CEMENT = mletý slínek + přísady + příměsi (přidávané po výpalu): 1. Regulátory tuhnutí sádrovec, anhydrit 2. Pucolány popílek, struska, mikrosilika (podporují vznik C-S-H fází) 3. Struska odolnost vůči síranové korozi 4. Mletý vápenec 5. aj.
Technologické vlastnosti cementu: -melitelnost -plastičnost -slínatelnost Ostatní: -dostupnost -cena
HYDRATACE cement + voda =cementová pasta 2C 3 S+6H C 3 S 2 H 3 +3CH (portlandit) 2C 2 S+4H C 3 S 2 H 3 +CH 2C 3 A+21H C 4 AH 13 +C 2 AH 8 2C 3 AH 6 +9H 3 4 13 2 8 3 6 C 3 A+3CS*H 2 +26H C 6 AS * 3 H 32 (ettringit) C 6 AS* 3 H 32 +2C 3 A + 4H 3C 4 AS*H 12 (monosulfát) C 2 AF+2CH+11H C 4 (A,F)H 13 C+H CH (portlandit)
HYDRATACE Vodní součinitel w/c (poměr voda/cement) ph cementové pasty C-S-H hlavní nositelé pevnosti pucolánová aktivita
Vývoj hydratačního tepla (J/g) - smíchání cementu s vodou, rozpouštění slínkových minerálů a síranu vápenatého - hydratace se výrazně zpomalí, narušení vrstvy hydratačních produktů-zrychlení, fázové přechody, tuhnutí - reakce slínkových minerálů s vodou se postupně zpomaluje 80 70 CEM 42,5 R Mokrá CEM 42,5 R Mokrá+0,4%polyA CEM 42,5 R Moká+0,4%polyB CEM 42,5 R Moká+0,4%naftaA CEM 42,5 R Moká+0,4%naftaB 60 Teplota [ C] 50 40 30 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Čas [hod]
Vývoj hydratačního tepla ve vybraných vzorcích směsného cementu s náhradou 25% cementu netradiční surovinou
ZA PŘÍSTUPU VZDUCHU portlandit kalcit XRD-In-situ studium hydratace a karbonatace portlandského cementu čas 2theta BEZ PŘÍSTUPU VZDUCHU portlandit čas 2theta
HYDRATACE povrch původní cementové částice a nereagující jádro částice b hydratované produkty (gely) c kapilární póry Povaha cementové pasty během tuhnutí
po rozlití [mm] 450 400 350 300 CEM I 42,5 R Čížkovice CEM Čížkovice + 0,4% poly A CEM Čížkovice + 0,8% poly A CEM Čížkovice + 0,4% poly B CEM Čížkovice + 0,8% poly B CEM Čížkovice + 0,4% nafta A CEM Čížkovice + 0,8% nafta A CEM Čížkovice + 0,4% nafta B CEM Čížkovice + 0,8% nafta B Průmě ěr koláče 250 200 150 100 0 100 200 300 400 500 600 700 Čas [min] Rozliv kužele cementové směsi cementu CEM I 42,5 R Čížkovice plastifikovaného různými plastifikátory (w/c=0,40)
TUHNUTÍ vs. TVRDNUTÍ ZKOUŠKA PODLE TUSSENBROCKA
pevnosti 28.den pevnosti 7.den pevn vnosti 3.den pevnosti 2.den pevnosti 1.den PEVNOST 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 CEM Mokrá + 0,4% naftab CEM Mokrá + 0,4% naftaa CEM Mokrá + 0,4% polyb Vzorek CEM Mokrá + 0,4% polya CEM I 42,5 R Mokrá Pevn nost v tlaku (MPa)
kamenivo + pojivo (cementová pasta) + přísady = BETON kamenivo cca 0,05 150 mm - minerály, horniny, recyklovaný materiál - chemická stabilita výztuž trvanlivost
DEGRADACE - fyzikální - chemická - biologická Faktory: - přítomnost vody - pórový systém - složení roztoků - cement - kamenivo - klima - technologické postupy - karbonatace - sulfatace - chloridy - AAR (ASR,ACR)
Karbonatace nízké ph, koroze výztuže 1. Ca(OH) 2 Ca(CO) 3 (mikrit) 2. modifikace Ca(CO) 3, gely 3. mikrit sparit 4. sparit nahrazuje mikrostrukturu cem. tmelu CH CxSH C AS xah CO2 H 2O aragonit vaterit kalcit SiO aragonit kalcit + kalcit 2 C 3 ACaCO. 3. H11 13 y 2 3 nh 6 2n 3. C y. nh ( kde n = 1-2) Al O nh O 2 O 2
SULFATACE vysoké ph - vnitřní - vnější Faktory: - přítomnost vody - pórový systém - složení roztoků - cement - kamenivo - technologické postupy Princip síranové degradace
SULFATACE vysoké ph, vnitřní vs. vnější DEF Skalny (1998) thaumasit
Průhledný, ledvinitý gel v póru, izolovaný úlomek gelu, ettringit povlékající gel, stárnutí gelu Foto:M. Gregerová
Shluky jehlic ettringitu. Elektronový mikroskop CAM SCAN. Výrazné jehlice thaumasitu vedle rozpadajícího se gelu. Elektronový mikroskop CAM SCAN. Foto: P. Sulovský Sloupcovité útvary thaumasitu. Elektronový mikroskop CAM SCAN.
Vliv obsahu C3A na expanzi ettringit www.mindat.org 1 cm thaumasit Vliv obsahu C3A na expanzi (zvyšováním porozity) www.mindat.org 0,5cm (Kurtis,2000)
SI (ettringit)=0, ph=9, t=9 C SI(ettringit)=0, ph=10, t=9 C 80000 25000 70000 koncen ntrace Ca2+[pp pm] 60000 50000 40000 30000 20000 10000 SO4 1000 SO4 2000 SO4 3000 SO4 5000 Ca2+ [ppm] koncentrace 20000 15000 10000 SO4 1000 SO4 2000 SO4 3000 SO4 4000 SO4 5000 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 5000 koncentrace Al3+[ppm] SI (ettringit)=0, ph=11 0 0 500 1000 1500 koncentrace Al3+ [ppm] koncentrace e Ca2+ [ppm] 1400 1200 1000 800 600 400 200 SO4 1000 SO4 2000 SO4 3000 SO4 5000 Teoretické modelování podmínek vzniku ettringitu 0 0 200 400 600 800 1000 koncentrace Al3+ [ppm]
SI (ettringit)=0, koncentrace SO4=3000ppm 60000 50000 [ppm] koncentr race Ca2+ 40000 30000 20000 10000 ph=9 ph=10 ph=11 0-5000 0 5000 10000 15000 20000 25000-10000 koncentrace Al3+ [ppm]
Experiment - výkvěty síranu sodného po 3 dnech 1 cm 1 cm po 9 dnech po 14 dnech 1cm po 43 dnech 1cm
Experiment - výkvěty síranu sodného 1mm 1mm 1mm 1 cm
AAR-alkaliccko-agragátové reakce - ASR-alkalicko-silikátové reakce -ACR-alkalicko-karbonátové reakce reaktivní kamenivo + alkálie = rozpínavý gel
Experimental methods Accelerated mortar bar method ASTM C1260 (Fig.2). Figure 2. Mortar bar specimen. Modified gel pat test (Fig.3). Petrographic identification of alkali-reactive aggregates in mortar bar and gel pat specimens (Fig.4). Figure 3. Gel pat specimen. White arrows - alkali-silica gels. Size of the specimen - 45 mm in diameter. Figure 4. Thin section prepared from mortar bar specimen. Microphotograph 25 25 mm. Lukschová (2008)
AUTOKLÁV p + T CaO + SiO 2 + H 2 O krystalické formy C-S-H modifikační přeměny - Pórobeton - Vápenopískové cihly - Výplně plynových bomb
Lin (Counts) 800 700 600 Portus Claudius-Italcementi a (Å) 5.5736473 b (Å) 3.6808595 c (Å) 22.7976834 autoclaved a (Å) 5.6420000 500 b (Å) 3.6862524 400 c (Å) 22.5983979 300 200 100 0 6 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale POR.2002.PO2a - Materiali bianchi - File: dx11-072.raw - Type: Locked Coupled - Start: 5.000 - End: 70.000 - Step: 0.009 - Step time: 19. Operations: Background 1.000,1.000 Import MH-AH-pokus6-aut195st15hsus105st17h - File: MH-AH-pokus6-aut195st15hsus105st17h-II.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 6.000 - End: 7 Operations: Y Scale Add -300 Y Scale Add -400 Y Scale Add 1000 Y Scale Mul 0.083 Background 1.000,1.000 Slits Fixed Import Tobermorite 11A - Ca4(Si6O15)(OH)2(H2O)5 - Monoclinic - 01-089-6459 (C) - I/Ic PDF 2.3 - Y: 141.78 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - a 6.73500
EKOLOGIE NEGATIVA POZITIVA