Cvičení Ba·antová

lní – pomocí přístrojů (váhy, mikroskop…)
Gravimetrie
Látky převedeme do roztoku
Přidáme sloučeninu známého složení, která bude s roztokem reagovat za vzniku nerozpustné sloučeniny
Vzniklou sloučeninu odfiltrujeme, vysušíme, žíháme (používá se speciální filtrační papír, který bezezbytku shoří)
Získanou sloučeninu zvážíme a stechiometricky vypočteme vstupy reakce
Příklad: Množství síranových iontů v podzemní vodě – vzniká BaSO4, musíme jej zvážit
Volumetrie (titrace)
Látky převedeme do roztoku
Přidáme sloučeninu známého složení a koncentrace – titr
Na základě spotřeby titru do zreagování všech iontů stechiometricky vypočteme vstupy reakce
Bod ekvivalence – okamžik, kdy zreagují právě všechny ionty. Abychom ho poznali – indikátory – většinou změní barvu.
Titr musíme dolévat po kapkách, pomalu – reakce má určité zpoždění
Silikátový rozbor
Soubor zkoušek na stanovení složení cementu podle normy ČSN EN 196-2
Vycházíme z konkrétní navážky cementu
Cement = hydraulicky aktivní směs slínkových minerálů
Stanovení slínkových minerálů
Vzorek se vystaví působení vysokých teplot
Ztráta žíháním – dojde k nepatrnému úbytku hmotnosti. Úbytek musí být zanedbatelný, protože co mohlo shořet, muselo shořet už při výrobě cementu. Pokud je nezanedbatelný, něco není v pořádku – cement mohl být nahydratovaný nebo obsahovat nežádoucí organické látky
Uděláme roztok
Nerozpustný zbytek – něco málo se nerozpustí. Opět musí být zanedbatelný, jinak něco není v pořádku.
Gravimetrie, titrace
Jelikož je jasné, že díky vysokým teplotám při hoření prvky musely být někdy v průběhu výrobního procesu ve formě oxidů, vyjadřujeme složení vždy procentuálním zastoupením oxidů (je to ekvivalentní způsob k vyjádření pomocí čistých prvků – stačil by jednoduchý přepočet). Oxidy ale nejsou volně v cementu (nebo jen minimálně):
CaO65 %
SiO221 %
Al2O3 6 %
Fe2O3 3 %
MgO 2 %
SO3 2 %
Cementářská notace – zkrácený zápis základních oxidů:
CaOC
SiO2S
Al2O3A
Fe2O3F
SO3Ŝ
H2OH
Slinkové minerály – lze jich rozlišit 20 (až 80), ale prakticky významné jsou pouze čtyři z nich, které tvoří přes 90% cementu:
Trikalciumsilikát (alit)3CaO.SiO2C3S
Dikalciumsilikát (belit)2CaO.SiO2C2S
Trikalciumaluminát 3CaO.Al2O3C3A
Tetrakalciumaluminátferit (celit, brownmillerit)4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF
Podceňovat se ale nesmí ani další minerály – např. MgO nesmí překročit 5%, jinak hrozí hořečnaté rozpínání, vznik trhlin a poruch
Vlastnosti:
Alit – rychlý počáteční nárůst pevností
Belit – pozdější nárůst pevností, uvolňuje nejméně hydratačního tepla (výhoda u velkých konstrukcí, nevýhoda u malých v zimě – promrznou)
C3A – největší hydratační teplo, rychlé tuhnutí cementu, hodně snižuje odolnost vůči síranové korozi
Zjištění složení
Mikroskopicky, rentgenograficky – instrumentální metody
Početně metodou podle Bogua – hmotnostní bilance. Boguovy rovnice (vychází z molekulových hmotností):
Koroze betonu
Beton je dosti choulostivý – porézní, nasákavý => naruší ho kdeco
Hladová voda (voda s minimem rozpuštěných solí, destilovaná) – vyplavování Ca(OH)2 z cementového kamene
Síranová koroze
Závisí na obsahu C3A
Síranové ionty spodní vody reagují s C3A => vzniká ettringit, který váže v jedné molekule 31 molekul vody => nárůst objemu (ettringit je 4x objemnější než vstupy reakce) => praskání
Zkouší se na vyzrálých trámečcích (třeba 3 roky staré – jejich pevnost už je víceméně konstantní. Trámečky se dají do síranového roztoku. Zpočátku dochází k nárůstu pevnosti – ettringit zaplní póry, vzniká hutnější a pevnější struktura. Reakce ale pokračuje => vznikají velké tahové síly => trhliny => rapidní pokles pevnosti
Síranovzdorné cementy – do 3,5% C3A. V cementu nemá co reagovat => nepopraská v síranové vodě
Ovlivnit množství C3A v cementu lze jedině složením suroviny, vhodných surovin je ale málo – problém
Cementy se zvýšenou odolností – okolo 8% C3A. Odolávají do jisté míry, hodně agresivnímu prostředí ale neodolají
Agresivita prostředí dle obsahu síranových iontů:
uč. 437 – trojčlenka na převod BaSO4 na množství SO4-II
Stupeň
Označení
SO4-II [mg/dm3]
Přípustný obsah C3A
Slabě agresivní
XA1
200 – 600
není limitován
Středně agresivní
XA2
600 – 3000
max. 3,5%
Silně agresivní
XA3
3000 – 6000
max. 3,5%
5 – Tepelné vlastnosti stavebních materiálů
Výroba energií ničí životní prostředí => rostou požadavky na tepelně-izolační vlastnosti materiálů (do 1978 se požadovalo 0,55 m2KW-1, čemuž vyhovovala běžná zeď z plných pálených cihel, od 1994 2,00 m2KW-1, na což by zeď ze stejného materiálu musela být 1,7 m tlustá)
Tepelný odpor – podíl tloušťky konstrukce a součinitele tepelné vodivosti, převrácená hodnota tepelné prostupnosti:
Největší tepelný odpor se požaduje u střech, u stěn se připouštějí nižší hodnoty
Tepelná vodivost je schopnost materiálu vést teplo, není-li ve všech jeho částech stejná teplota
Měrná tepelná vodivost
Jednotka Wm-1K-1
Je chakrakterizována součinitelem teplotní vodivosti ( (pro izolanty tisíciny až setiny, pro běžné stavební hmoty jednotky, pro kovy stovky Wm-1K-1)
Jde o tepelný výkon přenesený plochou 1 m2 na vzdálenost 1 m při teplotním spádu 1°C
Závisí na složení, struktuře, pórovitosti, mezerovitosti, u anizotropních látek i na směru tepelného toku
Velký je vliv vlhkosti. Příklad: Střechy paneláků jsou izolovány polystyrenem. Pokud polystyren navlhne (pojme až 300% hmotnostních vody), ztrácí izolační vlastnosti (navíc je překročen rosný bod a na stropě se tvoří plíseň)
Metody měření měrné tepelné vodivosti
Norma udává jen princip, ne na jakém zařízení se má zkouška provádět
Stacionární metody – měření v ustáleném stavu. Je přesnější, ale vyžaduje složité mechanismy a hodně času (dlouho trvá, než se látka uvede do ustáleného teplotního stavu – typicky hodiny) => nelze používat na stavbách. Např. zařízení dr. Bocka
Nestacionární metody – méně přesné, ale zařízení jsou malá a rychlá. Například isomet – jakoby kalkulačka, dodává se se dvěma sondami – jehlicovou (pro měkké materiály) a plošnou. Do tří minut od zavedení sondy určí hodnotu (.
Metoda chráněné desky – pro běžné materiály (beton, keramika, kovy…)
Metoda koule – pro sypké materiály
Metoda válce – pro plošné ohebné materiály (izolační folie, lino…)
Přístroj dr. Bocka – pracuje na principu metody chráněné desky. Výpočet se provádí podle následujících vzorců (pro tloušťky a hmotnosti vzorku se vždy berou průměry hodnot před a po zkoušce – mohou se změnit např. odpařením vody aj.):

Q – tepelný tok [W]
d – tloušťka vzorku [m]
A – působící plocha
(t – teplotní spád
tw1 – teplota přítoku kompenzační desky
tw2 – teplota odtoku kompenzační desky
tk1 – teplota přítoku chladící desky
tk2 – teplota odtoku chladící desky vždy průměry
w – konstanta přístroje
( – účinnost topné desky, T – doba měření [h], E [kWh]