XPS studies of alite hydration products in the presence of hexavalent chromium reducers

• Autorzy: Golonka P. , Nocuń M. , Nocuń-Wczelik W.

Warianty tytułu

PL

Metoda spektroskopii fotoelektronów w badaniach hydratacji alitu z domieszkami reduktorów chromu sześciowartościowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The X-Ray photoelectron spectrometry was applied to elucidate an impact of iron(II), tin(II) and manganese(II) sulphates on cement hydration. Iron(II) sulphate, most commonly added as a reducer of Cr(VI) to Cr(III) on cement grinding, was taken as a reference. The tin(II) and manganese(II) sulphates could be potentially used as reducers of Cr(VI) too. However, the tin(II) sulphate has very strong retarding action on cement setting. In order to find out the relevant mechanisms, the main component of Portland cement - alite (solid solution of tricalcium silicate) was used as a model material. The hydrated alite samples were subjected to the X-ray photoelectron studies to identify the surface products responsible for retarding effects. These products appeared to be quite different in the presence of particular sulphate admixtures. The formation of a Ca-Sn containing compound has been proved directly.

PL

W pracy badano wpływ siarczanów żelaza(II), manganu i cyny stosowanych w roli reduktorów Cr(VI) na proces wiązania i twardnienia cementu. W celu wyjaśnienia obserwowanych zjawisk przeprowadzono badania z udziałem alitu traktowanego jako uproszczony model cementu. Postęp hydratacji śledzono metodą mikrokalorymetryczną i stwierdzono silnie opóźniające działanie siarczanu cyny. W celu określenia w sposób bezpośredni przyczyny zahamowania hydratacji przeprowadzono badania metodą spektroskopii fotoelektronów, która daje możliwość detekcji produktów utworzonych na powierzchni hydratyzującego materiału; produkty te są różne w przypadku poszczególnych siarczanów. W ten sposób potwierdzono bezpośrednio obecność związku cyny i wapnia w warstwie powierzchniowej, stanowiącej barierę hamującą proces hydratacji w stadium początkowym.

Słowa kluczowe

EN

reducers of Cr(VI); iron (II); tin (II); manganese(II) sulphate; cement; XPS

PL

reduktory Cr(VI); żelazo(II); cyna(II); siarczan manganu(II); cement; XPS

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 3
• Strony: 258--263
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Golonka P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Building Materials Technology, 30-059 Kraków, al. A. Mickiewicza 30, Poland

autor

Nocuń M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Building Materials Technology, 30-059 Kraków, al. A. Mickiewicza 30, Poland

autor

Nocuń-Wczelik W.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Building Materials Technology, 30-059 Kraków, al. A. Mickiewicza 30, Poland

Bibliografia

• [1] European Parliament, Directive 2003/53/EC of the European Parliament and of the Council, Official Journal of the European Union, 2003.
• [2] Hills, L. M., Johansen, V. C. M.: Hexavalent Chromium in Cement Manufacturing: Literature Review, SN2983, Portland Cement Association, Skokie, Illinois, USA, 2007.
• [3] Bensted, J.: The importance of Cr(VI) reducers in cements, Cement Wapno Beton, XI/LXXIII, (2006), 29-35.
• [4] Klemm, W.: Hexavalent Chromium in Portland Cement, Cem. Concr. Aggr., 16, (1994), 43-47.
• [5] Magistri, M., D’Arcangelo, P.: New reducing agent for cement, ZKG International, 3, (2008), 61-65.
• [6] Erdem, E., Dona,t R., Esen, K., Tunç, T.: Removal of soluble Cr(VI) in cements by ferrous sulphate monohydrate, solid lignin and other materials, Ceramics – Silikáty, 55, (2011), 85-93.
• [7] Nocuń-Wczelik, W., Golonka, P., Łój, G.: The effect of Cr(VI) reducers on the concentration of soluble Cr and color of cement based materials, Ceramic Materials, 53, (2011), 809-813.
• [8] Gineys, N., Aouad, G., Damidot, D.: Managing trace elements in Portland cement – Part I: Interactions between cement paste and heavy metals added during mixing as soluble salts, Cem. Concr. Comp., 32, (2010), 563–70.
• [9] Gollop, R. S., Taylor, H. F. W.: Microstructural and microanalytical studies of sulfate attack. I. ordinary portland cement paste, Cem. Concr. Res., 22, (1992), 1027–1038.
• [10] Cheng, Y., Wei, S., Scrivener, K.: Mechanism of expansion of mortars immersed in sodium sulfate solutions, Cem. Concr. Res., 43, (2013), 105–111.
• [11] Hill, J., Sharp, J. H.: The hydration products of Portland cement in the presence of tin(II) chloride, Cem. Concr. Res., 33, (2003), 121-124.
• [12] Ménétrier, D., Jawed, I., Sun, T. S., Skalny, J.: ESCA and SEM studies on early C3S hydration, Cem. Concr. Res., 9, (1979), 473–482.
• [13] Régourd, M.: Microanalytical studies (X-ray photoelectron spectrometry) of surface hydration reactions of cement compounds, Phil. Trans. R. Soc. London, A 310, (1983), 85-92.
• [14] Nocuń-Wczelik, W.: Estimation of lime to silica ratio in pastes by X-Ray microanalysis and surface analysis, 12th Int. Congr. on X-Ray Optics and Microanalysis, Cracow, Poland, vol. 2, (1989), 811- 812.
• [15] Nocuń-Wczelik, W., Nocuń, M., Łój, G.: Interaction of Pb with hydrating alite paste – XPS studies of surface products, Mat. Sci. Pol., 27, (2009), 933–945.
• [16] Kupwade-Patil, K., Al-Aibani, A. F., Abdulsalam M. F., Mao C., Bumajdad A., Palkovic, S. D., Büyüköztürk, O.: Microstructure of cement paste with natural pozzolanic volcanic ash and Portland cement at different stages of curing, Con. Build. Mat., 113, (2016), 423-441.
• [17] Golonka, P., Nocuń, M., Nocuń-Wczelik, W.: The effect of chromium(VI) reducers on the hydration process of portland cement paste, Cement Wapno Beton, XXII/LXXXIV, (2017), 39-51.
• [18] http://srdata.nist.gov/xps/