Construction Materials Manual Translate B4

Materiale de construcții cu lianți minerali Materialele de construcții cu lianți minerali au fost cunoscute de mii de ani . Fenicienii , egiptenii, troienii și grecii cunoşteau mortarul de ipsos și var , pe care îl foloseau pentru zidărie și , de asemenea, ca strat protector de ipsos. S-a dovedit că constructorii greci au folosit mortar de var în secolul 2 î.Hr. ca material de umplere pentru zidărie de piatră de moloz. Romanii au rafinat această metodă , în scopul de a ridica structuri mari , cum ar fi Colosseum din Roma . Ei îl numeau caementitium , un amestec de var ( ca liant ) , pozzolana și tuf cu agregate de pietriș și pietre, și îl foloseau - bine compactat - ca material de umplere între faţete de zidărie din cărămizi de lut sau piatră . Cărămizilor de lut erau acoperite uneori cu un strat de protec ție de tencuială , sau o faţetă de piatră. Pentru clădirile utilitare și fundații se folosea opus caementitium singur, turnat în cofraje de lemn. În anul 1 3 î.Hr. Vitruvius descrie componen ța mortarului hidraulic , care încă de pe atunci atingea tării echivalente cu cele ale betoanelor moderne ( fig. B 4 ) . Panteonul din Roma cu deschiderea sa de 43 m, construit în anul 27 î.e.n. , rămâne până azi, cel mai bun exemplu al acestei metode de construc ție . Cu toate acestea, după căderea Imperiului Roman cunoștințele despre opus caementitium s-au fost pierdut și nu a fost redescoperit până în secolul al 19-lea . Începând cu Evul Mediu, gipsul a fost folosit adesea ca liant pentru șape , mortare și , mai târziu , pentru scagliola . Panourile clădirilor din bârne de lemn se umpleau cu gips mortar armat cu paie sau păr de cal. Inginerul francez Bernard Forest de Belidor (1698-1761) a descris compozi ția mortarului și a fost prima persoană care a utilizat termenul de beton (=concrete) pentru a indica un amestec de mortar rezistent la apa , plus agregate . În 1824 lui Iosif Aspdin i s-a acordat un brevet pentru cimentul Portland , un amestec de var ars sub formă de pulbere plus lut . Auguste Perret (1874-1954) a fost unul dintre primii arhitec ți care a utilizat betonul pentru construcții de case și a demonstrat în mod constant posibilită țile acestui material pentru structuri industriale . Clădirile arhitec ților Expresionişti și ale altora, cum ar fi Frank Lloyd Wright au demonstrat turnabilitatea betonului . În anii 1950 au apărut structuri coajă ultra - subțiri , eficiente . Le Corbusier și Louis Kahn au folosit suprafe țe de beton aparent în mod conștient ca mijloc de design estetic .

Lianți minerali Lianții leagă elementele constitutive de tip granular ( agregate , cum ar fi nisip sau pietriș ), din mortar și beton . Prin intermediul procesului de uscare chimică sunt controlate un set divers de proprietăți , de exemplu, rezisten ță , permeabilitate la vapori , rezistenta la compresiune si elasticitatea ( fig. B 4.6 ) . Gips Gipsul este o substanță naturală , un compus de sulfat de calciu ( var ) și apă : CaS04, 2H2O ( sulfat de calciu hidratat ) . În scopul de a ob ține o formă de gips , care se va solidifica ( respectiv va deveni dur ) , gipsul natural este zdrobit , măcinat și , ulterior, ars în cuptoare rotative la temperaturi între 300 și 1 000 ° C. Astfel se elimină apa de cristalizare (în funcție de temperatură) pentru a produce diferitele tipuri de gips pentru clădiri, care sunt clasificate în funcție de stadiul de hidratare al sulfatului de calciu . Proporțiile de anhidrit ( CaS04 ) , fără apă de cristalizare și de hemihidrat din gips determină proprietățile și comportament de solidificare. Ipsosul hemihidrat, de exemplu , este produs prin ardere la temperaturi joase , ipsosul de gips anhidru prin ardere la temperaturi ridicate . Adăugarea de apă produce solidificarea gipsului prin la expunere la aer și simultan , dezvoltare de căldură , pentru a forma din nou gips natural, adică procesul de ardere este inversat în timpul de întărire prin integrarea apei în amestec ca apa de cristalizare . Prin urmare,prelucrarea gipsului prin ardere , amestecare sau uscare , reprezintă un ciclu închis . Sulfatul de calciu este , de asemenea, format ca produs secundar al unui număr de procedee tehnice , de exemplu, desulfurarea gazelor de ardere de la centralele electrice alimentate cu combustibili fosili . Așa - numitul desulfo-gipsul umed ob ținută trebuie mai întâi uscat , dar, ca şi gipsul natural este potrivit pentru o multitudine de produse de gips . Proprietăți și aplicații Aditivii și raportul apă / ghips influențează rezisten ța , lucrabilitatea și porozitatea materialului întărit . Gipsul nu se contractă în timpul prelucrării și are un efect pozitiv asupra climatului interior datorita capacitatea sale de a absorbi si elibera umezeala . Cu toate acestea , deoarece contactul permanent cu apa ar dizolva gipsul , aceasta nu este adecvat pentru camere umede . Gipsul amestecat cu diverse agregate este utilizat

pentru tencuiala suprafețelor interioare . Materia primă este folosită pentru fabricarea unei multitudini de produse , mai ales plăci , zidărie și piese turnate . Aceste produse sunt rezistente la foc , deoarece în urma expunerii la căldură apei stocată în cristale este reeliberată nou . În amestecurile de beton adăugarea gipsului întârzie rata de întărire . Cele mai importante produse sunt : 

scagliola , stuc



ipsos de Paris , ipsos preamestecat , ipsos adeziv , ipsos aplicat de ma șină



Browning ipsos , ipsos comun , ipsos pentru umpluturi



lianți anhidrit



prefabricate produse de gips

Lianți anhidrit Lianții anhidrit sunt produse din depozitele naturale de anhidrit sau din anhidridă sintetic, un produs secundar din diferite procese chimice . Se întăresc în acela și mod ca produsele normale de gips . Datorită solubilită ții lor reduse , trebuie adăugaţi activatori sub formă de substanțe alcaline ( de exemplu var sau ciment ) sau substan țe sărate (de exemplu, sulfați) în scopul de a determina o perioadă de hidratare corespunzătoare pentru activitate . Lianții anhidrit sunt utilizaţi pentru amestecuri de ipsos ( vezi " Suprafețele si acoperiri " , p. 190 ) , şape , zidărie și panouri de perete . Varul este folosit pentru mortar , dar , şi sub formă pură pentru acoperiri sub țiri . Cerințele de calitate sunt stabilite în DIN EN 459 . Var Varurile folosite în construcție sunt amestecuri de oxizi și hidroxizi de calciu , magneziu , siliciu și fier . Varul poate fi găsit în natură , sub formă de calcar ( CaC03 ) și dolomită . Varurile de construcție sunt împărțite în varietăţi non - hidraulice și hidraulice ca urmare a diferitelor procese de setare . Varurile nehidraulice Varul nehidraulic (var de calciu) este produs prin arderea calcarului la aprox. . 900 ° C. Ulterior , varul ars ( CaCO ) este " stins " prin adăugare de apă . căldură

considerabilă care se dezvoltă și creștere în volum produce varul stins ( Ca (OH ) 2 ), care este folosit ca liant pentru mortar și acoperiri . În scopul de a se întări ,mortarul necesită apă și dioxid de carbon din aer , astfel încât acidul carbonic să poate carbonata varul . Prelucrarea varului reprezintă un ciclu închis , deoarece rezultatul final al întregului proces este din nou calcar . Varurile hidraulice Varurile hidraulice naturale sunt produse prin arderea de calcar marnos la temperaturi de până la aprox. . 1250 ° C. Acest lucru produce var ars şi minerale clincher, care se găsesc , de asemenea, în ciment . În timpul procesului de hidratarea varul ars reacționează cu apă pentru a forma hidrat de calciu ( Ca (OH ) 2 ) , întrucât mineralele clincher rămâne neschimbate . Varurile hidraulice constau din amestecuri de hidrat de calciu , care se întăre ște in aer prin carbonizare , plus puzzolană care se întăre ște hidraulic, şi se găse ște în cenu șă vulcanică ( zgură ) sau zgură industrială . Cu cât cre ște propor ția de puzzolana în amestec, cu atât creşte şi capacitatea de întărire hidraulică a varului stins şi și cu ea capacitatea de a se întări la aer , dar , şi sub apă , după o depunere ini țială rapidă . Timpul de depunere se reduce în consecin ță . Prin urmare, conform DIN EN 459 distingem între var hidraulic 2 , var hidraulic 3.5 și var hidraulic 5 . Aceasta din urmă este , de asemenea, cunoscut sub numele de var de zidărie. Varurile sunt folosite pentru mortar , dar , de asemenea, sub formă pură pentru acoperiri subțiri . Cerințele de calitate sunt stabilite în DIN EN 459 . Varurile nehidraulice includ : 

hidrat uscat , var alb



var dolomitic , hidrat dolomitic

Varurile nehidraulice includ : 

var ars de apă , var stins



var hidraulic , var de zidărie

Ciment magnezian

Producția de magneziu , sau de ciment Sorel , necesită magnezit ( Mg C03 ) sau dolomita ( CaMg ( C03 ) 2 ). Ardere la temperaturi cuprinse între 800 și 900 ° C produce oxid de magneziu , așa - numita magnezie caustică , care reac ționează cu apa . Prin calcinare magnezitei la temperaturi mai mari de 1600 ° C produce oxid de magneziu sinterizat , care poate fi folosit pentru cărămizi refractare . Acest material nu mai reacționează cu apa . Magnezia caustică este folosită ca liant în şape și plăci de wood wool (împâslitură de lemn). Prin adăugarea de soluţii saline se obţine un compus ce poate fi lustruit în doar câteva ore . O gamă diversă de materiale de umplutură , de exemplu, așchii de lemn , pot fi amestecate în cimentul de magnezie , fără a provoca nici o pierdere semnificativă de putere . Ciment Cimenturile sunt lianți hidraulici pentru mortare si betoane . Constau din compu și de calciu, oxid de siliciu , aluminiu și fier . Compozi ția oxidului variază în func ție de tipul de ciment . DIN EN 197 împarte tipurile de ciment în cinci grupe principale ( CEM I-V ) : ciment Portland , ciment Portland compozit , ciment de furnal , ciment puzzolanic și ciment compozit . Producția de ciment Portland ,cel mai des utilizat tip de ciment , implică arderea unui amestec de var și argilă la 1450 ° C , adică peste limita de sinterizare . Ulterior , clincherul de ciment rezultat este măcinat în mori cu bile - necesitând o mare cantitate de energie - pentru a forma o pudră fină ,cimentul. Puterea mare a cimenturilor le diferențiază de alţi lianți hidraulici . Adăugarea de apă permite cimentului să se întărească atât în aer cât și sub apă, în timp ce eliberează căldură - un proces fizicochimic cunoscut sub numele de hidratare . La început aceasta produce pasta de ciment, care se schimbă încet de la starea lichidă sau moale în starea solidă de ciment hidratat. Betonul este plasat și compactat în timpul acestui proces de întărire și priză . DIN EN 197 specifică timpii minimi pentru începutul prizei, care se află între 45 și 75 minute, în funcție de clasa de rezistență a cimentului . Adaosul de aproximativ 3 - 5 % gips prelungește timpul de întărire . Timpul de întărire , pentru a forma un corp solid este un proces mai lung , care este în esență se încheie după 28 de zile cu testul de rezisten ță minimă la compresiune . Următoarele condiții trebuie îndeplinite în timpul procesului de întărire :

•

suficientă apă în amestec pentru umectare și hidratare

•

umiditate ridicată , protecție împotriva uscării , uneori e necesară udarea cu apa ,

•

temperatură > 5 ° C , temperaturile ridicate accelerează procesul de întărire

Raportul apa / ciment Raportul apă / ciment ( raportul a / c ) descrie rela ția dintre cantitatea de apă și conţinutul de ciment ca procent . Acest raport este critic pentru hidratarea completă . Valoarea determină porozitatea cimentului hidratat și , prin urmare, rezisten ța . În timpul hidratării aproximativ 40 % din ciment în greutate ( raportul a/c 0,4 ) este chimic și fizic legată de apă . În practică, valorile se află între 0,42 și 0,75 . O valoare mai mare a / c rezultă într-un raport mai mare de porozitate , datorită porilor umpluţi cu apă , care afectează proprietățile betonului . Impermeabilitate la apă și o rezisten ță bună la îngheț sunt realizate cu o valoare ~ 0,6 . Clasele de rezisten ță ale betonului la EC2 , clasele de rezistență ale cimenturilor standard și raportul apa / ciment sunt toate legate între ele . Ciment alb Cimentul alb are aceleași proprietăți ca şi cimentul Portland, dar din cauza culorii sale mai deschise este de preferat pentru betonul aparent, finisaje mozaic , etc. DIN EN 197-1 împarte cimenturile în clase ( Z ) în func ție de rezisten ța la compresiune minimă ( în N/mm2 după 28 zile , prisma standard de 40 x 40 x 160 mm ) . În func ție de procesul de priză a diferitelor tipuri de ciment, litera N descrie priza normală ini țială și litera R rezistenta inițială mare. Tipurile de ciment pot fi practic împărţite în următoarele clase de rezistență: •

Z 32.5 N , Z 42,5 N, ciment primar de furnal

•

Z 32.5 R ; Z 42,5 R ciment primar Portland și ciment Portland de furnal

•

Z 52,5 N; Z 52,5 R numai ciment Portland

Agregate și aditivi/ adaosuri Natura și dimensiunea granulelor adăugate la lian ți minerali pentru a forma constituentul principal ( 65-80 % în vol. . ) determină proprietă țile unui mortar sau beton .

Agregate Agregatele de beton se împart în agregate foarte uşoare, agregate normale și foarte grele în funcție de densitatea lor . Agregatele , cum ar fi nisipul și pietrișul constau din grăunţe rotunjite, nesparte . Aşchiile și balastul produse în mori prin spargerea pietrelor mai mari , sunt descrise ca grăunţe unghiulare . Acest tip de agregat include, de asemenea grăunţele ob ținute din beton reciclat . Agregate ușoare Mortarele si betoanele cu agregate anorganice u șoare prezintă proprietă ți îmbunătă țite de izolare termica şi un comportament mai bun în foc . Tuful, piatra ponce și scoria sunt câteva dintre agregatele naturale ușoare; cele făcute de om includ argilă expandată , șist argilos expandat , spumă de zgură , și spărturi de cărămida de lut . În anumite aplicații , este de asemenea posibil să se găsească lână de lemn (woodwool) , a șchii de lemn și materiale plastice , cum ar fi mărgele de polistiren . Agregate cu greutate normală În funcție de densitatea lor medie , amestecurile de pietri ș , criblură , balast , materiale de reciclare minerale și nisip sunt considerate ca agregate cu greutate normală. Agregate grele Minereuri de fier , alice de plumb , sulfa ți și baritină sunt agregate grele care pot izola radiații radioactive și , prin urmare, sunt utilizate în construc ția de reactoare nucleare și facilități cu raze x. Curbele de clasificare Proporțiile dintre diferite dimensiuni de grăunţe dintr-un agregat clasificat au o influen ță majoră asupra proprietăților materialului. Ele reglementează lucrabilitatea și compactibilitatea betonului umed și cantitățile de apă și liant necesare. În scopul de a obține o densitate înaltă și rezistență mare , cu cât mai pu țin liant posibil agregate , betonul conform DIN 4226 ar trebui să formeze o structura densa de particule grosiere și fine și să aibă o arie de suprafață mică, care trebuie acoperită de liant . Grăunţele

mici sunt responsabile de o lucrabilitatea și compactibilitatea bună. În betonul armat cea mai mare grăunţă ar trebui să fie mai mică decât distan ța liberă dintre barele de armatura și dintre armături și cofraje ( acoperire cu beton ), astfel încât este întotdeauna garantată o acoperire adecvată cu liant . Dimensiunea maximă a agregatului din beton armat este de obicei aprox . 32 mm , în mortar aprox . 4 mm . Curbele de clasificare standardizate specifica compozi ția agregatului clasificat. Agregatul clasificat este cernut cu un set standard de site ( nouă site cu orificii plasei de 0.25-63 mm ) . Rezultatul ne permite să determinăm cât de mult ( în % de masă ) din masa totală de agregat a trecut prin fiecare sită și dacă amestecul poate fi îmbunătă țită prin adăugarea de anumite dimensiuni de grăunţe . Aditivi / adaosuri Pot fi adăugate substanțe chimice pentru a îmbunătă ți proprietă țile betonul în timpul prelucrării și în stare finită. Plastifianții facilitează plasarea betonului. Acceleratorii și întârzietorii de priză permit ca generarea de căldură din timpul plasării să fie ajustată la temperaturile externe ( fig. B 49 ) . Pigmenți Oxizii metalici pot fi folosiţi pentru a produce produse din beton colorate . Pe de altă parte, pigmenţii organici nu rămân de obicei chimic stabili în amestecul de ciment , iar aceasta limitează alegerea de culori . Mortar Mortarul este un amestec de liant , apă și nisip , eventual şi aditivi / adaosuri pentru îmbunătățirea proprietăților . Elementele constitutive sunt fie amestecate la faţa locului, fie preamestecate în fabrici . Deoarece compozi ția mortarelor standardizate este mai precisă în fabrică, decât la locaţia clădirii, sunt de preferat mortarele gata preparate. Se disting mai multe tipuri de mortar : Mortarele gata preparate sunt mortare standard din grupele II , Ila și Illa. Acestea con țin un încetinitor care menține lucrabilitatea timp de până la 36 de ore . Mortarul preamestecat cu granulaţie mare constă dintr-un amestec de var non-

hidraulic sau hidraulic, plus agregate la care se adaugă apa și în func ție de cerin țe - al ți lianți la faţa locului -. Mortarul uscat preamestecat este furnizat în saci sau umplut în silozurile staţiilor de betoane de la faţa locului; apa se adaugă la fa ța locului în conformitate cu instrucțiunile producătorului . În staţiile de betoane de la faţa locului materiile prime sunt depozitate separat și apoi amestecate în incintă cu apă într-un raport predeterminat. Mortarul poate îmbunătăți izolaţia fonică şi termică precum și protec ție împotriva incendiilor . În funcție de aplicație , distingem între mortar de zidărie , tencuieli și şape . Mortar de zidărie asigură îmbinări rezistente la forfecare și compresie între unită țile individuale de zidărie . Mortarul pentru tencuieli - sub forma unui strat subțire , uniform protejează pereții împotriva intemperiilor și deteriorărilor mecanice , sau formează un substrat pentru lucrările ulterioare ( fig. B 4.1 1 ) . Mortarul pentru şape serve ște ca strat de uzură sau ca suport pentru pardoseală ( vezi " Pardoseli " , p. 172 ) . Mortar pentru zidarie Mortarul de zidarie se împarte în mortar cu greutate normala ( NM ) , mortar u șor ( LM ) și mortar în pat subțire ( OM ) ( fig. B 4.10 ) . DIN 1053-1 împarte mortarele cu greutate normală în alte cinci grupuri , diferențiate în func ție de liant și de nisip . Acest lucru duce la aplicațiile corespondente. Mortarele de grupa I nu pot fi utilizate, de exemplu, pentru pereți cu înălţimea de mai mult de două etaje și în pere ții cu grosime < 240 mm. Nu există astfel de restricții pentru mortarele de grupa a II și a IIl a. Mortarele de grupa a II și a IIl a nu pot fi utilizate pentru staturile exterioare ale pere ților de zidărie cu dublu strat . Mortarele ușoare sunt definite ca mortare cu o densitate uscată în cuptor < 1 .5 kg/dm3 . Dacă valoarea este sub 1 .0 kg/dm3 , mortarul este clasificat ca mortar de izolație termică, care poate fi utilizat pentru zidărie cu un factor de transmisie termică scăzută . Mortarele în pat subțire cu agregate