Keramos i stiuk
Rozglądając się wokół, możemy dostrzec różne obiekty budowlane. Czy wiesz, z jakich surowców je stworzono? Czy materiały stosowane współcześnie w budownictwie bardzo różnią się od tych z epoki faraonów? Czy glina i cegły to dzisiaj przeżytki? Jakie materiały obecnie dominują w architekturze?
materiały wykorzystywane w budownictwie;
produkty termicznego rozkładu skał wapiennych i gipsowych;
wpływ kwaśnych opadów na pomniki i elementy budowli wykonanych z marmuru i wapieni.
wymieniać surowce używane do produkcji wyrobów ceramicznych, cementu i betonu;
opisywać procesy technologiczne produkcji cegieł, wyrobów porcelanowych i cementu;
klasyfikować wyroby ceramiczne ze względu na ich właściwości;
rozróżniać przedmioty wykonane z gliny i z betonu.
1. Glina
Do najstarszych materiałów budowlanych zaliczają się między innymi: drewno, kamień i glina. Glina to skała osadowa, powszechnie występująca w przyrodzie. Najważniejsze składniki gliny powstają w procesie chemicznego wietrzenia skaleniskaleni. Proces ten, na przykładzie anortytuanortytu, przedstawia równanie reakcji chemicznej:
GlinaGlina początkowo służyła do wyrobu naczyń i przedmiotów codziennego użytku (garncarstwo), ale z czasem stała się głównym surowcem do produkcji cegieł i innych wyrobów ceramicznych. Nazwa wyroby ceramicznewyroby ceramiczne pochodzi od greckiego keramos, tzn. ziemia, glina. Proces produkcji materiałów ceramicznych polega na dokładnym wymieszaniu odpowiednich surowców (głównie: gliny, piasku kwarcowego oraz skaleni) z wodą, formowaniu, wysuszeniu i wypaleniu. Niektóre wyroby ceramiczne są szkliwione. Produkt powstały po wypaleniu, ale jeszcze nieszkliwiony i niepomalowany, nazywa się czerepemczerepem. Najszlachetniejszym tworzywem ceramicznym jest porcelanaporcelana. Do jej produkcji używa się najlepszych gatunków gliny (kaolinukaolinu), charakteryzujących się białą lub lekko kremową barwą. Głównym składnikiem glinki porcelanowej jest minerał o nazwie kaolinitkaolinit.
W miarę wzrostu świadomości ekologicznej, glina jako materiał budowlany znajduje coraz więcej zwolenników. Naukowcy badają zaskakujące właściwości tego surowca, a architekci coraz śmielej z niego korzystają, odkrywając go na nowo. Trudno dziwić się karierze gliny (i ceramiki budowlanej), ponieważ jest to budulec o fantastycznych właściwościach, który we wnętrzach tworzy zdrowy i przyjazny człowiekowi klimat.
Glina ma właściwości antyalergiczne, antybakteryjne oraz antystatyczne, więc redukuje zawartość kurzu w powietrzu. Wchłania i wyparowuje wilgoć w sposób naturalny, utrzymując wilgotność powietrza na poziomie zapobiegającym wysychaniu śluzówki i dróg oddechowych. Ma dobre właściwości termoizolacyjne, występuje niemal we wszystkich miejscach w Polsce, co znaczy, że nie trzeba jej transportować.
Z gliny można zbudować praktycznie cały budynek, wykorzystując ją do: murowania, tynkowania, rzeźbienia, konstruowania stropów i kopuł, stawiania z niej ścian nośnych i działowych, budowy pieców, robienia cegieł i posadzek, a nawet wodoodpornych dachówek. Współcześnie glina stanowi surowiec wyjściowy do produkcji różnorodnych materiałów budowlanych.
2. Porcelana
PorcelanaPorcelana to najszlachetniejsza odmiana ceramiki. Została wynaleziona w przez Chińczyków, którzy doskonaląc przez wieki swój warsztat pracy, osiągnęli mistrzostwo. Do Europy pierwsze wieści o chińskiej porcelanie dotarły około , dzięki weneckiemu podróżnikowi Marco Polo, który w swych podróżach dotarł aż do Chin. W trakcie pobytu w Państwie Środka oglądał błyszczącą ceramikę – jej wygląd kojarzył mu się z niewielkimi muszlami małży morskich (po włosku porcello – świnka, a po łacinie – genus porcellana), których gładka, półprzezroczysta skorupa przypominała właśnie ścianki porcelanowych naczyń. Europejczykom udało się otrzymać porcelanę dopiero na początku
Obejrzyj poniższą galerię zdjęć, za pomocą strzałek umieszczonych po prawej i lewej stronie.
Wyszukaj w Internecie i zapisz inne przykłady zastosowania porcelany w budownictwie lub produkcji przedmiotów codziennego użytku.
Chińska porcelana fascynowała wiele z cywilizacji, które się z nią zetknęły. Wielki rozgłos zyskała dzięki legendzie głoszącej, że porcelanowe naczynia rozpadają się po kontakcie z trucizną podaną w potrawie lub napoju. Między innymi z tego właśnie powodu wiele osób zabiegało o posiadanie zestawu z porcelany.
Wyjaśnij, jak odróżnić filiżankę wykonaną z porcelany od filiżanki fajansowejfajansowej.
Wykonano doświadczenie, które miało na celu przedstawienie sposobu, w jaki można odróżnić porcelanę od fajansu.
Problem badawczy:
W jaki sposób można odróżnić porcelanę od fajansu?
Hipoteza:
Porcelana i fajans to tworzywa ceramiczne o różnej porowatości, a tym samym o różnej nasiąkliwości.
Co było potrzebne:
wyroby lub kawałki przedmiotów wykonanych z porcelany oraz z fajansu;
atrament;
strzykawka;
ściereczka;
woda.
Przebieg doświadczenia
Na nieszkliwiony fragment wykonanego z porcelany przedmiotu oraz na drugi, wykonany z fajansu, naniesiono po jednej kropli atramentu. Po chwili sprawdzono, czy powstałą plamę łatwo czy trudno usuwa się za pomocą wody z obu przedmiotów. Zaobserwowano, że plama może zostać usunięta z przedmiotu wykonanego z porcelany, natomiast na powierzchni fajansu plama jest wciąż widoczna. Ponadto zaobserwowano, że kolor widoczny na przekroju porcelany i fajansu różni się – kolor porcelany jest śnieżnobiały, a fajansu – kremowy.
Obserwacje
Plama z atramentu może zostać usunięta z porcelany, natomiast fajans nim nasiąka, co więcej – jego usunięcie z powierzchni jest niemożliwe.
Wnioski
Próba z atramentem pozwala odróżnić porcelanę od fajansu poprzez zbadanie nasiąkliwości obu materiałów, ponieważ fajans charakteryzuje się czerepem porowatym, a porcelana ma czerep nieporowaty (tak zwany spieczony). Tworzywem szlachetniejszym jest porcelana, która wyróżnia się brakiem nasiąkliwości. Jeśli powstaje trudna do usunięcia wodą plama, to przedmiot z pewnością jest fajansem. Porcelana jest biała i szkliwi się ją szkliwem przezroczystym. Gdy stłuczemy ulubioną filiżankę, śnieżnobiały kolor nieszkliwionych, jak i pokrytych szkliwem kawałków potwierdzi, że została ona wykonana z porcelany. Fajans bowiem ma barwę kremową.
Napisz, czym różni się porcelana od fajansu.
Porcelanę kiedyś nazywano „białym złotem”, ponieważ była bardzo ekskluzywnym towarem, na który mogli sobie pozwolić tylko najbogatsi. Jej wartość niejednokrotnie przekraczała ceny złota. Nic więc dziwnego, że wielu ceramików próbowało odkryć sekret produkcji porcelany. Nie było to jednak takie proste.
marca udało się to, mającemu zaledwie lat, alchemikowi Johannowi Friedrichowi Böttgerowi, zatrudnionemu przez Augusta Mocnego. Wykonał on pierwszą porcelanową czarkę, używając do tego glinki kaolinowej. Pilnie strzeżona tajemnica chińskich mistrzów została odkryta. August Mocny, zachwycony wynalazkiem, jeszcze w postanowił otworzyć pierwszą fabrykę porcelany w Europie, a konkretnie w Dreźnie.
Dwa miesiące później manufakturę przeniesiono jednak do zamku Albrechtsburg, położonego na wysokim skalistym wzgórzu w Miśni. Położenie to miało dać gwarancję zachowania tajemnicy produkcji masy porcelanowej. Odtąd Miśnia stała się stolicą europejskiej porcelany.
Friedrich Böttger myślał o ucieczce z tego mrocznego miejsca, ponieważ złamanie sekretu chińskich mistrzów nie przyniosło mu sukcesu finansowego. Król jednak dowiedział się o jego planach i wtrącił Böttgera do lochu w twierdzy Königstein, a następnie zwrócił mu wolność, ale Böttger podupadł na zdrowiu w trakcie pracy w manufakturze i po latach od uwolnienia zmarł.
Obejrzyj poniższą galerię grafik, za pomocą strzałek umieszczonych po prawej i lewej stronie.
3. Cegły
CegłyCegły były materiałem budulcowym stosowanym w wielu imperiach i wielkich cywilizacjach. Budowano z nich świątynie, kilkunastopiętrowe minarety i tętniące życiem starożytne miasta. Najstarsze ślady użycia cegieł pochodzą sprzed z Azji. Obok kamienia i drewna, były podstawowym materiałem budowlanym w starożytnej Mezopotamii. Później o nich zapomniano i zastąpiono „nowoczesnymi” materiałami – betonem i metalem. W uważano je za przeżytek. Jednak powróciły w wielkim stylu w czasach nam współczesnych jako materiał budowlany oraz element dekoracyjny – głównie w nowoczesnych wnętrzach.
Odpowiedz na pytanie: czy cegła jest materiałem ekologicznym? Odpowiedź zapisz poniżej.
Wyjaśnij, czy ma to znaczenie, jaką cegłę wykorzystamy do budowy: szamotową (odporną na zmiany temperatury) czy klinkierową, pełną czy z otworami. Jakie cegły nadają się do budowy ścian nośnych, a jakie stosuje się do stawiania ścian działowych? Odpowiedź zapisz poniżej.
Obejrzyj poniższą galerię grafik, za pomocą strzałek umieszczonych po prawej i lewej stronie.
4. Wapno
Wapno gaszone, czyli wodorotlenek wapnia , jest materiałem towarzyszącym człowiekowi od wieków. Stosowanie go przez tysiąclecia (aż do naszych czasów) jako spoiwa w budownictwie świadczy o nieprzemijających zaletach tego materiału. Wapno gaszone otrzymuje się w reakcji wapna palonego z wodą. Wapno palone, czyli tlenek wapnia , powstaje na skutek prażenia węglanu wapnia w wysokiej temperaturze w piecach zwanych wapiennikami. Równanie reakcji rozkładu węglanu wapnia pod wpływem temperatury można zapisać w następujący sposób:
Reakcja wapna palonego z wodą jest gwałtowną reakcją,w wyniku której powstaje wodorotlenek wapnia:
Obecnie wapno jest stosowane do otrzymywania stiuków, czyli dekoracyjnej masy składającej się z zaprawy wapiennej, gipsowej lub mieszanej (wapienno‑gipsowej) oraz proszku lub piasku marmurowego. Wykorzystuje się je go dekoracji budynków, jest mniej wymagający dla wykonawcy zdobień niż stiuk produkowany w przeszłości. Stiuk był materiałem dekoracyjnym, stosowanym powszechnie przez architektów w starożytnym Rzymie do wykonywania tynków, rzeźb i sztukaterii. Często imitował dużo droższy i trudniejszy w obróbce marmur.
5. Cement
CementCement to najważniejszy materiał budowlany o charakterze spoiwa, otrzymywany w cementowniach ze zmielonych skał wapiennych (zawierających węglan wapnia), z różnych rodzajów gliny, bogatych w uwodnione krzemiany i glinokrzemiany oraz z gipsu krystalicznego. Obecnie najczęściej używa się stosowanego od cementu portlandzkiego, którego skład chemiczny opracował angielski murarz Joseph Aspdin. Kolor otrzymanego cementu przypominał wynalazcy kamień budowlany, wydobywany w okolicach Portlandu, stąd nazwa „cement portlandzki”. Obecnie jest on stosowany do przygotowywania zapraw cementowych i cementowo‑wapiennych.
Wykonano doświadczenie, które miało na celu zbadanie znaczenia wyboru rodzaju zaprawy, która jest stosowana w trakcie budowy.
Problem badawczy:
Jakie znaczenie ma wybór rodzaju zaprawy stosowanej podczas budowy?
Hipoteza:
Różny skład zapraw budowlanych ma wpływ na zakres ich stosowania.
Co było potrzebne:
dwie zlewki;
łyżeczka;
bagietka;
tryskawka z wodą;
dwie nakrętki (lub inne przedmioty mogące pełnić rolę formy);
piasek;
cement;
wapno hydratyzowane.
Przebieg doświadczenia
Do zlewki wsypano cztery łyżeczki piasku i jedną łyżeczkę cementu. Mieszając zawartość naczynia bagietką, dodano tyle wody, aby utworzyła się plastyczna masa. Otrzymaną zaprawą wypełniono formę i odstawiono ją na kilka dni, obserwując czas twardnienia uzyskanej spoiny. Oceniono jej twardość i kruchość. Do drugiej zlewki wsypano dziewięć łyżeczek piasku, dwie łyżeczki wapna hydratyzowanego i jedną łyżeczkę cementu. Mieszając zawartość naczynia bagietką, dodano tyle wody, aby utworzyła się mieszanina o konsystencji gęstego ciasta. Otrzymaną zaprawą wypełniono formę i odstawiono ją na kilka dni, obserwując czas twardnienia uzyskanej spoiny. Oceniono jej twardość i kruchość.
Obserwacje
Zaobserwowano, że zaprawa cementowa po kilku dniach jest bardzo twarda i krucha oraz ma gładką powierzchnię. Mniejszą twardość i kruchość wykazuje zaprawa cementowo–wapienna, która jest bardziej porowata.
Wnioski
Obie zaprawy potrzebują na stwardnienie kilku dni. Opisane właściwości każdej z zapraw decydują o zakresie ich stosowania w trakcie budowy. Na przykład zaprawa cementowo–wapienna, która jest porowata, więc nie nadaje się do wykonania budynku, narażonego na obciążenia. Używa się jej do murowania ścian, które nie muszą mieć dużej wytrzymałości. Do budowy wysokich, obciążonych budynków wykorzystuje się zaprawę cementową, która ma mniejszą porowatość i jest bardziej wytrzymała.
Napisz, jaki stan skupienia ma wapno hydratyzowane.
Której zaprawy – cementowej czy cementowo–wapiennej – używa się do tynkowania i jako spoiwa do cegieł, a z której wykonuje się części budynków, narażone na duże obciążenia i ciągłe działanie wody? Z czego wynika wybór zaprawy z tych przypadkach?
6. Beton
Już ponad Rzymianie stosowali materiał, który otrzymywali przez zmieszanie wapna, tłucznia ceglanego z żużlem paleniskowym i kamieniem, nazywając go betunium. W wiekach średnich materiał ten został zapomniany. Na nowo doceniono go po wynalezieniu cementu portlandzkiego.
Dzisiejsza masa betonowa powstaje po zmieszaniu kruszywa naturalnego (drobnoziarnistego, np. piasku o frakcji do , lub gruboziarnistego, np. żwiru) albo kruszywa sztucznego (np. żużla), cementu i wody w odpowiednich proporcjach, w specjalnych urządzeniach z bębnem obrotowym, zwanych betoniarkami. Masa ta, w wyniku hydratacjihydratacji cementu, ulega wiązaniu, a następnie twardnieniu, stając się materiałem o właściwościach bliskim skałom naturalnym. Woda wiąże cement i nadaje mieszance odpowiednią konsystencję. KruszywoKruszywo (czyli średnice ziaren) dobiera się w zależności od wymaganych cech betonu. Te trzy główne składniki, dozowane w odpowiednich proporcjach, pozwalają otrzymać betonbeton o różnej gęstości i odmiennych klasach.
Wytrzymałość betonu na rozciąganie jest dziesięciokrotnie mniejsza w stosunku do jego wytrzymałości na ściskanie. Przenoszenie sił rozciągających można uzyskać stosując zbrojenie betonu wkładkami stalowymi (pręty i siatki stalowe) – taki materiał nazywany jest żelbetem (żelazobetonem)żelbetem (żelazobetonem).
Żelazobeton otrzymano zupełnie przypadkowo w , kiedy francuski ogrodnik – Joseph Monier – szukał pomysłu na misę, której nie rozsadzałyby korzenie roślin. Hodował palmy ozdobne w dębowych donicach, ale te trzeba było co pewien czas wymieniać na nowe. Najpierw odlał donicę z betonu, ale po pewnym czasie korzenie i tak ją uszkodziły. Wówczas postanowił wykonać mocną klatkę z drutu stalowego i dopiero ją zalał betonem. Kilka lat później patent odkupiła od niego pewna niemiecka firma. W beton zbrojony opatentowano, a z kolei w zbudowano pierwszy most łukowy z tego materiału w Muhlhausen w Niemczech i zaporę wodną w okolicach San Francisco. W w Greenburgu, w Pensylwanii, wzniesiono pierwszy budynek o całkowicie żelbetowej konstrukcji.
Przykłady zastosowania betonu
Beton znajduje liczne zastosowanie w codziennym życiu. Z betonu zbudowane są między innymi płyty chodnikowe, kostka brukowa, kręgi betonowe do budowy studni, rury, krawężniki i płoty.
Obejrzyj poniższą galerię zdjęć, za pomocą strzałek umieszczonych po prawej i lewej stronie.
Podsumowanie
Glina to skała osadowa, będąca podstawowym surowcem przemysłu ceramicznego.
Wyroby ceramiczne to produkty otrzymane w wyniku wypalenia odpowiednio uformowanej gliny.
Porcelana to rodzaj białej, przeświecającej ceramiki najwyższej jakości. Do jej wyrobu używa się glinki kaolinowej (kaolinu).
Cegła to powszechnie stosowany materiał budowlany. Cegła zwykła pełna (tak zwana czerwona) powstaje w wyniku suszenia, a następnie wypalania uformowanej masy plastycznej złożonej z gliny, piasku i wody.
Zaprawa wapienna (powietrznapowietrzna) to spoiwo budowlane, w skład którego wchodzą wapno gaszone, piasek i woda.
Cement to spoiwo hydraulicznehydrauliczne, otrzymane z surowców mineralnych: wapienia, gliny i gipsu krystalicznego.
Beton to podstawowy materiał budowlany, powstający w wyniku stwardnienia mieszaniny złożonej z cementu, kruszywa i wody.
W Anglii w wynaleziono specjalny rodzaj porcelany miękkiej, zwanej bone china. Jakie właściwości tej porcelany powodują, że traktuje się ją jak diament wśród produktów porcelanowych? Dlaczego nazywa się ją również porcelaną kostną? Zastanów się i zapisz odpowiedź.
W kilku zdaniach wyjaśnij, jakie znaczenie ma nanotechnologia w budownictwie.
Słownik
bardzo rzadki minerał z gromady krzemianów, zaliczany do grupy plagioklazów
materiał budowlany, który powstaje poprzez wymieszanie w odpowiednich proporcjach: cementu, kruszywa i wody
ceramiczny materiał budowlany, otrzymywany z mieszaniny gliny, piasku i wody, poddanej formowaniu, suszeniu i wypaleniu
hydrauliczne spoiwo, które wiąże ze sobą piasek i kruszywa; wchodzi w skład mieszanek betonowych lub zapraw murarskich
skorupa ceramiczna, powstała po wypaleniu materiału ceramicznego; stanowi właściwą ściankę przedmiotu
tworzywo ceramiczne, wytwarzane z zanieczyszczonego kaolinu, charakteryzujące się porowatym czerepem oraz jasnokremową barwą
skała osadowa będąca podstawowym surowcem do produkcji wyrobów ceramicznych
proces przyłączania cząsteczek wody do cząsteczek innych substancji rozpuszczonych w roztworze wodnym
tworzywo ceramiczne o dużej twardości i odporności chemicznej, otrzymywane z glin ogniotrwałych
skała osadowa, której nazwa pochodzi od chińskiej góry Gaoling, skąd rzekomo pierwszy raz ją wydobyto
minerał z gromady krzemianów; składnik kaolinukaolinu, powstający w procesie wietrzenia skaleni (glinokrzemianów)
sypki materiał pochodzenia organicznego lub mineralnego, stosowany głównie do produkcji zapraw budowlanych i betonów oraz do budowy dróg
rodzaj białej, przeświecającej ceramiki wysokiej jakości, wynalezionej w Chinach w
to najpospolitsze minerały w skorupie ziemskiej; są glinokrzemianami potasu, sodu, wapnia, a rzadziej baru
wyroby z dobrze oczyszczonej i wypalonej gliny w formie figurek lub płytek
wyroby otrzymywane w wyniku wypalenia odpowiednio przygotowanej gliny
spoiwo budowlane, które twardnieje pod wpływem wiązania wody, jak np. zaprawa gipsowa
spoiwo budowlane twardniejące na powietrzu, jak np. zaprawa wapienna
materiał budowlany, który składa się z betonu, wzmocnionego stalowymi prętami zbrojeniowymi lub jednym elementem stalowym zwanym wkładką stalową
Ćwiczenia
Które z poniższych definicji są prawdziwe, a które – fałszywe.
Prawda | Fałsz | |
Cement to mieszanina betonu, piasku i wody. | □ | □ |
Glina to ilasta skała magmowa służąca do produkcji wyrobów ceramicznych. | □ | □ |
Beton to mieszanina składająca się z cementu, kruszywa i wody. | □ | □ |
Wyroby ceramiczne to produkty otrzymywane w wyniku wypalenia odpowiednio przygotowanej gliny. | □ | □ |
Zapoznaj się z poniższym tekstem, a następnie uzupełnij równanie reakcji otrzymywania wapna palonego oraz wapna gaszonego.
The chemical formula of quicklime is while chemical formula of hydrated lime is . Quicklime is produced by heating crushed limestone to around degrees Celsius in a shaft furnace or rotary kiln. The heating of limestone releases carbon dioxide, leaving calcium oxide ( produces and ). After heating, the quicklime is crushed and then milled. It is necessary for calcium oxide (quicklime) to be slaked in a controlled environment because it can create heat that reaches up to degrees Celsius. Calcium hydroxide, or hydrated lime, is already neutralized, so it will not undergo oxidation and can be mixed with water in our system, for water ph control, soil rehabilitation and more.
Bibliografia
Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 1‑2, Warszawa 2012, wyd. 6.
Encyklopedia PWN
Pazdro K. M., Chemia. Pierwiastki i związki nieorganiczne, Warszawa 2012.