Ehitusmaterjalide konspekt (3)

1.1. Ehitusmaterjalide klassifikatsioonid
Ehitusmaterjalide klassifitseerimine on vajalik, et tootmise, töötlemise või kasutamise
eesmärgil koondada ühesuguseid materjale gruppidesse, määrata nende iseloomustamiseks
vajalikud näitajad ja võrrelda neid omavahel. Klassifikatsiooni alusel on võimalik valida
materjaligrupile sobivad tootmis- ja töötlemistehnoloogiad.
Ehitusmaterjalide klassifitseerimine võib toimuda mitme tunnuse järgi olenevalt
- kasutamise otstarbest
- materjali saamiseks kasutatud lähtematerjalist (näiteks puit, looduskivi, savi),
-materjali keemilisest algupärast: näiteks orgaanilised või anorgaanilised ained
1.1.1.Kasutamine
Klassifikatsioon kasutuse järgi on oluline, et praktilise ehitamise seisukohalt hõlbustada kõige
erinevamate materjalide hulgast sobivate materjalide leidmist. Samuti saamaks teada materjali
keemilisi, füüsikalisi, mehaanilisi ja tehnoloogilisi omadusi ning nendest lähtudes kasutada
neile omadustele vastavaid konstruktsioonilisi ja ehitustehnoloogilisi võtteid. Materjalide
kooskasutamine sõltub eelkõige materjalide omadusi iseloomustavate näitajate sobivusest.
1.1.2. Toormaterjalid
Ehitusmaterjali valmistamiseks kasutatud materjalidest on võimalik klassifitseerida
erinevatest põhimõtetest lähtudes:
• päritolu järgi: looduslikud ja tehislikud (näiteks looduskiviplokk või silikaatkivi)
• keemilise koostise järgi: anorgaanilised ja orgaanilised (näiteks portlandtsement või
polüstüreen)
• lähtematerjali algupära järgi: puit-, keraamilised-, klaas-, metall- jne.materjalid
Toormaterjali järgi klassifitseerimine on oluline eelkõige materjali töötlemiseks või
tootmiseks vajaliku tehnoloogilise protsessi valikut silmas pidades.
1.1.3.Tootmistehnoloogia järgi
Looduslike materjalide puhul on pigem tegemist töötlemisega:
Seega saab selle klassifikatsiooni alusel teavet tehismaterjalide tootmiseks vajalikke
tehnoloogiliste protsesside ja seadmete kohta
1.1.4.Materjalide kuju järgi
Kuju järgi jaotamine võimaldab ehitajal lahendada konstruktiivseid ja ehitustehnoloogilisi
probleeme. Jaotatakse:
-kujusad tükkmaterjalid- rullmaterjalid -puistematerjalid-vedelad materjalid-pulbrilised materjalid
1.1.5. Materjali moodustavate ainete oleku ja struktuuri järgi
1.1.6.Materjali omaduste järgi
Materjalide kasutamise seisukohalt on määrav, missugustes tingimustes nad peavad töötama
või milliseid koormusi nad peavad taluma konstruktsioonides.-tiheduse järgi
-tulekindluse järgi-akustiliste omaduste järgi
Erinevad materjalide klassifikatsioonid võimaldavad koondada erinevaid materjale
soovitavate tunnuste järgi, standartiseerida, normeerida tööd, valida töötlemise- ja
tootmistehnoloogiaid jne. Samas aga ka paremini mõista nende kasutusvõimalusi.
Kasutatavad materjalid peavad ehitamisel tagama konstruktsiooni püstitamiseks vajalikud
tingimused ja konstruktsiooni püsivuse edasise ekspluatatsiooniprotsessis.
Eesmärgil valida materjalide iseloomustamiseks vajalikke näitajaid, omada alust nende
materjalide omaduste omavaheliseks võrdlemiseks kindlate meetodite alusel, on kehtestatud
normatiivsed dokumendid- standardid .
1.2 Tootmise põhiprotsessid
Peatükis käsitletakse mõningaid põhimõisteid tehnoloogilistest protsessidest.
Tooraineks (raw material ) nimetatakse niisugust materjali (ka tööobjekt), mille tootmiseks
on juba kulutatud tööd, Tootmisprotsess on toorainest või ka mitmest toorainest mingi uue materjali tootmine( processing ) või toormaterjalist toodete valmistamine(treatment ).
Peenestamine on protsess, kus toimub mingi suuretükilise materjali lähtetera suuruse
vähendamine seadmete abil. Peenestamise protsessi jaotatakse purustamiseks
(crushing) ja jahvatamiseks (grinding)
Kuivatamine
Kuivatusprotsessiks nimetatakse niisugust protsessi, milles toimub vaba vee eemaldamine
materjalist. Tehnoloogilist kuivatusprotsessi viiakse läbi temperatuuridel,millised tagavad vaba vee
eraldumise ilma tooteid
Põletusprotsess
Põlemine on protsess, mis kõige üldisemalt tähendab aine kiiret reaktsiooni hapnikuga, mille
tulemusena tekkivad algsetega võrreldes uued ühendid.
Põletusprotsess tehnoloogilise protsessina tähendab siis eelkõige lähteainete lagunemist ja
uute ühendite teket.
Adsorbtsiooniks nimetatakse niisugust protsessi, kus gaasilise (vedela) aine molekulid
kogunevad vedeliku või tahke aine pinnale. Aine, mille pinnale molekulid kogunevad on
adsorbent . Sõna tuleb ladina keelest „ad”(juurde)+”sorbere”(neelduma).
Absorbtsioon on aga gaasisegu komponentide neeldumine kogu vedeliku mahus.
Sedimentatsioon on protsess, kus tahked pulbrilise aine osakesed sadestuvad raskusjõu
toimel
1.3.Standardid ja sertifikaadid
Standardite ülesandeks on piiritleda materjalide omadusi, nende omaduste määramise
meetodeid ja arendada uute kaasaegsete materjalide kasutamist
Standardid on riiklikud dokumendid, milledega kehtestatakse antud riigis nõudmised
toodetele või teenustele ning nende vastavuse määramiseks kasutatavad meetodid.
Standardite ülesandeks on piiritleda mingil tasemel materjalide omadusi, nende määramise
meetodeid ja arendada uute kaasaegsete materjalide kasutamist.
Standardi koostamisse kaasatakse standardikomiteede spetsialistide kõrval nii tootjad, uurijad,
kasutajad kui ka riigi esindajad.
Materjali vastavust standarti või muu antud riigis kehtiva normdokumendi nõuetele
tõestab sertifikaat , mis antakse välja akrediteeritud organisatsiooni ( laboratoorium ,
katsekoda ) poolt katsetuste või ka mõne teise riigi vastava akrediteeritud organisatsiooni
poolt antud sertifikaadi alusel. Sertifikaat tõestab materjali vastavust nõuetele ja ka seda, et
toote kvaliteedi vastavust kontrollitakse süstemaatiliselt nii autokontroll (tootja oma labori
pidevad katsetused ) kui ka auditkatsetused (volitatud laboratooriumi ja tehase laboratooriumi
tulemuste kontrollkatsetused samast proovist)
1.5.Ehitusmaterjalide omadused
Kõik materjalide omadused jaotatakse:
-füüsikalisteks
-keemilised
-mehaanilised
- tehnoloogilised (kasutusomadused)sitke ja habras
Materjali omadusi kirjeldatakse iseloomustavate näitajatega, mille valik sõltub materjali
kasutamisest.
Ainete keemiline koostis määrab ära nende ja neist valmistatud materjalide põhiomadused.
Ehitusmaterjalide valmistamiseks kasutatava aine keemilistest koostisest sõltub nende
kasutatavus ehitusmaterjalina st. mehaanilised näitajad, soojajuhtivus , tulekindluse ja
biopüsivuse omadused
• atomaarne tasand ehk keemilise elemendina väljendatud koostis.
• Ainult ühest molekulist koosnevaid materjalide puhul on otstarbekas väljendada koostist
molekulaarsel tasandil,
Enamasti koosnevad ehitusmaterjalid aga komplekssetest molekulidest -
mineraalsete ehitusmaterjalide koostist oksiididena:
• Tihti ei saa aga oksiidide tasandil kogu informatsiooni materjali koostisest, sest samad
oksiidid moodustavad erinevaid ühendeid. võetakse appi mineraloogiline koostis.
1.5.2.Materjalide omaduste sõltuvus tema ehitusest (state of matter ).
Materjali omadusi väljendatakse nii tema keemilise koostise kui ka struktuuri kaudu..
Struktuuri vaadeldakse 3 tasandil:
-makrostruktuur s.o. palja silmaga nähtav materjali struktuur - poorsus , tera jämedus jne.;
- mikrostruktuur s.o. struktuur, mille vaatlemiseks vajatakse optilist mikroskoopi
1.5.3.Füüsikalised omadused ja neid iseloomustavad näitajad. Physical properties
1.5.3.1.Absoluutne tihedus ehk aine tihedus. Specific density
Absoluutseks tiheduseks (võib nimetada ka aine tiheduseks või eritiheduseks) nimetatakse
tiheda aine massi mahuühikus, poorideta aine ruumala
Ehitusmaterjalide, eriti tihedatest kivimitest puistematerjalide (betooni täitematerjalid) korral
kasutatakse arvutuste tegemisel mõistet näivtihedus (nimetatakse ka terade tiheduseks).
1.5.3.3.Tihedus,
Materjali tihedus on loomuliku struktuuriga materjali mahu(ruumala-)ühiku mass
Antakse kg/m3; t/m3
Tihedus on tähtsamaid materjali iseloomustavaid näitajaid. Materjali soojajuhtivus, tugevus,
poorsus ja sellest materjalist valmistatud detaili või konstruktsiooni mass sõltub oluliselt just
tema tihedusest.
Puistematerjalide tiheduseks (ka puistetihedus ), bulk density
Puistematerjali tiheduseks nimetatakse liiva, killustiku, tsemendi ja teiste sõmermaterjalide
tihedust, mis haarab peale materjalis leiduvate pooride ka materjali terade vahel olevaid
tühikuid.
1.5.3.4.Poorsus.
Poorsus on pooride maht tahkes kehas
Poorsus mõjutab materjalide soojajuhtivust, veeimavust, külmakindlust, tugevust.
Pooride jaotamise ühtlus nende suletus või avatus ning pooride suurus (läbimõõt).
1. Poorsust jaotatakse kinniseks ja lahtiseks:
• Lahtine poorsus on seega materjali seesolev pooride võrgustik, mis on seotud väliskeskkonnaga.
• Kinnine poorsus on materjali sees olevate pooride ruumala, mis ei ole
omavahel ega väliskeskkonnaga ühendatud
2. Poorsust jaotatakse ka pooride suuruse järgi:
Juhuslikud õõned läbimõõduga 1-10mm Õhupoorid läbimõõduga >10μm -1mm; Kapillaarides toimub vee liikumine kapillaarjõudude toimel, läbimõõt 10-1000 nm • Makrokapillaarid >0,1μm;• Keskmised kapillarid 0,02-0,1μm (vee liikumine poorides kapillaarjõudude mõjul)
• Mikropoorid (geeli-, adsorbtsioonvesi, kristallide vahelised poorid
1.5.3.5. Veeimavus . Water absorbtsion
Veeimavus (w); on kapillaarjõudude toimel materjalisse imendunud vee hulk., sinna hulka ei
loeta keemiliselt ühenditesse seotud vett.
Kasutatakse ka mõistet veeimenduvuskiirus ( ka vee imenduvuskiirus) - näitab vee hulka
kilogrammides, mis imendub materjali 1m2 suurusesse pinda 1 minuti vältel kui materjal on
veega kokkupuutes
1.5.3.6.Pehmenemise koefitsient. Softening factor
Pehmenemise koefitsient näitab immutatud materjali pehmenemist võrreldes immutamata
materjaliga. Tavaliselt esitatakse immutatud ja kuiva materajli tugevuse suhtena:
Kpehm = Rimm / Rkuiv, kus
1.5.3.7.Hügroskoopsus, tasakaaluniiskus
Omadust imada niiskust ümbritsevast (õhu-) keskkonnast nimetatakse hügroskoopsuseks.
osa materjale saab niiskust osa eraldab antud temp. kõik liiguvad tasakaaluniiskuseks.
1.5.3.8.Ilmastikukindlus,
Ilmastikukindluseks nimetatakse materjali vastupidavust väliskeskkonna igasugusele mõjule
Ilmastikukindluse mõiste sisaldab endas nii vahelduvat niiskumist-kuivamist, immutamist ja
soolade kristallisatsiooni, vahelduvat immutamistst -külmumist, temperatuuri muutuse ja
ultraviolett- ning muude kiirguste mõju jne.
1.5.3.8.1. Külmakindlus. Külmakindluse määramine(määrata oskad. külmatsükkel)
Külmakindlus on materjali omadus veega täisimbunult taluda lagunemata paljukordset
vahelduvat külmumist ja ülessulamist. Vees immutatud materjali üht külmutamist ja sellele järgnevat
ülessulatamist vees nimetatakse külmutustsükliteks KK1(F50)
Külmakahjustused tekkivad, kuna jää maht on 10% suurem vee mahust.
1.5.3.9.Veekindlus
Materjali veekindluseks nimetatakse materjali omadust takistada vee läbitungimist.
Veekindluse nõue esitatakse nendele materjalidele, mis peavad töötama kokkupuutes veega
(näiteks basseinid, mahutid, tammid jne.).
Kvalitatiivne: näiteks vee mitteläbitavus kindla veesamba kõrguse juures
Kvantitatiivsena määratud nõue näitab kui palju vett antud materjal ajaühikus läbi laseb .
1.5.3.10. Niiskuskahanemine ja - paisumine
Eelpooltoodust selgub, et olenevalt poorsuse iseloomust materjalid, kas imavad vett või
kuivavad, olenevalt ümbritsevast keskkonnast Sellise niiskusesisalduse muutusega käib koos mahumuutus, mida vastavalt nimetatakse niiskuspaisumiseks või –kahanemiseks.
1.5.3.11.Gaasikindlus
Gaasi (õhu) kindlus on materjali võime takistada gaasi (või õhu) läbi tungimist materjalist.
Gaasitakistus sõltub materjali gaasiläbivusest.
Gaasiläbivust iseloomustab materjali läbinud gaasi (Vg) (õhu) hulk, mis on võrdeline
materjali gaasiläbivuse teguriga (i), gaasi rõhkude vahega (p1-p2) materjali vastaspindadel ja
pinnaga (Fo), mida gaasivool läbib aja z vältel ning pöördvõrdeline läbitava materjali
paksusega δ
1.5.3.12. Aurujuhtivus ja –läbilaskvus.
Materjali auru(eri-) juhtivus (vapour permeability) on auru mass (kg), mis läbib materjali
paksuseühikut (1m) ühe pinnaühiku suuruses (1m2) ühe sekundi jooksul kui materjali
vastaspooltel on aururõhkude vahe üks rõhuühik (N/m2=Pa ) antud temperatuuri juures.
Toodete (konstruktsioonide) ( nende erinevate kihtide valmispaksuste tõttu) puhul
kasutatakse nn. auruläbilaskvuse (vapour permeance)mõistet , mille puhul ühikpaksuse
asemel võetakse arvesse materjali tegelik paksus (kg/(m2sPa) tähis -Λ, ka Wv
1.5.3.13.Soojajuhtivus
Soojaerijuhtivus on sooja hulk džaulides mis läbib 1m paksuse uuritava materjalikihi 1m2
pinnaga ühes sekundis (J/s=W), kui temperatuuride erinevus seina pindadel on 1oK. Tähis λ,
ühik W/moK
Konstruktsiooni soojusläbivust (thermal transmittance) iseloomustab soojushulk Q [W
(J/s)], mis läheb läbi konstruktsiooni pinna 1m2 kui mõlemal pool konstruktsiooni on õhk,
tõstes tarindi temperatuuri 1 kraadi võrra. Ühik W/m2 K
soojaerijuhtivuse ühik on kcal /(mC tund) (1,163 W/(mK)
Soojatakistus R=∂/λ[m/(W/m2K) ja nn. U=1/R = λ/∂, kus ∂ on uuritava materjali kihi
paksus[m]
Soojajuhtivus sõltub materjali koostisest, poorsusest, tihedusest, pooride suurusest ja nende
eraldatusest, niiskusesisaldusest ja ka keskmisest to, mille juures soojus üle kandub. Ehituses
oleneb see ka piirdetarindis soojustusmaterjali paigutusest(λn).
Soojaerijuhtivus on seotud
• tihedusega, seetõttu teades tihedust, saame vastavast valemist arvutada eeldatava
soojaerijuhtivuse;
• niiskusesisaldusega
1.5.3.14. Soojamahtuvus Soojamahtuvus on materjali omadus sooja salvestada
Salvestatav sooojahulk Q = c (t1 - t2 ) G ( ühik J/kgK või ka J/kgC), kus
c on erisoojus (specific heat ) J/kg K
Erisoojus on soojushulk,mida vajatakse,et materjali massiühiku temperatuur tõuseks 1o võrra.
1.5.3.15. Tulekindlus
Tulekindlus on materjali omadus püsida sulamata kõrges temperatuuris.
Materjali tulekindluse mõõt on tema sulamistemperatuur
1.5.3.16.Põlevus
Materjalide põlevust iseloomustatakse süttivusega.
Eesti normides jaotatakse materjalid süttivuse seisukohalt põlevateks ja mittepõlevateks .
materjalid liigitatakse 3 kategooriasse:
1. Mittepõlevad - ei sütti, ei põle, ei söestu ega hõõgu iseseisvalt
2. Raskelt põlevad,
3. Põlevad (combustible) on kõik orgaanilised materjalid kui nad pole immutatud
1.5.3.17. Termiline püsivus.
Materjali võimet purunemata taluda vahelduvaid temperatuurimuutusi nimetatakse termiliseks
püsivuseks.
1.5.3.18.Mahupüsivus Soundness
Mahupüsivus on materjali omadus säilitada peale valmistamist ekspluatatsiooni tingimustes
oma geomeetriline kuju ja ruumala ning mitte praguneda tema sees toimuvate reaktsioonide
või pingete tõttu
Mahumuutusi põhjustavad: • temperatuuri muutumine • niiskuse muutumine • ja ka materjalis toimuvad füüsikalis-keemilised protsessid
1.5.3.19.Peenus (disperssus) Fineness .
Pulbrilise materjali peenust iseloomustatakse tema terade hulkade jaotumisega terasuuruste
järgi
1.5.3.19.1. Eripind Specific surface
Eripinnaks nimetatakse pulbrilise materjali ruumala- või massiühikus olevate terade
summaarset geomeetrilist pinda. Sageli cm2/g; cm2/cm3 ka m2/kg.
Aine peenendamine toimub purustamise ja jahvatamisega. Kui hinnata peenestamist
peenestuskoefitsendi i-ga, purustamisel - i = 3...20
jahvatamisel - i = 500...1000
1.5.4.Mehaanilised omadused
Materjalide mehaanilised omadused iseloomustavad materjali käitumist välisjõudude toimel
eritüübiliste materjalide puhul:
• tugevusnäitajad ( strength )
Materjali vastupanu piiri ehk tugevust kaudu, mille ühikuks on kG, N.
• deformatsioonid
jõud võib olla nii staatiline (pidevalt kasvav) kui ka dünaamiline (löök-).
1.5.4.1. Tugevus ja deformatsioon
Tugevus on kehade või materjalide võime purunemata taluda pingeid ( stress - resistance ), mis
tekivad mitmesuguste koormuste (load) tulemusena nagu näiteks soojuslikud, mehaanilised
jms. Materjalid jaotatakse habrasteks ja sitketeks.
• Sitketel materjalidel on deformatsioonid hästi täheldatavad (teras). Nad kas pikenevad
või lühenevad jõu mõjul enne purunemist.
• Habrastele materjalidele on omane puruneda ilma nähtavate deformatsioonideta
( betoon ).
Deformatsioon (strain) on keha või materjali omadus muuta oma kuju ja vormi massis
kaotamata. Kõik deformatsioonid võivad olla pöörduvad või pöördumatud
Deformatsioone jaotatakse plastseteks ja elastseteks.
• Plastseteks nimetatakse neid deformatsioone, kus materjali kuju mõjuva jõu
eemaldamisel ei taastu . Neid plastseid deformatsioone, mis kasvavad välist jõudu
suurendamata, nimetatakse materjali voolavuseks ( yield strength, yield point).
Plastseid deformatsioone, mis kasvavad aja jooksul kindla rõhu all, mis ei ole suuteline
välja kutsuma analoogset deformatsiooni lühiajaliselt mõjudes, nimetatakse roomavuseks
• Elastseteks nimetatakse neid deformatsioone, mille puhul materjal taastab oma kuju
peale mõjuva jõu eemaldumist.
1.5.4.1.1.Tõmbetugevus, RT
Tõmbetugevus määratakse materjalidele, mis pingete tulemusena deformeeruvad tugevasti
enne purunemist, näiteks ehitusterasteras, metallid, osa plastmasse.
Pingeteks (stresses, nimetatakse aga temperatuuri, koormuse jms. muutusest tekitanud
sisemiste jõudude intensiivsust, mis on suunatud struktuuri säilitamisele.
1.5.4.1.2. Survetugevus , R
Survetugevusele katsetatakse reeglina hapraid materjale, mis purunevad ilma nähtavate deformatsioonideta. Selliste materjalide survetugevus on 5...20 korda suurem kui tõmbetugevus.
Survetugevuse katselisel määramisel tuleb arvestada proovikeha kuju ja suurust.
1.5.4.1.3. Paindetugevus , Rp.
Paindetugevus ehk ka tõmbetugevus paindel määratakse materjalidele , mis töötavad paindele
Tala alumised kiud pikenevad, ülemised lühenevad. Seega saavutatakse materjali vastupanu piir alumistes kiududes.
1.5.4.1.4. Tugevusnäitajate kaudne määramine.
- impulssmeetod;
Ultraheli levimise kiiruse järgi. On teada, et homogeenses materjalis levib heli konstantse
kiirusega. Materjalis esinevate defektide korral heli levimise kiirus muutub, sellel faktil
põhineb ultraheli defektoskoopia.
- resonantsmeetod
Resonantsmeetod põhineb materjali läbiva heli sageduse muutmisel, kuni see kokku langeb
(resoneerib) omavõnkesagedusega. Sellist Kui betoonist proovikeha allutada vahelduvale külmutamisele-sulatamisele, siis moodustuvad
1.5.4.1.4.1 Pinnakõvadus Hardness
Pinnakõvadus on materjali pindmise kihi vastupidavus muljumisele või purunemisele välisjõu
mõjul.
Ehitusmaterjalide puhul hinnatakse materjali pinnakõvadust mingi materjali pinda kindla
mõõdetud jõuga kuuli või teraviku sissesurumisega vastavas surveseadmes. Pinnakõvadust
hinnatakse moodustunud jälje raadiuse või sügavuse järgi. Tänapäeval tuntumad meetodid
selliste määramiste teostamiseks on Rockwelli (HR) ja Brinelli(HB) meetod.
1.5.4.1.5. Kuluvus
Kuluvus on materjali omadus lagunemata vastu pidada hõõrdumise tingimustes.
materjalide puhul, mis ekspluatatsiooni käigus alluvad kulutamisele.
1.5.4.1.6. Löögikindlus
Löögikindlus iseloomustab materjali käitumist dünaamilise koormamise tingimustes.
1.5.4.1.7. Sõmermaterjalide purunevus muljumisel.
tugevusnäitaja saadakse muljumismeetodil
1.5.4.2.Deformatiivsed omadused
Elastsuse piir on välisjõud pinge), mille juures tekkiv deformatsioon ei ületa teatud temale
ettenähtud piirväärtust.
Voolavuspiir on konstantne jõud, mille juures kasvavad plastsed deformatsioonid
Elastsuspiir on materjali pinge, milleni tekitatakse materjalis elastne deformatsiooni
Voolavuse piirile vastab konstantne. pinge, mille juures plastne deformatsioon kasvab
Tugevuse piir on maksimaalne pinge, mille juures materjal puruneb (D).
neile materjalidele kehtestatud standardite kohaselt ja arvestades tingimusi, milles
materjal töötab.
1.5.5. Tehnoloogilised omadused
Tehnoloogilised omadused on sellised omadused, millised iseloomustavad selle materjali
konkeetset töötlemise või kasutamise võimalusi materjalile iseloomulike omaduste tõttu:
2. LOODUSKIVID . Stones.
Maakoor koosneb erinevaist kivimitest, millised on tekkinud geoloogiliste protsesside
tulemusena mineraalidest ja elusorganismide jäänustest.
Looduskivimiks nim. suurema või väiksema homogeensusega mono- või polümineraalse
koostisega mineraalset massi.
Mineraal on maakoore füüsikalis-keemiliste protsesside produkt.
Mineraaliks nim. looduslikku moodustist, mis on homogeenne oma keemiliselt koostiselt või
füüsikalistelt omadustelt.
Kivimid jagunevad tekkelise päritolu järgi: Tard - ehk magmakivimid settekivimid
- moonde - ehk metamorfsed kivimid
2.1. Tardkivimid
Tard e. magmakivimid on tekkinud magma hangumisel sõltuvalt jahtumise kiirusest on
tardkivimid kas massiivsed ( tihedad ) või purdsed(poorsed).
Massiivsed ehk tihedad omakorda jagunevad efusiivseteks (pinnal) ja intrusiivseteks (süva-).
Intrussiivsed e. süvakivimid on tekkinud magma aeglaselt jahtumisel sügaval maakoores
selle kihtide surve all. On kristallsed, tihedad, suure survetugevusega ja ilmastikukindlad.
Tüüpilised mineraalid : kvarts , so. kristalne SiO2 , päevakivi, vilk
Tüüpilised näited graniit
Efusiivsed e. purskekivimid on tekkinud magma voolamisel välja maapinna lõhedest on
jahtunud tunduvalt kiiremini seega on peeneteralisem ja poorsem (kuna on olnud väiksema
rõhu all).
Purdsed magmakivimid tekkisid tugeva vulkaanilise tugevuse tagajärjel magma purskus
atmosfääri tardus ja moodustas klaasja struktuuriga poorse sõmera purru. Nii on tekkinud
pimsskivid, vulk. liivad ja tuhad. Kui hiljem sõmermaterjalide terad liitusid kas surve mõjul
või loodusliku sideainega, kujunesid tsementeerunud purdkivimid nagu vulk tufid, trassid,
tuffilised laavad.
2.2.Settekivimid
Settekivimid on tekkinud kas teiste kivimite lagunemisel temperatuuri muutumise,
niiskumise- kuivamise , vee ja teiste mehaaniliste tegurite mõjul (maa pinnal ladestunud ja
kivistunud) või on moodustunud loomsete organismide või taimse päritoluga jäänuste
settimisel ( veekogudest välja settimise käigus moodustunud kihtidena ladestunud kivimid).
2.2.1.Mehaanilised setted
Sõmeratest mehaanilistest setetest kasutatakse ehituses niii jämedaid kui peeneid põhiliselt
täitematerjalidena. Jämedatest – kruus so. üle 5mm terasuurusega osa ja peentest liiv so.
fraktsioon 0,14…5 mm tera suurusega osa.
Tsementeerunud mehaanilistest setetest on tuntumad liivakivid, konglomeraadid ja bretchad.
Kruusadest on moodustunud konglomeraadid. Liivast – liivakivid.
2.2.2.Keemilised setted
Anhüdriit Kipskivi Dolomiidid Keemiliste setete hulka kuuluvad ka magnesiidid , mida kasutatakse tulekindlate materjalide
2.2.3. Organogeensed setted
Olulisimad on lubjakivid, mille põhiline koostisosa on loomse ja taimse päritoluga CaCO3.
Settekivimitest valmistatakse laialdaselt ehituskive (viimistlusplaadid jms.) ja suur hulk meie
paekivist purustatakse killustikuks, mida kasutatakse betooni täitematerjalina , teedeehituses
2.3.Moondekivimid
Moonde e. metamorfsed on kujunenud tard- või settekivimitest keemiliste mõjutuste tõttu.
Ehituses kasutatakse: marmorid, kvartsiidid, savikildad.
2.4. Kivimineraalid
2.4.1.Omadused
Kivimid koosnevad erinevatest mineraalidest.
iseloomustavad järgmised tunnused: Värvus,Läige. Pinnakõvadus Lõhenemispind.
2.4.2.Mineraalide koostis
2.4.2.1. Silikaadid Kvarts. Ränidioksiid. SiO2 Alumosilikaadid
2.4.2.4.Magneesiumi ja rauda sisaldavad mineraalid.
Magnesiaal - raudasisaldavatest mineraalidest on tuntud pürokseenid:
2.4.2.3.Alumiiniumoksiidi sisaldavad mineraalid
2.4.2.5. Vulkaaniline klaas
2.5.Looduskivide tootmine ja kasutamine
2.5.1.Tootmine
lahtistest karjääridest või kaevandustest. Eraldamine massivist: murdmise, vertikaalse
kiilumise, lõhkamise või ka saagimisega.
Pinnatöötlemise järgi eristatakse raid- ja abrasiivtöötlemist:
Looduskivide kasutamisel arvestatakse nende:
Väliseid omadusi
2.Tugevusomadused:
3.Kuluvus
4.Ilmastiku mõju(vt . ka 1.5.3.8.Ilmastikukindlus, weather -resistance):
- A.niiskuse mõju
- B. Õhu-, gaasi- ja õhusaastest tulenevad mõjutused
• Õhusaaste
• Soolad
.Soojatehnilised omadused
2.5.2.1. Markeerimise6 alused
Looduskivist toorplokid Vundamendiplokid. Sise- ja välisseinamaterjalid Plaadid . VoodriplaadidPõrandaplaadid Trepiastmed Teematerjalid
.Looduskividest toodete kaitsemine ilmastiku mõjude eest.
. Eelöeldu põhjal tuleb tõdeda, et kõikide looduskivide omadusi
mõjutab eelkõige vesi. Seega on vaja kaitsta vee otsese pealevoolu ja materjali veega
läbiimbumise eest. Selleks kasutatakse:
a.Konstruktsioonilised võtted: kaldpindu jms.,
b.Mehaanilised võtted, pinna siledus ( poleerimine). karedused ja konarused soodustavad vee pikaajalisemat säilumist pinnal
c.Keemilised võtted.
3. EHITUSKERAAMIKA
Keraamika all mõistetakse traditsiooniliselt savist või savisisaldavatest segudest põletatud
tooteid.
Tiheduse järgi liigitatakse keraaamilisi materjale poorseteks ja tihedateks.
Poorseteks nim. tooteid, mille kaaluline veeimavus on vähemalt 5%.
Tihedad on tooted, kus kaaluline veeimavus on alla 5%
3.1. Tooraine
Keraamika tooraineks on savikad materjalid, mis koosnevad plastsest saviainest ja
mitteplastsest osast, kujutades endast peeneteralist polümineraalide kompleksi, mis veega
segades moodustavad plastse massi.
Veega segatud plastse massi kuivatamisel säilitab toode oma kuju,sealjuures vee lisamisel on
savi algolek taastatav,.
Põletamisel moodustub füüsikalis-keemiliste protsesside tulemusena tugev tehiskivi , mille
olek ei ole enam vee lisamisega taastatav . Ka erineb keraamika mineraloogiline koostis
lähtematerjali, savi, koostisest
3.1.1.Savide kui tooraine omadused
Saviks nimetatakse peeneteralist materjali, mis valdavalt koosneb hüdratiseeritud alumiinium
silikaatidest.
Savisid, mis sisaldavad 40% tolmu ja kvartsliiva, nimetatakse lahjadeks savideks. Kaltsium - ja
magneesiumkarbonaadi leiduvus savides põhjustab toodete purunemist.
• Keemiline koostis
• Savide granulomeetriline ( terastiku ) koostist iseloomustatakse tema osiste terastiku
jaotusega (nimetatakse ka disperssuseks):
saviosa 0,14
> 5 on kruus
• Savide üheks oluliseks omaduseks tootmise seisukohalt on nende plastsus . Plastsust
iseloomustab vee hulk, mida savile tuleb lisada, et segu omandaks teatud töödeldavuse.
• Savid liigitatakse Al2O3 ja TiO2 (alumiiniumi – ja titaanoksiidid) summaarse sisalduse
järgi:
Kõrgaluselised Al2O3 + TiO2 > 40%
aluselised " 30....40%
poolhapud " 15....30%
hapud " 1580oC
Savide keemiline koostis võimaldab hinnata nende kasutusvõimalusi keraamikas
mida lahjem on savi s.o. mida suurem on SiO2 sisaldus seda:
- halvemini vormitav
- paremini on ta kuivatatav st. väikesemad on mahu muutused kuivatamisel
- vähem lisandeid on vaja lisada
- seda madalam on vajalik põletustemperatuur.
3.2.Füüsikalis-keemilised protsessid savi temperatuuri tõstmisel
3.2.1.Kuivatamine
Kuivamisel eraldub kõigepealt vaba vesi. Veemolekulid, mis on adsorbeerinud saviosakeste
pinnale
1) temperatuuri tõstmisel lahkub kõigepealt osakeste vaheline vaba vesi
2) seejärel adsorbtsioonvesi
Kuivatamise järgselt on savi algolek taastatav vee lisamisega.
3.2.2. Põletamine
Põletamise protsess järgneb kuivatamisele. Selle protsessi toimumise järgi, ei ole savi algolek
enam taastatav.
3) temperatuuril > 200oC hakkavad põlema org.ained, nende tegelik põlemistemperatuur on
450...500oC. Savimassis tekib taandav keskkond.
4) 400...700oC juures eraldub keemiliselt seotud vesi .
5) 550...590oC dehüdratiseerub kaoliniit Al2O3
.2SiO2
6) temperatuuril 700...900oC dissotsieeruvad karbonaadid -tekkivad kaustiline magnesiit
(MgO) ja kustutamata lubi CaO
7) Paakumine
Paakumiseks nimetatakse savi omadust moodustada mass, mille kaaluline veeimavus ei
ületaks 5% ja millel ei esine ülepõletuse tunnuseid. Savimaterjal tiheneb paakumisprotsessi
tulemusena ja annab kivitaolise kooriku, mis põhjustab põletatud toote veeimavuse
vähenemise
3.2.3.Kuivatamise ja põletamise protsessi mõju toodetele
Põletamise-kuivatamise protsessides seega tuleb arvestada tunduva mahu muutusega, samuti
poorsuse, tiheduse, tugevuse muutumisega.
3.2.3.1.Kuivatusprotsess
Mahu kahanemine kuivatamisel ületab alati mahu kahanemise põletamisel. Mahu
kahanemise suurus oleneb savi rasvasusest ehk plastse saviaine sisaldusest savis. Rasvaste
savide puhul võib see ületada 10%. Lahjemate, väheplastsete savide puhul - 4...6%.
Vee eraldumine ei tohi toimuda kiirelt, sest massi sisemusest kapillaaarjõudude toimel välja
aurustuv vesi ei jõua pinnani, seega massi jääb massi niiskus ebaühtlaseks.
3.2.3.2.Põletusprotsess
Mahu kahanemine põletamisel on põhjustatud:
• keemiliselt seotud vee eraldumisest savist ühelt poolt.
• Teiselt poolt aga paakumisprotsessis tekkinud vedelfaasi toimet
Tulekindlus on materjali omadus püsida sulamata kõrges temperatuuris.
Liigitatakse
1) tulekindlateks ts
o > 1580oC
2) raskelt sulavad ts
o =1350....1580oC
3) kergelt sulavad ts
o 5%.
Jämekeraamika toodetel näiteks seinaplaatidel on võimalik vähendada veeimavust
glasuurimisega.
Glasuuritud tooted omakorda jagunevad liht- ja peentoodeteks.
1) jämekeraamika peentooted
2)Glasuuritud lihttooted
Glasuurimata jämekeraamika tooted jagunevad omakorda:
1) peentooted
2) lihttooted
3) tulekindlad tooted
Peenkeraamika
⇓ ⇓
glasuuritud glasuurimata
⇓ ⇓ ⇓ ⇓
peen liht peen liht
portselan vooderdusplaat gl.-mata portselan klinkertellis
happekindel torustikud keemiatööstuses
osa kanalisats. torusid
3.4.1. Keraamiline (harilik tellis ) (Ordinary brick )
3.4.1.1 Täistellis
Harilik tellis kuulub jämekeraamika toodete hulka. Harilikku tellist kasutatakse kandvates seintes,
postides, võlvides, ka korstendes ja ahjude ehitamiseks. Kasutamise tingimuseks on, et
konstruktsiooni töötemperatuur ei ületa tellise põletamise temperatuuri. Harilik tellis ei ole
tulekindel .
Hariliku tellise puudus on väike soojapidavus
3.4.1.2.Õõnestellis (Cellular bricks) kasutatakse kande- ja vaheseina ehitamiseks. Ei või kasutada vundamentides ja soklites allpool hüdroisolatsiooni ja väga niisketes ruumides.
3.4.1.3.Kergtellis
Kergtellised valmistatakse väljapõlevate lisanditega toorsegust valmistatud toorikute põletamisel.
Kergtellised soojaisolatsiooniomadussed paremad kui tavalisel
õõnestellisel, kuid survetugevus tunduvalt madalam ja veeimavus suurem harilikust tellisest..
3.4.2.Hariliku tellise omadused
3.4.2.1. Tugevus Tihedus Poorsus Õhuläbilaskvus Niiskumisega seotud näitajad Vee imendumise kiirusTemperatuurilaienemine
3.4.2.8. Soojajuhtivus ja soojamahtuvus
Keraamilise tellise soojajuhtivus oleneb materjali tihedusest alljärgnevalt:
Tihedus λ
Soojamahtuvus
3.4.2.10. Külmakindlus .Keemiline püsivus .Akustilised omadused
3.4.3.Efektiivne, mull- ja gaaskeraamika
Efektiivseks ehituskeraamikaks nimetatakse väikese tihedusega alla 1450 kg/m3
Efektiivse ehituskeraamika tootmine:
1)väljapõlevate lisanditega;
2)õõnetega toodete vormimine
Mullkeraamikaks nimetatakse tooteid, mida toodetakse mulletekitavaid lisandeid sisaldavatest
Gaaskeraamika Mass kobestub gaaside toimel, mis tekivad gaasitekitajate lagunemisel. Levinum
3.4.5.1. Plaatide valmistamine
Plaate valmistatakse kas lobri - või kuivpressimise meetodil.
3.4.5.1.1. Veeimavus
Plaadi klass Iseloomustus Veeimavus,massi %
I paakumiseni põletatud, tihe 7
Mida suurem on plaadi tihedus, seda parem on keemiline püsivus.
IV rühma külmakindlus on madal.
. Eriotstarbelised kivid . Kanalisatsiooni ja drenaažitorud Kergkruus
Agloporiit saadakse savikate materjalide, kivi- või pruunsöe tootmisjääkide, räbude ja tuhkade
jms. segu paakumisel ning jahtunud silikaatse sulami peenestamisel.
Agloporiit on suure avatud poorsusega materjal.
3.4.10. Glasuur
Glasuuriks nimetatakse õhukest klaasjat kihti, mis on tekkinud toote pinnale kantud ainete
põletamisel. Glasuur tõstab toote veepidavust, happekindlust ja parandab toote dekoratiivseid
omadusi. Glasuurid kantakse põletatud toote pinnale ja põletatakse seejärel uuesti.
3.4.11. Fritid [23]
Fritid on glasuurimassi kõrgtemperatuursel kuumutamisel saadud ja seejärel jahvatatud pulbrid,
mis segatakse veega ja kantakse vesisuspensioonina toote pinnale, mille järel toode läbib kuivatusja
sellele järgneva põletusprotsessi/5/ .
3.4.13.Tulekindel keraamika (Refractory bricks)
Tulekindel on keraamika, millest valmistatud tooted püsivad sulamata ≥1580oC juures.
Selliste toodete kasutusalad on tööstuslikud küttekolded, ahjud , aparatuur jms., mille
töötemperatuuri piirkond on 1000....1800oC
3.4.13.1.Šamott
Šamott- tellised valmistatakse lahjadest savidest, mille SiO2 sisaldus on 65-85% ja 28%Al2O3.
Tehnoloogiliselt põletatakse saviainet šahtahjudes või pöödtahjudes kuni täieliku paakumiseni.
Seejärel peenestatakse see produkti tera suuruseni 3-4 mm, jahvatatakse 0,1-0,2mm, segatakse
tulekindla saviga ja veega, vormitakse pressidel tellised, kuivatatakse ja põletatakse 1250-1300oC
juures. See temperatuur tavaliselt ületab 100-150 kraadi võrra sidumiseks kasutatud tulekindla
savi paakumistemperatuuri. Šamoti sisaldus šamott-tellistes tavaliselt 30-70%.
3.4.14.Happekindel keraamika
Kasutatakse keemiatööstuse seadmete vooderdamiseks, vundamentideks, põrandateks jms.
3.4.15.Tehniline keraamika
On tekkinud koos uute tehnikaaladega nagu tuumafüüsika ja -energeetika, raketi- ja
kosmostetehnika jms. Lähteainetena kasutatakse puhtaid oksiide, silikaate, boriide; karbiide.
Metallkeraamika. Metallkeraamiks keemiline koostis on varieeruv ja iga aastaga pikeneb
matallkeraamiliste materjalide nimistu.
3.4.16.Klaaskeraamika
Silikaatsete sulamite uurimine on olnud aluseks rea uute materjalide saamisele. Käesoleval ajal
klaas-, kivi ja räbumaterjalide kõrval ka klaaskeraamika e. sitallid. Sitallid on spetsiaalselt
väljakristalliseeritud klaas - keemiline koostis lähedane klaasile .
Sitallideks nim. materjale, mida saadakse klaasisulami reguleeritud kristallumisel. Mitmetes
riikides kasutatakse silikaatklaasi või sitalli asemel klaaskeraamika või polükeraamika mõistet.
On keemiliselt püsivad. Haprad . Mehaaniliselt tugevamad kui klaas. Kõvad ja kulumiskindlad.
3.4.17.Sanitaartehniline keraamika
Sanitaarkeraamika tooted kuuluvad põhiliselt peenkeraamika toodete alla. Tooraineks on
tulekindlad savid, kaoliin, kvarts, päevakivi. Sõltuvalt toorainest on tooted, kas
sanitaartehnilisest fajansist, poolportselanist või portselanist. Toodetakse lobrimenetlusel,
valatakse kuiva kipsvormi., millesse imendub osa veest. Toortoote niiskus 20%. Kuivatatakse
vormis niiskuseni 10...14%. Glasuuritakse. Põletatakse. Tooted: kraanikausid, vannid ,
unitaasid jne.
4. MINERAALSED SIDEAINED Bindings
4.1. Klassifikatsioonid
Mineraalseteks sideaineteks nimetatakse pulbrilisi anorgaanilisi aineid, mis veega segatult
vedel-sitkest, taignataolisest olekust lähevad üle tahkesse olekusse füüsikalis-keemiliste
protsesside toimel st. kivistuvad.
Keemiliselt päritolult jaotatakse sideained:
Mineraalsed sideained jagunevad: õhk ja hüdraulilisteks sideaineteks.
Õhksideaineteks nimetatakse sideaineid , mis veega (või ka vesilahustega) segatult õhu käes
tarduvad ja kivinevad ning oma tugevuse säilitavad: õhklubi, ehituskips, kipsanhüdriit,
Hüdraulilised sideained võivad pärast tardumist kivineda nii õhus kui ka vees. Sageli
moodustub just vees tugevam tehiskivi.
Hüdraulilised sideained on tsemendid , portlandtsemendid , tsemendi eriliigid ja hüdrauliline
lubi.
puhtad sideained, milles on kuni 5% teisi koostisosi
Portlandtsement on sideaine , mis saadakse vähemalt 95% portlandtsemendi klinkri ja ≤5%
loodusliku kipsi koosjahvatamisel. Portlandtsemendi klinkri koostisse kuulub 4
klinkrimineraali
-Portlandtsemendi eriliikideks nimetatakse kõiki neid sideaineid, mille põhikoostisosa
portlandtsemendi klinker moodustab tsemendi massist rohkem kui 65%.
- mitmesugused mitmekomponentsed segasideained. Siia kuuluvad sideained, milles
portlandtsemendi klinkrit on alla 65%.
mille klinkrimineraalideks on monokaltsiumaluminaat (CaO.Al2O3) ja beliit (β-2CaO.SiO2).
Sideaineid võib jaotada kivistamistingimuste järgi näiteks:
1. normaaltingimustes (betoonil näiteks suhtelisel niiskusel ϕ ≅100% ja to≅20o) kivinevad
sideained
2. hüdrotermiliselt so. aurutamisega (Kõrgendatud temperatuuril ja tavarõhul) kivistatavad
sideained
3. autoklaavselt (kõrgendatud temperatuuril ja normaalsest õhurõhust kõrgemal rõhul
hüdrotermiliselt) kivistatavad sideained.
4.2. Toorained
Põhiliseks tooraineteks on looduslikud kivimid. Näiteks settekivimid nagu savid ja lubjakivi .
Järjest rohkem kasutatakse toorainena ka tööstusjääke. Näiteks alumiiniumitööstuse jms.
jäägid.
Portlandtsemendi põhikoostisosaks on portlandtsemendi klinker.
Portlandtsemendi klinkri tooraineteks on:
-75....78% lubjakivi
-22...25% savi
Portlandtsemendi kui sideaine tardumisaegasid reguleerivaks lisandiks on sissejahvatatud
looduslik kips, mis kuulub seega portlandtsemendi toorainete hulka.
4.3. Sideainete tootmine
Tehnoloogiliselt koosneb sideaine valmistatamine kolmest põhietapist:
I lähteainete ettevalmistamine (tooraine kaevandamine, purustamine, jahvatamine,
doseerimine , homogeniseerimine)
II lähteainete termiline töötlemine (põletamine-jahutamine)
III põletamisel saadud produkti jahvatamine (mille eesmärgiks on küllaldase reaktsioonipinna
tagamine)
Need põhietapid sisaldavad omakorda mitmeid erioperatsioone.
4.4.Tsementide teised koostisosad ja lisandid
Tähtsaim põhikoostisosa on portlandtsemendi klinker ja selle kõrval kõrgahjuräbu, põletatud
kildad jms. eriomadustega anorgaanilist materjali,
4.5.Sideainete omadused ja vastavuskriteeriumid
Sideainete keemilistest ja füüsikalis-mehaanilistest omadustest vaatleme keemilisi, füüsikalisi
ja mehaanilisi omadusi. Vastavuskriteeriumiks nimetatakse kindla määramismeetodi
kasutamisel saadud arvulise väärtuse vastavust standardis ettenähtud väärtusele.
4.5.1.Keemilised omadused
Keemiliste omaduste all mõeldakse eelkõige sideaine keemilist ja mineraloogilist koostist,
mille muutumisel muutuvad ka saadava tsemendikivi omadused nagu näiteks püsivus jt.
Koostis võib teatud kindlates piirides muutuda, seetõttu esitatakse standardites piirtingimused
teatud kindlate ühendite sisaldusele sideaines. Näiteks kaltsiumilises lubjas peab sisalduma
vähemalt 70, 80 või 90% CaO (CL70, CL80, CL90) ja ei tohi sisalduda enam kui 5% MgO.
4.5.2 Füüsikalised ja mehaanilised omadused
4.5.2.1. Veevajadus
Väljendatakse standardkonsistentsiga
4.5.2.2.Tardumise ( setting ) algus ja lõpp
4.5.2.3. Kivinemine (Hardening)
Kivistumine järgneb tardumisele, selle jooksul saavutab sideainekivi tugevuse. Tugevuse
kasvu kulgu, enamasti aga tugevust teatud kindlal vanusel nimetatakse sideaine aktiivsuseks
(tsemendi puhul näiteks on aktiivsus 28 päeva kivistunud standardmördi survetugevus).
Sideaine aktiivsus on sideaine tugevusklassi määramisel aluseks. Sideaine klass on tema
tugevuse 95%garanteeritud piirväätuse näitaja.
Portlandtsemendi klassid näiteks CEM 32,5 ; CEM 42,5; CEM 52,5
4.5.2.4. Eksotermiline soojaeraldus
Tardumine ja kivinemine on eksotermilised protsessid st. nende kulg on seotud soojuse
eraldumisega
4.5.2.5. Mahumuutuse ühtlus
Sõltuvalt sideaine tarvitamisest on mahumuutuse ühtlus üheks oluliseks sideaine omaduseks
st. et mahu kasvamine või kahanemine peab olema ettenähtud piirides.
4.5.2.6.Teisi iseloomulikke omadusi:
• Hügroskoopsus
• Jahvatuspeenus
4.6.Õhksideained
4.6.1.Kips- ja anhüdriitsideained
Kipssideained jagunevad:
1. Madalatemperatuurse põletusega
• ehituskips on neist kõige tavalisem
2. Kõrgtemperatuurse põletusega kipssideained
anhüdriitsideaine on näiteks kõrgpõletatud kips
4.6.1.1.Lähtematerjalid
Looduslik kipskivi on settekivim Looduslik anhüdriit on sageli kipskivi kihtide all. Vee toimel läheb ajapikku üle tavaliseks
kahe veega kipsiks.
Savikips on savi ja CaSO4 ·2H2O segu, liiva ja lubjakivi lisandiga, milles on tavaliselt kuni
30...60% CaSO4 ·2H2O
Toorainena kasutatakse vähesel määral ka fosforkipsi ja boorkipsi,
4.6.1.3.Madalatemperatuursed kipssideained
Kipsideained on õhksideained. See tähendab, et veega segatult nad tarduvad ja kivinevad õhus
ja moodustavad selle tulemusena sideainekivi, mis ei ole püsiv suure suhtelise niiskusega
õhus (>60%) ja vees. Tuntud on järgmised madalatemperatuursed kipssideained:
a.Ehituskips
Kõige tuntum kipssideaine liikidest on ehituskips,
b.Kõrgtugev kips α-CaSO4
c.Vormikipsiks nimetatakse ehitus- või kõrgtugevat kipssideainet või nende segu, mis on
• Ehituskips on valge pulbritaoline sideaine, mis on saadud loodusliku kipsi
kuumutamisel 120...130oC juures β-poolhüdraadiks.
4.6.2.Õhklubi (Lime)
Lubi on õhksideaine, mida saadakse lubjakivide lagundamisel kõrgel temperatuuri (>900oC).
Õhklupja valmistatakse olenevalt kasutatud valmistustehnoloogiast:
kustutamata tükklubjana
jahvatatud lubi
kustutatud lubja pulber e. hüdraatlubi
Õhklubja saamiseks põletatakse lubjakivi kriiti või dolomiitset lubjakivi allpool
paakumistemperatuuri võimalikult kogu süsihappegaasi CO2 eraldumiseni.
Õhklupja kasutatakse ka koos jahvatatud kvartsliivaga kui autoklaavset lubi-liiv sideainet.
Selline kivinemine on võimalik ainult kõrgel temperatuuril ja rõhul. Toimub täiesti erinev
keemiline reaktsioon , mille tulemuseks on kaltsiumhüdrosilikaadid, millised ei lagune veega
kokkupuutel.
4.6.2.1.Lubja kustutamine ja kivinemine
Lubjale vee lisamisel toimub lubja kustumine. Lubja kustutamine on eksotermiline protsess,
mille käigus eraldub soojus.
CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q
Q= 15,6 kcal/1mooli CaO - 65,5 kJ/g-mooli CaO kohta.
Lubja kustutamisega kaasneb tunduv mahu muutus. Ca(OH)2 ruumala on 2...3,5 korda
toodetakse ja turustatakse nii pulbrilisena kui ka lubjataignana.
4.6.2.1.1.Lubja kivistumine
Lubimördid ja -tooted kivistuvad alles peale seda kui nende koostises olev lubi on kustunud.
Kustumisel eraldub soojus, mis oluliselt kiirendab seguvee aurustumist, teisalt aga põhjustab
materjali paisumist ja sellele järgnevat kahanemist ( pragunemise võimalus). Seetõttu
kasutatakse ehituses tänapäeval põhiliselt kustutatud lupja.
4.6.2.2.Hariliku ehituslubja omadused ja kasutamine
Toodetakse:
- kustutamata tükklupja;
- jahvatatud kustutamata lupja;
- kustutatud lubjapulbrina (hüdraatlubi), milles võib ka mineraalseid lisandeid olla.
Lubjas esinevad sageli mineraalsed lisandid nagu:
kõrgahju ja kütuste räbud
tahkekütuse tuhk
kvartsliiv, vulkaaniline pimss ja tuff
treepel, kipskivi.
Lubisideaineid jaotatakse Eestis kehtiva standardi järgi[27]:
kustutamata tükklubi
kustutamata purustatud lubi;
jahvatatud kustutamata lubi,
kustutatud lubi;
lubjapiim , sisaldab 50...55% CaO ja 50...45% mehaaniliselt seotud ja adsorbeerunud vett.
Käesoleval ajal on Eestis kasutusele võetud standard EN 459-1,-2:2006 [27], milline eristab
terminina ka " building lime" ehk "ehituslubi"so. siis lubisideaine, mida kasutatakse ehituses
ja mis sisaldab endas alljärgnevaid lubisideainete tüüpe:
Nimetus Tähis
Kaltsiumiline lubi 90 CL90
Kaltsiumiline lubi 80 CL80
Kaltsiumiline lubi 70 CL 70
Dolomiitne lubi 85 DL85
Dolomiitne lubi 80 DL 80
Hüdrauliline lubi 2 HL2
Hüdrauliline lubi 3,5 HL3,5
Hüdrauliline lubi 5 HL5
Looduslik hüdrauliline lubi 2 NHL 2
Looduslik hüdrauliline lubi 3,5 NHL 3,5
Looduslik hüdrauliline lubi 5 NHL 5
Ehituslupja kasutatakse:
Müürimörtide, krohvimörtide ja ka kuivsegude valmistamiseks.
4.7.2.Romaantsement
Romaantsementi saadakse lubjakate või magnesiaalsete merglite põletamisel. Lubjakivi
toorainena peab antud juhul sisaldama vähemalt 20...25% savikaid osi. Romaantsementi võib
valmistada ka lubjakivi ja savi segust . Romaantsementi lisatakse kuni 5% looduslikku kipsi ja
kuni15% muid lisandeid.
Kasutatakse maapealsetes müürimörtides ja madalamargilistes betoonides.
4.7.3.Portlandtsement Portland cement
Tsement on peeneksjahvatatud hüdrauliline sideaine, mis veega segamisel
hüdratatsioonireaktsioonide tõttu tardub ja kivineb andes kivi, mis säilitab oma tugevuse ka
vees.
Portlandtsemendiks (lisanditeta) nimetatakse hüdraulist sideainet, mida saadakse vähemalt
95%portlandtsemendi klinkri ja loodusliku kipsi koosjahvatamisel
4.7.3.1.Tsemendi tootmine
4.7.3.1.1.Tooraine. Raw materials.
Selleks, et valmistada portlandtsemendi klinkrit, tuleb esmalt koostada toorsegu , milline
koosneb umbes
- 75 - 78% lubjakivist
- 25 - 28% savist
Tehnoloogiliselt valmistatakse toorsegu kasutades toormaterjalide peenestamise ja
homogeniseerimise seadmeid, mis töötavad, kas märjal või kuival meetodil.
Toorsegu põletatakse, mille tulemusena saadakse portlandtsemendi klinker. Klinker
jahvatatakse koos loodusliku kipsiga.
4.7.3.1.2.Tootmise skeemid
Kindla koostisega toorsegu põletatakse klinkriahjus. Kasutatakse põhimõtteliselt kolme tüüpi
seadmeid. Toorsegu on ette valmistatud märjal või kuival meetodil. Märjal meetodil
ettevalmistatud lobri suunamine ahju tingib suuri soojakulusid lobris sisalduva vee välja
aurutamiseks. Seetõttu on kasutusel ka kolmas meetod , mida nimetatakse kombineeritud
meetodiks ja see seisneb lobri veesisalduse eelneval vähendamisel, mis seisneb lobrist
osaliselt vee väljafiltreerimises ja vähendatud lobrimassi graanulite valmistamises.
Tsemendi tootmine toimub põhimõtteliselt alljärgneva skeemi kohaselt:
Toorainete kaevandamine⇒segu ettevalmistamine(purustamine, jahvatamine,kuivatamine,
homogeniseerimine)⇒toorsegu põletamine klinkri saamiseks ⇒klinkri ja kipsi
koosjahvatamine portlandtsemendi saamiseks⇒tsemendi ladustamine ja pakkimine.
Skemaatiliselt märg meetod:
Toorainete kaevandamine⇒toorainete purustamine⇒toorainete doseerimine ja märjalt
jahvatamine⇒lobri korrigeerimine⇒lobri põletamine klinkri saamiseks⇒klinkri jahvatamine
koos kipsilisandiga⇒tsemendi ladustamine ja pakkimine.
Skemaatiliselt kuiv meetod:
Tooraine kaevandamine(savi ja lubjakivi karjäärides⇒toorainete purustamine⇒⇒toorainete
kuivatamine⇒toorainete jahvatamine⇒homogeniseerimine⇒toorsegu korrigeerimine⇒
toorsegu kuivatamine ja põletamine⇒klinkri jahvatamine ja kipsi lisamine⇒tsemendi
ladustamine ja pakkimine
Meetodite valik sõltub tooraine omadustest, kütusest jne.
4.7.3.1.3.Toorsegu valmistamise erinevad tehnoloogilised skeemid
Segu ettevalmistamiseks kasutatakse:
I Märg nn. lobrimeetod ( Wet process )
Positiivne on tooraine ettevalmistamise lihtsus ja odavus, kuna vees tooraine pehmeneb,
seguneb, on kergemini peenestatav ja annab homogeensema segu.
Negatiivne on märja menetluse puhul:
-suur energiakulu : sooja 6100- 7600 MJ/1tonni klinkri kohta
elektrit 25...26 kWh/1tonni klinkri kohta
Suur energiakulu tekib vajadusest aurustada lisatud vesi, ca 50...60%.
Ahjud väga metallimahukad ja kuna materjal on abrasiivne, siis kuluvad ahjud ja muud
seadmed kiiresti.
II Kuivmenetlus ( Dry process)
Toormaterjalid kuivatatakde ja purustatakse ning jahvatatakse. Saadud toorsegu, mis läheb
põletusahju, ei sisalda vett.
Positiivne võrreldes märja toorsegu ettevalmistusprotsessiga on energiakulu väike (kulu
3,2...3,4 MJ/kg klinkri kohta),
- on kasutatavad vähem mettallimahukad ahjud,
-põhimõtteliselt on kuiv protsess hästi automatiseeritav ja reguleeritav võrreldes märja
toorsegu ettevalmistusega.
Negatiivne:
-komplitseeritud jahvatus - ja homogeniseerimisprotsess;
-suured kulud tooraine kuivatamiseks.
- Põletusprotsess( kiln process) Tsemendiklinkri saamisel on oluliseks põletusprotsess.
Protsess viiakse tavaliselt läbi pöördahjudes temperatuuridel ≥1400oC. Põletamise
protsessil kosneb järgmistest etappidest:
toorsegu eelnev kuivatamine ja soojendamine⇒dehüdratatsiooniprotsessid, vabade oksiidide
tekkimine⇒vedelfaasi tekkimine⇒uute ühendite moodustumine ⇒jahutamisprotsess.
Jahutatud klinker ladustatakse ja jahvatatakse seejärel peenjahvatusseadmetes.
Jahvatusprotsess on tsemendi tootmisel põletuse kõrval kõige energiamahukam protsess.
Tsement jahvatatakse eripinnani 300...500 m2/kg kohta. Sealjuures on oluline teada, et mida
peenemaks on jahvatatud tsement, seda kõrgem tugevus saavutatakse. Teisalt suurendab
peenem jahvatus energiakulu jahvatusel
Portlandtsemendi tootmine koosneb kahest osast:
A.Portlandtsemendi klinkri tootmine
B.Portlandtsemendi tootmine
4.7.3.2.Tsemendi koostis
Põletusprotsessi eesmärgiks on saada kindlaksmääratud koostisega tsemendimineraalide
segu, millele siis jahvatusprotsessis lisatakse looduslikku kipsi. Portlandtsemendi klinkri
põhimineraalid on
aliit beliit celiit
Portlandtsemendi klinker
Teised põhikoostisosad
Looduslik kips
Lisandid
4.7.3.3.Reaktsioonid tsemendi segamisel veega
-kui looduslikku kipsi tsemendi koostises ei ole, reageeriks vesi otse ja vahetult kõigepealt
kaltsiumaluminaatide ja kaltsiumsilikaatidega moodustades hüdrokaltsiumaluminaadid,
-ferriidid, ja –silikaadid..
-Looduslik kips reageerib aga kaltsiumaluminaatidega moodustades
kaltsiumhüdrosulfoaluminaate, sidudes neid ja takistades reaktsiooni.
Edasi toimub:
a)tsemenditerakeste pinnal toimub klinkrimineraalide lahustumine vees ja seejärel nende
reaktsioonid veega,
b) toimub kristallhüdraatide kristallisatsioon nendest vesilahustest (moodustuvad geelid ja
kristallide tsentrid nende sees )
c)moodustunud kristallhüdraatide ümberkristallumine antud temperatuuril ja
keskkonnatingimustel püsivamateks ühenditeks (uusmoodustisteks).
Hüdratatsiooni mehanism ja kiirus uusmoodustiste moodustumisel on sõltuv nii tsemendi
koostisest ja omadustest kui ka keskkonnatingimustest .
4.7.3.4.Tsemendi tardumine ja kivinemine
Tardumiseks loetakse seda perioodi, mille jooksul veega segamisest alates tsemendi taigen
küll säilitab oma vormi, kuid ei võta vastu välist jõudu.
Kivinemine on protsess, mille tulemusena moodustub kõva tsemendikivi, mis välisjõu mõjul
võib puruneda kui see jõud ületab tugevusepiiri.
4.7.3.5.Portlandtsemendile esitatavad nõuded
(Physical, chemical and mechanical requirements)
• Absoluutne tihedus (density) e• Tugevus (strength)
• Tardumisajad (setting time)
• Mahu muutumise ühtlust (soundness).
• Nõuded keemilisele koostisele Tsemendi eripind ja jahvatuspeenus (specific surface, fineness).
• Tsemendi standardkonsistents (standard consistence) Eksotermia (heat of hydration).
• Paisumine (expansion) Korrosioonikindlus (Durability) Külmakindlus (freezing resistance)
4.7.3.6.Portlandtsemendi eriliigid
Tsemente jaotatakse EN 197 [9] põhjal kas koostise järgi:
• Portlandtsemendid ≥ 95% klinkrit ja looduslik kips tähis CEM I
• Portlandsegu- (CEM II), portlandräbu-, portlandputsolaan-, portlandlendtuhkportlandpõlevkivi-,
portlandsilikatsement . See tähendab portlandtsemendid, kus
klinkrisisaldus on 65-95%;
• CEM III portlandtsemendi klinkrit ja kõrgahjuräbu sisaldavad räbutsemendid, mille
klinkrisisaldus on