Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of weathered granulated blast furnace slag as a supplementary cementitious material in concrete

Pacierpnik W., Nocuń-Wczelik W., Kapeluszna E.

Archives of Civil Engineering

|

2020

|

Vol. 66, nr 4

381--398

EN

The physical and chemical properties of cements with slag originated from the storage yards of different age, added as a supplementary cementing material are highlighted. The materials after 20-year storage, the crushed slag after approximately 2-year storage and the new slag from the ongoing production were compared. The materials supplied by the same metallurgical plant were characterized. The blended cements were produced by Portland cement clinker grinding with gypsum and slags added as 5 to 50% of binder mass. The standard properties of cements were examined, as well as some experiments related to the kinetics of hydration and hydration products were carried out. The addition of granulated blast furnace slag (GBFS) stored for a long time, as a component of cement, affects the properties of material in such a way that the early compressive strength is not specially altered but at longer maturing the strength decreases generally with the storage time and percentage of additive. This is related to the reduction of the vitreous component, as well as to the presence of weathered material of altered activity. At the additive content up to 50% the binder complying with the requirements of the European standards for CEM III/A or CEM II/(A,B)-S common cements can be produced. The cements with the old slag meet the requirements of EN 197-1 relating at least to the class 32,5. The role of calcium carbonate, being the product resulting from the slag weathering process, acting as a grindability and setting/hardening modifying agent, should be underlined.

PL

Praca dotyczy właściwości cementów zawierających granulowane żużle wielkopiecowe o różnym czasie składowania, z jednego źródła (huty żelaza). Porównano właściwości materiału z żużlem pochodzącym sprzed 20 lat, żużlem składowanym około 2 lat i żużlem z bieżącej produkcji. Cementy wyprodukowano poprzez przemiał klinkieru cementu portlandzkiego z gipsem; udział żużla stanowił od 5% do 50% masy spoiwa. Otrzymane cementy poddano badaniom standardowym; przeprowadzono również ocenę kinetyki i produktów hydratacji. Ustalono w pierwszej kolejności, że wprowadzenie żużla składowanego przez długi czas w charakterze składnika cementów powszechnego użytku wpływa na właściwości cementów w taki sposób, że wytrzymałości wczesne nie ulegają znaczącym zmianom, natomiast wytrzymałość po 28 dniach twardnienia zmniejsza się. Zredukowanie wytrzymałości jest wyraźniejsze w przypadku żużla o długim czasie składowania i przy większym jego udziale. Jest to powiązane ze zmniejszeniem zawartości fazy szklistej w żużlu i obniżeniem aktywności w następstwie procesów wietrzenia. Jednakże i tak przy odpowiednich udziałach żużla w granicy do 50% jest możliwe otrzymanie cementów powszechnego użytku typu CEM III/A lub CEM II/(A,B)-S spełniających wymagania normy EN 197-1 klasy przynajmniej 32,5. Należy podkreślić, że rolę modyfikującą pozytywnie właściwości cementów takie, jak mielność oraz generalnie proces wiązania i twardnienia wydaje się pełnić węglan wapnia tworzący się jako produkt wietrzenia żużli.

2

Lightweight mortars with expanded perlite modified by admixtures

Nocuń-Wczelik W., Nowak M., Kapeluszna E.

Structure and Environment

|

2017

|

Vol. 9, no. 2

102--111

EN

The lightweight insulating cement mortars with expanded perlite reveal high porosity bound with the presence of this filler. However, their properties are lowered due to the absorption of water. The studies were performed with aim to improve the composition of cement – perlite mortars and their parameters, such as, density and the percentage of absorbed water by use of admixtures. The three series of mortars of similar consistency were produced with cement to perlite volume ratio of 1/3, 1/5 and 1/7 respectively. The water repellent and air entraining agents were used. The density and water absorption were measured and the observations of microstructure were carried out under SEM. The transport of water in the mortars was significantly slower and limited by use of admixtures. The proportions giving the lowered density at fairly low absorbability complying with the standard requirements have been pointed out. The advantageous effect of water repellent and air entraining agent has been proved.

PL

Lekkie zaprawy ciepłochronne sporządzone z udziałem perlitu ekspandowanego charakteryzują się podwyższoną porowatością, co skutkuje pogorszeniem niektórych właściwości użytkowych w obecności wilgoci. Praca stanowi podsumowanie badań mających na celu poprawę właściwości termoizolacyjnych tworzyw perlitowych poprzez wprowadzenie domieszek o działaniu hydrofobizującym i modyfikującym mikrostrukturę materiału. Sporządzono kilka serii zapraw cementowo-perlitowych o różnej zawartości perlitu. Przeprowadzono pomiary podciągania kapilarnego i standardową ocenę nasiąkliwości. Dokonano obserwacji pod elektronowym mikroskopem skaningowym, podczas których potwierdzono zwartą mikrostrukturę warstwy na granicy rozdziału: wypełniacz perlitowy – matryca cementowa. Ustalono proporcje cement/perlit/domieszka, zapewniające istotne zmniejszenie nasiąkliwości. Wskazano też na korzyści wynikające z zastosowania domieszki hydrofobizującej i napowietrzającej.

3

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

Golonka P., Nocuń M., Nocuń-Wczelik W.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 3

258--263

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.

4

Effect of calcium-magnesium carbonate additives on cement hydration

Nocuń-Wczelik W., Stachlewska M., Trybalska B.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 4

311--316

EN

This work relates to the use of the dolomite and dolomitic limestone component as an additive in cement production, as well as to the role of the carbonate component in cement hydration. The studies focused mainly on the kinetics of hydration, which was determined by using calorimetric measurements, and on the formation of hydrated structure, especially the position of carboaluminate hydrate. Based upon some reports and our previous studies we can conclude that the applicability of dolomitic limestone as a component of cementing materials seems to be quite rational, and the details of dolomite effect on cement hydration should be highlighted. For this purpose, the mixtures of cement with limestone and dolomite, as well as the mixtures of synthetic cement phases with limestone and dolomite were produced and examined by microcalorimetry, scanning electron microscopy (SEM/BSE), X-ray diffraction (XRD), and the determination of chemical shrinkage.

PL

Jako cel prowadzonych badań przyjęto sprawdzenie, czy dolomit może być wykorzystywany jako materiał zastępujący standardowy dodatek kamienia wapiennego. Wprowadzano dolomit i dla porównania węglan wapnia do zaczynów z cementu portlandzkiego CEM I 42,5R; badano też minerały klinkierowe i ich mieszanki (sztuczny cement „wzorcowy”). W badaniach wykorzystano mikrokalorymetrię, mikroskopię skaningową (SEM/BSE), dyfrakcję rentgenowską (XRD) i ocenę skurczu chemicznego. Wykazano, stosując w pierwszej kolejności metodę kalorymetryczną, że w mieszankach tych ma miejsce reakcja dolomitu z C3A oraz przyspieszenie hydratacji C3S. Stwierdzono, że dolomit tworzy, podobnie jak węglan wapnia, produkt węglanoglinianowy, co wpływa na kształtowanie mikrostruktury. Zastosowanie dolomitu jako dodatku do cementu wydaje się więc uzasadnione, ale należy doprecyzować opis mechanizmu oddziaływania tego dodatku na zaczyn cementowy.

5

Wpływ reduktorów chromu(VI) na hydratację zaczynu cementowego

Golonka P., Nocuń M., Nocuń-Wczelik W.

Cement Wapno Beton

|

2017

|

R. 22/84, nr 1

39--51

PL

Badania właściwości zaczynu cementowego z 1% dodatkiem siarczanów Fe, Mn i Sn za pomocą szeregu metod, a szczególnie ciepła hydratacji i wytrzymałości na ściskanie wykazały, że wpływ tych kationów różni się znacznie. Siarczan cyny jest silnym opóźniaczem, natomiast wpływ Fe i Mn, przy 1% dodatku w stosunku do masy cementu jest nieznaczny. Te dwa siarczany nie spowalniają hydratacji cementu lub alitu w początkowym okresie. Natomiast jony siarczanowe przyśpieszają reakcję tej fazy z wodą. Opóźniający wpływ cyny jest znaczny, jednak jest w pewnym stopniu skompensowany przez duże przyspieszenie hydratacji po znacznym zwiększeniu okresu indukcji. Jon siarczanowy bierze udział w powstawaniu ettringitu, a w przypadku siarczanu Mn powstaje także gips. Korzystny wpływ badanych reduktorów stanowi zwiększenie wytrzymałości na ściskanie, po dłuższym okresie twardnienia.

EN

The study of the properties of cement paste with 1% addition of Fe, Mn and Sn sulphates using heat of hydration, rheological parameters, compressive strength, conductometric and chemical shrinkage measurements have shown that the influence of cations is different. The tin sulfate acts as a strong retarder while the hindering action of Mn or Fe sulfate is not pronounced at 1% addition of sulfates by mass of cement. The two last sulphates do not retard generally the hydration of cement, or alite and its mixtures at early age. Sulfate ions in admixtures seem to accelerate the alite hydration, as it is found in the presence of gypsum. The hindering action of Sn sulfate is particularly well visible, however, it is compensated by the renewed hydration after a long-lasting dormant period. The sulphate anion introduced additionally to the pastes take part in ettringite formation; in the case of Mn sulfate the increased gypsum content is detected too. The beneficial effect of low sulphates addition is the compressive strength of cement pastes increase after longer hardening period.

6

Kinetics of cement hydration in the presence of some additives and admixtures

Nocuń-Wczelik W., Jasińska M., Trybalska B.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 2

86--92

EN

The mixtures of portland cement with by-pass cement kiln dust (CBPD) were investigated. The rate of heat evolution on the hydration of this mixture, as well as the chemical shrinkage, rheological properties and strength development were examined. The substitution of low amount of cement (up to 10%) by the kiln dust does not affect practically the properties of cement based composites with respect to setting or hardening. At higher amount of kiln dust the hydration process is accelerated because of the presence of well soluble components, however, the “dissolution” effect is also observed. The experiments with some carbonate waste material have been maintained with the aim to reduce the effect of soluble, aggressive salts that accelerate the hydration from one side, but contribute to the corrosion process from another one.

PL

W pracy przeprowadzono badania porównawcze hydratacji mieszanek spoiwowych zawierających, oprócz cementu portlandzkiego, różne ilości pyłu z odpylania gazów bocznikowanych z instalacji pieca obrotowego do produkcji klinkieru. Wykonano pomiary kalorymetryczne ilustrujące kinetykę hydratacji, badanie wytrzymałości na ściskanie zapraw i zaczynów, badanie skurczu chemicznego, badania właściwości reologicznych zaczynów cementowych i mikrostruktury. Spodziewano się potwierdzenia działania pyłu jako substytutu cementu lub nawet jako środka przyśpieszającego twardnienie. Przeprowadzone badania wykazują, że pył wprowadzony w niewielkich ilości jako zamiennik cementu (do 10% masy spoiwa) nie zmienia praktycznie podstawowych cech użytkowych zapraw cementowych (wiązanie, wytrzymałość). Większe ilości pyłu, poza przyśpieszeniem wydzielania ciepła jako miary postępu hydratacji cementu, zmieniają właściwości materiału, co jest skutkiem obecności składników rozpuszczalnych, oddziałujących na hydratację minerałów klinkierowych. Nie jest też bez znaczenia obecność cząstek pyłu o innym składzie, jak również efekt ”rozcieńczenia” materiałem o słabej aktywności. W pracy podjęto też próbę uzupełnienia dodatku pyłu materiałem węglanowym, co pozwoliłoby zredukować i związać zawartość składników szkodliwych.

7

Zastosowanie odpadu z produkcji perlitu ekspandowanego, jako dodatku mineralnego do cementu portlandzkiego

Kapeluszna E., Kotwica Ł., Pichór W., Nocuń-Wczelik W.

Cement Wapno Beton

|

2015

|

R. 20/82, nr 1

38--44

PL

W pracy przedstawiono wyniki doświadczeń ze zmielonym perlitem, odpadem z produkcji perlitu ekspandowanego. W doświadczeniach zastosowano cztery cementy; przemysłowy cement CEM I 42,5R oraz ten cement z dodatkiem 5%, 20% oraz 35% zmielonego odpadowego perlitu ekspandowanego. Dodatek perlitu zwiększył wodożądność cementu, jednak wpływ ten zaznaczył się wyraźniej dopiero przy dodatku 35%. Cement z dodatkiem perlitu miał dłuższy czas wiązania, jednak spełniający wymagania normy PN-EN 197-1. Wytrzymałość na ściskanie była po 2 dniach mniejsza, jednak po 28 dniach większa, szczególnie z dodatkiem 20% zmielonego perlitu. Cement CEM I 42,5R z dodatkiem 5% i 20% zmielonego perlitu spełniał wymagania normowe dla klasy 42,5R. Wynik ten jest bardzo korzystny, w przypadku większego dodatku.

EN

In the paper the results of the experiments with ground perlite. by-product of expanded perlite production, as mineral addition to cement, are presented. Four cements were produced for experiments: industrial cement CEM I 42.5R and this cement with replacement of 5%, 20% and 35% by ground perlite by-product. The addition of perlite increased cement water demand, however this increase was significant only for the highest addition. The cement with perlite addition has longer setting time, but fulfilling the EN-197-1 requirements. The compressive strength after 2 days was lower, however, after 28 days was higher, especially with 20% addition of perlite. Cement CEM 142.5R with 5% and 20% addition of ground expanded perlite by-product complied the standard requirement for class 42.5R. The resull is very favourable, particularly in the case of 20% addition.

8

Transport wody w zaprawach z dodatkiem perlitu ekspandowanego modyfikowanych domieszkami

Nocuń-Wczelik W., Nowak M., Trybalska B.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 1

62--67

PL

Lekkie zaprawy (betony) sporządzone z udziałem perlitu ekspandowanego charakteryzują się podwyższoną porowatością, co skutkuje pogorszeniem niektórych właściwości użytkowych w obecności wilgoci. Praca stanowi podsumowanie badań mających na celu poprawę właściwości termoizolacyjnych tworzyw perlitowych poprzez wprowadzenie domieszek o działaniu hydrofobizującym i modyfikującym mikrostrukturę materiału. Sporządzono kilka serii zapraw cementowo-perlitowych o różnej zawartości perlitu. Scharakteryzowano ich podstawowe właściwości standardowe. Przeprowadzono pomiary podciągania kapilarnego. Dokonano obserwacji pod elektronowym mikroskopem skaningowym, podczas których potwierdzono zwartą mikrostrukturę warstwy na granicy rozdziału wypełniacz perlitowy - matryca cementowa. W badaniach kalorymetrycznych wykazano aktywny udział perlitu w procesie hydratacji. Ustalono optimum proporcji cement/perlit/domieszka, przy której relacje pomiędzy zachowaniem małej gęstości objętościowej i zmniejszeniem nasiąkliwości są najkorzystniejsze. Wskazano też na korzyści wynikające z zastosowania domieszki napowietrzającej.

EN

The lightweight cement mortars with expanded perlite reveal high porosity and, as a consequence, their insulating properties can be lowered due to the presence of environmental humidity. The studies were performed with aim to find out the mix composition of cement - perlite mortars and to optimize their parameters; first of all to reduce their density and water absorption by use of admixtures. Three series of mortars of similar consistency were produced. A water repellent and air entraining agents were used to improve the microstructure of mortars. The density and capillary suction were measured and observations of the microstructure were carried out by SEM. The transport of water in the admixtured mortars was significantly slowed and limited. The proportions, giving the lowered density at fairly low absorbability, have been pointed out. The advantageous effect of an air entraining agent has been proved too.

9

Rola siarczanowych reduktorów chromu(VI) w kształtowaniu właściwości cementu

Golonka P., Wojtaś D, Nocuń-Wczelik W.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 4

388--392

PL

Związki w postaci siarczanów metali wprowadzane w ilości ułamka procenta są często stosowane jako reduktory chromu sześciowartościowego obecnego w cemencie. Nie pozostają one jednak bez wpływu na właściwości hydratyzującego materiału zwłaszcza, gdy nie zostaną dokładnie rozprowadzone, a podczas mielenia i składowania cementu nastąpi absorpcja wilgoci. Zagadnienie to nie zostało jak dotychczas rzetelnie prześledzone; badania koncentrują się na ogół na określeniu skuteczności redukcji chromu(VI). Do badań podjętych w prezentowanej pracy użyto siarczanu żelaza(II), który jest najbardziej rozpowszechnionym związkiem redukującym chrom(VI) do chromu(III), siarczanu cyny(II) oraz siarczanu manganu(II), którego wpływ na hydratację cementu jest jeszcze mało poznany. Związki te wprowadzano w różnych stężeniach do cementu przygotowanego poprzez wspólne zmielenie klinkieru portlandzkiego z gipsem. Oprócz badań nad skutecznością redukcji chromu(VI) za sprawą poszczególnych siarczanów metali, przeprowadzono także serię badań kalorymetrycznych, obrazujących w sposób ciągły przebieg procesu hydratacji. Ponadto dokonano oceny właściwości cech reologicznych mieszanki cementowej oraz badano przewodnictwo jonowe w zawiesinie cementowej. Określono wodożądność materiału oraz czasy początku i końca wiązania zaczynów cementowych dotowanych siarczanami metali w ilości 1%. Otrzymane wyniki badań jednoznacznie pokazują zmiany zachodzące podczas hydratacji cementu dotowanego związkami siarczanów żelaza, cyny i manganu w porównaniu do cementu bez dodatków, co przekłada się na uzyskane wyniki wytrzymałości hydratyzowanego materiału.

EN

Chemical compounds in the form of metal sulphates are frequently used as reducing agents of hexavalent chromium which is present in the cement. However, they influence the properties of the hydrating material. The study was performed using iron(II) sulphate, being the most widespread compound for reducing Cr(VI) to Cr(III)), and sulphates of tin(II) and manganese(II). The influence of the latter one on the cement hydration is still little recognized. The sulphates were introduced at various concentrations to cement prepared by grinding the Portland cement clinker with gypsum. Apart from the studies on the effectiveness of the reduction of chromium(VI) due to the various metal sulphates, a series of calorimetric tests was also carried out, showing in the continuous way a course of the hydration process. Moreover, the assessment of characteristics of the rheological properties of cement mix and the ionic conductivity was studied in a cement slurry. The standard water consistency, and both initial and final setting times of cement grouts doped with 1% metal sulphates were defined. The results clearly show the changes that take place during the hydration of cement doped with sulphates of iron, tin and manganese, when compared to the cement with no additives. These changes affect strength of the hydrated material.

10

Badania hydratacji glinianu wapniowo-cyrkonowego w obecności reaktywnego tlenku glinu

Madej D., Szczerba J., Nocuń-Wczelik W.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 4

367--374

PL

Glinian wapniowo-cyrkonowy jest związkiem o bardzo wysokiej aktywności hydraulicznej. W pracy przedstawiono wstępną ocenę możliwości zastosowania Ca7ZrAl6O18 jako nowego spoiwa w technologii betonów ogniotrwałych wysokoglinowych i korundowych, zawierających mikroproszek Al2O3. W tym celu przeprowadzono badania hydratacji glinianu wapniowo-cyrkonowego bez oraz z dodatkiem Al2O3. Badania kalorymetryczne spoiw wykazały, że przy udziale mikroproszku Al2O3 obniżyła się sumaryczna ilość wydzielonego ciepła po 12 h badania. Z przeprowadzonych analiz XRD, FT-IR, DTA-TG oraz SEM wynika, że wysokość temperatury sezonowania próbek warunkuje rodzaj i budowę powstających hydratów z układu CaO-Al2O3-H2O.

EN

Calcium zirconium aluminate exhibits high hydraulic activity. The aim of this work is to study the hydraulic properties of Ca7ZrAl6O18. Application of Ca7ZrAl6O18 as a hydraulic binder in high-alumina and corundum refractory concretes, which contain reactive Al2O3 micropowder, has been proposed to be a promising route. For this purpose, the hydration of calcium zirconium aluminate with and without of Al2O3 addition was studied. Calorimetric studies of binders revealed that the total amount of generated heat decreased after 12 h of hydration in binder based on Ca7ZrAl6O18 and reactive Al2O3 micropowder. Based on the XRD, DTA-TG and SEM analyses it was concluded that the curing temperature determines the type and structure of calcium aluminate hydrates formed during the hydration of Ca7ZrAl6O18 phase.

11

Właściwości hydrauliczne wybranych związków z układu CaO-ZrO2-Al2O3

Szczerba J., Pięta A., Madej D., Nocuń-Wczelik W.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

463-467

PL

W artykule porównano właściwości hydrauliczne monoglinianu wapnia CaAl2O4 (CA) oraz glinianu wapniowo-cyrkonowego Ca7Al6ZrO18 (C7A3Z). Jak wykazały badania mikrokalorymetryczne, faza C7A3Z reaguje z wodą bardzo szybko, głównie w pierwszych 2. godzinach od rozpoczęcia eksperymentu. Hydratacja glinianu wapniowo-cyrkonowego przebiega z wydzieleniem wysokoogniotrwałego cyrkonianu wapnia (Tt = 2345 stopni C). Glinian CaAl2O4 hydratyzuje zdecydowanie wolniej. Badania rentgenograficzne próbek po hydratacji wykazały obecność wyłącznie krystalicznych, nie zhydratyzowanych faz wyjściowych Ca7Al6ZrO18 i CaAl2O4 oraz cyrkonianu wapnia CaZrO3. Obserwacje mikroskopowe (SEM) wskazały na różną morfologię powstałych hydratów.

EN

The article compares hydraulic properties of calcium monoaluminate CaAl2O4 (CA) and calcium-zirconium aluminate Ca7Al6ZrO18 (C7A3Z). The microcalorimetric investigation has shown that the C7A3Z phase reacts with water very quickly, especially in the first 2 hours after the beginning of the experiment. Hydration of calcium-zirconium aluminate proceeds with the formation of high refractory calcium zirconate with the melting point of 2345 stopni C. The monoaluminate CaAl2O4 reacts with water definitely slower. The unhydrated Ca7Al6ZrO18 and CaAl2O4 phases and calcium zirconate CaZrO3 were exclusively found by XRD. Microscopic observations (SEM) indicated different morphologies of the hydrates.

12

Synteza i właściwości spieku siarczanowo-glinianowego do wytwarzania cementów ekspansywnych

Nocuń-Wczelik W., Konik Z., Stok A., Migdał M.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 4

452-456

PL

Spoiwa ekspansywne wytwarzane są z cementu portlandzkiego i składników dających efekt wzrostu objętości. Wzrost objętości związany jest głównie z krystalizacją znacznej ilości ettringitu 3CaOźAl2O3ź3CaSO4ź32H2O, co wynika z włączenia w proces hydratacji składników stanowiących dodatkowe nośniki glinu i siarki. Proces ekspansji uzależniony jest od wielu czynników fizycznych i chemicznych. Istotną rolę odgrywa tu skład mineralny cementu podstawowego oraz rodzaj składnika ekspansywnego zawierającego glin. Składnikiem ekspansywnym, zastosowanym w pracy, był spiek siarczano-glinianu wapnia 4CaOź3Al2O3źSO3 (tzw. kompleks Kleina, yeelimit) z anhydrytem i CaO, otrzymany z mieszaniny surowcowej złożonej z kamienia wapiennego, boksytu oraz gipsu syntetycznego, powstającego w wyniku odsiarczania spalin elektrownianych metodą mokrą wapienną. Zestaw surowcowy wypalano w temperaturze 1180 stopni C i po schłodzeniu mielono. Zaczyny i zaprawy sporządzone z mieszaniny cementu z dodatkiem ekspansywnym poddano badaniom zmian objętości za pomocą aparatu Graf-Kaufmana (ekspansja swobodna) oraz własnej konstrukcji wielostanowiskowego przyrządu do pomiaru ekspansji ograniczonej z automatyczną rejestracją wyników. Wyniki skonfrontowano z wymaganiami standardowymi. Przeprowadzono też badania wytrzymałości zapraw z cementu ekspansywnego i analizę składu fazowego hydratyzujących materiałów za pomocą dyfraktometrii rentgenowskiej. Dokonano oceny kinetyki hydratacji. Na podstawie otrzymanych wyników opracowano wskazania dotyczące receptury spoiw o cechach materiałów bezskurczowych i ekspansywnych.

EN

The expansive binders were produced by mixing Portland cement with an expansive additive manufactured by sintering from calcium aluminate-sulfate (yeelimite), calcium sulfate (anhydrite) and lime. The studies were focused on the synthesis of this aluminate-sulphate-lime additive, determining the temperature of burning process as a parameter controlling the relative activity of components, and subsequently on the mixture proportions to ensure the hydration process, resulting in non-shrinkage or expansion effects. In the experiments, the proportions of expansive mixture and cementitious materials were varied. The investigations with aim to find the relationship between the volume changes and the composition of initial mixtures in cement pastes and mortars (with sand) were also carried out. The expansion was evaluated by using both the standard Graf-Kaufman apparatus and the equipment allowing continuous measurements on the samples placed in special moulds (restricted expansion). The compressive strength development was determined on standard mortars. The kinetics of hydration and phase composition of the products were characterized. In the environment of hydrating cement, the expansive additive transforms into ettringite at "right time" to give the expansion, when the plastic material transforms to a more rigid matter but before the ultimate hardening takes place.

13

Badania wiązania i twardnienia cementu portlandzkiego w obecności wybranych domieszek do betonu

Nocuń-Wczelik W., Kuchar S., Stec K.

Drogi : budownictwo infrastrukturalne

|

2012

|

Nr 12 (12)

32--37

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań procesu uwadniania cementów typu CEM II z wykorzystaniem domieszek o różnorodnym działaniu (superplastyfikatorów, domieszek napowietrzających, uszczelniających oraz modyfikujących lepkość) stosowanych oddzielnie lub łącznie. W badaniach tych podstawowe znaczenie miały eksperymenty kalorymetryczne.

EN

The data relating to the effect of chemical admixtures (superplasticizers, air entraining agents, anti-foaming and viscosity modifying ones), used separately or mixed, on cement CEM II hydration are presented. The investigations were based on the calorimetric measurements. The chemical shrinkage and rheological properties of pastes were characterized too and, finally, the compressive strength of cement pastes, cast in the form of small cylinders, was determined. The hampering of cement hydration process in the presence of water reducers is generally observed at early age; the other admixtures do not alter practically the heat evolution. The admixtures, not only the plasticizing ones, have an impact on the rheological properties and structure of cement paste. At later age there are more intensive changes, affecting the strength of material.

14

Wpływ wybranych domieszek na właściwości cementu portlandzkiego i portlandzkiego wieloskładnikowego

Nocuń-Wczelik W., Maziarz A.

Cement Wapno Beton

|

2012

|

R. 17/79, nr 4

225-232

PL

Przeprowadzono badania porównawcze 2 cementów klasy 52,5 pochodzenia przemysłowego: cementu CEM I 52,5 R (materiał kontrolny) oraz CEM II/A-M (S-LL) 52,5 N wyprodukowanego w oparciu o ten sam klinkier. Zastosowano też niektóre domieszki do betonu. Określono wpływ domieszek chemicznych na właściwości użytkowe cementów. Przeanalizowano wpływ domieszek na kinetykę hydratacji cementu w oparciu o metody pozwalające śledzić proces uwodnienia w sposób ciągły (kalorymetria, zmiany przewodnictwa hydratyzujących zawiesin, skurcz chemiczny, badania właściwości reologicznych zaczynów). Wyniki pozwoliły na przeprowadzenie oceny porównawczej działania badanych domieszek oraz próby wyjaśnienia mechanizmów działających w procesie uwadniania CEM I 52,5 R i CEM II/A-M (S-LL) 52,5 N. Cement wieloskładnikowy nie ustępuje pod względem dynamiki twardnienia cementowi portlandzkiemu. Obydwa cementy bardzo podobnie reagują też na wprowadzenie tego samego rodzaju domieszek chemicznych do zaczynu. Podobieństwo właściwości wyjaśnić można obecnością drobnej frakcji mączki wapiennej oraz relatywnie aktywnego zamiennika klinkieru jakim jest żużel. W badaniach kinetyki uwadniania stwierdza się jedynie pewne różnice związane ze zmniejszeniem udziału faz klinkierowych.

EN

Comparative studies of two class 52,5 commercial portland cements were carried out: CEM I 52,5 R (reference) and CEM II/A-M (S-LL) 52,5 N, produced from the same cement clinker. The chemical admixtures were applied too. The effect of admixtures on the standard properties was determined. The kinetics of hydration in the presence of admixtures was investigated using several methods, giving the possibility to follow the process in a continuous way (calorimetry, conductometric, chemical shrinkage and rheological measurements). The results give the possibility to evaluate the role of admixtures and to explain the mechanisms of hydration and cement admixture - inleraction both in case of CEM I 52,5 R and CEM II/A-M (S-LL) 52,5 N. The strength development found for blended cement CEM II/A-M (S-LL) 52,5 N is very similar to that for the CEM I 52,5 R. The effect of any admixture is very similar as well. The similarity of properties can be explained by the presence of very fine fractions in CEM II and activity of slag used as supplementary cementing material. Only in some experiments the differences, which can be attributed to the reduced clinker minerals content can be found.

15

Oddziaływanie mikroorganizmów na zaczyn cementowy - korozja - mechanizmy samonaprawcze (od korozji biologicznej do biocementu)

Nocuń-Wczelik W.

Ochrona przed Korozją

|

2011

|

nr 6

316-318

PL

Wszystkie typy mikroorganizmów - bakterie, glony, grzyby i porosty występujące na powierzchni i w porach (we wnętrzu) materiałów budowlanych mogą być przyczyną degradacji. Postępujące zniszczenie otoczenia zasiedlającego jest skutkiem wydzielania enzymów i produktów metabolizmu; kolejnym etapem staje się oddziaływanie fizykochemiczne. W przypadku zaczynu cementowego są to reakcje rozpuszczania, hydrolizy, krystalizacja produktów korozji; niekiedy w procesach tych bierze udział faza gazowa. Już sama obecność mikroorganizmów zagnieżdżonych na powierzchni materiału (tzw. biofilm) może być źródłem postępującego zniszczenia. Szczególnie niebezpieczna jest biogeniczna korozja siarczanowa instalacji w oczyszczalniach ścieków. W pracy przedstawione zostaną najczęściej występujące przypadki korozji zaczynu cementowego wskutek oddziaływania organizmów żywych na zaczyn cementowy oraz próby "samouzdrawiania" zaczynu z udziałem organizmów żywych metodą bioosadzania i biocementacji.

EN

All types of micro-organisms, algae, fungi and lichens occurring on the surface and in the pores (interior) of construction materials can be the source of destruction. The progress of deterioration in this area is the consequence of excreted enzymes and the products of metabolism; in the next step the physical and chemical impact is observed. In case of cement paste the dissolution, hydrolysis, crystallization of corrosion products takes place, sometimes with the participation of gaseous phase. Even only the presence of biofilm settled on the surface on material is harmful. The biogenic sulfuric acid corrosion, as in sewer systems, is particularly oppressive. The most evident types of biocorrosion are described as well as the application of bacteria as a self-healing agent, inducing the calcium carbonate precipitation (biodeposition, biocementation methods).

16

Wpływ reduktorów Cr(VI) na wymywalność chromu i barwę tworzyw cementowych

Nocuń-Wczelik W., Golonka P., Łój G.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 4

809-813

PL

Spośród wielu pierwiastków śladowych, które można wykryć w cemencie portlandzkim, i które w większym lub mniejszym stopniu są immobilizowane w zaczynie cementowym, szczególne miejsce zajmuje chrom sześciowartościowy – Cr(VI). Z uwagi na wyjątkową toksyczność chromu(VI), nie poddającego się skutecznej stabilizacji w matrycy zaczynowej, jego wymywalność ograniczono przepisami unijnymi do 2 ppm. Spowodowało to konieczność wprowadzenia do cementów dodatków reduktorów Cr(VI), które nie pozostają bez wpływu na niektóre właściwości. W pracy przedstawiono wyniki badań porównawczych działania reduktorów chromu(VI) w cemencie takich jak siarczan żelaza(II), siarczan cyny(II) oraz tlenek antymonu(III). Najpopularniejszy, najtańszy środek redukujący Cr(VI), jakim jest FeSO4, wykazuje mniejszą skuteczność w porównaniu z dwoma pozostałymi domieszkami. Siarczan cyny i tlenek antymonu charakteryzują się zbliżoną, bardzo dobrą skutecznością redukowania Cr(VI). Obecność związków zawierających utlenione jony żelaza Fe(III) z FeSO4 może być przyczyną brunatnych przebarwień na powierzchni prefabrykatów betonowych, podczas gdy tworzywa zawierające SnSO4 czy Sb2O3 nie wykazują istotnej zmiany barwy, a tylko zmiany intensywności barwy szarej. W badaniach do oznaczenia chromu wykorzystano metodę kolorymetryczną, a barwę zaczynów cementowych oceniano przy pomocy różnych spektrofotometrów. Z uwagi na znacznie wyższy koszt SnSO4 czy Sb2O3 można rozważać stosowanie tych reduktorów w przypadku wyrobów betonowych barwionych czy betonu architektonicznego.

EN

The hexavalent chromium is of special importance among many trace elements present in Portland cements, and immobilized in cement pastes more or less effectively. Because of extreme toxicity of Cr(VI) which cannot be fully stabilized in cement matrix, its leachability was limited by the UE directives to the level of 2 ppm. Therefore, the use of chromium reducers as cement admixtures appeared; these admixtures are not without influence on some properties of material. The effect of Cr(VI) reducers, such as iron(II) sulphate, tin(II) sulphate and antimony(III) oxide was studied. The iron sulphate is the most popular, available and economical Cr(VI) reducer, but it reveals lower effectiveness as compared to the latter ones. Moreover, in the presence of oxidized FeSO4 residue the brown stains can appear on the surface of concrete elements, while in the SnSO4 or Sb2O3 containing material there is no colouring effects. However, the intensity of grey colour can be changed in such a way that the samples are brightened. The concentration of Cr(VI) in the leachates was analyzed by colorimetric method. The colour of cement pastes was determined by the use of different spectrophotometers. Because of the significant costs of SnSO4 or Sb2O3 their use in case of coloured concrete or architectural concrete should be considered.

17

Effect of retardants on the heat release during setting of bone cement-type composites

Pijocha D., Łój G., Nocuń-Wczelik W., Ślósarczyk A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 49, nr 2

204--209

EN

Purpose: The aim of this work was to investigate the influence of retardants on the heat release during setting of the new hydroxyapatite (HA) - magnesium phosphate cement (MPC) - calcium sulphate hemihydrate (CSH) composites. Design/methodology/approach: We used the calorimetric method to measure the temperature effect of setting reaction in these new composites. Microstructure observations by means of scanning electron microscopy was also performed. Findings: The decrease in maximum temperature reached during hardening process with use of different retardants was confirmed. Research limitations/implications: Biological evaluation and in vitro physico-chemical tests of the novel composites need to be done. Practical implications: The highly exothermic setting reaction of cement composites based on MPC can be lowered to avoid harmful necrosis of the tissues surrounding the implant material. Originality/value: Detailed studies on the heat release during setting of HA - MPC - CSH composites were performed for a first time, giving an opportunity to choose the best composition for further studies.

18

Spoiwa o kontrolowanych zmianach objętości do prac naprawczych i uszczelniających

Nocuń-Wczelik W., Konik Z., Stok A., Małolepszy J.

Przegląd Budowlany

|

2009

|

R. 80, nr 12

32-36

PL

Sporządzono spoiwa bezskurczowe i ekspansywne złożone z cementów portlandzkich o różnym składzie oraz z tak zwanego czynnika ekspansywnego stanowiącego mieszankę cementu glinowego oraz specjalnego spieku siarczanowo-wapniowego. Określono zmiany objętości stwardniałych zaczynów, jak również dynamikę narastania wytrzymałości i czas wiązania. Ustalono doświadczalnie proporcje składników mieszanek ekspansywnych oraz receptury spoiw. Dokonano prób wyjaśnienia zmian objętości w funkcji zawartości poszczególnych składników - przeprowadzono badania składu fazowego hydratyzujących materiałów oraz obserwacje mikroskopowe.

EN

The shrinkage-less and expansive binders were produced by mixing of different portland cements with an expansive agent composed of calcium aluminate cement and special sulfate-lime sinter. The volume changes, strength development and setting of binders were characterized. In the experiments the proportions of expansive mixtures and cementitious materials were stated. The investigations with aim to find the relationship between the volume changes and composition of initial mixtures were also carried out - the phase composition studies and microscopic observations were done.

19

The section contains articles of back issues of Materials Science-Poland. Interaction of Pb with hydrating alite paste XPS studies of surface products

Nocuń-Wczelik W., Nocuń M., Łój G.

Materials Science Poland

|

2009

|

Vol. 27, No. 4/1

933--945

EN

A study into the effect of Pb-bearing compounds on hydration of cement has been carried out, using simplified cement models, including models for alite and gypsum. The kinetics of hydration of these compounds was evaluated by the calorimetry method. The microstructure has been characterized, and X-ray photoelectron spectroscopy was used to analyze thin layers of products formed on the surface of hydrating grains. Depending on the composition of the initial mixture and Pb-bearing compounds various effects were observed. When pure PbO was used as the additive, the reaction of alite with water was significantly accelerated but when the additive consisted of a mixture of PbO and gypsum, the alite/water reaction was retarded, as in the case of cement. As was found by the XPS studies, a part of Pb2+ ions enters the reaction with sulfate ions and the barrier of PbSO4 which is poorly soluble is thus formed. Furthermore, lead introduced to the hydrated alite suspension is strongly bound by C-S-H, as can be derived from high binding energies of core electrons on Pb 4f orbitals. PbSO4.

20

Oddziaływania wybranych domieszek do betonu na hydratację cementu portlandzkiego

Nocuń-Wczelik W., Wasąg T., Styczyńska M., Mikłaszewski G.

Cement Wapno Beton

|

2009

|

R. 14/76, nr 5

223-231

PL

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów ciepła twardnienia cementów portlandzkich CEM l z dodatkiem kilku rodzajów domieszek do betonu. Pomiary prowadzono przy zmiennej zawartości domieszki w stosunku do masy cementu i dwóch wskaźnikach wodno-cementowych. Pomiary mikrokalorymetryczne wykazały zmiany szybkości wydzielania ciepła, polegające na znacznym wydłużeniu okresu indukcji i przesunięciu w czasie głównego efektu cieplnego. Pomimo początkowego opóźnienia hydratacji ogólna ilość wydzielonego ciepła w okresie 41 godzin była praktycznie taka sama. Zdjęto także krzywe przewodnictwa zaczynów zawierających badane domieszki przy zastosowaniu konduktometrii. Stwierdzono, że domieszki zmniejszają znacznie przewodnictwo zawiesin cementowych, przy czym stosunkowo szybko ustala się pewien stan stacjonarny, w którym przewodnictwo bardzo nieznacznie wzrasta lub maleje. Stwierdzono brak dostrzegalnego wpływu domieszek na mikrostrukturę zaczynu.

EN

Heat evolution process on the Portland cement (CEM i) hydration in the presence of several chemical admixtures for concrete was investigated. The experiments were carried out with different superplasticizer, addition and at different w/c ratio. The microcalorymetric measurement showed the changes of the rate of hydration heat emission which significantly increased induction period and shifted the main peak to longer time. However, besides the retarding of early hydration the general heat of hydration after 41 hours was practical the same. The conductometric measurement showed the decrease of conductivity in case of admixtures addition and a quick establishing of stationary period after which the conductivity insignificantly increase or decrease. The influence of admixture onto the paste microstructure has not found.