.1 .2013

Tomasz Adamski

Grupa 1, R.A. 2013/2014

Zespół 6

Sprawozdanie

Zadanie praktyczne 7.1

1. Temat:

Komputerowa symulacja hydratacji cementu.

1. Cel:

Zbadanie wpływu zawartości dwóch różnych dodatków pucolanowych na przebieg i wyniki hydratacji cementu.

1. Podstawy teoretyczne:

Cement portlandzki – spoiwo hydrauliczne, wiąże zarówno na powietrzu jak i pod wodą.

Surowce wykorzystywane do produkcji tego spoiwa:

- skały: wapień i glina; margiel (wapień zawierający glinę),

- ruda żelaza,

- piasek,

- gips (regulator wiązania).

Tabela 1. Skład mineralogiczny cementu portlandzkiego

Wzór skrócony	Nazwa związku chemicznego	Nazwa zwyczajowa
C3S	krzemian trójwapniowy	alit
C2S	krzemian dwuwapniowy	belit
C3A	glinian trójwapniowy	celit
C4AF	żelazoglinian czterowapniowy	braunmileryt
CSH2	siarczan wapniowy dwuwodny	gips surowy

Krzemiany wapniowe – alit i belit – ulegają jednocześnie hydratacji i hydrolizie:

- alit: 2(3CaO ∙ SiO₂) + 6H₂O → 3CaO ∙ 2SiO₂ ∙ 3H₂O + 3Ca(OH)₂

- belit: 2(2CaO ∙ SiO₂) + 4H₂O → 3CaO ∙ 2SiO₂ ∙ 3H₂O + Ca(OH)₂

Produkt hydratacji: uwodniony krzemian wapniowy (faza amorficzna, tzw. żel C-S-H, objętościowo dominuje w utwardzonym zaczynie cementowym - > 50% objętości).

Produkt hydrolizy: wodorotlenek wapnia (portlandyt).

Efekt ściany – gorsze upakowanie ziaren cementu w pobliżu ziaren kruszywa w porównaniu z upakowaniem w głębi zaczynu cementowego.

Efekt jednostronnego wzrostu – następuje w czasie wiązania zaczynu ze względu na to, że zawartość cementu w pobliżu ziarna kruszywa jest mniejsza niż w głębi zaczynu cementowego (w wyniku „efektu ściany”).

Dodatki mineralne do betonu:

- pył krzemionkowy – produkt uboczny wytwarzania krzemu metalicznego lub stopu żelazokrzemowego, zawiera ponad 95% aktywnej krzemionki o bardzo drobnych ziarnach, ma właściwości pucolanowe, działa jako mikrowypełniacz uszczelniając strukturę betonu, dzięki temu możliwe jest otrzymywanie betonów o bardzo wysokiej wytrzymałości i odporności chemicznej.

- popiół lotny – odpad powstający podczas spalania węgla, jest to dodatek mniej efektywny niż pył krzemionkowy ze względu na większy rozmiar ziaren i mniejszą zawartość aktywnej krzemionki.

1. Wykonanie zadnia

Tabela 2. Charakterystyka betonu w zależności od składu i charakterystyki mieszanki.

Nr próby	1	2	3
Skład spoiwa	85% cement 15% popiół lotny	85% cement 15% pył krzemionkowy	100% cement
Rzeczywisty współczynnik w/c	0,44	0,45	0,45
Efektywny współczynnik w/c	0,49	0,43	0,45
Porowatość betonu (%)	12-13	7-8	11-12
Porowatość zaczynu przy ścianie kruszywa (%)	46	30	38
C-S-H (%)	57	75	61
C-H (%)	16	5	19
niezhydratyzowany cement (%)	17	16	20
nieprzereagowany dodatek pucolanowy (%)	10	4	0

Z powyższego zestawienia otrzymanych wyników można odczytać, że dodatki pucolanowe spowodowały zmianę współczynnika w/c. W przypadku czystego cementu współczynnik ten pozostał niezmieniony.

W przypadku czystego cementu otrzymano o 4% więcej C-S-H niż z dodatkiem popiołu lotnego, ale o 14% mniej niż z dodatkiem pyłu krzemionkowego. Jednocześnie zawartość Ca(OH)₂ w czystym betonie jest wyższa niż w przypadku zastosowania dodatków. Wynika to z faktu, że dodatki wchodzą w reakcję pucolanową z wodorotlenkiem wapnia, w związku z czym powstaje więcej C-S-H, a Ca(OH)₂ pozostaje coraz mniej, ponieważ jest on zużywany w tej reakcji jako substrat. W przypadku pierwszej symulacji zawartość C-S-H jest niższa niż w czystym betonie mimo zastosowania dodatku. Dzieje się tak ponieważ ilość dodatku do cementu jest zbyt duża. Aby osiągnąć najlepsze rezultaty, należy w odpowiedni sposób dobrać skład spoiwa.

Ilość niezhydratyzowanego cementu jest również najwyższa w przypadku symulacji z samym cementem. Wynika z tego, że dodatki pucolanowe wpływają na wzrost hydratacji cementu.

1. Wnioski

Dodawanie do zaczynu dodatków pucolanowych, np. popiołu lotnego czy pyłu krzemionkowego powoduje wzrost wytrzymałości betonu oraz poprawienie jego szczelności. Należy jednak odpowiednio dobierać skład zaczynu, ponieważ zbyt duża ilość dodatków pucolanowych może osłabiać beton. Ponadto nie da się całkowicie wyeliminować efektów ściany i jednostronnego wzrostu – można je jedynie zmniejszyć stosując dodatki.

1. Bibliografia

Ćwiczenia laboratoryjne z chemii budowlanej, Lech Czarnecki, Paweł Łukowski, Andrzej Garbacz, Bogumiła Chmielewska, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2007