Warunki powstawania thaumasytu i metody im zapobiegania

• Autorzy: Ghorab Hanaa Youssef , Mohamed Mohamed Kamal , Mohamed Sahar Kamal

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2020.25.2.3

Warianty tytułu

EN

Routes of thaumasite formation and ways for its prevention

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy wykorzystano dwie metody powstawania thaumasytu: 1) poprzez poddanie zaczynu z portlandzkiego cementu wapiennego, z 30% dodatkiem kamienia wapiennego, na działanie 4% roztworu siarczanu magnezu przez 3 miesiące, w temperaturze 7°C, 2) w wyniku karbonatyzacji mieszaniny ettringitu z krzemianem sodu w temperaturze 7°C, a następnie zwiększenie pH na skutek dodatku wapna. Uzyskany skład fazowy próbek oznaczono rentgenograficznie i za pomocą spektroskopii w podczerwieni, a mikrostrukturę stosując elektronowy mikroskop skaningowy. Thaumasyt powstawał po 2 miesiącach przechowywania próbek zaczynu z portlandzkiego cementu wapiennego, w roztworze siarczanu magnezu. Można temu procesowi zapobiegać stosując dodatek związków chemicznych zmniejszających stężenie jonów wapniowych i siarczanowych. Potwierdzeniem skuteczności tych metod są wyniki badań mikrostruktury oraz wytrzymałości na ściskanie. Powstawanie thaumasytu tłumaczy się tworzeniem fazy przejściowej składającej się z żelu krzemionkowego zawierającego pozostałości ettringitu, który w większości uległ rozkładowi. Faza ta przechodzi w thaumasyt na skutek wzrostu pH, wywołanego dodatkiem wapna. Uzyskane wyniki są zgodne z pracą opublikowaną już w 2003 roku, w której stwierdzono powstawanie thaumasytu z fazy przejściowej, stanowiącej szczególny przypadek korozji siarczanowej zaczynu cementowego. W pracy opisano właściwości tej fazy. Thaumasyt początkowo nie powstawał w próbkach portlandzkiego cementu wapiennego, z powodu szybkiego przechodzenia do roztworu jonów wapniowych pochodzących z hydrolizy alitu.

EN

The thaumasite was obtained using two routes: 1) from the exposure of Portland limestone cement pastes, with 30% limestone, to 4% magnesium sulfate solution for 3 months at 7°C, 2) through the carbonation of an ettringite-sodium silicate mix at 7°C, followed by the rise of pH with lime. The phases formed were examined by XRD, infrared spectroscopy, and scanning electron microscopy. The thaumasite after 2 months of exposure of the limestone cement to sulfate solution was formed. It is prevented by the addition of specific chemicals that reduce calcium and sulfate ions. The prevention is confirmed by microstructure analysis and compressive strength measurement. The mechanism of thaumasite formation is explained by the formation of an intermediate phase composed of a carbonated silica gel, which incorporates relicts of the decomposed ettringite. This phase transforms to thaumasite through the liquid phase pH rise by lime. The results support previous literature published as early as 2003 and suggested the formation of an intermediate phase which was the thaumasite, the product of sulfate attack. The present work was defining the nature of this phase. This phase was not detected in the first route of the Portland limestone cement system because of the rapid rate of lime supply, from the alite hydrolysis.

Słowa kluczowe

PL

taumazyt; powstawanie; cement portlandzki wapienny; ettringit; roztwór; siarczan magnezu

EN

thaumasite; formation; limestone cement; ettringite; magnesium sulfate; solution

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 25, nr 2
• Strony: 104--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il.

Twórcy

autor

Ghorab Hanaa Youssef

• Faculty of Science, Helwan University, Cairo, Egypt

autor

Mohamed Mohamed Kamal

• Faculty of Science, Helwan University, Cairo, Egypt

autor

Mohamed Sahar Kamal

• Faculty of Science, Helwan University, Cairo, Egypt

Bibliografia

• 1. J. Bensted, Thaumasite-direct, woodfordite and other possible formation routes, Cem. Concr. Comp. 25, 2003, 873-877.
• 2. S.J. Barnett, C.D. Adam, A.R.W. Jackson, Solid solutions between ettringite, Ca6Al2(SO4)3(OH)12 26H2O, and thaumasite, Ca3SiSO4CO3(OH)6 12H2O. J Mater. Sci. 35, 4109-4014 (2000).
• 3. S.J. Barnett, D.E. Macphee, N.J. Crammond, Solid solutions between thaumasite and ettringite and their role in sulfate attack, Concr. Sci. Eng. 3, 209-15 (2001).
• 4. N.J. Crammond, The thaumasite form of sulfate attack in the UK, Cem. Concr. Comp. 25 , 809-818 (2003).
• 5. R. Lachaud, Thaumasite and ettringite in building materials, Ann ITBTP, 3: 370 (1979).
• 6. M.E. Gaze, N.J. Crammond, The formation of thaumasite in a cement lime sand mortar exposed to cold magnesium and potassium sulfate solutions, Cem. Concr. Comp. 22, 209-22 (2000).
• 7. M.A. Halliwell, N.J. Crammond, Deterioration of brick work retaining walls as a result of thaumasite formation, In: Durability of Building Materials and Components 7. Sweden 1, 235-44 (1996).
• 8. N.J. Crammond, M.A. Halliwell, The thaumasite form of sulfate attack in concretes containing a source of carbonate ions, 2nd Symposium Advances in Concrete Technology. AC, 154-19: 357-80 (1995).
• 9. M.A. González, E.F. Irassar, Effect of limestone filler on the sulfate resistance of low C3A Portland cement, Cem. Concr. Res. 28, 1655-1667 (1998).
• 10. H.Y. Ghorab, M.R. Mabrouk, D. Herfort, Y.A. Osman, Infrared investigation on systems related to the thaumasite formation at room temperature and 7°C, Cement Wapno Beton. 4, 252-261 (2014).
• 11. S. Martinez-Ramirez, M.T. Blanco-Varela, J. Rapazote, Thaumasite formation in sugary solutions: Effect of temperature and sucrose concentration, Constr. Build. Mater. 25, 21-29 (2011).
• 12. M. Collepardi, Thaumasite formation and deterioration in historic buildings, Cem. Concr. Comp. 21, 147-54 (1999).
• 13. F. Bellmann, J. Stark, The role of calcium hydroxide in the formation of thaumasite, Cem. Concr. Res. 389, 1154-1161 (2008).
• 14. S. Tsivilis, G. Kalali, A. Skaropoulou, Use of Mineral Admixtures to Prevent Thaumasite Formation in Limestone Cement mortar, Cem. Concr. Comp. 25, 969-976 (2003).
• 15. Zhang Fengchen, M.A. Baoguo, W.U. Shengxing, Zhou Jikai, Effect of Fly Ash on TSA Resistance of Cement-based Material, J. Wuhan Univ. Techn. Sci. Ed. 26, 561-566 (2011).
• 16. T. Vuk, R. Gabrovšek, V. Kaučič, The Influence of Mineral Admixtures on Sulfate Resistance of Limestone Cement Pastes Aged in Cold MgSO4 Solution, Cem. Concr. Res. 32, 943-948 (2002).
• 17. M.K. Mohamed, Studies on some important salts formed in Portland cement: Thaumasite and ettringite-similar phases, Ph.D. Thesis. Helwan University Cairo Egypt. Ongoing
• 18. H.Y. Ghorab, Fouad S. Zahran A. Mohamed Kamal, Amr Said Meawad: On the durability of Portland limestone cement: Effect of pH on the thaumasite formation, HBRC J. 14, 340-344 (2018).
• 19. A. A. Flemning, B. Ljerka, Infrared spectra of amorphous and crystalline calcium carbonate, Acta. Chemic Scandinavica. 45, 1018-1024 (1991).
• 20. M. Rospondek, A. Lewandowska, Mineralogical Society of Poland-Special papers 20, 187-190 (2002).
• 21. C.C. Li, Y. Yao, L. Wang, Accelerate Thaumasite Formation in Cement-limestone Powder Paste by internal adding method, Adv. Mater. Res. 250, 22-27 (2011).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).