Suport de curs anul II sem I

LIANI MINERALI CONSIDERAII GENERALE I CLASIFICARE Lianii minerali sunt materiale naturale sau artificiale pulverulente, care, n amestec cu apa sau cu soluiile unor sruri, formeaz o past plastic ce n timp se ntrete, transformndu-se ntr-un solid rigid (are aspect de piatr), cu rezisten mecanic mare.

- Lianii pot lega ntr-un tot unitar i coeziv materialele granulare de regul cele din categoria pietrei naturale dar i elementele prelucrate (crmizi, blocuri ceramice i nlocuitori), formnd astfel conglomerate artificiale (beton, mortar, etc).

Un liant mineral trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: - s se ntreasc ntr-un timp relativ scurt; - s adere bine la materialele granulare; - s nu prezinte variaii mari de volum n timpul ntririi i dup aceea; - s prezinte stabilitate la aciunea factorilor fizici i chimici cu care re n contact. Transformarea pastei plastice ntr-o piatr artificial este rezultatul unor procese fizico-chimice care au loc n urma interaciunii liantului cu apa. Masa plastic rezultat iniial are capacitatea de a asigura legarea ntre ele a agregatelor materialelor granulare inerte (nisip, pietri), conglomerndu-le, sau a materialelor unitare (crmizi, plci, blocuri) n vederea obinerii diferitelor elemente de construcie. Lianii pentru a putea fi utilizai cu succes la obinerea elementelor de construcii trebuie s posede urmtoarele proprieti:

- aderen mare pe suprafaa materialelor pe care le leag; - ntrirea se realizeaz ntr-un interval de timp relativ scurt; - variaiile de volum dup ntrire sunt mici, ceea ce asigur stabilitate

elementelor de construcii.

- s prezinte stabilitate la aciunea factorilor fizici i chimici cu care re n contact.

Alexe Mircea

Suport de curs anul II sem I

Lianii minerali se pot clasifica conform schemei urmtoare: Naturali: argilele

NEHIDRAULICI

Artificiali: liani pe baz de ghips, var gras, ciment magnezian (pe baz de oxisruri). Unitari: - neclincherizai: varurile hidraulice; - clincherizai: ciment portland, ciment aluminos.

LIANII MINERALII

HIDRAULICI

Micti: - ciment portland cu adaosuri active; - var gras cu adaosuri active.

Lianii nehidraulici sau aerieni sunt lianii al cror amestec cu apa se ntrete numai n mediu uscat, iar solidul rezultat nu rezist aciunii apei (nu posed durabilitate la aciunea apei). Aceti liani pot fi naturali sau artificiali. Lianii hidraulici sunt lianii care posed capacitatea de a se ntri att n mediu uscat, ct i n mediu umed, solidul format fiind rezistent la aciunea dizolvant a apei, pstrndu-i forma exterioar. Pot fi unitari sau micti. Lianii unitari se obin prin mcinarea unui singur produs de baz cu maximum 5% alte adaosuri. Lianii micti provin din liani unitari, n care, la mcinare, se introduc diferite adaosuri active (zguri metalurgice, tufuri vulcanice, cenui de termocentral), al cror coninut variaz ntre 5% i 85% din masa liantului. Lianii neclincherizai se obin din amestecuri de materii prime, care se ard la o temperatur inferioar celei la care apar topiturile pariale, astfel nct produsul ars rmne poros. Reaciile de formare a acestor liani se produc n faz solid. Lianii clincherizai rezult prin arderea amestecurilor de materii prime la temperaturile corespunztoare apariiei topiturilor pariale. Rcindu-se, topitura se solidific n porii produsului ars, conferindu-i o structur compact, de clincher, porozitatea total fiind sub 8%. Aceti liani se numesc cimenturi i sunt formai din amestecuri complexe de silicai i aluminai de calciu. Dac n amestecul complex silicaii de calciu se gsesc n proporia cea mai mare, atunci

Alexe Mircea

Suport de curs anul II sem I

lianii se numesc cimenturi portland sau silicioase, iar dac predomin aluminaii de calciu, lianii se numesc cimenturi aluminoase. Aceast transformare a lianilor implic dou faze: priza i ntrirea:

priza reprezint transformarea dintr-o mas plastic ntr-o mas rigid dar friabil;

ntrirea marcheaz momentul cnd masa solid ncepe s capete rezistene mecanice. Priza Timpul de ncepere a prizei reprezint momentul n care acul Vicat-ului nu mai ptrunde pn la fundul probei. ntrire - Timpul de terminare a prizei reprezint momentul n care acul Vicat-ului nu mai ptrunde mai mult de 0,5 mm. n prob probei. ntrire Creterea rezistenelor mecanice ale aglomeratului creat cu ajutorul liantului.

Principalele proprietatile liantilor minerali - finetea de macinare se determina prin cernere cu site , si cantarirea partii de material trecute sau ramase pe sita . Finetea mare determina calitatea buna a liantului. - priza reprezinta intervalul de timp in care pastele incep sa se rigidizeze si sa-si piarda plasticitatea . Se masoara in unitati de timp . - intarirea dupa priza , se caracterizeaza prin cresterea rezistentelor mecanice . -constanta in volum. -rezistenta mecanica. LIANI NEHIDRAULICI ARGILA Argilele sunt unele dintre cele mai raspandite roci de pe suprafata pamantului, fiind roci sedimentare cu structura foarte fina, cu granule mai mici de 0.002 mm, alcatuite dintr-un amestec complex de minerale argiloase: caolinit, illit, montmorillonit, etc. Acestea sunt silicati de aluminiu sau de magneziu hidratati, realizati din alterarea feldspatilor si a altor silicati. Acestora li se adauga muscovit, feldspati, minerale grele (zircon, ilmenit, rutil, magnetit, granati, etc), fragmente de cochilii precum si alte minerale diagenetice ca sulfuri, glauconit, calcit, apoi particule foarte fine de minerale nealterate provenite din roca initiala, din complexe coloidale silicatate, hidratate, precum si din resturi de substante organice.

Alexe Mircea

Suport de curs anul II sem I

Argilele provin n natur din descompunerea ntr-un timp ndelungat sub aciunea umezelii i a CO2 din aer, a feldspailor rezultai din alterarea rocilor eruptive feldspatice (granit, gnais etc), fapt confirmat de prezena n zcmintele de caolin a unor nsemnate resturi de roc incomplet descompus.

Alteori aceast descompunere a avut loc sub pmnt sub aciunea apelor minerale ce conineau bioxid de carbon n soluie.

In sfrit, un proces asemntor de descompunere a fost constatat i acolo unde roca de origine este acoperit de pmnt vegetal.

Argilele sunt roci sedimentare cu plasticitate ridicat, porozitate i capacitate de absorie mare, de obicei impermeabile. Argilele sunt masive sau stratificate i n funcie de compoziie, foarte divers colorate: alb cenusiu, negru, rocat, brun etc.. Argilele se clasific dup criterii mineralogice argile oligomictice - monominerale; caolin, argile smectitice etc. argile polimictice

Materia prim a industriei ceramice o constituie argilele. Acestea sunt

pmnturi naturale, care, amestecate n anumite proporii cu apa, devin plastice, dnd paste care se pot modela i care, meninndu-i forma i dup uscare, pot fi arse n cuptoare la temperaturi mai mult sau mai puin ridicate, devenind prin ardere nedeformabile i insolubile n ap.

Argilele i datoreaz aceast proprietate principalului lor constituent: caolinita sau bisilicatul de aluminiu hidratat (AI2O3 2SiO2-2H2O), a crui formul chimic n acest fel scris, pune n eviden prezena n molecula acesteia a siliciului, a aluminiului, oxigenului i hidrogenului n proporii corespunznd la dou molecule de bioxid de siliciu (Sit)2), unei molecule de trioxid de aluminiu (AI2O3) i la dou molecule de ap (2H2O).

Caolinita poate fi gsit n msur mai mic sau mai mare n orice pmnt. Unele argile, ca de exemplu caolinurile conin pn la 97% caolinita.

Dup prerea acceptat astzi de majoritatea specialitilor, plasticitatea argilelor se datoreaz structurii lamelare a cristalelor de caolinita.

Apa care se adaug argilei, ptrunde ntre cristale i le permite s se orienteze toate n acelai sens, fcnd s acioneze n condiii optime forele de atracie molecular.

Un plus de ap ndeprteaz cristalele unele de altele, fcnd ca masa s-i piard plasticitatea, ceea ce se i ntmpl atunci cnd argilele sunt amestecate cu prea mult ap. Argila, datorit structurii lamelare (stratificate) i caracterului hidrofil, prin amestecare cu apa formeaz o past plastic creia i se pot da forme variate prin operaia numit fasonare, pe care le pstreaz dup uscare i ardere. n

Alexe Mircea

Suport de curs anul II sem I

funcie de indicele de plasticitate ap, apreciat prin procentul de ap pe care-l

conine o epruvet de argil ncercat conform metodelor standardizate, se disting urmtoarele tipuri de argile:

- cu plasticitate superioar, avnd ap>30;

- cu plasticitate medie, pentru care a

p=15 30;

- cu plasticitate sczut, avnd a

p=7 15;

- ne-plastice,

Utilizarile argilelor: - liant la prepararea mortarelor de argila pentru zidarii , la

constructii slab solicitate ; - adaos la mortare de ciment pentru marirea lucrabilitatii - blocuri de zidarie nearsa , pentru construtii slab solicitate ; - drumuri cu trafic redus ; -fundatii sosele de mare circulatie , cu imbracamintea din beton

asfaltic sau ciment ; -baraje usoar, diguri , canale - materie prima industria ceramica si industria cimentului -stabilizarea terenurilor argiloasa de fundatie pentru constructii .

Alexe Mircea

Suport de curs anul II sem I

VARUL Varul gras. Calcarul, cunoscut i sub numele de piatr de var, reprezint materia prim folosit la obinerea varului gras. Calcarul utilizat trebuie s conin minimum 95% CaCO3, restul fiind impuriti mai ales de argil i nisip. CaCO3 poate fi descompus termic n CaO (var nestins) i CO2, conform reaciei: CaCO3 = CaO + CO2; q = 145 kJ/mol Gradul de disociere i viteza de reacie depind de temperatura la care CaCO3 este nclzit i de gradul su de mrunire (dispersare). La 600 0C disocierea este parial i are loc cu vitez mic. Prin creterea temperaturii viteza de disociere crete. Dac este n stare fin divizat, disocierea complet se poate produce la temperaturi cuprinse ntre 850 0C i 900 0C. n practic descompunerea complet a CaCO3, folosit n cuptoare sub form de bulgri cu dimensiuni de 10 cm 15 cm, i cu vitez apreciabil se realizeaz la temperaturi de 1100 0C 1200 0C, varul obinut fiind poros. Se evit nclzirea la temperaturi mai mari, pentru ca oxidul de calciu s nu sufere o transformare polimorf, devenind foarte compact. De asemenea, la temperaturi ridicate, impuritile argiloase din calcar reacioneaz cu CaO formnd aluminai, silicai i ferii de calciu. Astfel, se obine un var supra-ars, care reacioneaz foarte lent cu apa i provoac defecte n tencuielile la care este utilizat. nclzirea la temperaturi prea mici determin obinerea unui var care conine i carbonat de calciu nedisociat (disocierea este incomplet), care nu reacioneaz cu apa, ceea ce va duce la diminuarea plasticitii pastei de var stins. Arderea pietrei de var se realizeaz de obicei n cuptoare verticale, mai rar n cuptoare inelare sau rotative. Cuptoarele verticale pot fi: cuptoare n care piatra de var se introduce amestecat cu combustibilul i cuptoare cu focare separate, spaiul focarului gsindu-se n afara cuptorului. Combustibilul folosit

Alexe Mircea

Suport de curs anul II sem I

mai des este solid (cocs, antracit), dar se poate utiliza i gaz de generator n amestec cu aerul. Stingerea varului. Varul gras n bulgri scos din cuptor nu poate fi stocat prea mult timp, ntruct reacioneaz cu umiditatea i CO2 din aer, pulverizndu-se i pierznd din capacitatea sa liant. De aceea, fie se macin, fie se supune operaiei de stingere, care presupune tratarea sa cu ap, n urma creia se produce hidratarea oxidului de calciu. Reacia de hidratare a CaO se produce cu degajarea unei cantiti mari de cldur i cu o mrire semnificativ de volum (volumul crete de 2 3 ori), fiind urmtoarea: CaO + H2O Ca(OH)2; q = 270kcal/kg CaO Variaia mare de volum care nsoete hidratarea CaO determin pulverizarea varului stins. n funcie de cantitatea de ap folosit pentru stingere, se obine var stins n praf (hidratat n pulbere) sau var stins n past. Stingerea n praf se realizeaz cnd varul este tratat cu o cantitate limitat de ap (cu circa 35%), strict necesar obinerii hidroxidului de calciu sub form de praf fin, conform stoichiometriei reacie de mai sus. Stingerea n past presupune tratarea varului gras cu o cantitate excedentar de ap, care reprezint 200% din masa oxidului de calciu care trebuie hidratat. ntrirea varului gras. Varul se utilizeaz n construcii mai ale sub form de mortar, adic n amestec cu nisip i ap. Mortarele de var gras se aplic numai pe materiale de construcii poroase (de exemplu crmizi). Dup aplicarea pe materialul poros, ncepe ntrirea mortarului, ca rezultat a dou procese distincte: un proces fizic i un proces chimic. Procesul fizic const n eliminarea apei din mortar i din gelul pastei de var, prin evaporare i prin absorbie de ctre materialul poros, consecina fiind rigidizarea mortarului i micorarea volumului acestuia. Viteza procesului fizic este mare, ceea ce permite executarea zidriilor n ritm rapid. Micorarea de volum a mortarului nu este proporional cu cantitatea de ap absorbit de materialul poros, deoarece nisipul prezent n cantitate mare formeaz un schelet de rezisten. Consecina este c mortarul devine poros. Procesul fizic este succedat de un proces chimic de lung durat. Prin porii mortarului difuzeaz CO2 din aer care determin carbonatarea hidroxidului de calciu, conform reaciei: Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O Procesul de carbonatare determin creterea rezistenei mecanice i a stabilitii la ap. Carbonatarea nu se poate produce n absena porozitii mortarului. IPSOSUL Lianti din ghips

Ipsosurile sunt cunoscute inca din cele mai vechi timpuri.

Alexe Mircea

Suport de curs anul II sem I

-Egipteni, Creatani tencuieli -Obtinere usoara prin arderea mineralului ghips la 180-3000C. -Obinere uoara prin arderea si mcinarea alabastrului - ghips foarte

pur. Ipsosurile sunt lianti nehidraulici, fabricate din gips (CaSO4 2H2O sulfatului de calciu dihidratat) prin deshidratare si disociere termica. Prin nclzirea progresiv gipsul pierde treptat apa de cristalizare, parcurgnd urmtoarele etape de transformare:

1)pierderea a 3/4 din apa de cristalizare, prin nclzirea la 95 0C 170 0C, transformndu-se n sulfat de calciu semihidratat (hemihidratat) ce face priz rapid cu apa, CaSO40,5H2O, care este componentul de baz al ipsosului de construcii i de modelat;

2)obinerea sulfatului de calciu anhidru. CaSO4 (de asemenea, face priz rapid

cu apa), denumit anhidrit solubil (este foarte instabil, n prezena vaporilor de ap din aer se transform n semihidrat), prin eliminarea apei de cristalizare reziduale n urma nclzirii ntre 150 0C i 200 0C;

3)obinerea unei varieti mai stabile de anhidrit, denumit anhidrit insolubil sau

ipsos ars mort (nu face priz cu apa dect n prezena activatorilor chimici), la peste 300 0C;

4)disocierea termic a anhidritului insolubil, prin nclzirea peste 800 0C, conform reaciei: CaSO4 + CaO + SO3 Prin nclzirea la temperaturi cuprinse ntre 800 0C i 1200 0C se obine un amestec de anhidrit i oxid de calciu. Prezena oxidului de calciu determin activarea anhidritului, care va reaciona cu apa reformnd sulfatul de calciu dihidratat, priza fiind ns lent.

CaSO4 2H2O(1) t

Suport de curs anul II sem I

Ipsos de pardoseala. CaSO4 0.5H2O (semihidratat) prezint polimorfism si in functie de

condiiile de fabricaie. - ipsosul de mare rezistenta se obine in prezenta apei si a presiunii

(1.2-1.6atm). Rezulta particule mai mari ce necesita apa mai putina si conduc la produse mai compacte si mai rezistente mecanic.

La 7 zile cu R = 300 daN/cm2 - ipsosul de construcii se obtine in atmosfera obinuit si presiune

normala. -IPSOSUL DE PARDOSEALA Compus din amestec de CaSO4

anhidrit insolubil i CaO obinut prin arderea ghipsului la 9000C. CaO are rol de activator. Priza anhidritului insolubil se face in apa cu adaosuri. Priza ncepe 4 ore si se termina la 24-36 ore. La 28 zile cu R = 200-250daN/cm2.

-CIMENTURI DE ANHIDRIT 7000C Compus exclusiv din CaSO4 anhidrit insolubil. Pentru realizarea prizei anhidritului insolubil acesta se amesteca cu diverse substane active n proporii mici. Priza ncepe 30 min - 2 ore si se termina la 7 12 ore. La 28 zile cu R = 50-100 daN/cm2.

-IPSOSUL DE CONSTRUCTII 3000C = amestec CaSO4 0.5H2O (sulfatului de calciu semihidratat) + CaSO4 (anhidrit solubil).

In funcie de puritatea materiei prime, de fineea mcinrii i de calitatea

arderii, se obin diverse caliti de ipsos: ipsos de construcii propriu-zis; ipsos de stucatura sau de modelaj; ipsos alabastru.

Priza i ntrirea ipsosului. Ipsosul amestecat cu apa se hidrateaz att n stare solid, precum n cazul cristalelor buretoase, ct i n stare dizolvat (n soluie), transformndu-se n sulfat de calciu dihidratat, conform reaciei: CaSO40,5H2O + 1,5H2O CaSO42H2O Dihidratul rezultat are o solubilitate n ap de cinci ori mai mic dect a semihidratului, motiv pentru care soluia sa apoas se suprasatureaz rapid. Din aceasta ncepe separarea dihidratului, iniial sub forma unor cristale aciculare mici, cu dimensiuni specifice particulelor coloidale (10-7 cm 10-5 cm). Dimensiunea mic a cristalelor aciculare i nconjurarea acestor cu pelicule de ap imprim pastei o viscozitate mic (forele de frecare interne fiind mici), ceea ce nseamn o plasticitate mare i implicit o lucrabilitate mare a pastei.

Alexe Mircea

Suport de curs anul II sem I

Prisosul de sulfat de calciu solubil (CaSO4), dac exist, este de cinci ori mai puin solubil i precipit ca o masa de cristale intreesute; astfel are loc priza (6-30 min). Cristalele aciculare de CaSO42H2O cresc ns destul de repede i se mpslesc, mrind frecarea interioar i implicit micornd plasticitatea pastei, care devine rigid. Transformarea pastei plastice ntr-un solid rigid, dar friabil (cu rezisten mecanic mic) se numete priz. Priza se msoar n uniti de timp i se caracterizeaz printr-un nceput i un sfrit de priz, care se determin cu ajutorul aparatului Vicat. La terminarea prizei exist o mas de cristale aciculare mpslite, dar i o cantitate destul de mare de soluie saturat de CaSO42H2O care micoreaz coeziunea cristalelor. De aceea, rezistena mecanic a pastei de ipsos imediat dup priz este mic. Procesul care succede prizei este ntrirea propriu-zis, caracterizat prin creterea rezistenei mecanice n timp, care tinde asimptotic spre o valoare specific liantului, fiind datorat evaporrii excesului de ap folosit la amestecare; evaporarea apei determin cristalizarea CaSO42H2O dizolvat, noile cristale aprute sudnd cristalele iniiale ntre ele. Cristalele aciculare iniial mpslite, prin sudare ntre ele, se transform ntr-o mas de cristale concrescute, ceea ce sporete rezistena mecanic. Procesul de ntrire continu pn la evaporarea complet a excesului de ap, care practic se realizeaz dup 7 zile, cnd rezistena mecanic devine maxim. Timpul de priz depinde de calitatea ipsosului, temperatura de ardere i fineea de mcinare. n general ipsosul de construcii se caracterizeaz printr-o priz rapid, nceputul prizei aprnd dup 5 min 10 min de la amestecarea cu ap, iar sfritul dup cel mult 30 min, timp destul de mic pentru practic. De aceea, la prepararea pastei de ipsos, se introduc n cantiti mici anumite substane chimice, care ntrzie priza, denumite ntrzietori de priz: boraxul (Na2B4O7), laptele de var, Ca(OH)2, zahrul,spirtul, cleiul de gelatin. Caracteristicile ipsosului ntrit.

Reactie exoterma Ph acid =1000kg/m3 porozitate 40-50% rezistenta la compresiune 70-90daN/cm2 rezistenta la intindere 20-25daN/cm2

Procesul de ntrire se produce cu o uoar cretere de volum (cu aproximativ 1%), motiv pentru care pasta de ipsos umple bine toate detaliile formei n care se toarn. Dup ntrire volumul rmne constant, proprietate apreciat la executarea tencuielilor, care prin uscare nu se vor fisura.

Alexe Mircea

Suport de curs anul II sem I

Alexe Mircea

ntrirea ipsosului avnd loc n urma evaporrii excesului de ap, deoarece la preparare se folosete totdeauna o cantitate de ap mai mare dect cea necesar hidratrii, rezult un solid poros (porozitatea atinge circa 50% din volumul total), ceea ce determin o rezisten mecanic modest. n schimb, porozitatea mare confer produselor din ipsos proprietile de izolatori termici i fonici. mbuntirea ipsosului Ipsosul ntrit este solubil n ap, ceea ce determin degradarea treptat a produselor de ipsos folosite neprotejate ntr-un mediu umed. mbuntirea comportrii n prezena umiditii se realizeaz fie prin folosirea unor adaosuri care micoreaz porozitatea i solubilitatea acestuia, fie prin tratamente superficiale de impermeabilizare. Rezultate bune s-au obinut prin adugarea amestecului de ipsos i ap de: leie bisulfitic, zgur metalurgic mcinat, amestec de var sau ciment portland cu zgur de furnal, dextrin, polimeri organici (rini melaminoformaldehidice, fenolformaldehidice i ureoformaldehidice). Pentru tratarea superficial a produselor din ipsos n scopul realizrii unei pelicule impermeabile i hidrofobe se folosesc: bitum, parafin, vopsele i diferite rini sintetice. Domenii de utilizare a ipsosului de construcii i de modelat. Ipsosul, nefiind un liant hidraulic, poate fi utilizat numai la execuia de lucrri interioare i ncperi cu o umiditate relativ mai mic de 60%. Se folosete fie ca liant unitar, fie n amestec cu varul gras n diferite scopuri. Elementele decorative interioare precum i tiparele pentru industria ceramic sau pentru elemente decorative se realizeaz din ipsos de modelat. Confecionarea elementelor prefabricate presupune folosirea fie a ipsosului simplu, fie a ipsosului n amestec cu diferite agregate uoare: zgur metalurgic expandat, coji de orez, tala i rumegu de lemn. Agregatele se introduc n amestec pentru a micora densitatea produselor i preul acestora. Prefabricatele din ipsos sunt ntrebuinate la executarea pereilor despritori neportani. Dezavantajul pereilor executai din elemente prefabricate din ipsos este c nu permit fixarea obiectelor tehnico-sanitare, dar se pot fixa instalaiile electrice.