Vápenec a jeho zpracování na vápno a cement

Vápník (chemická značka Ca, latinsky Calcium) je architektem přírody. Je to prvek, který dal planetě pevnou strukturu. Pro lidstvo má vápník dvojí, zcela zásadní roli. Zaprvé, drží nás pohromadě doslova fyzicky - tvoří tvrdou tkáň kostí a zubů. Zadruhé, drží pohromadě naši civilizaci - je klíčovou složkou betonu, malty a cementu. Od římského Pantheonu po moderní mrakodrapy, vše stojí na chemii vápníku.

Vlastnosti a výskyt vápníku

Vápník je kov alkalických zemin (2. skupina periodické tabulky), leží ve 4. periodě. Ačkoliv známe vápník hlavně jako bílý prášek (ve sloučeninách), čistý vápník je stříbřitý kov. Je tvrdší než olovo, ale měkčí než hliník - dá se krájet nožem, ale s obtížemi. Vápník je poměrně měkký, lehký, reaktivní kov, dobrý vodič elektrického proudu a tepla. Vápník je reaktivní kov, i když ne tak agresivní jako sodík nebo draslík. Reaguje se studenou vodou, ale reakce je klidnější než u alkalických kovů. Vápník „šumí“ (uniká vodík) a voda se zakalí vznikajícím hydroxidem. Toto je jedna z nejdůležitějších chemických reakcí v historii lidstva, která umožňuje stavebnictví.

Vápník je pátým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře (přes 3 %). Jako biogenní prvek je jedním ze základních stavebních kamenů buněk všech živých organizmů na této planetě. Česká republika patří ve světě mezi státy s nejbohatším výskytem hornin vápencového typu, známá je například lokalita mezi Prahou a Berounem nebo Moravský kras.

Hlavní minerály vápníku

• Kalcit a Aragonit (CaCO₃): Dvě krystalové formy uhličitanu vápenatého. Jedná se o bílou krystalickou látku, která se v přírodě vyskytuje ve formě vápence. Uhličitan vápenatý je prakticky nerozpustný ve vodě.
• Sádrovec (CaSO₄ · 2H₂O): Dihydrát síranu vápenatého.

Většina průmyslu nepotřebuje čistý kov, ale jeho sloučeniny (vápenec, vápno), které se těží v lomech po miliardách tun.

Vápenec: Klíčová surovina

Vápenec má pro stavebnictví klíčovou roli. Vápenec patří k nejrozšířenějším sedimentům na Zemi. Tato hornina má řadu využití zejména v průmyslu a odedávna je též hojně využívána ve stavebnictví. Ať už se jedná o výrobu maltových směsí, dekorace a obklady, či samotné zdivo, vápenec se používá takřka všude. Vápenec je celistvá sedimentární hornina, jež je v převážné míře složená z uhličitanu vápenatého (CaCO₃). Ten tvoří více než 80 procent, zbylých necelých dvacet procent pak připadá na příměsi jako dolomit, siderit, křemen, jílové minerály a úlomky zkamenělin. Společně s dolomitem tvoří vápenec čtyři pětiny všech sedimentů na povrchu země. Vápenec se rozpouští ve slabě kyselé vodě obsahující oxid uhličitý. Voda protékající vápencovým podložím rozpouští malé množství vápence díky přítomnosti CO₂ (vzniká rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý).

Čtěte také: detailní přehled Siku modelů

Historické a moderní využití vápence

Exkurzi do využití vápence jako materiálu pro stavebnictví začneme netradičně již v době kamenné. Tehdy měla tato hornina pasivní využití. Krasové jeskyně sloužily předchůdcům moderního člověka jako obydlí, skrýše i svatyně, v nichž vykonávali své náboženské obřady. Obydlování vápencových útvarů a využití vápence při výrobě nástrojů přestalo lidem brzy stačit, a tak ovládli tajemství pálení a využití vápna. Vědci odhadují, že k tomuto dnes zásadnímu objevu došlo vypálením vápencových kamenů na otevřeném ohništi a jeho následnou reakcí s deštěm, která dala vzniknout hašenému vápnu. Přidáním další vody pak vznikla jakási první primitivní malta.

Při popisu toho, jak se vápenec využívá, nelze nezmínit též jeho dekorativní úlohu. Mramor - metamorfovaný a rekrystalizovaný vápenec a v širším slova smyslu též jakýkoliv leštitelný vápenec - se již od antických dob využíval jak v sochařství, tak právě i ve stavebnictví. Vápenec je usazená hornina, zatímco mramor vzniká jeho přeměnou působením vysokého tlaku a teploty (metamorfózou).

V roce 2015 se v Česku podle údajů Českého statistického úřadu vytěžilo 6 865 311 tun vápence a vápenatých kamenů určených na výrobu vápna a cementu. O rok před tím to bylo 6 771 464 tun.

Výroba a použití vápna

Zásadní pro výrobu stavebních hmot je těžba vápence. Pálením vápence se získává pálené vápno, oxid vápenatý - CaO. Je to bílá žíravá a alkalická krystalická látka. Pálení vápna: Vápenec (uhličitan vápenatý, CaCO₃) se zahřeje na cca 900 stupňů.

Nejstarší metodu výroby vápna popsal Greenwood. Samotnému pálení předcházela příprava kamene. Kámen se palicemi rozbíjel na větší a menší ploché kusy. Následně se rovnal. Dělalo se to ve dvou, lépe však ve třech lidech, kteří stáli v peci. Kameny se zarovnávaly kolem dokola na pelíšku. Pec se směrem nahoru zužovala. Doba pálení se lišila podle ročního období. Důležité bylo správně udržovat oheň v popelišti, "aby se vápno nezapopelilo". Po vypálení zůstávaly stěny pece dlouho temně červené. To bylo znamení, že je vápno vypáleno. Poté se musela pec nechat vychladnout. Vápno se začalo odshora rozebírat. Šachtové pece pro kontinuální pálení vápna byly patentovány v Československu inženýrem M. Wogel-Jörgensenem z Dánska. Tyto pece jsou jednoduché. V nich se vápenec pálí stálým a nepřetržitým postupem ohně. Jsou rozděleny na určitý počet komor. Spaliny z pece se odvádějí. Palivo se spaluje na roštech v popelníkem. Horké plyny prostupují navezeným vápencem vzhůru. Palivem je zpravidla koks. Moderní pece pracují s prohoříváním nebo tak, že přivádějí do pece jen plyn, který se spaluje ve styku s horkým vzduchem. Většina vápenek ukončila provoz v 60. letech 20. století.

Čtěte také: výběr plastifikátoru do betonu

Hašené vápno a vápenná malta

Pálením vápence vzniká oxid vápenatý (pálené vápno), který se po smíchání s vodou mění na hašené vápno. Jinak také Ca(OH)₂ je lehká a bílá krystalická látka, která je téměř nerozpustná ve vodě. Vodný roztok hydroxidu vápenatého se nazývá vápenné mléko. Hydroxid vápenatý patří mezi silné zásady. Při 512 °C se rozkládá na oxid vápenatý a vodu. Vyrábí se reakcí páleného vápna (oxidu vápenatého) s vodou nebo reakcí vápníku s vodou.

Smícháním páleného vápna, vody a písku vzniká vápenná malta. Hydroxid vápenatý, který je málo rozpustný ve vodě, se ve směsi s pískem a vodou používá ve stavebnictví jako malta. Tu lze použít ke spojování cihel/tvárnic či vytváření omítek. Hašené vápno v maltě reaguje se vzdušným CO₂, vrací se zpět do formy uhličitanu (vápence) a tvoří pevný kámen (karbonatace). Vápno najde své využití při stavbě i v současné době. „V domácích podmínkách se už sice nehasí, tak jako tomu bývalo dříve, ale i dnes vápno ve stavebnictví najdeme jako součást maltových směsí a sádry. Kromě toho, že je vápno součástí zdicích směsí, najdeme ho dnes též i v samotných cihlách. Vedle tradičních pálených cihel totiž v posledních letech zažívají boom též modernější stavební prvky, mezi které patří vápenopískové zdivo. Právě díky kombinaci vápna a kvalitního křemičitého písku lze dosáhnout výborných akustických a statických vlastností při výrazně nižších tloušťkách zdí. Využití vápna v kombinaci s pískem má pak vedle větší podlahové plochy ještě další výhodu. Oproti klasickým páleným cihlám má vápenopísková cihla díky vyšší objemové hmotnosti až dvojnásobnou tepelnou akumulaci.

Cement a beton

Cement je směs křemičitanů a hlinitanů vápenatých, vyrobená vypálením vápence a jílu. Cement (respektive běžný portlandský cement) obsahuje kromě oxidu vápenatého (CaO) i další oxidy, například oxid křemičitý (SiO₂), hlinitý (Al₂O₃) nebo železitý (Fe₂O₃). Je to práškové hydraulické pojivo, které po smíchání s vodou tuhne a tvrdne. Jeho schopnosti pojit jiné sypké látky v pevnou hmotu se využívá při výrobě betonových nebo maltových směsí. Při výrobě cementu je základní surovinou vápenec. Dále se zjišťuje přesné chemické složení a podle výsledků se přidávají další přísady. Palivo se spaluje proudem horkého vzduchu. Cementy jsou podle technické normy ČSN EN 197-1 rozděleny do 5 základních skupin. Podle množství portlandského slínku a jiných hlavních složek je stanoveno 27 druhů cementů.

Smícháním cementu, vody a kameniva (písku, štěrku) vzniká beton (respektive cementový beton). Beton je nejrozšířenější umělý materiál na Zemi.

Sádra

Sádra (hemihydrát síranu vápenatého - CaSO₄ · ½H₂O) se vyrábí pálením minerálu sádrovce (dihydrát síranu vápenatého - CaSO₄ · 2H₂O). Sádra se vyrábí termickým rozkladem sádrovce takzvaným vařákovým způsobem při 180°C. Tento proces tedy vlastně zajišťuje odstranění vody z krystalické mřížky. Rozmícháním sádry ve vodě opět vzniká pevný sádrovec. Po smíchání s vodou rekrystalizuje zpět na sádrovec a ztvrdne. Sádra má všestranné využití ve stavebnictví, při drobných opravách v domácnosti, na instalatérské práce, opravy omítek, při výrobě kopií různých předmětů (zubní lékařství) atd. Sádra byla známá jako vynikající stavební materiál již Římanům. Přišli na to, že ji lze získat žíháním sádrovce při pouhých 300 stupních Celsia. Sádrovec (respektive energosádrovec) je produktem odsiřování kouřových plynů.

Čtěte také: jak funguje vodopropustný beton

Další stavební materiály

Stavební materiály se používají pro konstrukci budov a dalších staveb. Ve stavebnictví se používají i mnohé kovy. Uplatnění má železo (např. jako výztuž do železobetonu), korozivzdorná ocel či hliník (např. ve fasádách).

Sklo

Sklo je amorfní materiál (jeho struktura není krystalická). Základní látkou pro výrobu skla je oxid křemičitý (SiO₂), který je přítomen ve sklářském písku. Běžným typem skla je sodnovápenaté sklo, při výrobě se ke sklářskému písku přidává soda (Na₂CO₃), která snižuje teplotu tání směsi, a vápenec (CaCO₃).

tags: #nerost #ktery #se #zpracovava #na #vapno

Oblíbené příspěvky:

• nadčasová krása venkovní dlažby
• Jak prodloužit životnost nátěrů dřeva a kovu?
• Zkoušky izolačních systémů
• Jak vybrat plastickou omítku pro fasádu?
• Oprava Start menu a hlavního panelu Windows 10