merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah
TRANSCRIPT
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO
Tadej Fister
MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH MALTAH
Diplomsko delo
Maribor, maj 2009
I
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO
SI - 2000 MARIBOR, Smetanova 17 Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa
MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH MALTAH
Študent: Tadej FISTER
Študijski program: visokošolski strokovni, Gradbeništvo
Smer: prometno-hidrotehnična
Mentor: viš. predav. mag. Andrej IVANIČ, univ. dipl. inž. grad.
Maribor, maj 2009
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se vsem, ki so mi s svojim znanjem,
svetovanjem in izkušnjami pomagali pri izdelavi
diplomske naloge, še posebej mentorju viš. predav.
mag. Andreju IVANIČU.
Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili
študij.
IV
MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH MALTAH
Ključne besede: cement, hidratacija, aerant, krčenje, ekspanzija
UDK: 666.9.015.42(043.2)
Povzetek
V okviru diplomske naloge je bil razvit in izdelan merilec za merjenje volumenskih
deformacij v cementni malti. Merilec je omogočal začetek merjenja takoj po vgraditvi v
togi brezšivni jekleni kalup valjaste oblike, torej je bilo omogočeno spremljanje razvoja
deformacij, ki se razvijejo v prvih urah po zamešanju cementne malte. Meritve so bile
opravljene na čisti cementni malti in na malti, kateri je bila dodana kontrolirana količina
aeranta. Aerant je bil uporabljen kot sredstvo za nastanek ciljne mikrostrukture cementne
malte. Potrjena je bila hipoteza, da stabilizirani zračni mehurčki nudijo neomejen prostor
za neovirano in intenzivno rast kristalov CH in etringita na obodu mehurčka in povzročijo
volumensko ekspanzijo cementne matrice v začetni fazi hidratacije, ki je bistveno večja, kot
pa je ekspanzija malte brez aeranta. V kasnejši fazi hidratacije pa zračni mehurčki vplivajo
na intenzivnejše krčenje.
Tendenca izmerjenih rezultatov notranjih deformacij, tako ekspanzije kot tudi krčenja, se
giblje v skladu z navedbami literature.
V
MEASUREMENT OF INTERNAL DEFORMATIONS ON CEMENTITIOUS
MORTARS
Keywords: cement, hydration, air entraining agent, shrinkage, expansion
UDK: 666.9.015.42(043.2)
Abstract
In the presented diploma thesis the device for measurement of volumetric deformations on
cementitious mortars was developed and manufactured. The device enabled starting the
measurements immediately after casting of fresh mortars into rigid cylindrical steel molds,
which gives a possibility of recording the early-age deformations. Two experimental
mortar mixes were used: plain cement mortar and the mortar with addition of air
entraining agent (AEA). The addition of AEA caused the formation of the microstructure
with finely dispersed air bubbles forming an unlimited space for growth of CH crystals and
ettringite. The formation of ettringite and CH crystals is considered as a principal cause of
early-age expansion much higher on mortars with AEA. Subsequent shrinkage was found
to be also more intense on mortars with AEA.
The results of measurements performed in this study are in accordance with findings of
literature.
VI
KAZALO VSEBINE
1 UVOD………………………………………………………………... 1 1.1 OPREDELITEV PROBLEMA…………………………………………….. 1
1.2 HIPOTEZA………………………………………………………………….. 2
1.3 PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE………………………………………... 2
1.4 PREDVIDENE METODE RAZISKOVANJA……………………………. 3
1.5 STRUKTURA DELA……………………………………………………….. 3
2 TEORETIČNI DEL………………………………………………… 4 2.1 NOTRANJE DEFORMACIJE V CEMENTNIH MATERIALIH………. 4
2.1.1 Terminologija avtogenih pojavov ……………………………………....5
2.2 HIDRATACIJA IN FORMIRANJE MIKROSTRUKTURE……………. 5
2.2.1 Faze hidratacije………………………………………………………… 5
2.2.2 Stopnja hidratacije ……………………………………………………...7
2.2.3 Stanja vode……………………………………………………………... 7
2.2.4 Mikrostruktura in poroznost………………………………………….. 8
2.2.5 Kemijsko krčenje………………………………………………………. 8
2.3 AVTOGENO KRČENJE…………………………………………………… 8
2.3.1 Notranje sušenje………………………………………………………... 9
2.3.2 Površinska napetost……………………………………………………. 9
2.3.3 Pritisk adsorbirane vode med trdnimi delci………………………….. 9
2.4 MAKROSKOPSKA EKSPANZIJA……………………………………….. 10
2.4.1 Splošno………………………………………………………………….. 10
2.4.2 Mehanizmi, ki povzročajo ekspanzijo………………………………… 10
2.4.3 Superpozicija ekspanzije in avtogenega krčenja…………………….. 12
2.4.4 »Krvavenje«……………………………………………………………..12
2.5 VPLIV AERANTA NA CEMENTNI KOMPOZIT………………………. 13
2.5.1 Splošno………………………………………………………………….. 13
2.5.2 Kemijski tipi aerantov…………………………………………………. 14
2.5.3 Vpliv aeranta na hidratacijo cementa………………………………… 14
2.5.4 Vpliv aeranta na sveži cementni kompozit…………………………… 14
2.5.5 Vpliv agregata na učinke aeriranja…………………………………… 17
VII
2.6 MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH
MATERIALIH………………………………………………………………………….. 17
2.6.1 Splošno………………………………………………………………….. 17
2.6.2 Cementna pasta………………………………………………………… 17
2.6.3 Beton……………………………………………………………………. 20
3 EKSPERIMENTALNI DEL……………………………………….. 23 3.1 UPORABLJENI MATERIALI…………………………………………….. 23
3.1.1 Cement………………………………………………………………….. 23
3.1.2 Voda…………………………………………………………………….. 23
3.1.3 Agregat………………………………………………………………….. 24
3.1.4 Dodatki betonu…………………………………………………………. 26
3.1.5 Priprava eksperimentalnih mešanic………………………………….. 26
3.2 MERITVE…………………………………………………………………… 27
3.2.1 Izdelava merilnega senzorja…………………………………………… 27
3.2.2 Postavitev meritve……………………………………………………… 29
3.3 REZULTATI………………………………………………………………… 31
3.3.1 Rezultati merjenja poroznosti sveže cementne malte………………... 31
3.3.2 Rezultati merjenja notranjih deformacij…………………………….. 32
3.3.3 Rezultati elektronskega mikroskopiranja……………………………. 33
4 ZAKLJUČKI………………………………………………………... 36
5 LITERATURA……………………………………………………… 38 PRILOGA: Tehnične karakteristike uporabljenega aeranta
VIII
KAZALO SLIK
Slika 2.1: Časovni razvoj hidratacije…………………………………………………….....6
Slika 2.2: Aparat za merjenje volumenskih avtogenih deformacij cementne paste [Setter &
Roy 1978]……………………………………………………………………………….....18
Slika 2.3: Aparat za merjenje linearnih avtogenih deformacij cementne paste [Buil
1979]………………………………………………………………………………………18
Slika 2.4: Merilni sistem po Bjøntegaardu [1999]……………………………………......20
Slika 2.5: Merilni sistem s pomičnima krajnima ploščama na gredicah z dimenzijami 40 x
40 x 160 mm3 [Morioka et al. 1999]....................................................................................21
Slika 2.6: Merilni sistem s horizontalnim polnjenjem na gredicah z dimenzijami 150 x 150
x 1000 mm3 [Lokhorst 1998]................................................................................................21
Slika 2.7: Merilni sistem z vertikalnim polnjenjem na ploščah z dimenzijami 270 x 270 x
100 mm3 [Holt & Leivo 1999]……………………………………………………………..21
Slika 2.8: Merilni sistem za merjenje deformacij v vertikalni smeri s fleksibilnimi cevmi
[Hansen & Jensen 1997]…………………………………………………………………..22
Slika 3.1: Krivulja zrnavosti za pesek B 35 S…………………………...………………...25
Slika 3.2: Laboratorijski mešalec…………………………………………………………27
Slika 3.3: Prikaz merilnega senzorja v naravni velikosti………………………………….28
Slika 3.4: Prerez zaščitnega pokrova merilnega senzorja………………………………...28
Slika 3.5: Prerez ohišja merilnega senzorja………………………………………………29
Slika 3.6: Prerez za meritve pripravljenega merilnega senzorja………………………….29
Slika 3.7: Prikaz kalupov z vgrajenimi merilnimi senzorji………………………………..30
Slika 3.8: Postavitev meritve v klimatski komori………………………………………….30
Slika 3.9: Porozimeter za merjenje poroznosti malt………………………………………31
Slika 3.10: Prikaz časovnega razvoja notranjih deformacij………………………………32
Slika 3.11: Mikrostruktura 1-dnevnega vzorca pri 3085 kratni povečavi………………...33
Slika 3.12: Mikrostruktura 1-dnevnega vzorca pri 8880 kratni povečavi………………...33
Slika 3.13: Mikrostruktura 2-dnevnega vzorca pri 3504 kratni povečavi………………...34
Slika 3.14: Mikrostruktura 2-dnevnega vzorca pri 8102 kratni povečavi……………...…34
Slika 3.15: Mikrostruktura 3-dnevnega vzorca pri 3690 kratni povečavi………………...34
Slika 3.16: Mikrostruktura 7-dnevnega vzorca pri 3070 kratni povečavi……………...…34
IX
Slika 3.17: Mikrostruktura 14-dnevnega vzorca pri 3503 kratni povečavi………….……35
Slika 3.18: Mikrostruktura 28-dnevnega vzorca pri 3503 kratni povečavi………….……35
SEZNAM PREGLEDNIC
Preglednica 3.1: Lastnosti peska B 35 ………………………………………………..….25
Preglednica 3.2: Presevek in ostanek na sitih za pesek B 35 S……………...…………...25
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 1
1 UVOD
1.1 OPREDELITEV PROBLEMA
Razpoke v betonu se v procesu strjevanja v glavnem pojavijo zato, ker so deformacije
ovirane. Ovire so lahko zunanje (opaži ali sosednje konstrukcije) ali notranje (zrna
agregata, armatura). Zunanje oviranje deformacij povzroča makro razpoke, medtem ko so
posledica notranjega oviranja razpoke. Spremembe volumna v zgodnji fazi strjevanja so
povzročene zaradi termične dilatacije kot posledice razvoja hidratacijske toplote, avtogenih
ali notranjih deformacij in krčenja zaradi izgube vlage v okolici. Krčenje zaradi izgube
vlage lahko omejimo s primerno nego betona, medtem ko se je termični dilataciji in
avtogenim deformacijam težko izogniti, pojavijo pa se simultano v prvih dneh strjevanja.
Avtogene ali notranje deformacije so fenomen, ki je poznan z začetka dvajsetega stoletja,
njihov praktični pomen pa je bil spoznan v zadnjih letih. Kljub rastočemu zanimanju za
avtogene deformacije v znanstveni skupnosti še ni bilo doseženo soglasje o standardni
metodi preizkušanja in enotni terminologiji. Notranje deformacije delimo na ekspanzijo in
krčenje.
Avtogene deformacije v cementni pasti in betonu se glede na podatke v različni literaturi
zelo razlikujejo tako po velikosti kot tudi po predznaku. Različni avtorji v glavnem
podajajo rezultate merjenja avtogenih deformacij v cementni pasti, na podlagi le-teh pa
predvidevajo razvoj deformacij v betonu, katerega sestavni del je ta cementna pasta.
Vendar pa ima tak pristop več slabosti, največja med njimi pa je gotovo v metodah
merjenja.
Merjenje avtogenih deformacij bazira na dveh osnovnih principih, to sta merjenje
volumenskih deformacij in merjenje linearnih deformacij. Obe metodi imata svoje
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 2
prednosti in slabosti. Ena od prednosti volumetrične metode je v možnosti štartanja
meritve sveže paste takoj po končanem mešanju. V plastičnem stanju so namreč lahko
izmerjene le volumenske deformacije, nedvomno ne moremo izmeriti spremembe dolžine.
V nasprotnem primeru pa je slaba stran volumetričnih meritev pomanjkanje stalnega
kontakta med merilno napravo in cementno pasto. Ta kontakt je lahko oviran zaradi
vodnega filma ali pa zaradi ujetega zraka na površini cementne paste. Ena od prednosti
linearne metode je čvrsto in nespremenljivo sidranje merilnih točk na vzorec strjene
cementne paste, kar močno zmanjša zgoraj omenjene probleme. Vendar pa je
pomanjkljivost v tem, da se meritev lahko začne izvajati le na že strjeni cementni pasti.
Naslednja pomanjkljivost linearne metode je tveganje oviranja kristalizacije cementne
paste med procesom hidratacije. V prvih urah hidratacije je namreč cementna pasta
prešibka, da bi premagala trenje na površini togega kalupa.
1.2 HIPOTEZA
V okviru diplomske naloge bomo razvili in izdelali merilec za merjenje volumenskih
deformacij v cementni malti. Merilec bo omogočal začetek merjenja takoj po vgraditvi v
tog brezšivni jekleni kalup valjaste oblike. S tem bomo lahko spremljali tudi razvoj
deformacij, ki se razvijejo v prvih urah po zamešanju cementne malte. Meritve bomo
opravili na čisti cementni malti in na malti, kateri bomo dodali kontrolirano količino
aeranta. Aerant bomo uporabili kot sredstvo za nastanek ciljne mikrostrukture cementne
malte. Predvidevamo, da stabilizirani zračni mehurčki nudijo neomejen prostor za
neovirano in intenzivno rast kristalov CH in etringita na obodu mehurčka in povzročijo
volumensko ekspanzijo cementne matice v začetni fazi hidratacije, ki je bistveno večja, kot
pa je ekspanzija malte brez aeranta. V kasnejši fazi hidratacije pa zračni mehurčki vplivajo
na intenzivnejše krčenje.
1.3 PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE
V gradbeni praksi lahko uporabljamo cementne paste z različnimi mineralnimi in
kemijskimi dodatki. Da bi eksperimentalne preiskave potekale v čim bolj kontroliranem
okolju, bomo za izdelavo vzorcev cementnega kompozita uporabili čisto cementno malto,
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 3
za primerjavo pa bo služila cementna malta s kontroliranim dodatkom aerantov. Ohišje
merilca bo izdelano iz jekla s kontrolirano kvaliteto, merilna membrana, ki bo služila kot
nosilec uporovnega lističa, pa bo izdelana iz kalibrirane pločevine, ki ima enako debelino
po celotni površini.
1.4 PREDVIDENE METODE RAZISKOVANJA
Cementne preizkušance bomo izdelali in negovali v eksperimentalni komori, ki omogoča
kontrolirane klimatske pogoje. Meritev bo potekala pri 20 ° C in pri relativni zračni
vlažnosti 98 %.
Razvoj in merjenje notranjih deformacij v času strjevanja bomo spremljali s pomočjo
analogno – digitalnega pretvornika in ustreznega računalniškega programskega paketa.
Razvoj mikrostrukture pa bomo spremljali z rastrsko elektronsko mikroskopijo SEM.
1.5 STRUKTURA DELA
Diplomsko delo obsega naslednja poglavja: Uvod, Teoretični del, Esperimentalni del,
Zaključki, Literatura. V prvem poglavju (Uvod) smo opredelili in opisali problem, ki je
predmet raziskave, nato smo postavili hipotezo, predstavili metode raziskovanja ter opisali
strukturo diplomske naloge. V drugem poglavju (Teoretični del) je predstavljena
problematika razvoja notranjih deformacij v cementnih materialih med procesom
strjevanja, ter metode za merjenje teh deformacij. Ker smo cementu dodajali aerant, so v
tem poglavju opisane lastnosti in delovanje aerantov. Opis eksperimentov in rezultati le-teh
so podani v tretjem poglavju (Eksperimentalni del), kjer so predstavljene lastnosti
uporabljenih materialov, meritve deformacij in eksperimentalne naprave. Glavni izsledki
diplomske naloge so povzeti v četrtem poglavju (Zaključki), kjer smo nakazali tudi
možnosti nadaljnih preiskav.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 4
2 TEORETIČNI DEL
2.1 NOTRANJE DEFORMACIJE V CEMENTNIH MATERIALIH
Hidratacija cementa je povezana z notranjimi deformacijami, ki so posledica sprememb
volumna med strjevanjem. V grobem lahko te deformacije razdelimo v dve skupini:
- avtogene deformacije, ki so posledica samega kemičnega procesa hidratacije
(krčenje in ekspanzija),
- deformacije, ki so povzročene ali inducirane z vplivi okolja ali s kemičnimi in
mineralnimi dodatki.
Deformacije, ki nastanejo v cementni pasti, malti ali betonu med procesom strjevanja
zaradi kemijske reakcije hidratacije, se imenujejo samonastale ali avtogene deformacije. Te
deformacije v glavnem razdelimo na krčenje in ekspanzijo. V betonu avtogeno krčenje
povzroča natezne napetosti v cementni pasti zaradi ovir, ki jih predstavljajo zrna agregata
[Dela 2000], posledično pa nastajajo mikro in makro razpoke, kar lahko poslabša kvaliteto
betona [Paillere et al. 1989].
Avtogeno krčenje je fenomen, ki je poznan z začetka dvajsetega stoletja [Neville & Jones
1928, Lynam 1934], njegov praktični pomen pa je bil spoznan v zadnjih letih [Paillere et
al. 1989, Tazawa & Miyazawa 1995]. Kljub rastočemu zanimanju za avtogene deformacije
v znanstveni skupnosti še ni bilo doseženo soglasje o standardni metodi preizkušanja in
enotni terminologiji. V tem delu privzemamo terminologijo, ki sta jo predlagala Jensen in
Hansen [2001 b].
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 5
2.1.1 Terminologija avtogenih pojavov
1) Kemijsko krčenje: Absolutno zmanjšanje volumna, ki je povezano s hidratacijskimi
reakcijami v cementnem materialu.
2) Avtogena deformacija: Volumenska deformacija v zaprtem izotermnem
cementnem materialu, ki ni izpostavljen delovanju zunanjih sil. Delimo jih na
avtogeno krčenje in avtogeno ekspanzijo.
3) Avtogena sprememba relativne vlažnosti: Sprememba notranje relativne vlažnosti v
zaprtem izotermnem cementnem materialu, ki ni izpostavljen delovanju zunanjih
sil.
4) Krčenje zaradi notranjega sušenja: Avtogena deformacija cementnega materiala po
strditvi, povzročena zaradi kemijskega krčenja.
5) Notranje sušenje: Avtogena sprememba relativne vlažnosti cementnega materiala
po strditvi, povzročena zaradi kemijskega krčenja.
Zgornje definicije temeljijo na predpostavki, da cementni material predstavlja homogeni in
izotropni sistem. Prepostavka je lahko problematična, kadar prihaja do segregacije agregata
in do t.i. zunanjega krvavenja betona.
Če temperatura ni konstantna in v sistemu prihaja do izmenjave vode ali plina z okolico,
nastalih deformacij ne moremo imenovati kot avtogene deformacije.
2.2 HIDRATACIJA IN FORMIRANJE MIKROSTRUKTURE
2.2.1 Faze hidratacije
Hidratacijo Portland cementa lahko razdelimo na tri faze [Jennings et al. 1981]: začetna
(zgodnja), srednja in končna faza (slika 2.1).
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 6
Slika 2.1: Časovni razvoj hidratacije.
Začetna faza: Ob kontaktu z vodo cementna zrnca pričnejo reagirati. Ta začetna reakcija
traja le nekaj minut in se imenuje tudi predindukcijska faza [8]. Zaradi kemične reakcije
kalcijevega aluminata (C3A) z gipsom (CaSO4•2H2O) in vodo se formira etringit, hkrati pa
se sprosti določena količina toplote. Tej začetni reakciji sledi nekaj ur trajajoča t.i.
mirujoča faza počasne hidratacije. Vzrok za mirujočo fazo je zaščitna plast, ki se formira
okrog cementnih zrnc in preprečuje nadaljnjo hidratacijo.
Srednja faza: Zaščitna plast okrog cementnih zrnc prične razpadati in cement nadaljuje s
hidratacijo. Glavni komponenti Portland cementa, trikalcijev silikat (C3S) in dikalcijev
silikat (C2S) pri reakciji z vodo formirata amorfni kalcijev silikat hidrat (CSH) in kristalni
kalcijev hidroksid (CaOH2 ali CH). V tej fazi reagirajo tudi aluminati in tvorijo etringit,
kateri se v poznejših fazah strjevanja pretvori v monosulfat. Ti zgodnji hidratacijski
produkti so v glavnem v obliki dolgih vlaken, ki rastejo v porah in premoščajo praznine
med delci cementa.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 7
Končna faza: V tej fazi hidratacijski produkti formirajo gosto plast okrog izhodiščnih
delcev, katera ovira difuzijo ionov in s tem upočasnjuje kemično reakcijo. Zaradi tega je
hidratacijski proces kontroliran z velikostjo difuzije ionov skozi gosto plast hidratov.
Med procesom hidratacije materialni sistem voda/cement prehaja iz koloidne vodne
suspenzije v porozno, delno nasičeno trdno telo. Ta tranzicija se imenuje strjevanje.
2.2.2 Stopnja hidratacije
Stopnja hidratacije α je definirana kot kvocient med količino izreagiranega cementa in
celotno začetno količino cementa [van Breugel 1991]:
α = količina hidratiziranega cementa/začetna količina cementa
Pri reakciji cementa z vodo prihaja do sproščanja toplote in do fizikalnega vezanja vode.
Oba pojava lahko služita kot indikatorja stopnje hidratacije [Parrot et al. 1990, van Breugel
1991]. Powers in Brownyard [1948] predvidevata, da potrebna stehiometrična količina
vode za popolno hidratacijo zaprtega sistema ustreza vodocementnemu razmerju 0,42. Pri
nižjem vodocementnem razmerju se hidratacija ustavi zaradi pomanjkanja vode in v otrdeli
cementni pasti ostane precejšnja količina nehidratiziranega cementa. Če dovolimo prodor
vode v otrdelo cementno pasto (odprti sistem), pa je potrebno vodocementno razmerje za
doseganje popolne hidratacije znižano na 0,36.
2.2.3 Stanja vode
V hidratiziranem sistemu voda/cement se voda nahaja v treh oblikah, ki so kemijsko
vezana voda, fizikalno vezana voda in kapilarna (prosta) voda. Pri končani hidrataciji
cementa je količina kemijsko vezane vode od 22 do 23 % glede na težo nehidratiziranega
cementa [Powers & Brownyard 1948]. Količina fizikalno vezane ali adsorbirane vode pa je
odvisna od relativne vlažnosti pornega sistema. Debelina adsorbirane plasti se giblje od 1
monomolekularne plasti vode (približno 2.76 Å) pri 20 % relativni vlažnosti, pa do 6
monomolekularnih plasti pri 100 % relativni vlažnosti [Hagymassy et al. 1969, Badmann
et al. 1981].
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 8
2.2.4 Mikrostruktura in poroznost
Pri sami formaciji hidratov se cementni delci povežejo v trden skelet, sistem voda/cement
pa se razvije iz koloidne vodne suspenzije v delno nasičeno porozno trdno telo. Ta
tranzicija se imenuje strjevanje.
V strjeni cementni pasti so prisotni trije tipi por [Bažant & Wittmann 1982]:
- gelne pore s povprečnim premerom 1,8 nm,
- makro pore (kapilare) s premeri od 100 nm do 10 μm,
- mezo pore, ki se po velikosti razvrščajo med gelne in makro pore.
Večje od kapilarnih por so t.i. zračne praznine ali prazni prostori (vrzeli), ki so lahko
posledica hidratacije ali pa so umetno inducirani z delovanjem aerantov.
2.2.5 Kemijsko krčenje
Med hidratacijo Portland cementa je prisoten pojav kemijskega krčenja, katerega količina
znaša 6-7 ml/100 g izreagiranega cementa [Powers & Brownyard 1948]. Kemijskega
krčenja ne povzroča samo hidratacija glavnih klinkerskih mineralov, ampak tudi
sekundarne reakcije, kot je formiranje etringita [Jensen 1993 b, Barcelo 2002].
Glavni vzrok globalne redukcije volumna pri hidrataciji cementa je poraba vode, kajti trdni
volumen se med samo reakcijo povečuje. Volumen hidratov je lahko do 2,2 krat večji kot
pa je volumen dodanega cementa [Powers & Brownyard 1948].
2.3 AVTOGENO KRČENJE
Glavi mehanizmi, ki povzročajo avtogeno krčenje, so:
- notranje sušenje zaradi spremembe relativne vlažnosti,
- spremembe površinske napetosti na delcih trdnega gela,
- pritisk med trdnimi delci na mestih, kjer je oddaljenost med delcema manjša od
dvakratne debeline plasti adsorbirane vode.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 9
2.3.1 Notranje sušenje
Dokler se cementna pasta nahaja v fluidnem stanju, se lahko kemijsko krčenje odraža kot
zunanja sprememba volumna. Z drugimi besedami to pomeni, da fluidna pasta ni sposobna
podpirati zaradi kemijskega krčenja nastalih notranjih praznin, posledica pa je krčenje
celotne cementne paste. Ko se v strjujoči se pasti začnejo formirati prvi trdni delci, togost
naraste in plinski mehurčki začnejo rasti v večje pore. Formirajo se vodno zračni meniski
in relativna vlažnost pade (Kelvinov zakon). Prisotnost meniskov povzroča hidrostatske
natezne napetosti v porni tekočini (Laplace-ov zakon). Rezultat padca relativne vlažnosti
so spremembe v debelini plasti adsorbirane vode na površini trdnih delcev [Hagymassy et
al. 1969], kar povzroči tudi spremembe površinske napetosti trdnih delcev in pritisk
adsorbirane vode med trdnimi delci. V tej zgodnji fazi hidratacije je togost cementne paste
tako nizka, da tudi najmanjše napetosti na sistemu povzročijo velike deformacije.
2.3.2 Površinska napetost
Volumensko krčenje in ekspanzija nastaneta tudi zaradi sprememb v površinski napetosti
na delcih trdnega gela. Adsorbcija vode znižuje površinsko napetost delcev cementnega
gela in povzroča ekspanzijo. Obratno pa odstranitev adsorbirane vode povzroča krčenje.
Spremembe v površinski napetosti trdnih delcev zaradi adsorbcije molekul vode so
relevantne le za prve tri plasti adsorbirane vode. Zunanje plasti povezujejo šibke sile in
njihov vpliv na površinsko napetost adsorbenta je skoraj nepomemben. Zatorej je relativna
pomembnost površinske napetosti večja pri nižji relativni vlažnosti [Jensen 1995].
2.3.3 Pritisk adsorbirane vode med trdnimi delci
Pritisk adsorbirane vode med trdnimi delci je aktiven na področjih ovirane adsorbcije, to je
na mestih, kjer je oddaljenost med površinami trdnih delcev manjša od dvakratne debeline
plasti proste adsorbirane vode. Ta efekt je pomemben tudi pri visoki relativni vlažnosti, ker
so na tem področju prisotne nagle spremembe v številu plasti adsorbirane vode
[Hagymassy et al. 1969].
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 10
Zgoraj omenjeni pritisk med trdnimi delci je rezultat delovanja van der Waals-ovih sil,
odboja med plastmi adsorbirane vode in strukturnih sil [Ferraris & Wittmann 1987]. Pritisk
se spreminja z relativno vlažnostjo in s koncentracijo Ca2+ ionov v porni tekočini. Ob
padcu relativne vlažnosti prihaja do zmanjšanja pritiska, kar povzroča krčenje.
2.4 MAKROSKOPSKA EKSPANZIJA
2.4.1 Splošno
Tendenco ekspanzije prostornine cementne paste, ki hidratizira v nasičenem okolju, je
preiskoval že Le Chatelier leta 1900. Kvantitativno so ekspanzijo ali tudi nabrekanje
cementne paste, ki je bila negovana v vodi, ovrednotili L'Hermite [1960], Neville [1995],
Lura [2003] in drugi. Ugotovili so, da je nabrekanje betona in malt približno 10 krat
manjše kot pa nabrekanje cementne paste.
Treba je poudariti, da omenjena ekspanzija ali nabrekanje ni posledica kapilarnih sil ali
zmanjševanja površinske napetosti, kar je lahko slučaj pri cementnih pastah, ki so najprej
posušene, nato pa potopljene v vodo. Pri cementnih pastah, ki hidratizirajo pri pogojih
prostega dostopa do vode, so pore permanentno nasičene in nobeno sušenje in ponovno
vlaženje ne vpliva na deformacije. V tem primeru je treba izvor makroskopske ekspanzije
iskati drugje.
2.4.2 Mehanizmi, ki povzročajo ekspanzijo
Le Chatelier je ugotovil, da je hidratacija cementa povezana z zmanjšanjem absolutne
prostornine in s hkratnim povečanjem navidezne prostornine, kar je privedlo do preloma
zaprte steklene cevke, napolnjene s cementno pasto. Po Powersu [1935] do ekspanzije
cementne paste, ki strjuje v nasičenem okolju, prihaja zaradi odsotnosti kapilarnega
pritiska, ki predstavlja oviro pri ekspanziji trdne faze. Čeprav je prostornina reakcijskih
produktov hidratacije za približno 7 % manjša od prostornine reagentov, reakcijski
produkti zaradi svoje oblike formirajo prostorsko mrežo. Rast dodatnih reakcijskih
produktov znotraj obstoječe prostorske mreže pa povzroča notranji pritisk, katerega
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 11
posledica je lahko zmerno nabrekanje celotnega materialnega sistema [Bažant & Wittmann
1982].
Schmidt-Döhl & Rostasy [1995] sta kot vzrok za ekspanzijo definirala pritisk rastoče trdne
faze, ki sta ga opisala s sledečo enačbo:
W
W
oh
w
PP
VVRTnP
'ln⋅
−= , (2.1)
kjer je wn [-] število molov vode, porabljene med reakcijo (glede na 1 mol trdne snovi), R
idealna plinska konstanta 8.314 J/(mol·K), T [K] absolutna temperatura, Vh in Vo [m3/mol]
molarni prostornini hidratizirane in originalne substance, PW in P'W parni pritisk vode in
hidratizirane substance pri dani temperaturi.
Enačbo (2.1) lahko uporabimo pri izračunu pritiska, ki ga ustvarja formacija etringita kot
enega glavnih vzrokov za pojav zgodnje ekspanzije [Tezuka et al. 1986], kakor tudi
pritiska, ki ga ustvarja formacija CH kristalov [Vernet & Cadoret 1992].
Kristalizacijski pritisk etringita je Jensen [1993 a] izračunal s formulo po Corrensu [1949]:
ss cc
VRTP ln⋅= , (2.2)
kjer je Vs [m3/mol] molarna prostornina trdne faze, c [mol/l] trenutna koncentracija rastoče
faze v raztopini, cs [mol/l] pa topljivost v ravnovesnem stanju.
Če privzamemo vrednost c/cs = 100, kar je zgornja meja za superzasičenje večine solnih
raztopin [Winkler 1973], na podlagi enačbe (2.2) dobimo vrednost pritiska 16 MPa pri
20°C. Treba je poudariti, da je ta vrednost pritiska dovolj visoka, da ustvari relevantno
ekspanzijo v strjujoči se cementni pasti. Glede na ugotovitve v literaturi [Schmidt-Döhl &
Rostasy 1995] je enačba (2.2) aproksimativna in izračunane vrednosti kristalizacijskega
pritiska se lahko občutno razlikujejo od izmerjenih.
Budnikov & Strelkov [1966] sta predlagala drugačni mehanizem za razlago zgodnje
ekspanzije. Med hidratacijo se cementni delec med kemijsko reakcijo preoblikuje v
številne manjše hidratizirane delce, ki imajo tendenco zasesti večjo prostornino kot je
prostornina nehidratiziranega delca. Posledično nastanejo notranji pritiski, ki povzročajo
makroskopsko nabrekanje.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 12
Barcelo [1997] je opazil, da notranji hidratacijski produkti zasedajo fiksno prostornino, ki
je enaka prostornini cementnega zrna, ki je bilo porabljeno med kemijsko reakcijo.
Hidratacijski produkti, ki izkazujejo večjo prostornino kot originalno cementno zrno,
zatorej pritiskajo navzven iz te fiksne prostornine in povzročajo zgostitev okoliških
produktov ali pa jih potiskajo navzven, kar povzroča ekspanzijo.
2.4.3 Superpozicija ekspanzije in avtogenega krčenja
Pri cementni pasti, ki je negovana v zaprtih pogojih (npr. klimatska komora), se po strditvi
formirajo prazne pore in pojavijo se zračno vodni meniski. Sledi padec relativne vlažnosti
v skladu s Kelvinovo enačbo in pojavi se krčenje. Zaključimo lahko, da zgoraj opisani
mehanizmi, ki povzročajo ekspanzijo, delujejo simultano s silami, ki povzročajo krčenje.
Poenostavljeno je možno predvidevati linearno superpozicijo ekspanzije in krčenja, vendar
pa najverjetneje prihaja do interakcije različnih mehanizmov. Na primer, koncentracija
raztopljenih soli v porni raztopini bo vplivala na kapilarne napetosti (površinske napetosti
porne tekočine) in na pritisk adsorbirane vode med trdnimi delci [Beltzung et al. 2001], kar
povzroča krčenje, hkrati pa bo vplivala tudi na koeficient supersaturacije (enačba 2.2), kar
pa povzroča ekspanzijo.
2.4.4 »Krvavenje«
T.i. krvavenje (angl. bleeding) cementnih materialov je pojav, pri katerem se na površini
pojavi voda, ki ni bila porabljena v začetni fazi strjevanja. Reabsorbcija te vode pa je po
navedbah literature [Bjøntegaard 1999] glavni razlog za nabrekanje cementnih materialov
v začetni fazi hidratacije. Eksperimentalni rezultati v navedeni literaturi so pokazali, da so
cementne paste z normalnim pojavom zunanjega krvavenja v začetni fazi hidratacije
izkazovale ekspanzijo (kateri je sledilo krčenje), pri odstranitvi vode kot posledice
krvavenja pa je bila ekspanzija bistveno manjša (vendar ne eliminirana). Pri dovajanju
dodatne vode na površino vzorca pa je bila izmerjena ekspanzija večja in je trajala dalj
časa. Avtor še dodaja, da do ekspanzije prihaja tudi zaradi notranjega krvavenja betona.
Nobenega dvoma ni, da krvavenje in reabsorbcija te vode vplivata na deformacije
cementnega materiala v začetni fazi hidratacije, ker krvavenje spremeni status vlage v
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 13
betonu. Vzroka za ekspanzijo pa ne gre iskati le v sami absorbciji, ker je materialni sistem
nasičen tako dolgo, dokler vsa voda ni vsrkana v notranjost ali pa odstranjena. To pa
pomeni, da ekspanzija betona ni odvisna od spremembe notranje relativne vlažnosti,
ampak je vzroke treba iskati v mehanizmih, ki so opisani v poglavju 2.4.2, ali v drugih, še
neraziskanih vzrokih, ki delujejo v nasičenih pogojih. Prisotnost vode kot posledice
krvavenja ali njena odstranitev po trditvah literature [Lura 2003] vpliva na zakasnitev ali
pospešitev pojava krčenja, katero sčasoma nadomesti začetno ekspanzijo.
Zaključimo lahko, da krvavenje in reabsorbcija te vode nedvomno povzročata ekspanzijo
cementnih past in betonov v začetni fazi hidratacije. Pojav ekspanzije je predvsem
evidenten pri nasičenih vzorcih, ker v teh pogojih ne prihaja do krčenja zaradi notranjega
sušenja. Če pa odvečno vodo odstranimo, pride do spremembe materialnega sistema, ki ga
potem ne moremo več imenovati avtogeni sistem.
2.5 VPLIV AERANTA NA CEMENTNI KOMPOZIT
2.5.1 Splošno
Aerant je dodatek za beton, kateri v fazi mešanja omogoči tvorbo majhnih enakomerno
razporejenih zračnih mehurčkov velikosti od 10 do 300 μm, ki po strjevanju ostanejo v
betonu. Aeriranje betona je kompleksen proces, na katerega vpliva več faktorjev, kot so
proces mešanja, sestava betona, značilnosti finega in grobega agregata, fizikalne in
kemijske lastnosti cementa, količina in kvaliteta vode, količina, vrsta in lastnosti aeranta,
ipd. Osnovni namen uporabe aerantov v betonih je izboljšanje odpornosti na zmrzovanje in
trajanje, hkrati pa aeranti tudi vplivajo na izboljšanje obdelovalnosti in kohezivnosti
betona.V diplomskem delu smo aerant uporabili kot sredstvo za nastanek ciljne
mikrostrukture cementne malte. Predvidevamo, da stabilizirani zračni mehurčki nudijo
neomejen prostor za neovirano in intenzivno rast kristalov CH in etringita na obodu
mehurčka in povzročijo volumensko ekspanzijo cementne matice v začetni fazi hidratacije.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 14
2.5.2 Kemijski tipi aerantov
Vsi aeranti za beton spadajo v vrsto kemijskih spojin, ki se imenujejo površinsko aktivne
substance ali t.i. tensidi. To so organske substance, ki raztopljene v vodi zmanjšujejo sile,
delujoče na mejnih površinah.
Molekule tensidov so sestavljene iz hidrofilnega in hidrofobnega dela. En del molekule je
polaren, drugi del pa izrazito nepolaren (polarna glava in nepolarni rep). Običajno je rep
ogljikovodik s približno 8-19 C-atomi. Ko se takšna površinsko aktivna snov adsorbira na
meji faz zrak-voda, v raztopini znižuje napetost površine.
Snovi za aeriranje cementnih kompozitov lahko razvrstimo v naslednje skupine:
• soli lesnih smol,
• sintetični detergenti,
• soli sulfoniranega lignina,
• soli karbonskih kislin pridobljenih iz nafte,
• soli proteinskih materialov,
• maščobne kisline in njihove soli,
• organske soli sulfoniranih ogljikovodikov.
2.5.3 Vpliv aeranta na hidratacijo cementa
Aerant nima velikega vpliva na hitrost hidratacije cementa in na razvoj toplote hidratacije.
Pri uporabi lignosulfonskega tipa aeranta lahko pride do določenih zaviranj, ki pa so
zanemarljiva. Torej aeranti ne vplivajo na kemijsko sestavo produktov hidratacije cementa
[Đureković 1996].
2.5.4 Vpliv aeranta na sveži cementni kompozit
Zračni mehurčki se v betonu oblikujejo med procesom mešanja komponent njegove
sestave. Med mešanjem potekata dva glavna procesa. Prvi proces je uvajanje ali
vmešavanje zraka z vrtincem kot posledico mešanja. Pri tem nastajajo sile, zaradi katerih
se uvedeni zrak dispergira in razbija na manjše mehurčke. Drugi proces vključuje agregat,
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 15
kateri deluje kot t.i. »tridimenzionalno sito«, v katerem se zračni mehurčki zadržujejo med
delci agregata. Ta proces ima velik vpliv na razpodelitev zračnih mehurčkov. Med
mešanjem cementnega kompozita plastične konsistence sta za uvajanje zraka enako
pomembna oba procesa, ki delujeta tudi, če aerant ni dodan. To pomeni, da je tudi v
neaeriranih betonih prisotna določena količina uvedenega zraka (angl. entrapped air).
Vendar pa uvedeni zračni mehurčki v plastičnem cementnem kompozitu brez dodatka
aeranta v glavnem izidejo na površino sveže mešanice predvsem zaradi koalescence.
Manjši zračni mehurčki se ob dotiku združujejo v večje mehurčke, kateri pa med
mešanjem izidejo na površino, kjer počijo in so torej izgubljeni. Aerant pa zračne
mehurčke stabilizira in s tem prepreči njihovo izhajanje na površino. Pri stabilizaciji
zračnih mehurčkov je prisotnih več kemijsko-fizikalnih procesov:
1) Molekule aeranta se v obliki filma adsorbirajo na površini zračnega mehurčka.
Polarne glave adsorbiranih molekul so orientirane proti vodni fazi. Če molekule
nosijo električni naboj, bo tudi zračni mehurček na svoji površini nosil isti naboj.
Zaradi tega se bodo zračni mehurčki ob dotiku odbijali in s tem ne bo prihajalo do
koalescence v večje mehurčke.
2) Separacijo in stabilizacijo mehurčkov povzroči tudi delovanje orientiranega sloja
vode (angl. hydration sheet) okrog zračnega mehurčka, kateri ima debelino nekaj
molekul. Takšen tip delovanja izkazujejo neionski aeranti, pri katerih adsorbirane
molekule ne morejo menjati potenciala mehurčka. To je eden od razlogov, da so
neionski aeranti manj učinkoviti v primerjavi z ionskimi sredstvi za aeriranje
cementnih kompozitov.
3) Rezultat adsorbcije aeranta na površini zračnega mehurčka je zmanjšanje
površinske napetosti in s tem manjša možnost destrukcije površine, hkrati pa je fino
dispergirano stanje kot posledica delovanja aeranta termodinamično stabilnejše.
4) Delovanje anionskega aeranta je povezano tudi s stopnjo precipitiranosti njegovih
komponent v vodni fazi cementnega kompozita. Z napredovanjem hidratacije
cementa koncentracija kalcijevih ionov v raztopini hitro raste in že po nekaj
minutah pride do prezasičenosti s Ca(OH)2. Če so kalcijeve soli aeranta manj topne
od Ca(OH)2, bo prihajalo do njihove precipitacije (izločanja) iz raztopine. Če so
anionske molekule adsorbirane in koncentrirane na površini zračnih mehurčkov,
potem se bo tam precipitacija zgodila v posebno velikih količinah. V literaturi
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 16
[Đureković] je postavljena hipoteza, da ima takšen sloj precipitiranih kalcijevih soli
zadostno debelino in trdnost, da pospeši stabilizacijo zračnih mehurčkov in prepreči
njihovo koalescenco.
5) Eden od načinov, s katerim zaradi delovanja aeranta pride do stabilizacije
mehurčkov v svežem cementnem kompozitu, je adsorbcija na delce cementa. Pri
stiku delcev Portland-cementa z vodo njihova površina hitro postane prekrita s
produkti hidratacije, t.j. s fino dispergiranimi kalcij-silikat-hidrati (CSH). Ta
ovojnica je zelo nepropustna, kar povzroči drastično upočasnitev reakcije (t.i.
indukcijska perioda hidratacije cementa). Ta perioda traja do trenutka začetka
vezanja, po tem pa sestava zračnega mehurčka ostane fiksna. Fino dispergirani
produkti hidratacije nosijo pozitivni površinski naboj, najverjetneje zaradi
adsorbiranih kalcijevih ionov. Predpostavimo lahko, da se aerant na takšno
površino adsorbira z elektrostatskimi vezmi med pozitivno nabito površino delca
cementa in negativnim ionom na anionskem surfaktantu. Pri tem nepolarni del
molekule surfaktanta štrli v okoliško vodo, ki obkroža cementni delec. Takšno
delovanje povzroči hidrofobnost delca, kar rezultira v spajanje delca cementa z
zračnim mehurčkom. Ker so delci cementa bistveno manjši od zračnih mehurčkov,
so le-ti zaščiteni z ovojnico cementa, kar jim pomaga pri vključevanju v maso
cementnega kompozita in pri preprečevanju koalescence.
6) Ko so zračni mehurčki formirani in stabilizirani, z nadaljnjim procesom zavzamejo
svoj končni položaj in obliko v otrdelem cementnem kompozitu. Ta nadaljnji
proces pa je prehajanje zraka iz mehurčkov in difuzijski transport med mehurčki.
Pritisk znotraj mehurčkov je višji od okoliškega pritiska in ta razlika pritiskov se
imenuje kapilarni tlak. Velikost kapilarnega tlaka je 2T/r, pri čemer je »T« napetost
površine tekočine, »r« pa je polmer zračnega mehurčka. Iz tega je razvidno, da je
pritisk znotraj majhnega mehurčka lahko zelo velik. Ker je topnost plinov v
tekočinah sorazmerna pritisku plina, zrak prehaja iz majhnih mehurčkov, v katerih
okolici se formira višja koncentracija kot v okolici večjih mehurčkov. Zaradi
razlike v koncentraciji nastaja difuzija in s tem prehajanje zraka iz manjših v večje
mehurčke. Posledično prihaja do povečanja velikosti večjih mehurčkov in tendence
izginjanja najmanjših zračnih mehurčkov [Đureković 1996].
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 17
2.5.5 Vpliv agregata na učinke aeriranja
Povečanje maksimalnega zrna agregata zmanjšuje količino zraka v betonu. S povečanjem
maksimalnega zrna agregata se namreč zmanjša delež cementne paste, v kateri je zadržana
največja količina zraka. Iz vidika učinka aeranta je najpomembnejši agregat v betonu fini
agregat, kateri deluje kot tridimenzionalno sito, ki zadržuje zračne mehurčke.
2.6 MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH MATERIALIH
2.6.1 Splošno
Avtogene deformacije v cementni pasti in betonu se glede na podatke v različni literaturi
zelo razlikujejo tako po velikosti kot tudi po predznaku [Hammer et al. 2002]. Barcelo et
al. [1999] prikazuje, kako težko je tolmačiti rezultate, ki bazirajo na različnih tehnikah
merjenja deformacij. Različni avtorji v glavnem podajajo rezultate merjenja avtogenih
deformacij v cementni pasti, na podlagi le-teh pa previdevajo razvoj deformacij v betonu,
katerega sestavni del je ta cementna pasta. Vendar pa ima tak pristop več slabosti, največja
med njimi pa je gotovo v metodah merjenja.
2.6.2 Cementna pasta
Merjenje avtogenih deformacij bazira na dveh osnovnih principih, to sta merjenje
volumenskih deformacij in merjenje linearnih deformacij.
Volumensko merjenje deformacij se najpogosteje izvaja z gumijastim balonom, katerega
napolnimo s svežo cementno pasto in ga potopimo v vodo. Sprememba volumna cementne
paste je v tem primeru izražena s spremembo prostornine izpodrinjene vode [Yamazaki et
al. 1976]. Aparat za volumensko merjenje deformacij je prikazan na sliki 2.2.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 18
Slika 2.2: Aparat za merjenje volumenskih avtogenih deformacij cementne paste [Setter &
Roy 1978].
Pri linearnem merjenju avtogenih deformacij pa se cementna pasta vgradi v togi kalup,
sprememba dolžine vzorca cementne paste pa je merjena s pomočjo merilne naprave, ki je
fiksirana na koncu vzorca (slika 2.3).
Slika 2.3: Aparat za merjenje linearnih avtogenih deformacij cementne paste [Buil 1979].
Obe eksperimentalni metodi sta v uporabi že več kot 50 let [Davis 1940, Wuerpel 1946].
Obe metodi bi naj dajali identične rezultate, vendar temu ni tako. Volumentrična metoda
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 19
po transformaciji volumskih deformacij v linearne običajno daje tudi do 5 krat večje
vrednosti krčenja kot linearna metoda [Barcelo et al. 1999]. Nekateri raziskovalci so
poskušali najti razloge za to neskladnost [Baron & Buil 1979, Barcelo 1999, van Breugel
2001, Hammer et al. 2002].
Obe metodi imata svoje prednosti in slabosti. Ena od prednosti volumetrične metode je v
možnosti štartanja meritve sveže paste takoj po končanem mešanju. V plastičnem stanju so
namreč lahko izmerjene le volumenske deformacije, nedvomno ne moremo izmeriti
spremembe dolžine. V nasprotnem primeru pa je slaba stran volumetričnih meritev
pomanjkanje stalnega kontakta med gumijastim balonom in cementno pasto. Ta kontakt je
lahko oviran zaradi vodnega filma, ki ga tvori »bleed water«, ali pa zaradi ujetega zraka na
površini cementne paste. Torej je volumen gumijastega balona sestavljen iz volumna
cementne paste in volumnov površinske vode in ujetega zraka. Med procesom hidratacije
bosta voda in ujeti zrak vsrkana nazaj v cementno pasto zaradi procesa kemičnega krčenja.
Ker je intenziteta kemičnega krčenja znatno večja (tudi do 10 krat) od intenzitete avtogenih
deformacij, lahko v tem primeru pride do precejšnjih napak pri merjenju.
Buil [1979] navaja, da lahko zaradi pritiska, ki ga ustvarja tesno se prilegajoči in napeti
gumijasti balon, pride do poškodbe šibke strukture cementne paste med strjevanjem, kar
lahko povzroči napake pri meritvah. Še en vzrok za napake pri volumetričnem merjenju pa
je lahko tudi osmoza skozi membrano iz lateksa [Marciniak 2002].
Ena od prednosti linearne metode je čvrsto in nespremenljivo sidranje merilnih točk na
vzorec strjene cementne paste, kar močno zmanjša zgoraj omenjene probleme. Vendar pa
je pomanjkljivost v tem, da se meritev lahko začne izvajati le na že strjeni cementni pasti.
Naslednja pomanjkljivost linearne metode je tveganje oviranja kristalizacije cementne
paste med procesom hidratacije. V prvih urah hidratacije je namreč cementna pasta
prešibka, da bi premagala trenje na površini togega kalupa [Barcelo et al. 1999]. Trenje
lahko zmanjšamo z lubriciranjem kalupa. Tudi krvavenje vpliva na linearno metodo
merjenja avtogenih deformacij. Po končanem strjevanju se lahko »bleed water« reabsorbira
v vzorec cementne paste in celo povzroči ekspanzijo [Hammer et al. 2002].
Kljub številnim težavam, ki so bile ugotovljene in nekatere tudi rešene, še vedno obstajajo
precejšnje razlike med rezultati merjenj po volumetrični in linearni metodi. Tudi pri
pazljivo kontroliranih pogojih bi naj volumetrična metoda dajala od 3 do 5 krat večje
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 20
rezultate meritev kot linearna metoda, seveda v odvisnosti od vrste cementne paste in
eksperimentalnih pogojev [Barcelo et al. 1999].
Nekateri avtorji [Barcelo et al. 1999, Garcia Boivin 2001] previdevajo, da avtogene
deformacije naj ne bi bile izotropne. To dejstvo lahko pojasni nekatere razlike med obema
tehnikama merjenja deformacij. Vendar pa je Charron et al. [2001] izmeril krčenje po
strditvi v treh smereh na kocki in ni odkril nobene razlike.
2.6.3 Beton
Volumetrična metoda z uporabo gumijastega balona v primeru betona ni mogoča, ker
agregat lahko poškoduje balon. Obstajajo različne linearne metode merjenja avtogenih
deformacij na vzorcih prizmatične ali cilindrične oblike. Metode so shematično prikazane
na spodnjih slikah.
Slika 2.4: Merilni sistem po Bjøntegaardu [1999].
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 21
Slika 2.5: Merilni sistem s pomičnima krajnima ploščama na gredicah z dimenzijami 40 x
40 x 160 mm3 [Morioka et al. 1999].
Slika 2.6: Merilni sistem s horizontalnim polnjenjem na gredicah z dimenzijami 150 x 150
x 1000 mm3 [Lokhorst 1998].
Slika 2.7: Merilni sistem z vertikalnim polnjenjem na ploščah z dimenzijami 270 x 270 x
100 mm3 [Holt & Leivo 1999].
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 22
Slika 2.8: Merilni sistem za merjenje deformacij v vertikalni smeri s fleksibilnimi cevmi
[Hansen & Jensen 1997].
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 23
3 EKSPERIMENTALNI DEL
3.1 UPORABLJENI MATERIALI
Osnovni materiali, ki smo jih uporabljali pri eksperimentu, so bili: cement, voda, agregat in
dodatek aeranta.
3.1.1 Cement
Cement je hidravlično mineralno vezivo. V običajni betonski mešanici predstavlja 10-20 %
glede na celotno maso betona. Kljub temu ima zelo velik vpliv na lastnosti in ceno betona.
Količina cementa je odločilnega pomena za tlačno trdnost. Kvaliteto cementa določajo
mehanske, fizikalne in kemijske karakteristike, ki jih opredeljuje standard SIST EN 196-1.
Betonske mešanice oziroma malte, s katerimi smo opravljali eksperimente, so bile
pripravljene s Portland cementom z oznako CEM II/B-M (P-S-L) 42,5 N. Lastnosti
uporabljenega cementa so bile preiskane in ovrednotene skladno z zahtevami standarda
SIST EN 197-1.
3.1.2 Voda
Za izdelavo betona smemo uporabljati vodo, za katero je dokazano, da je primerna za
izdelavo betona. Razen navadne pitne vode smemo za pripravljanje betona uporabljati
samo vodo, za katero je ustrezna institucija z atestom ugotovila, da ima predpisane
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 24
lastnosti in da je primerna za izdelavo betona. Kvaliteto vode opredeljuje standard EN
1008. Voda je primerna za izdelavo betona, če:
• ima vodikov indeks (pH) v mejah od 4,5 – 9,5,
• količina sulfata (SO4) ne presega 2700 mg/liter vode,
• količina klorovih ionov v vodi ne presega 300 mg/liter vode,
• indeks organskih sestavin, izražen po metodi oksidacije kot potrošek kalijevega
permanganata (KMnO4), ne presega 200 mg/ liter vode,
• skupna količina soli, izražena kot suhi ostanek, ne presega 5000 mg/liter vode (ta
pogoj pa se ne nanaša na morsko vodo, ki se ne sme uporabljati).
Pri eksperimentu smo uporabljali navadno pitno vodo iz Mariborskega vodovoda.
3.1.3 Agregat
Agregat v običajni betonski mešanici predstavlja 70 do 80 % celotnega volumna. Od
karakteristik agregata so odvisne lastnosti strjenega betona. V svežem betonu je agregat
vezan v koherentno celoto s cementno pasto, pri čemer bi naj cementna pasta ovila vsa
zrna in zapolnila vse prazne prostore med njimi.
Uporabljen agregat pri eksperimentu je kremenov pesek B 35 S proizvajalca Kema
Puconci. Je dodatno obdelan, presejan in večkrat opran kremenov pesek. Odlikuje ga
izredna kemijska čistost (vsebnost SiO2 najmanj 99 %). S je oznaka za plamensko sušen
pesek, oznaka 35 pa pomeni zrnavost 0,063-0,355 mm. Lastnost kremenovega peska B 35
S so podane v preglednici 3.1. Ker je zrnavost relativno majhna, ima posledično tak
agregat veliko specifično površino in tako veliko potrebo po vodi. V preglednici 3.2 so
prikazani ostanki na situ in presevki skozi sito za kremenov pesek B 35 S. Krivulja
zrnavosti agregata je podana na sliki 3.1.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 25
Preglednica 3.1: Lastnosti peska B 35 S.
LASTNOSTI
Trdota po Mohsu 7
Žaroizguba (%) < 0,03
Temperatura sintranja (˚C) nad 1500
Zmehčišče (˚C) nad 1720
Prostorninska masa-nasuto stanje (kg/m3) 1300 - 1800 glede na zrnavost
Prostorninska masa zrn (kg/m3) 2677
Vlaga (%) do 0,2 plamensko sušen
Preglednica 3.2: Presevek in ostanek na sitih za pesek B 35 S.
Sito
(mm)
Ostanek na
situ (%)
Presevek skozi
sito (%)
0,4 0 100
0,355 4,66 95,34
0,315 5,51 89,83
0,25 15,74 74,09
0,2 18,77 55,32
0,16 13,79 41,53
0,125 16,12 25,41
0,1 8,52 16,89
0,09 4,98 11,91
0,063 8,34 3,57
< 0,063 3,57 0
Slika 3.1:Krivulja zrnavosti za pesek B 35 S.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 26
3.1.4 Dodatki betonu
Dodatki betonu so proizvodi, ki jih dodajamo betonu v zelo majhnih količinah pred
mešanjem ali med njim, da izboljšamo lastnosti betona v svežem ali trdnem stanju. Pri
izdelavi betona smemo uporabljati samo dodatke, za katere je ustrezna institucija z atestom
potrdila, da imajo deklarirane lastnosti in da z njihovo uporabo ne zmanjšamo mehanskih
karakteristik betona in ne povečamo korozije armature.
V našem eksperimentu smo uporabili kot dodatek aerant KEMACON LP 410 proizvajalca
KEMA Puconci, katerega karakteristike so opisane v PRILOGI. Aerant smo dodali s
ciljem, da bi dosegli ciljno mikrostrukturo z nukleacijskimi mesti za neovirano rast
kristalov CH in etringita.
3.1.5 Priprava eksperimentalnih mešanic
Za izdelavo malte smo uporabili standardni kremenčev pesek B 35 S, cement z oznako
CEM II/B-M (P-S-L) 42,5 N ter vodo iz vodovoda, ki je glede na zahteve standarda EN
1008 ustrezna za izdelavo betona. Kot dodatek smo uporabili aerant KEMACON LP 410.
Razmerje med maso cementa in maso agregata je bilo 1:1. Betonske mešanice smo zmešali
z laboratorijskim mešalcem (slika 3.2), kjer se najprej 30 sekund pri hitrosti 140 ± 10
obratov/min mešata voda in cement. Dodatek aeranta smo dozirali v vodo. Dodajanje
peska je avtomatično, nakar traja mešanje še 30 sekund pri hitrosti 280 ± 10 obratov/min.
Sledi 90 sekundni premor in nato še 60 sekund mešanja pri hitrosti 140 ± 10 obratov/min.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 27
Slika 3.2: Laboratorijski mešalec.
Za izdelavo malt smo uporabili vodocementno razmerje 0.5 in količino aeranta 0.4 % glede
na maso cementa. Takšna mešanica je bila vgradljiva brez dodatnega vibriranja.
Kot referenčno ali primerjalno mešanico smo uporabili cementno pasto brez dodatkov, z
razmerjem med maso cementa in maso agregata 1:1 ter z vodocementnim razmerjem 0.5.
3.2 MERITVE
3.2.1 Izdelava merilnega senzorja
Osnovna ideja pri izdelavi merilca je bila omogočiti zaznavanje in beleženje deformacij v
notranjosti cementnega materiala, ki se pojavijo kot posledica delovanja napetosti,
povzročenih zaradi ekspanzije in krčenja materiala med procesom strjevanja.
Za merjenje volumenskih deformacij v notranjosti cementne malte je bil uporabljen
uporovni listič v obliki rozete, tip 10/350MK11M proizvajalca Hottinger Baldwin
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 28
Messtechnik. Uporovni listič je bil povezan s polnim Wheatston-ovim mostičkom na
analogno-digitalni pretvornik tipa Spyder proizvajalca Hottinger Baldwin Messtechnik.
Merilni senzor je koncipiran tako, da ima ekspanzija pozitivni predznak, krčenje pa
negativnega. Zaradi zaščite pred vlago in mehanskimi deformacijami je bilo izdelano
ohišje iz nerjavečega jekla, sam uporovni listič pa je bil zalepljen na membrano iz
kalibrirane pločevine debeline 0,4 mm. Sestava merilnega senzorja je prikazana na slikah
3.3 do 3.6.
Slika 3.3: Prikaz merilnega senzorja v naravni velikosti.
Slika 3.4: Prerez zaščitnega pokrova merilnega senzorja.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 29
Slika 3.5: Prerez ohišja merilnega senzorja.
Slika 3.6: Prerez za meritve pripravljenega merilnega senzorja.
3.2.2 Postavitev meritve
Pripravljena cementna malta je bila vgrajena v kovinske kalupe valjaste oblike zunanjega
premera 120 mm in višine 150 mm, z debelino stene 0,5 mm. Merilni senzorji so bili
fiksirani v sredino kalupa. V času meritve je bila v klimatski komori vzdrževana
temeperatora 20 ° C in naravna vlažnost 98 %.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 30
Slika 3.7: Prikaz kalupov z vgrajenimi merilnimi senzorji.
Slika 3.8: Postavitev meritve v klimatski komori.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 31
3.3 REZULTATI
3.3.1 Rezultati merjenja poroznosti sveže cementne malte
Prvi del eksperimenta je temeljil na ugotavljanju poroznosti malte z uporabo porozimetra,
ki je prikazan na sliki 3.9.
Slika 3.9: Porozimeter za merjenje poroznosti malt.
Poroznost referenčne malte (brez aeranta) je znašala 1,6 %, medtem ko je poroznost malte
z dodanim aerantom znašala 14 %.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 32
3.3.2 Rezultati merjenja notranjih deformacij
-25,0
0,0
25,0
50,0
75,0
100,0
125,0
0 7 14 21 28
time [days]
stra
in [ μ
m/m
]
referenca
aerant
Slika 3.10: Prikaz časovnega razvoja notranjih deformacij.
Slika 3.10 prikazuje velikost notranjih deformacij na obeh tipih eksperimentalnih malt v
odvisnosti od časa. Velikost na ordinatni osi je podana z enoto mikrometer/meter
(microstrain), medtem ko je čas na obscisni osi podan v dnevih. V zgodnjem obdobju
hidratacije se pri obeh vzorcih pojavi ekspanzija, kar je skladno z ugotovitvami vse
navedene literature v teoretičnem delu naloge. Vendar pa je ekspanzija v malti z dodanim
aerantom bistveno večja, kot pa pri običajni cementni malti (referenčni ali primerjalni
vzorec). Predvidevali smo, da na obodih zračnih mehurčkov, ki so posledica delovanja
aeranta, prihaja do večje intenzitete tvorjenja kristalov CH in etringita, ki sta glavi razlog
za pojav ekspanzije. Rezultati, prikazani na sliki 3.10, v veliki meri potrjujejo ta
predvidevanja. Začetni ekspanziji sledi pojav krčenja, nastale deformacije pa so
superpozicija obeh pojavov. V končni fazi strjevanja pa spet prihaja do rahle ekspanzije,
kar je lahko posledica rasti kristalov zaradi vode, ki počasi prehaja v notranjost vzorca iz
nasičene okolice v klimatski komori.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 33
3.3.3 Rezultati elektronskega mikroskopiranja
Po končanem izvlečnem testu smo z diamantno žago izrezali vzorčke primerne velikosti in
jih prelomili. Prelomno površino smo opazovali s SEM elektronskim mikroskopom FEI
Quanta.
Cilj diplomske naloge je med drugim tudi raziskati in dokumentirati časovni razvoj
mikrostrukture mejnega področja na obodih zračnih mehurčkov, kateri omogočajo
nukleacijska mesta in neoviran prostor za hidratacijo in rast kristalov. Zanima nas časovni
razvoj rasti kristalov na obodu mehurčkov, ki povzroča prostorninsko ekspanzijo v matici.
Sliki 3.11 in 3.12 prikazujeta mikrostrukturo na obodu mehurčka pri starosti vzorca 1 dan.
Področje je sestavljeno iz delno hidratiziranega CSH gela, etringita, izločenih kalcijevih
soli, delcev nehidratiziranega cementa in CH kristalov, ki so v tej fazi hidratacije še v
delno vlaknasti obliki. Pri starosti 2 in 3 dni (slike 3.13, 3.14 in 3.15) postaja področje
okrog oboda mehurčka vedno gostejše, CSH gel se pojavlja v obliki kratkih vlaken, CH
kristali in etringit pa postajajo vedno večji.
Slika 3.11: Mikrostruktura 1-dnevnega
vzorca pri 3085 kratni povečavi.
Slika 3.12: Mikrostruktura 1-dnevnega
vzorca pri 8880 kratni povečavi.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 34
Slika 3.13: Mikrostruktura 2-dnevnega
vzorca pri 3504 kratni povečavi.
Slika 3.14: Mikrostruktura 2-dnevnega
vzorca pri 8102 kratni povečavi.
Pri starosti vzorca 7 dni (slika 3.16) delcev nehidratiziranega cementa ni več videti. Glavna
hidratizacijska produkta sta masivni CH kristali in igličasti etringit. Področje okrog oboda
mehurčka je gosto in kompaktno. Z nadaljnjim povečevanjem časa hidratacije se
kompaktnost področja le še povečuje, struktura pa postaja delno amorfna (sliki 3.17 in
3.18).
Slika 3.15: Mikrostruktura 3-dnevnega
vzorca pri 3690 kratni povečavi.
Slika 3.16: Mikrostruktura 7-dnevnega
vzorca pri 3070 kratni povečavi.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 35
Slika 3.17: Mikrostruktura 14-dnevnega
vzorca pri 3503 kratni povečavi.
Slika 3.18: Mikrostruktura 28-dnevnega
vzorca pri 3503 kratni povečavi.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 36
4 ZAKLJUČKI
Med hidratacijo cementa je v zgodnji časovni periodi hidratacije v matrici prisotna notranja
prostorninska ekspanzija zaradi rasti kristalov, predvsem etringita in CH kristalov.
Ekspanzija je najintenzivnejša na mestih, kjer ni ovirana. Takšna nukleacijska mesta za
neovirano širjenje kristalov predstavljajo zračni mehurčki, ki nastanejo v matrici kot
posledica delovanja aeranta. Aerant je kemično sredstvo, ki mehurčke, ki nastanejo med
mešanjem malte ali betona, stabilizira v notranjosti matrice, s tem ne prihaja do izhajanja
mehurčkov na površino, kot se to dogaja pri neaeriranih maltah in betonih.
Po obodih zračnih mehurčkov je omogočeno prosto gibanje nevezane vode, zaradi katere v
največji meri prihaja do rasti kristalov. Intenzivna rast kristalov, predvsem etringita in CH,
na obodu mehurčkov povzroča prostorninsko ekspanzijo v matrici, ki je najintenzivnejša v
zgodnji fazi hidratacije. K začetni ekspanziji pa prispeva tudi reabsorbcija nevezane vode,
ki se pojavi na površini vzorcev takoj po vgraditvi malte v kalup. Ta dejstva potrjujejo tudi
rezultati meritev v tem diplomskem delu. V začetni fazi hidratacije imajo na obodih
zračnih mehurčkov hitrorastoči kristali CH in etringita večjo trdnost kot okoliški CSH gel,
zato je tudi vrednost ekspanzije pri vzorcih z aerantom bistveno večja kot pri vzorcih brez
aeranta, kjer v matrici ni tako intenzivne začetne trvorbe kristalov. V končni fazi
hidratacije spet prihaja do rahle ekspanzije, ki pa je pri obeh tipih eksperimentalnih malt
približno enake intenzitete. Ta ekspanzija je lahko posledica rasti kristalov zaradi vode, ki
počasi prehaja v notranjost vzorca iz nasičene okolice v klimatski komori.
V srednji fazi strjevanja se pojavi krčenje zaradi zmanjšanja volumna, ki je povezano s
hidratacijskimi reakcijami v cementnem materialu. Prehod iz ekspanzije v krčenje je spet
intenzivnejši pri malti z aerantom, ker mehurčki omogočajo prosti volumen za krčenje
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 37
trdnega CSH gela. Zaključimo lahko, da so notranje deformacije v času strjevanja
cementne malte superpozicija ekspanzije in krčenja.
Notranje deformacije v cementni pasti in betonu se glede na podatke v različni literaturi
zelo razlikujejo tako po velikosti kot tudi po predznaku, kar dokazuje, kako težko je
tolmačiti rezultate, ki bazirajo na različnih tehnikah merjenja deformacij. Ena od prednosti
volumetrične metode je v možnosti merjenja svežega cementnega materiala takoj po
končanem mešanju. V plastičnem stanju so namreč lahko izmerjene le volumenske
deformacije, nedvomno ne moremo izmeriti spremembe dolžine. To dejstvo je bilo
upoštevano pri razvoju in izdelavi merilnega senzorja, ki smo ga uporabili pri preiskavah,
ki so predstavljene v diplomskem delu.
Tendenca izmerjenih rezultatov notranjih deformacij, tako ekspanzije kot tudi krčenja, se
giblje v skladu z navedbami literature. Potrjena je bila hipoteza, da v primeru malte z
dodanim aerantom prihaja do bistveno večje ekspanzije v primerjavi z malto brez aeranta,
hkrati pa je tudi krčenje intenzivnejše.
V diplomskem delu smo podali novi način merjenja volumenskih notranjih deformacij.
Vsekakor bo v prihodnje še treba dokazati ponovljivost meritve in raziskati morebitne
pomanjkljivosti, predvsem kontakt med merilnim senzorjem in cementno matrico.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 38
5 LITERATURA
- Badmann R., Stockhausen N., Setzer M. J. (1981), The Statistical Thickness and
The Chemical Potential of Adsorbed Water Films, Journal of Colloid and Interface
Science 82 (2) 534-542.
- Barcelo L. (1997), »Beton au jeune age, mesure en continu des deformations
endogenes de la phase liante, des coulage du materiau«, Memoire de D.E.A., INSA
Lyon, LAFARGE LCR.
- Barcelo L. (2002), »Chemical shrinkage«, Early age cracking in cementitious
system, ed. A. Bentur, RILEM TC 181-EAS Committee, RILEM, Cachan, pp. 22-
28.
- Barcelo L., Boivin S., Rigaud S., Acker P., Clavaud B., Boulay C. (1999), »Linear
vs. Volumetric shrinkage measurement: Material behaviour or experimental
artefact?« Proc. 2th Int. Res. Sem. On Self-desiccation and its Importance in
Concrete Technology, Lund, Sweden, pp. 109-125.
- Baron J., Buil M. (1979), Comments on the paper »Mechanical features of
chemical shrinkage of cement paste« by N. Setter & D. M. Roy, Cem. Concr. Res.
9 (4) 545-547.
- Bažant Z. P., Wittmann F. H. (1982), Creep and shrinkage of concrete structures,
John Wiley & Sons, New York.
- Beltzung F., Wittmann F. H., Holzer L. (2001), »Influence of composition of pore
solution on drying shrinkage«, Proc. 6th Int. Conf. Creef, Shrinkage and Durability
Mechanics of Concrete and Other Quasi-Brittle materials, eds. F.-J. Ulm, Z. P.
Bazant, F.H. Wittmann, Cambridge MA, August 20-22, Elsevier Science Ltd, pp.
39-48.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 39
- Bjøntegaard O. (1999), Thermal dilation and autogenous deformation an driving
forces to self-induced stresses in high performance concrete, Ph. D. thesis, NTNU
Division of Structural Engineering, Trondheim, Norway.
- Budnikov P. P., Strelkov M. I. (1966), »Some recent concepts on Portland cement
hydration and hardening, Proc. Symp. on Structure of Portland cement paste and
concrete«, ACI special report 90, pp. 447-464.
- Charron J. P., Marchand J., Bissonette B. (2001), » Early age deformations of
hydrating cement systems: comparision of linear and volumetric shrinkage
measurements«, Proc. RILEM Int. Conf. On Early Age Cracking n Cementitious
Systems (EAC 01), March 2001, Haifa Israel, pp. 245-257.
- Correns C. W. (1949), Growt and dissolution of crystals under linear pressure,
Discussions of the Faraday Society 5 267-271.
- Dela B. F. (2000), Eigenstresses in hardening concrete, Ph.D. thesis. Department of
Structural Engineering and Materials, The Technical University of Denmark,
Lyngby, Denmark.
- Đureković A. (1996), Cement, cementni kompozit i dodaci a beton, Institut
građevinarstva Hrvatske, Školska knjiga, Zagreb, 1996.
- Ferraris C., Wittmann F. H. (1987), Shrinkage mechanism of hardened cement
paste, Cem. Concr. Res. 17 (3) 453-464.
- Hagymassy J., Brunauer J. R., Mikhail R. S. (1969), Pore structure analysis by
water vapor adsorbtion, Journal of Colloid and Interface Science 29 (3) 485-491.
- Hammer T. A., Bjøntegaard O., Sellevold E. J. (2002), »Measurement methods for
testing of early age autogenous strain«, Early age cracking in cementitious systems,
ed. A. Bentur, RILEM TC 181-EAS Committee, RILEM, Cachan, France, pp. 234-
245.
- Hansen K. K., Jensen O. M. (1997), »Equipment for Measuring Autogenous RH-
Change and Autogenous Deformation in Cement Paste and Concrete«, Proc. Int.
Res. Sem. on Self-desiccation and its Importance in Concrete Technology, Lund,
Sweden, pp. 27-30.
- Holt E. E., Leivo M. T. (1999), »Autogenous shrinkage at very early ages«, Proc.
Int. Workshop Autoshrink '98, ed. E.-I. Tazawa, Hiroshima, Japan, E & FN SPON,
London, pp.133-140.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 40
- Jennings H. M., Dagleish B. J., Pratt P. L. (1981), Morphological development of
hydrating tricalcium silicate as examined by electron microscopy techniques, J.
Am. Ceram. Soc. 64 567-572.
- Jensen O. M. (1993), Autogenous deformation and RH-change – self-desiccation
and self-desiccation shrinkage. Appendix – measurements and notes, TR 285/93,
Building Materials Laboratory, The Technical University of Denmark, Lyngby,
Denmark.
- Jensen O. M. (1995), Thermodinamic limitation of self-desiccation, Cem. Concr.
Res. 25 (1) 157-164.
- Jensen O. M., Hansen P. F. (2001), Autogenous deformation and RH-changes in
perspective, Cem. Concr. Res. 31 (12) 1859-1865.
- L`Hermite R. L. (1960), »Volume changes of concrete«, Proc. 4th Int. Symp. On the
Chemistry of Cement, Washington DC, Vol. II, pp. 659- 694.
- Lokhorst S. J. (1998), Deformational behaviour of concrete influenced by
hydrations related changes of microstructure, Research Report, Delft University of
Technology, Delft, The Netherlands.
- Lura P. (2003), Autogenous deformation and internal curing of concrete, Ph.D.
thesis, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands.
- Marciniak S. (2002), Autogenous deformations and relative humidity change:
experimental studies, M Sc. thesis, Department of Building Technology and
Structural Engineering, Aalborg University, Aalborg.
- Morioka M., Hori A., Hagiwara H., Sakai E., Daimon E. (1999), »Measurement of
autogenous lenght changes by laser sensors equipped with digital computer
systems«, Proc. Int. Workshop Autoshrink '98, ed. E.-I. Tazawa, Hiroshima, Japan,
E & FN SPON, London, pp. 191-200.
- Neville A. M. (1995), Properties of concrete, John Wiley & Sons, New York (4th
edition).
- Neville H. A., Jones H. C. (1928), »The study of hydration changes by a volume-
change method«, Colloid Symp. Monogr. VI, pp. 309-318.
- Paillere A. M., Buil M., Serrano J.J. (1989), Effect of Fiber Addition on the
Autogenous Shrinkage of Silica Fume Concrete, ACI Mater. J. 86(2) 139-144.
Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 41
- Parrot L. J., Geiker M., Gutteridge W. A., Killoh D. (1990), Monitoring Portland
cement hydration – Comparison of methods, Cem. Concr. Res. 20 (6) 919-926.
- Powers T. C. (1935), Absorbtion of water by cement paste during the hardening
process, Industrial and Engineering Chemistry 27 (7) 790-794.
- Powers T. C., Brownyard T. L. (1948), Studies of the physical properties of
hardened Portland cement paste (9 parts), J. Amer. Concr. Inst. 43 (Oct. 1946 to
April 1947), Bulletin 22, Research Laboratories of the Portland Cement
Association, Chicago.
- Schmidt-Döhl F., Rostasy F. (1995), Crystallization and hydration pressure or
formation pressure of solid phases, Cem. Concr. Res. 25 (2) 255-256.
- Setter N., Roy D. M. (1978), Mechanical features of chemical shrinkage of cement
paste, Cem. Concr. Res. 8 (5) 623-634.
- Tazawa E., Miyazava S. (1995), Influence of cement and admixtures on autogenous
shrinkage of cement paste, Cem. Concr. Res. 25 (2) 281-287.
- Tezuka Y., Djanikan J. G., Uchikawa F., Uchida S. (1986), »Hydration
characteristics and properties of mixtures of cement and high content of calcium«,
Proc. Symp. on Chemistry of Cement, Rio de Janeiro, Brazil, Vol. II, pp. 323-329.
- van Breugel K. (1991), Simulation of hydration and formation of structure in
hardening cement-based materials, Ph. D. thesis, Delft University of Technology,
Delft, The Netherlands.
- van Breugel K. (2001), Numerical modelling of volume changes at early ages –
Potential, pitfalls and challenges, Mater. Struct 34 (239) 293-301.
- Vernet C., Cadoret G. (1992), Suivi en continu de l`evolution chimique et
mecanique des BHP pendant las premiers jours, Les Betons a Hautes Performances
– Caracterisation, durabilite applications, Presses de l`Ecole Nationale des Ponts et
Chaussees, Paris, France.
- Winkler E. M. (1973), »Stone: Properties, Durability in Man`s Environment«,
Applied Mineralogy 4, Springer-Verlag 1973, pp. 113-125.
- Yamazaki Y., Monji T., Segiura K. (1976), »Early age expanding behaviour of
mortars and concrete using expansive additives«, 6th Int. Cong. On the Chemistry
of Cement, Moscow, September 1974, Stroyizdat, Moscow III-5, pp. 192-195.
PRILOGA: TEHNIČNE KARAKTERISTIKE UPORABLJENEGA AERANTA
OPIS PROIZVODA: Močno zmanjša površinsko napetost dodane zamesne vode, zaradi česar se v betonu oz.
malti tvori ustrezna količina visokokvalitetnih mikropor. Nastale pore dajejo betonu večjo
odpornost pri ciklusih zmrzovanja in odtajanja ( absorbirajo napetosti ), hkrati pa se poveča
neprepustnost za prodiranje vode in agresivnih snovi s površine v notranjost betona ( z
mikroporami prekinjene kapilare).
Področje uporabe: Beton, pripravljen z aerantom je zato še posebej primeren v cestogradnji, gradnji mostov
ter za pripravo lahkih betonov in lahkih malt.
Visokounčikoviti aerant, posebej primeren za proizvodnjo zmrzlinsko odpornega betona in
betona odpornega proti solem za zimsko posipavanje. Izboljša obdelovalnost, zmanjša
porabo vode in poveča odpornost proti agresivnim snovem. Uporablja se lahko tudi za
pripravo penobetona.
Lastnosti proizvoda: Brez kloridov, neškodljiv za armaturo
Pore stabilne, pravilne velikosti porazdelitve
PODATKI O IZDELKU:
Osnovni podatki
Videz Svetlo rjava tekočina
Pakiranje
1 kg v plastenki/ 8 kg (8x1 kg) v kartonski škatli/ 576 kg
(72x8 kg) na paleti
5 kg v plastični ročki/ 320 kg (64x5 kg) na paleti
10 kg v plastični ročki/ 600 kg (16x10 kg) na paleti
50 kg v sodu/ 800 kg (16x50 kg) na paleti
1000 kg v kontejnerju (rifuza)
Skladiščenje in rok trajanja
12 mesecev od dneva proizvodnje ob pravilnem skladiščenju
v suhem prostoru in v originalni, zaprti ter nepoškodovani
embalaži. Datum odtisnjen na embalaži.
Tehnične karakteristike uporabljenega aeranta
LASNOSTI KEMACON LP 410
Gostota 1,0- 1,04 g/cm3
pH vrednost 11- 12 pri 20° C
Vonj značilen
Priporočeno doziranje 0,2- 0,4 % na težo cementa
Maksimalno doziranje 0,8 % na težo cementa
Mešanje z vodo popolna (pri 20° C)
Suha snov 9- 11 %
Vsebnost kloridov ne vsebuje kloridov
Način delovanja: Pri mešanju se v beton ujamejo majhne zračne pore, ki v strjenem betonu zmanjšajo
vpojnost kapilar in služijo kot prostor za ekspanzijo vode med zmrzovanjem. V svežem
betonu zračne pore zaradi učinka krogličnega ležaja izboljšajo obdelovalnost.
NAVODILO ZA UPORABO
Poraba 0,2-0,4 % na težo cementa
Doziranje Doziranje KEMACON LP 410 naravnamo glede na želeno vsebnost zračnih por.
KEMACON LP 410 ne smemo dozirati v suho mešanico temveč ga dodamo v beton
skupaj z vodo. Tvorba por je odvisna od mnogih faktorjev, kot so temperatura, vsebnost
finih delcev, kombinacija z drugimi dodatki za beton in čas mešanja. Priporočamo, da se
pri betoniranju vsebnost por dodatno kontrolira.
OMEJETVE Temperatura podlage
+5°C min./ +75°C max.
Temperatura zraka
+5°C min./ +75°C max.
Temperatura materiala
+5°C min./ +75°C max.
Opozorila Zaščititi pred zmrzovanjem in direktni sončni izpostavljenosti. Material ne uporabljati pri
temperaturah (podlaga, zrak, material) nižji od +5°C.
Za optimalno delovanje dodatka ga doziramo skupaj z vodo.
KEMACON LP 410 ne smemo dozirati skupaj z dodatkom KEMAMENT BV, kljub temu
sta dodatka v betonu kompatibilna.
DOKAZILA
Norme/Standardi V skladu z evropskimi standardi EN 934-2:2001, Tab. 5, poročilo št. 1139-cpd-0008/03
PODATKI ZA VARNOST V skladu s Pravilnikom o razvrščanju, pakiranju in označevanju nevarnih pripravkov (Ur.
List RS št. 73 (9.9.1999)) KEMACON LP 410 ni razvrščen med zdravju nevarne
pripravke.
Upoštevati moramo splošna navodila za varno uporabo s kemikalijami. Pri delu s
produktom ne jemo, pijemo ali kadimo. Po končanem delu si umijemo roke.
Podrobnejše informacije o skladiščenju, rokovanju in uporabi mešanice se nahajajo v
varnostnem listu, kjer so varnosti, toksikološki in ekološki podatki, prav tako pa moramo
biti pozorni na opozorila na originalni embalaži.