Skripta

ýrobu xylolitu ke zhotovování tepelně izolačních podlah a
xylolitových dlaždic, obkladových desek, parapetních desek, schodů a umělých
mramorů.
Tuhnutí má začít za 40 až 240 minut a konec tuhnutí musí nastat v průběhu 2 -
6 hodin. Pevnost v tlaku je nejvyšší při smísení s pískem v poměru 1 : 3, kdy
po 28 dnech dosahuje 60 - 100 MPa.Tyto vysokopevnostní materiály s kře-
menným pískem jako plnivem, se používají na výrobu základů pod těžké stro-
je, na namáhané podklady továrních hal a pod.
3.3.2 Vzdušné vápno
Vzdušné vápno, jak již sám název říká, je typickým představitelem vzdušných
pojiv a také jedním z nejstarších. Používalo se již ve Starém Řecku a Římě, v
Egyptě a Mezopotámii. Římané používali vápno, kterému dnes říkáme román-
ské. Bylo vyrobeno ze vzdušného vápna a přídavku pucolánů, trasu a pod., tedy
hydraulických přísad, které bychom spíše měli řadit do slabě hydraulických
vápen.


- 22 (42) -

Vzdušné vápno je vlastně technický název pro oxid vápenatý CaO s růz-
ným obsahem oxidu hořečnatého MgO vyráběného pálením poměrně čis-
tých vysokoprocentních vápenců či dolomitických vápenců pod mez sli-
nutí při teplotách cca 1000-1250
o
C.
Právě podle obsahu MgO vápno vzdušné rozdělujeme na :
• vápno vzdušné bílé s obsahem MgO pod 7 %,
• dolomitické vzdušné vápno s obsahem nad 7 % MgO.

Vápno vzdušné bílé je takové, které obsahuje nejméně 65 %CaO + MgO, při-
čemž MgO může být max. 7 %. Označení "bílé" je technický termín vyjadřující
chemické složení a odlišení od dolomitického. Není závazné pro barvu. Při
hašení nabývá až trojnásobně na objemu.
Dolomitické vzdušné vápno obsahuje rovněž min 65% CaO+MgO, avšak
obsah MgO je větší než 7 %. Při hašení nabývá na objemu 1,5 - 2 krát. Má še-
dou barvu, menší vydatnost a pomalejší reakci s vodou. Jeho jemným rozemle-
tím se získá tzv. vídeňské vápno, které se používá na leštění zvláště kovů. Pro
stavební účely se používá méně.

Bílé i dolomitické vzdušné vápno se dělí do 5 tříd jakosti podle obsahu obou
charakteristických oxidů. Vápno páté třídy není určeno pro stavební účely. Pro
stavební účely musí tedy obsah CaO u obou druhů vápen činit min. 85 %. V
ČSN 72 2230 je ještě zvláště vymezeno vápno pro použití pro výrobu porobe-
tonů.
Vápno se snažíme pálit při co nejnižší teplotě, kdy vznikají vápna měkce pále-
ná, pórovitá, s malou objemovou hmotností, velkým měrným povrchem a vy-
sokou aktivitou a vydatností.

Vlastnosti : hustota čistého vápna se pohybuje kolem 3200 kg.m
-3
, objemová
hmotnost v rozmezí od 800 do 1200 kg.m
-3
, u mletého vápna 700-900 kg.m
-3
.
Dalšími charakteristickými vlastnostmi vzdušného vápna jsou hašení, vydat-
nost, aktivita a plasticita.

Výroba vzdušného vápna
Vyrábí se pálením vhodně upravených surovin, vápenců a dolomitických vá-
penců, v různých pecních agregátech, z nichž nejrozšířenější jsou staré pece
kruhové a dnes nejvíce používané pece šachtové a rotační při teplotách 1050-
1250
o
C. Pece kruhové dávaly velmi kvalitní měkce pálené vápno s dobrou ak-
tivitou a vydatností, ale výroba byla velmi pracná, namáhavá a nedala se prak-
ticky mechanizovat.
Šachtové pece (vertikální) mají dnes mechanizovaný až automatizovaný pro-
voz s malou spotřebou energie a nízkými investičními náklady na výstavbu.
Vápenec musí být ostře tříděný na frakce buď 80-100 mm nebo 120-180 mm,
Stavební látky

- 23 (42) -

vypaluje se za vysoké teploty a získává se tvrdě pálené vápno, méně aktivní s
kolísavými vlastnostmi.
Pece rotační zpracovávají všechny druhy vápenců i dolomitických vápenců
jemně rozdrcených. Výhodou je, že se dají automatizovat, mají velký výkon
(až 1000 tun za den), vápno má vysokou aktivitu a vydatnost a je stejnoměrné
kvality. Rotační pece mají ovšem nižší tepelnou účinnost než pece šachtové.
Teplota výpalu je asi 1100
o
C. Jejich velkou výhodou je možnost zpracování
jemných vápenných drtí, které již nelze jinak vypalovat, a možnost zpracování
rozpadavých a mineralogicky nehomogenních vápenců.

Použití vzdušného vápna
Ve stavebnictví se vzdušného vápna nejvíce používá pro výrobu malt pro zdění
a pro omítání. Vápno dodává maltám především plastičnost a přilnavost k pod-
kladu. Dále se používá pro výrobu pórobetonů, plynosilikátů a pěnosilikátů a k
výrobě vápenopískových cihel. V současné době i pro průmyslovou výrobu
suchých omítkových směsí. S přebytkem vody pak ve formě vápenného mléka
na povrchové nátěry stěn místností nebo prostorů, kde se chceme zbavit bakte-
rií a plísní, příp. s minerálními barvivy pro barevné venkovní nátěry. Vzdušné
vápno je i součástí malt nastavovaných, obsahujících i další pojivo.
Je nutno ovšem upozornit, že vápno má velmi nepříznivé účinky na lidský or-
ganismus - leptá kůži, vniká do dýchacích cest, je nebezpečné pro oči ad. Proto
při manipulaci s ním je třeba zachovávat veškerá bezpečnostní opatření, použí-
vat respirátory, rukavice a d.
3.3.2.1 Karbidové vápno
Zvláštním druhem vzdušného vápna je karbidové vápno.Jedná se o již vyha-
šené vápno, které odpadá při výrobě acetylenu z karbidu vápníku CaC
2
. Má
charakteristickou šedo- fialovou barvu, způsobenou zbytky koksu z výroby
karbidu a z tohoto důvodu se zpracovává jen tam, kde toto zabarvení nevadí.
Tato nepříjemná barva však po zatvrdnutí mizí. Pro svoji pevnost je vhodné
pro výrobu malt pro zdění.
Další nevýhodou je zvláštní zápach, který vyniká po rozdělání s vodou a je
citelný po delší dobu.
3.4 POJIVA HYDRAULICKÁ
Hydraulická pojiva, na rozdíl od pojiv vzdušných, po částečném zatuhnutí na
vzduchu mohou dále tuhnout a tvrdnout i pod vodou, tedy za nepřístupu vzdu-
chu. Tuto vlastnost získají tehdy, jestliže kromě CaO obsahují ještě další oxidy
a to:
• SiO
2
- oxid křemičitý,
• Al
2
O
3
- oxid hlinitý a
• Fe
2
O
3
- oxid železitý.

- 24 (42) -

které při výpalu reagují s oxidem vápenatým CaO a poskytují nové sloučeniny
minerálního charakteru - slínkové minerály. Nazýváme je hydraulické oxidy
nebo hydraulity. Jsou obsaženy buď již v základní surovině, nebo se k surovi-
ně, či vzdušnému pojivu, přidávají přísady, které tyto oxidy obsahují a ty pak
nazýváme hydraulické přísady. Hydraulická pojiva tvrdnou rychleji a dosahu-
jí vyšších pevností než pojiva vzdušná.
Hydraulické přísady jsou práškové látky obsahující hydraulické oxidy (pří-
rodní nebo syntetické), které samy o sobě smíchány s vodou netvrdnou, ale při
styku s látkami obsahujícími CaO v nich vyvolávají hydraulické schopnosti a
podílejí se na tvorbě pevné struktury. Z přírodních jsou to pemzy, tufy, tufity,
trasy, křemeliny, spongility ,které u nás souhrnně nazýváme pucolány a z umě-
lých pak vysokopecní granulovaná struska, popílky a Si-úlet jako průmyslový
odpad.
Hydraulicitu pojiva můžeme posoudit podle tzv. hydraulického modulu M
H
,
který udává poměr mezi procentními obsahy zásaditých oxidů a ostatních hyd-
raulických složek :
M
CaO MgO
SiO Al O Fe O
H
=
+
++
22323


Vzdušné vápno (s obsahem CaO+MgO min 85 %) má M
H
nad 9, u hydraulic-
kého vápna je M
H
pod 6, portlandský cement má M
H
pod 2,5 a u hlinitanového
cementu je M
H
pod 1,5.
Pro všechny hydraulické přísady je podmínkou vhodné chemické a mineralo-
gické složení a musí být v jemném práškovém stavu, aby mohlo dojít k in-
terakci s CaO. Proto se přidávají již ve fázi mletí základních surovin, nebo se
melou společně s kusovým vzdušným vápnem.
3.4.1 Hydraulické vápno (ČSN 72 2250)
Hydraulické vápno je pojivo připravené buď pálením vápenců, dolomi-
tických vápenců nebo dnes hlavně vápnitých slínů s obsahem hydraulic-
kých součástí pod teplotu slinutí, (max.1250
o
C) a nebo společným semle-
tím vzdušného vápna s takovým množstvím hydraulických přísad, aby
pojivu dodaly hydraulické vlastnosti.
Hydraulické vápno musí obsahovat min. 10% hydraulických složek (SiO
2
,
Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
). Podle jejich obsahu se hydraulická vápna dělí na :
• slabě hydraulická, obsahující 10-15 % hydraulitů, s minimální pevnosti
po 28 dnech 1,5 MPa a
• silně hydraulická, obsahující více jak 15 % hydraulitů, s minimální
pevností po 28 dnech 4 MPa.

Podle způsobu výroby dělíme hydraulická vápna na :
Stavební látky

- 25 (42) -

• přírodní - získaná pálením základních surovin (vápenců, dolomitických
vápenců, vápnitých, slínů) s obsahem hydraulických součástí pod mez
slinutí,
• umělá - připravená společným rozemletím vzdušného vápna s vhodný-
mi přísadami, obsahující hydraulické oxidy.

Při výpalu hydraulického vápna vznikají reakcí mezi CaO a hydraulickými
oxidy nové hydraulické složky jako C
2
S, C
3
A,C
4
AF, jako při výrobě portland-
ského cementu. Hydraulické vápno neobsahuje C
3
S, jako PC, který vzniká při
teplotách nad 1300
o
C.(Podrobně viz kap. 3.2.2).
Výroba hydraulického vápna je obdobná jako u vzdušného vápna, tedy v šach-
tových neb rotačních pecích.Poněvadž vápna slabě hydraulická obsahují znač-
né množství volného CaO, mohou se i hasit tzv."za sucha" malým množstvím
vody. V praxi se k hašení používá přibližně 1,5 násobku teoretického množství
vody, tzn. asi 0,1-0,25 kg vody na 1 kg slabě hydraulického vápna. Silně hyd-
raulická vápna se před mletím nehasí, neboť vykazují podobné vlastnosti jako
cement, takže po přidání vody by zatvrdla. K mletí hydraulického vápna se
používá mlýnů obvyklých v cementářské technologii.

Vlastnosti : Pevnost v tlaku se u hydraulických vápen pohybuje v rozmezí od
2,5 do 15 MPa. Má podstatně rychlejší tuhnutí a tvrdnutí než vápno vzdušné.
Pokud nastává počátek tuhnutí příliš brzy (pod 45 min) zpomaluje se tuhnutí
přídavkem sádrovce, kdy 5% hmotnostní přídavek sádrovce prodlouží dobu
tuhnutí asi čtyřnásobně.U hydraulických vápen se stanovuje dále objemová
stálost, která je také kriteriem jejich použití.

Použití : ve stavebnictví pro výrobu malt a betonů nižších pevnostních tříd
uložených jak na vzduchu, tak i ve vodě.Pokud budou uloženy výrobky ze sla-
bě hydraulického vápna ve vodním prostředí, musí nejprve dobře zatuhnout na
vzduchu. Jinak se uplatňují všude tam, kde se vyžadují malty příp. betony s
vyššími pevnostmi, které nemohou dosáhnout adekvátní směsi se vzdušným
vápnem. Často se používají i pro přípravu tzv. šlechtěných omítek nebo pro
přípravu omítkových malt přímo na stavbě. Maltám dodávají potřebnou plas-
tičnost a dostatečnou přilnavost k podkladu. Nutno také zdůraznit, že oproti
omítkám ze vzdušného vápna se vyznačují větší odolností vůči povětrnostním
vlivům a tím i dlouhodobější životností. Oproti cementům mají tu výhodu, že i
podržují základní vlastnost vápen tj. plasticitu.
3.4.2 Portlandský cement (ČSN EN 197-1)
Ve stavebnictví jsou nejvíce rozšířeným a používaným pojivem různé druhy
cementů v současné době ponejvíce křemičitanových.



- 26 (42) -

Definice : Podle ČSN EN 197-1 je cement hydraulické pojivo, pálené
nad mez slinutí tj.jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vo-
dou v důsledku hydratačních reakcí a procesů tuhne a tvrdne a po zatvrd-
nutí zachovává svoji pevnost a stálost jak na vzduchu tak i ve vodě.
Cement podle této předběžné evropské normy, označovaný jako CEM cement,
musí při odpovídajícím dávkování a vhodném smíchání s pískem nebo kame-
nivem a vodou umožnit výrobu malt a betonů zachovávajících po dostatečnou
dobu vhodnou zpracovatelnost. Po předepsané době musí mít požadovanou
pevnost a dlouhodobou objemovou stálost. Teplota výpalu se pohybuje v roz-
mezí od 1400 do 1450
O
C.
Hydraulické tvrdnutí CEM cementů probíhá hlavně v důsledku hydratace vá-
penatých silikátů a aluminátů. Celkový obsah aktivního oxidu vápenatého CaO
a aktivního oxidu křemičitého SiO
2
musí být v CEM cementu větší než 50 %.
Přednosti : lze z něj vyrábět různé konstrukce a výrobky o velké pevnosti a
trvanlivosti jak ve vzdušném, tak i ve vodném prostředí a přizpůsobit je tvarem
a vlastnostmi účelu použití. Tato všestrannost z něho činí nejdůležitější a nej-
používanější stavební pojivo.
Nedostatky : je jen málo odolný proti některým agresivním látkám. Oproti
velké pevnosti v tlaku má nepoměrně menší pevnost v tahu a ohybu a proto se
musí používat ocelová výztuž. Některé cementy se značně smršťují a mají ne-
žádoucí vývin hydratačního tepla. Po zpracování se musí ošetřovat a doba tuh-
nutí je u nich obecně dlouhá. Jejich výroba vyžaduje velké množství energie.
Použití :
Ve stavebnictví se cement používá k výrobě malt, prostého a vyztuženého be-
tonu pro všechny druhy pozemních a inženýrských staveb, na výrobu staveb-
ních dílců a nejrůznějšího betonového zboží.

Suroviny pro výrobu p-cementů
Suroviny pro výrobu p-cementů lze v zásadě rozdělit do dvou skupin :
• základní suroviny (vápenaté) z nichž nejdůležitější jsou vápence, dále
slíny, křídy, hlíny a jíly. Nejvhodnější je vápenec s obsahem CaCO
3
7 -
78 % (hmot.) s přítomnými hydraulickými složkami v podobě jílových
minerálů a dalších složek stejnoměrně prostoupených hmotou vápence,
• pomocné suroviny (sialitické, doplňující, korekční), které přidáváme v
tom případě, kdy základní surovina neobsahuje v dostatečném množství
hydraulity tj. SiO
2
, Al
2
O
3
a Fe
2
O
3
, které potom přidáváme v podobě
kyzových výpražků nebo železných rud (Fe
2
O
3
), bauxit nebo suroviny
bohaté na Al
2
O
3
a křemelinu či křemičitý písek pro korekci SiO
2
.
Někdy se k cementářské surovině přidávají ještě v malém množství látky zvy-
šující reaktivitu jako kazivec CaF
2
a fluorokřemičitan sodný Na
2
SiF
6
. Podílejí
se na snížení teploty výpalu a urychlování tvorby slínkových minerálů.
Ke správnému sestavení cementářské suroviny slouží složité postupy z nichž
podstatný je návrh složení surovinové směsi podle tzv. modulů, kterými je
možno řídit nejen složení suroviny, ale rovněž chemickou a fázovou skladbu
Stavební látky

- 27 (42) -

portlandského slínku (získaného výpalem surovinové směsi), jako polotovar
pro výrobu portlandských cementů.
Jedná se o modul hydraulický (vápenatý) M
H
, silikátový (křemičitanový) M
S
a
hlinitanový M
A
.
M
CaO MgO
SiO Al O Fe O
H
=
+
++
=−
22323
17 24,,
M
SiO
Al O Fe O
S
=
+
=−
2
23 23
17 27,,
M
Al O
Fe O
A
==−
23
23
15 25,,

Při M
H
pod 1,7 mají cementy malou vaznost, nad 2,4 se vyznačují vyšším ob-
sahem C
3
S a C
3
A, musí se vypalovat při vyšší teplotě, mají vysoké počáteční
pevnosti, větší vývin hydratačního tepla, sníženou odolnost vůči agresivním
látkám a projevuje se u nich jistá objemová nestálost.
Při M
S
pod 1,7 se surovinová směs hůře vypaluje a nad 2,7 cementy pomaleji
tuhnou a tvrdnou. Při M
A
větším než 2,5 se zvyšují počáteční pevnosti cementů
a hydratační teplo vč. smrštění. Současně se snižuje odolnost proti chemickým
vlivům.
Výrobu portlandských cementů můžeme prakticky rozdělit do dvou etap :
• výrobu slínku,
• výrobu cementu.

Slínek získáme výpalem surovinové směsi na teploty 1350 - 1450
o
C v různých
typech pecních agregátů (šachtové pece, rotační pece, pece s výměníky tepla) a
jeho rychlým ochlazením v chladičích. U takto získaného slínku sledujeme
hlavně chemické a mineralogické složení.
Chemické složení (platí i pro cement) se vyjadřuje obsahem jednotlivých oxi-
dů, které činí :
od - do průměr
CaO 56 - 69 % 65 %
SiO
2
16 - 26 % 21 %
Al
2
O
3
4 - 8 % 6 %
Fe
2
O
3
1 - 8 % 3 %
MgO 0 - 6 % 2 %
SO
3
0,5 - 3,5 % 2 %

Uvedené max. hodnoty MgO a SO
3
nesmí být překročeny, neboť způsobují
nadměrné objemové změny, tzv. hořečnaté neb síranové rozpínání.

- 28 (42) -


Mineralogické složení je výsledkem chemických reakcí mezi jednotlivými
oxidy za vysokých teplot, za vzniku nových chemických sloučenin, které nazý-
váme slínkovými minerály.
Chemické vzorce slínkových minerálů se popisují zkrácenými symboly tak, že
místo CaO píšeme C,
místo SiO
2
píšeme S,
místo Al
2
O
3
píšeme A,
místo Fe
2
O
3
píšeme F.
Mineralogických složek je ve slínku více než 20 druhů, avšak největší význam
a vliv na vlastnosti cementu mají :

C
3
S - křemičitan trojvápenatý (trikalciumsilikát) 3CaO.SiO
2
nazývaný alit,
kterého je ve slínku 35-75 %, má vysoký vývin hydratačního tepla 500 kJ.kg
-1

slínku, přispívá zvláště k vývinu počátečních pevností (do 28 dnů), ale má ma-
lou odolnost vůči agresivním vodám.
C
2
S - křemičitan dvojvápenatý (dikalciumsilikát) 2CaO.SiO
2
zvaný belit. Ve
slínku je ho 5-40%, má menší vývin hydratačního tepla - 210 kJ.kg
-1
slínku, k
vývinu pevností přispívá až po 28 dnech a má malou odolnost vůči síranovým
vodám. Je znám ve čtyřech modifikacích, kdy pro p-slínek je důležitý β - C
2
S.
C
3
A - hlinitan trojvápenatý (trikalciumaluminát) 3CaO.Al
2
O
3
. Jeho obsah ve
slínku se pohybuje od 3 do 15 %, má největší reaktivitu, ze všech slínkových
minerálů, vývin hydratačního tepla až 910 kJ.kg
-1
slínku,s vodou reaguje oka-
mžitě a má velmi malou odolnost vůči síranům.
C
4
AF - hlinitoželezitančtyřvápenatý,(tetrakalciumaluminátferit) zv. celit neb
také brownmillerit. Ve slínku je ho 9 - 14 %, má poměrně vysoký vývin hydra-
tačního tepla, do 420 kJ.kg
-1
slínku, plynule (dlouhodobě) se podílí na vývinu
pevností a má větší odolnost vůči agresivnímu prostředí.

Výroba cementů
Spočívá ve společném semletí p-slínku s dalšími přísadami. Hlavní přísadou je
sádrovec nebo sádrové střepy přidávaný pro úpravu regulaci tuhnutí. Dalšími
přídavnými složkami semílanými s p-slínkem na různé druhy cementů pro
obecné použití jsou, podle ČSN EN 197-1 "Cementy pro obecné použití" plat-
né od 1.1.1994, vysokopecní struska (gra- granulovaná), křemičitý úlet, puco-
lán (přírodní a průmyslový), popílek (křemičitý a vápenatý), kalcinovaná břid-
lice a doplňující složky.

Druhy cementů
Citovaná norma ČSN EN 197-1 zavádí třídění cementů podle druhů a tříd.
Přesto je možné cementy rozdělit na :
a) cementy pro obecné použití,
Stavební látky

- 29 (42) -

b) cementy hlinitanové,
c) cementy speciální.

Cementy pro obecné použití nyní rozdělujeme na 5 hlavních druhů označe-
ných římskými číslicemi a to :
I. Portlandský cement,
II. Portlandský cement směsný,
III. Vysokopecní cement,
IV. Pucolánový cement,
V. Směsný cement.

Přitom druh II se dále dělí podle přimílaných složek na dalších 7 cementů (viz
tabulka 3.1 "Druhy cementů a jejich složení".
Třídy cementů, dané jejich nejnižší 28 denní pevností v tlaku, zavádí nová
norma rovněž odlišně od dosavadních a to v řadě 32,5 , 42,5 a 52,5, kterou ná-
rodní dodatek rozšiřuje o nejnižší třídu 22,5. S výjimkou této nejnižší třídy se
zavádí pro všechny ostatní ještě další označené R (Rapid), pro cementy s vyš-
šími počátečními pevnostmi.
Na rozdíl od dosavadních norem nejsou normovány pevnosti v ohybu a u 28
denních pevností v tlaku se uvádí i pevnost maximální. Doba tuhnutí a měrný
povrch již normovány nejsou, normován je jen počátek tuhnutí. Objemová stá-
lost se již nestanovuje koláčkovou zkouškou, ani dilatometrem Kallauner-Rosa,
ale v Le Chatelierových objímkách.

Portlandský cement CEM I
Vyrábí se ve třídách 42,5 a 52,5, obě i v modifikaci R a to semletím jen p-
slínku s regulátorem tuhnutí sádrovcem, kde číselné označení značí
min.pevnosti v tlaku po 28 dnech normového uložení. Používá se hlavně pro
výrobu betonů vyšších tříd, na předpínané betonové dílce, na betony vyráběné
metodou UTB, pro betonáže do 5
o
C bez zvláštních opatření. Není vhodný na
zvláště objemné betonové stěny (masivní konstrukce).

Portlandský struskový cement
Je vyráběný