Badania procesów hydratacji cementów specjalnych z układu CaO-Al2O3-ZrO2 metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej

• Autorzy: Madej D. , Kruk A.

Warianty tytułu

EN

Studies on hydration processes of special cements belonging to the CaO-Al2O3-ZrO2 system by the electrochemical impedance spectroscopy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W prezentowanym artykule przedstawiono wyniki badań elektrochemicznych glinianu wapniowo-cyrkonowego o składzie chemicznym Ca7ZrAl6O18 oraz komercyjnego cementu glinowo-wapniowego. Celem przedstawionych badań było wykazanie możliwości zastosowania elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) do głębszego poznania procesów hydratacji spoiw poprzez pomiary właściwości elektrycznych zaczynów. Pomiary techniką EIS prowadzono w zakresie częstotliwości 0,1 Hz – 1 MHz w temperaturze pokojowej i atmosferze powietrza laboratoryjnego. Do analizy uzyskanych widm eksperymentalnych wykorzystano metodę dopasowania układów zastępczych. Na tej podstawie zaproponowano nowy obwód zastępczy, symulujący zjawiska zachodzące w hydratyzujących zaczynach. Sporządzono wykresy zależności części rzeczywistej impedancji od czasu trwania procesu hydratacji w zakresie niskich, średnich oraz wysokich częstotliwości. Wyniki EIS skonfrontowano z analizą składu fazowego i mikrostruktury hydratyzujących materiałów za pomocą dyfraktometrii rentgenowskiej (XRD) i mikroskopii elektronowej (SEM).

EN

In this paper, the electrochemical studies of the hydration behaviour of calcium zirconium aluminate with chemical composition of Ca7ZrAl6O18, and commercial calcium aluminate cement (CAC) are presented. The purpose was to evaluate the usefulness of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to the investigation of hydration processes of binders via measuring the electrical properties of the cement pastes. The EIS measurements were performed in the frequency range of 0.1 Hz - 1 MHz in laboratory air at room temperature. The equivalent circuit modelling was applied for the analysis of the obtained experimental spectra. A new equivalent-electrical circuit model was proposed which was suitable for a simulation of the hydration phenomena within cement pastes. An effect of the applied field frequency on the real part of impedance Z’ versus hydration time of the cement pastes in the early stage of hydration was also presented. The results of EIS were discussed together with those of X-ray diffraction phase/composition identification and SEM characterization of the microstructure of hardened cement pastes.

Słowa kluczowe

PL

ogniotrwałe cementy specjalne; hydratacja; EIS; CaO-Al2O3-ZrO2

EN

special refractory cements; hydration; EIS; cement mortar; CaO-Al2O3-ZrO2

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 4
• Strony: 297--303
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Madej D.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kruk A.

• Wyższa Szkoły Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie, Wydział Informatyki Stosowanej, ul. Sucharskiego 2, 35-225 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Madej, D., Szczerba, J., Nocuń-Wczelik, W., Gajerski, R.: Hydration Ca7ZrAl6O18 phase, Ceram. Int., 38, 5, (2012), 3821-3827.
• [2] Szczerba, J., Pięta, A., Madej, D., Nocuń-Wczelik, W.: Właściwości hydrauliczne wybranych związków z układu CaO-ZrO2-Al2O3, Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 64, 4, (2012), 463-467.
• [3] Madej, D., Szczerba, J., Nocuń-Wczelik, W., Gajerski, R., Hodur, K.: Studies on thermal dehydration of the hydrated Ca7ZrAl6O18 at different water-solid ratios cured at 60°C, Thermochimica Acta, 569, 10, (2013), 55-60.
• [4] Szczerba, J., Madej, D., Śnieżek, E., Prorok, R.: The application of DTA and TG methods to investigate of the non-crystalline hydration products of CaAl2O4 and Ca7ZrAl6O18 compounds, Thermochimica Acta, 567, 10, (2013), 40-45.
• [5] Szczerba, J., Madej, D., Dul, K., Bobowska, P.: Ca7ZrAl6O18 acting as a hydraulic and ceramic bonding in the MgO-CaZrO3 dense refractory composite, Ceram. Int., 40, 5, (2014), 7315-7320.
• [6] Madej, D., Szczerba, J., Dul, K.: Phase transformation during the decomposition of hydrated calcium zirconium aluminate (Ca7ZrAl6O18) paste subjected to various dehydration temperatures, Thermochimica Acta, 597, 10, (2014), 27-34.
• [7] Madej, D., Szczerba, J., Nocuń-Wczelik, W.: Badania hydratacji glinianu wapniowo-cyrkonowego w obecności reaktywnego tlenku glinu, Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 66, 4, (2014), 367-374.
• [8] Madej, D., Szczerba, J.: Study of the hydration of calcium zirconium aluminate (Ca7ZrAl6O18) blended with reactive alumina by calorimetry, thermogravimetry and other methods, J. Therm. Anal. Calorim., 121, 2, (2015), 579-588.
• [9] Madej, D., Szczerba, J.: Badania mechanizmu dehydratacji uwodnionego glinianu wapniowo-cyrkonowego, Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 67, 3, (2015), 257-261.
• [10] Madej, D., Szczerba, J.: Preparation of Al2O3-CaAl12O19-ZrO2 composite ceramic material by the hydration and sintering of Ca7ZrAl6O18-reactive alumina mixture, Ceramics-Silikaty, 60, 1, (2016), 27-33.
• [11] Madej, D.: Synthesis, formation mechanism and hydraulic activity of novel composite cements belonging to the system CaO-Al2O3-ZrO2, J. Therm. Anal. Calorim., 130 (2017) 1913-1924.
• [12] Madej, D., Szczerba, J., Kagan, W.: Investigations on the hydratable compounds in the CaO-Al2O3-ZrO2 system, International Conference on Calcium Aluminates 18-21 May 2014 Avignon, France.
• [13] Scrivener, K. L., Kirkpatrick, R. J.: Innovation in use and research on cementitious material, Cem. Concr. Res., 38 (2008) 128-136.
• [14] Tang, S. W., Cai, X. H., He, Z., Zhou, W., Shao, H. Y., Li, Z. J., Wu, T., Chen, E.: The review of early hydration of cement-based materials by electrical methods, Constr. Build. Mater., 146, (2017), 15-29.
• [15] Christensen, B. J., Mason, T. O., Jennings, H. M.: Influence of silica fume on the early hydration of Portland cements using impedance spectroscopy, J. Am. Ceram. Soc., 75, 4, (1992), 939-945.
• [16] Gu, P., Xie, P., Beaudoin, J. J., Brousseau, R.: A.C. impedance spectroscopy: I. A new equivalent circuit model for hydrated Portland cement paste, Cem. Concr. Res., 22, (1992), 833-840.
• [17] Gu, P., Xu, Z., Xie, P., Beaudoin, J. J.: Application of A.C. impedance techniques in studies of porous cementitious materials: I. Influence of solid phase and pore solution on high frequency resistance, Cem. Concr. Res., 23, (1993), 531-540.
• [18] Christensen, B. J., Coverdale, R. T., Olson, R. A., Ford, S. J., Garboczi, E. J., Jennings, H. M., Mason, T. O.: Impedance spectroscopy of hydrating cement-based materials: measurement, interpretation, and application, J. Am. Ceram. Soc., 77, 11, (1994), 2789-2804.
• [19] Song, G.: Equivalent circuit model for AC electrochemical impedance spectroscopy of concrete, Cem. Concr. Res., 30, (2000), 1723-1730.
• [20] http://www.gorka.com.pl
• [21] Dong, B., Zhang, J., Liu, Y., Fang, G., Ding, Z., Xing, F.: Tracing hydration feature of aluminophosphate cementitious materials by means of electrochemical impedance method, Constr. Build. Mater., 113, (2016), 997-1006.
• [22] Husain, A., Kupwade-Patil, K., Al-Aibani, A. F., Abdulsalam, M. F.: In situ electrochemical impedance characterization of cement paste with volcanic ash to examine early stage of hydration, Constr. Build. Mater., 133, (2017), 107-117.
• [23] Bogusz, W., Krok, F. : Elektrolity stałe - właściwości elektryczne i sposoby ich pomiaru, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1995.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).