitumen, olaj, kátrány, enyv, gyanták) - halmazállapotuk szerint - folyékonyak (bitumen, olaj, vízüveg, mőgyanták) - szilárdak v. porszerőek (mész, cement, gipsz) - kötıképességük szerint - fizikai folyamat révén (bitumen) - kémiai folyamat révén (lenolaj,mész,cement,mőgyanta) Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok osztályozása: -

elıállításuk szerint - természetes (latex) - mesterséges (a legtöbb kötıanyag) - ásványi eredetük szerint - szervetlenek (cement, mész, gipsz) - szervesek (bitumen, olaj, kátrány, enyv, gyanták) - halmazállapotuk szerint - folyékonyak (bitumen, olaj, vízüveg, mőgyanták) - szilárdak v. porszerőek (mész, cement, gipsz) - kötıképességük szerint - fizikai folyamat révén (bitumen) - kémiai folyamat révén (lenolaj,mész,cement,mőgyanta) Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok további osztályozása Szervetlen kötıanyagok - hidraulikusak - nem hidraulikusak 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 7. ÉPÍTİIPARI KÖTİANYAGOK A kötıanyagok osztályozása Szervetlen kötıanyagok - hidraulikusak: levegın és vízben egyaránt megszilárdulnak, a megszilárdult anyagot a víz nem oldja! pl. cement - nem hidraulikusak: vízben nem, csak levegın

szilárdulnak (levegın szilárduló kötıanyagok), a megszilárdult anyagot a víz oldja! pl. mész, gipsz 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 7.1 NEM HIDRAULIKUS KÖTİANYAGOK - víz alatt nem kötnek és - tartós víz alatti tároláskor elveszítik a szilárdságukat. 7.11 Mész 7.12 Gipsz Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 7.11 Mész Mészkı: CaCO3 Égetett mész: CaO Oltott mész: Ca(OH)2 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 7.11 Mész Égetett mész elıállítása égetéssel: - mészkıbıl, CaCO3 vagy - dolomitos mészkıbıl, x CaCO3 · y MgCO3, Emlékeztetıül: CaMg(CO3)2, x >> y. x=y=1 dolomit x>y CaxMgy(CO3)x+y, dolomitos mészkı x<y CaxMgy(CO3)x+y, meszes dolomit Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 11.1 ábra Mészkı derivatogramja TG DTA TG: Termogravimetriás görbe

mutatja a tömegváltozást DTA: Differenciál termoanalitikai görbe mutatja a hıreakció jellegét, hıtermelı vagy hıelnyelı? (exotem vagy endoterm?) T, ºC Mészkı, CaCO3 hıbomlása CaCO3 CaO + CO2 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 11.2 ábra Mészkı derivatogramja TG DTG DTA TG: Termogravimetriás görbe mutatja a tömegváltozást DTG: Derivált termogravimetriás görbe mutatja a tömegváltozás sebességét DTA: Differenciál termoanalitikai görbe mutatja a hıreakció jellegét, hıtermelı vagy hıelnyelı? (exotem vagy endoterm?) Mészkı, CaCO3 hıbomlása CaCO3 CaO + CO2 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 11.3 ábra Mészkı derivatogramja TG A tömegváltozás (∆m ) oka: a mintából eltávozik a CO2 DTG DTA CaCO3 hıbomlásából származik (mészégetés) Mészkı hıbomlása, endoterm CaCO3 CaO + CO2 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia

BSc, 11 ea 2008. 11 27 11.4 ábra Mészkı derivatogramja TG ∆m = CO2 DTG MgCO3 hıbomlásából származik, alacsonyabb hıfokon megy végbe DTA A mészkı kismértékben dolomitos, a kis csúcs a magnézium-karbonát hıbomlását jelzi, MgCO3 MgO + CO2 (endoterm) Mészkı hıbomlása, endoterm CaCO3 CaO + CO2 11.5 ábra Dolomit derivatogramja TG I. DTA Dolomit: kétlépcsıs hıbomlás (I. és II) • az elsı csúcs a magnézium-karbonát hıbomlását jelzi MgCO3 MgO + CO2 (endoterm) • a második csúcs a kalcium-karbonát hıbomlása •CaCO3 CaO + CO2 (endoterm) II. 11.6 ábra Dolomit derivatogramja DTG TG A DTG görbe segítségével leolvashatók mind a MgCO3, mind a CaCO3 hıbomlásából származó tömegveszteségek a sztöchiometriai egyenletek ismeretében kiszámíthatjuk a dolomit pontos összetételét. DTA Dolomit: • az elsı csúcs a magnézium-karbonát hıbomlását jelzi, MgCO3 MgO + CO2 (endoterm) • a második csúcs

kalcium-karbonát hıbomlása CaCO3 CaO + CO2 (endoterm) Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea TG 2008. 11 27 DTG TG DTG DTA DTA 11.7 ábra Mészkı és dolomit derivatogramjának összehasonlítása Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 7.11 Mész Égetett mész, CaO Oltott mész, Ca(OH)2 Égetett mész elıállítása égetéssel (endoterm = hıelnyelı): - mészkıbıl (CaCO3) vagy t > 900 ºC: CaCO3 + hı CaO + CO2 - dolomitos mészkıbıl (x CaCO3 · y MgCO3) t > 600 ºC: t > 900 ºC: MgCO3 + hı MgO + CO2 CaCO3 + hı CaO + CO2 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 A keletkezett égetett mész (CaO) tulajdonságait befolyásolja: • égetési hımérséklet • szemcseméret • MgCO3 tartalom Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 A keletkezett égetett mész (CaO) tulajdonságait befolyásolja: • égetési

hımérséklet 900 -1000 ºC: megmarad az eredeti kristályszerkezet pórusos, nagy fajlagos felülető „lágyan” égetett mész, 1100 -1300 ºC: a kristályszerkezet átalakul, tömörebb kisebb fajlagos felülető „keményen” égetett mész. Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 A keletkezett égetett mész (CaO) tulajdonságait befolyásolja: • szemcseméret egyenetlen mérető mészkıdarabok égetésekor kisebb darabok túlégnek „keményen” égetett mész. Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 A keletkezett égetett mész (CaO) tulajdonságait befolyásolja: • MgCO3 tartalom A dolomitos mészkı MgCO3 tartalmából túlégetett magnézium-oxid (MgO) keletkezik nehezen (lassan) oltódik. Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 Mész körfolyamata: mészkı kalcit CaCO3 szilárdulás + CO2 - H2O - CO2 mészégetés égetett mész CaO

mészoltás oltott mész Ca(OH)2 + H2O Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 A mész oltása: CaO + H2O Ca(OH)2 + hı (Exoterm = hıtermelı) Egyesülési reakció térfogatnövekedéssel jár. „Mészkukac” jelensége: az oltódás sokszor nem tökéletes, sok esetben csak a felhasználás után megy végbe ez térfogatnövekedéssel jár és lepattogzást okoz (pl. vakolatok esetében) az oltott meszet felhasználás elıtt néhány hétig pihentetik. Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea A mész oltása: CaO + H2O Ca(OH)2 + hı (Exoterm = hıtermelı) Veszélyes folyamat Ca(OH)2 erısen lúgos kémhatású, maró anyag, nagy a hıfejlıdés. 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 A mész oltása: CaO + H2O Ca(OH)2 + hı (Exoterm = hıtermelı) Veszélyes folyamat: • Ca(OH)2 erısen lúgos kémhatású, maró anyag, • nagy a hıfejlıdés.

Idıigény: • a lágyan égetett mész gyorsan (5-10 perc alatt), • a keményen égetett és a túlégetett mész lassan oltódik. Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 A mész oltása: CaO + H2O Ca(OH)2 + hı (Exoterm = hıtermelı) Veszélyes folyamat: • Ca(OH)2 erısen lúgos kémhatású, maró anyag, • nagy a hıfejlıdés. Idıigény: • a lágyan égetett mész gyorsan (5-10 perc alatt) „kövér” mész • a keményen égetett és a túlégetett mész lassan oltódik „sovány” (vagy szürke, dolomitos) mész. Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea A mész oltása: CaO + H2O Ca(OH)2 + hı (gyors) MgO + H2O Mg(OH)2 + hı (lassú) a MgO a habarcs szilárdulása után oltódik térfogatnövekedéssel jár lepattogzás. 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea A mész oltása: CaO + H2O Ca(OH)2 kb. 32% víz az elméleti vízigény „porrá oltott mész”

v. mészhidrát mészpép mésztej mészvíz 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 A mész szilárdulása: A kalcium-hidroxid a levegıbıl szén-dioxidot (0,05 m%) vesz fel és kalcium-karbonáttá alakul: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O A folyamat lassú, koksz (C) elégetésével gyorsítható (szén-dioxid keletkezik és hı fejlıdik). C + O2 CO2 + hı A szilárdulás alatt zsugorodás megy végbe. Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 7.12 Gipsz a) Természetes gipszek • hidrátvízmentes anhidrit (CaSO4) és • hidrátvizet tartalmazó gipszkı (CaSO4 · 2H2O). Ha a gipszkövet 110 -180 ºC hımérsékleten égetik, akkor CaSO4 · 2H2O CaSO4 · 1/2 H2O + 3/2 H2O félhidrátgipsz v. hemihidrát (hemi=fél) Ezt nevezzük építési gipsznek: vízzel gyorsan köt, szilárdul. Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 7.12 Gipsz a) Természetes gipszek CaSO4 · 2H2O

CaSO4 · 1/2 H2O + 3/2 H2O félhidrátgipsz v. hemihidrát ez az ún. építési gipsz Kötési folyamat (hıtermelı – exoterm): CaSO4 · 1/2 H2O + 3/2 H2O CaSO4 · 2 H2O gipsz építési gipsz 2008. 11 27 Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 a) Természetes gipszek Különbözı hımérsékleten égetett gipszek tulajdonsága eltérı: • 180-300 °C: kötıképes anhidrit keletkezik (CaSO4), • 300-600 °C: agyonégetett anhidrit (CaSO4), amely a kristályszerkezetben bekövetkezett maradandó változás (átkristályosodás 320 ºC-on) miatt nem, vagy alig tud vizet felvenni alig tud szilárdulni. Dr. Kopecskó Katalin: Építımérnöki kémia BSc, 11 ea 2008. 11 27 11.8 ábra Gipsz derivatogramja átkristályosodás 0,5 mól kristályvíz eltávozása 1,5 mól kristályvíz eltávozása • 180-300 °C: kötıképes anhidrit keletkezik (CaSO4), • 300-600 °C: agyonégetett anhidrit (CaSO4), Dr. Kopecskó Katalin:

Építımérnöki kémia BSc, 11 ea b) Mesterséges gipszek Márványgipsz Félhidrátgipszet (hemihidrátot) megırlik timsóval, borax-szal vagy más fémsóval keverik majd kb. 800°C hımérsékleten újra kiégetik nagyszilárdságú, nagytömörségő anyag. REA gipsz Különbözı ipari folyamatoknál melléktermékként keletkezı gipsz. Pl szénerımővek füstgázainak mészköves kéntelenítésekor keletkezik (finom szemcsemérető kalcium-szulfát dihidrát). 2008. 11 27 Köszönöm a figyelmet!