Konduktometryczne badania wpływu odpadowego glinokrzemianu na wczesną hydratację cementu glinowego w zależności od temperatury

• Autorzy: Nowacka M. , Pacewska B.

Warianty tytułu

EN

Conductometric investigations for the effect of waste aluminosilicate on the early hydration of alumina cement depending on temperature

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Hydratacja cementu glinowego jest ściśle uzależniona od temperatury, w której proces przebiega. Ma ona zdecydowane znaczenie przede wszystkim w odniesieniu do rodzaju tworzących się hydratów. Wiadomym jest, że w temperaturze otoczenia i niższej uprzywilejowane jest tworzenie metastabilnych uwodnionych glinianów wapnia, a w wyższej dominuje hydrogranat i gibbsyt. Z drugiej strony, temperatura decyduje również o kinetyce hydratacji cementu glinowego. Charakterystyczne jest tu bowiem zjawisko tzw. „nienormalnego wiązania”. Celem niniejszej pracy była ocena oddziaływania dodatku mineralnego w matrycy cementu glinowego w różnych temperaturach. W pracy zawarto badania wpływu odpadowego glinokrzemianu na przebieg wiązania i twardnienia zaczynu cementu glinowego (Al2O3 > 70%, w/c = 0,5) w zależności od temperatury i ilości dodatku z wykorzystaniem metody konduktometrycznej. Stosowana technika badań in situ polega na pomiarze przewodnictwa elektrycznego równocześnie z temperaturą wewnętrzną zaczynu cementowego w funkcji czasu w ciągu pierwszych godzin po dodaniu wody. Ponadto wykonano badania mikrostrukturalne metodami analizy termicznej i skaningowej mikroskopii elektronowej. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że temperatura hydratacji decyduje o kinetyce i reakcjach w trakcie wiązania i twardnienia zaczynu cementu glinowego, zarówno z dodatkiem jak i bez dodatku mineralnego, jak również o charakterze wpływu zastosowanego glinokrzemianu. Niezależnie od temperatury hydratacji i obecności dodatku, zmiany kinetyki procesu realizowane są poprzez czas trwania okresu indukcyjnego, ale w zależności od temperatury odpadowy glinokrzemian pełni rolę opóźniacza bądź przyspieszacza masowego wytrącania hydratów. Ponadto, wykazano, że wprowadzenie badanego dodatku powoduje wzrost efektów termicznych w pierwszych minutach procesu, ale jednocześnie skutkuje zmniejszeniem maksimum temperatury wewnętrznej zaczynu, i to bez względu na temperaturę, w której proces przebiega. W badaniach składu fazowego odnotowano większy efekt działania temperatury niż obecności odpadowego glinokrzemianu.

Hydration process of calcium aluminate cement is strictly temperature-dependent. The curing temperature is deciding factor, mainly, about the kind of hydrates formed. It is known that at low and ambient temperature the formation of metastable calcium aluminate hydrates is favoured, while at higher temperature hydrogarnet and gibbsite are dominated. On the other hand the curing temperature decides also about the kinetics of calcium aluminate cement hydration and causes the anomalous setting behaviour. The aim of this work was to evaluate the impact of mineral addition in calcium aluminate cement matrix at different curing temperatures. The study included the investigation of the waste aluminosilicate effect on the course of setting and hardening of the cement paste (Al2O3 > 70%, w/c = 0.5) depending on the curing temperature and the amount of the addition using a conductivity method. The used in situ technique consists the simultaneous measurement of electrical conductivity and internal temperature of cement paste from the first minutes after adding water. Moreover, the microstructure was examined by the thermal analysis method and scanning electron microscopy. Based on the results, it has been found that the temperature of hydration determines the kinetics and reactions during the setting and hardening of calcium aluminate cement paste, both, with and without the mineral addition as well as decides about the influence of the aluminosilicate. Regardless of the curing temperature and the presence of addition, the changing of process kinetics is carried out throughout the duration of the induction period, but depending on the temperature, the waste aluminosilicate acts as a retarder or accelerator of the massive precipitation of hydrates. Furthermore, regardless of the temperature, it has been shown that the introduction of the addition causes rise of the thermal effects in the first minutes, but also reduces the maximum of the internal temperature of paste. The phase composition studies reported the higher the temperature effect than the presence of waste aluminosilicate.

Słowa kluczowe

PL

wczesna hydratacja; cement glinowy; odpadowy glinokrzemian; temperatura; konduktometria

EN

early hydration; calcium aluminate cement; waste aluminosilicate; temperature; electrical conductivity

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 67, nr 3
• Strony: 314--318
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Nowacka M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, Instytut Chemii, ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock

autor

Pacewska B.

• Politechnika Warszawska, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, Instytut Chemii, ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock

Bibliografia

• [1] Bensted, J.: Scientific aspects of high alumina cement, Cement Wapno Beton, 3, (2004), 109–33.
• [2] Klaus, S. R., Neubauer, J., Goetz-Neunhoeffer, F.: Hydration kinetics of CA2 and CA – Investigations performed on a synthetic calcium aluminate cement, Cement Concrete Res., 43, (2013), 62–69.
• [3] Lothenbach, B., Pelletier-Chaignat, L., Winnefeld, F.: Stability in the system CaO-Al2O3–H2O, Cement Concrete Res., 42, (2012), 1621–1634.
• [4] Taylor, H. F. W.: Cement chemistry, 2nd ed., Thomas Telford, London 1998.
• [5] Parr, Ch., Simonin, F., Touzo, B., Wöhrmeyer, Ch., Valdelièvre, B., Namba, A.: The impact of calcium aluminate cement hydration upon the properties of refractory castables, TARJ, Ako, Japan 2004.
• [6] Bushnell-Watson, S. M., Sharp, J. H.: On the cause of the anomalous setting behaviour with respect to temperature of calcium aluminate cements, Cement Concrete Res., 20, (1990), 677–686.
• [7] Nowacka, M., Pacewska, B.: Rozszerzona metoda konduktometryczna w badaniach procesu hydratacji cementu glinowego, Cement Wapno Beton, Cement Wapno Beton, 4, (2015), 225-234.
• [8] Gosselin, Ch., Gallucci, E., Scrivener, K.: Influence of self heating and Li2SO4 addition on the microstructural development of calcium aluminate cement, Cement Concrete Res., 40, (2010), 1555-1570.
• [9] Nocuń-Wczelik, W., Trybalska, B.: Wpływ wybranych domieszek chemicznych na szybkość hydratacji i mikrostrukturę zaczynu cementowego, Cement Wapno Beton, 6, (2007), 284-289.
• [10] GÓRKA Cement: http://www.gorka.com.pl/g70.html (kwiecień 2015).
• [11] Pacewska, B., Nowacka, M., Aleknevičius, M., Antonovič, V.: Early hydration of calcium aluminate cement blended with spent FCC catalyst at two temperatures, Procedia Engineering, 57, (2013), 844-850.
• [12] Pacewska, B., Nowacka, M., Antonovič, V., Aleknevičius, M.: Investigation of early hydration of high aluminate cement-based binder at different ambient temperatures, J. Therm. Anal. Calorim., 109, (2012), 717-726.
• [13] Heikal, M., Morsy, M. S., Radwan, M. M.: Electrical conductivity and phase composition of calcium aluminate cement containing air-cooled and water-cooled slag at 20, 40 and 60 °C, Cement Concrete Res., 35, (2005), 1438-1446.
• [14] Topcu, I. B., Uygunoglu, T., Hocaoglu, I.: Electrical conductivity of setting cement paste with different mineral admixtures, Constr. Build. Mater., 28, (2012), 414-420.
• [15] Damidot, D., Glasser, F. P.: Investigation of the CaO-Al2O3-SiO2-H2O system at 25 °C by thermodynamics calculations, Cement Concrete Res., 25, (1995), 22-28.