MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH MALTAH

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO

Tadej Fister

MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH MALTAH

Diplomsko delo

Maribor, maj 2009

I

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO

SI - 2000 MARIBOR, Smetanova 17 Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa


Študent: Tadej FISTER

Študijski program: visokošolski strokovni, Gradbeništvo

Smer: prometno-hidrotehnična

Mentor: viš. predav. mag. Andrej IVANIČ, univ. dipl. inž. grad.

Maribor, maj 2009

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se vsem, ki so mi s svojim znanjem,

svetovanjem in izkušnjami pomagali pri izdelavi

diplomske naloge, še posebej mentorju viš. predav.

mag. Andreju IVANIČU.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij.

IV


Ključne besede: cement, hidratacija, aerant, krčenje, ekspanzija

UDK: 666.9.015.42(043.2)

Povzetek

V okviru diplomske naloge je bil razvit in izdelan merilec za merjenje volumenskih

deformacij v cementni malti. Merilec je omogočal začetek merjenja takoj po vgraditvi v

togi brezšivni jekleni kalup valjaste oblike, torej je bilo omogočeno spremljanje razvoja

deformacij, ki se razvijejo v prvih urah po zamešanju cementne malte. Meritve so bile

opravljene na čisti cementni malti in na malti, kateri je bila dodana kontrolirana količina

aeranta. Aerant je bil uporabljen kot sredstvo za nastanek ciljne mikrostrukture cementne

malte. Potrjena je bila hipoteza, da stabilizirani zračni mehurčki nudijo neomejen prostor

za neovirano in intenzivno rast kristalov CH in etringita na obodu mehurčka in povzročijo

volumensko ekspanzijo cementne matrice v začetni fazi hidratacije, ki je bistveno večja, kot

pa je ekspanzija malte brez aeranta. V kasnejši fazi hidratacije pa zračni mehurčki vplivajo

na intenzivnejše krčenje.

Tendenca izmerjenih rezultatov notranjih deformacij, tako ekspanzije kot tudi krčenja, se

giblje v skladu z navedbami literature.

V

MEASUREMENT OF INTERNAL DEFORMATIONS ON CEMENTITIOUS

MORTARS

Keywords: cement, hydration, air entraining agent, shrinkage, expansion

UDK: 666.9.015.42(043.2)

Abstract

In the presented diploma thesis the device for measurement of volumetric deformations on

cementitious mortars was developed and manufactured. The device enabled starting the

measurements immediately after casting of fresh mortars into rigid cylindrical steel molds,

which gives a possibility of recording the early-age deformations. Two experimental

mortar mixes were used: plain cement mortar and the mortar with addition of air

entraining agent (AEA). The addition of AEA caused the formation of the microstructure

with finely dispersed air bubbles forming an unlimited space for growth of CH crystals and

ettringite. The formation of ettringite and CH crystals is considered as a principal cause of

early-age expansion much higher on mortars with AEA. Subsequent shrinkage was found

to be also more intense on mortars with AEA.

The results of measurements performed in this study are in accordance with findings of

literature.

VI

KAZALO VSEBINE

1 UVOD………………………………………………………………... 1 1.1 OPREDELITEV PROBLEMA…………………………………………….. 1

1.2 HIPOTEZA………………………………………………………………….. 2

1.3 PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE………………………………………... 2

1.4 PREDVIDENE METODE RAZISKOVANJA……………………………. 3

1.5 STRUKTURA DELA……………………………………………………….. 3

2 TEORETIČNI DEL………………………………………………… 4 2.1 NOTRANJE DEFORMACIJE V CEMENTNIH MATERIALIH………. 4

2.1.1 Terminologija avtogenih pojavov ……………………………………....5

2.2 HIDRATACIJA IN FORMIRANJE MIKROSTRUKTURE……………. 5

2.2.1 Faze hidratacije………………………………………………………… 5

2.2.2 Stopnja hidratacije ……………………………………………………...7

2.2.3 Stanja vode……………………………………………………………... 7

2.2.4 Mikrostruktura in poroznost………………………………………….. 8

2.2.5 Kemijsko krčenje………………………………………………………. 8

2.3 AVTOGENO KRČENJE…………………………………………………… 8

2.3.1 Notranje sušenje………………………………………………………... 9

2.3.2 Površinska napetost……………………………………………………. 9

2.3.3 Pritisk adsorbirane vode med trdnimi delci………………………….. 9

2.4 MAKROSKOPSKA EKSPANZIJA……………………………………….. 10

2.4.1 Splošno………………………………………………………………….. 10

2.4.2 Mehanizmi, ki povzročajo ekspanzijo………………………………… 10

2.4.3 Superpozicija ekspanzije in avtogenega krčenja…………………….. 12

2.4.4 »Krvavenje«……………………………………………………………..12

2.5 VPLIV AERANTA NA CEMENTNI KOMPOZIT………………………. 13

2.5.1 Splošno………………………………………………………………….. 13

2.5.2 Kemijski tipi aerantov…………………………………………………. 14

2.5.3 Vpliv aeranta na hidratacijo cementa………………………………… 14

2.5.4 Vpliv aeranta na sveži cementni kompozit…………………………… 14

2.5.5 Vpliv agregata na učinke aeriranja…………………………………… 17

VII

2.6 MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH

MATERIALIH………………………………………………………………………….. 17

2.6.1 Splošno………………………………………………………………….. 17

2.6.2 Cementna pasta………………………………………………………… 17

2.6.3 Beton……………………………………………………………………. 20

3 EKSPERIMENTALNI DEL……………………………………….. 23 3.1 UPORABLJENI MATERIALI…………………………………………….. 23

3.1.1 Cement………………………………………………………………….. 23

3.1.2 Voda…………………………………………………………………….. 23

3.1.3 Agregat………………………………………………………………….. 24

3.1.4 Dodatki betonu…………………………………………………………. 26

3.1.5 Priprava eksperimentalnih mešanic………………………………….. 26

3.2 MERITVE…………………………………………………………………… 27

3.2.1 Izdelava merilnega senzorja…………………………………………… 27

3.2.2 Postavitev meritve……………………………………………………… 29

3.3 REZULTATI………………………………………………………………… 31

3.3.1 Rezultati merjenja poroznosti sveže cementne malte………………... 31

3.3.2 Rezultati merjenja notranjih deformacij…………………………….. 32

3.3.3 Rezultati elektronskega mikroskopiranja……………………………. 33

4 ZAKLJUČKI………………………………………………………... 36

5 LITERATURA……………………………………………………… 38 PRILOGA: Tehnične karakteristike uporabljenega aeranta

VIII

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Časovni razvoj hidratacije…………………………………………………….....6

Slika 2.2: Aparat za merjenje volumenskih avtogenih deformacij cementne paste [Setter &

Roy 1978]……………………………………………………………………………….....18

Slika 2.3: Aparat za merjenje linearnih avtogenih deformacij cementne paste [Buil

1979]………………………………………………………………………………………18

Slika 2.4: Merilni sistem po Bjøntegaardu [1999]……………………………………......20

Slika 2.5: Merilni sistem s pomičnima krajnima ploščama na gredicah z dimenzijami 40 x

40 x 160 mm3 [Morioka et al. 1999]....................................................................................21

Slika 2.6: Merilni sistem s horizontalnim polnjenjem na gredicah z dimenzijami 150 x 150

x 1000 mm3 [Lokhorst 1998]................................................................................................21

Slika 2.7: Merilni sistem z vertikalnim polnjenjem na ploščah z dimenzijami 270 x 270 x

100 mm3 [Holt & Leivo 1999]……………………………………………………………..21

Slika 2.8: Merilni sistem za merjenje deformacij v vertikalni smeri s fleksibilnimi cevmi

[Hansen & Jensen 1997]…………………………………………………………………..22

Slika 3.1: Krivulja zrnavosti za pesek B 35 S…………………………...………………...25

Slika 3.2: Laboratorijski mešalec…………………………………………………………27

Slika 3.3: Prikaz merilnega senzorja v naravni velikosti………………………………….28

Slika 3.4: Prerez zaščitnega pokrova merilnega senzorja………………………………...28

Slika 3.5: Prerez ohišja merilnega senzorja………………………………………………29

Slika 3.6: Prerez za meritve pripravljenega merilnega senzorja………………………….29

Slika 3.7: Prikaz kalupov z vgrajenimi merilnimi senzorji………………………………..30

Slika 3.8: Postavitev meritve v klimatski komori………………………………………….30

Slika 3.9: Porozimeter za merjenje poroznosti malt………………………………………31

Slika 3.10: Prikaz časovnega razvoja notranjih deformacij………………………………32

Slika 3.11: Mikrostruktura 1-dnevnega vzorca pri 3085 kratni povečavi………………...33



Slika 3.14: Mikrostruktura 2-dnevnega vzorca pri 8102 kratni povečavi……………...…34


Slika 3.16: Mikrostruktura 7-dnevnega vzorca pri 3070 kratni povečavi……………...…34

IX

Slika 3.17: Mikrostruktura 14-dnevnega vzorca pri 3503 kratni povečavi………….……35

Slika 3.18: Mikrostruktura 28-dnevnega vzorca pri 3503 kratni povečavi………….……35

SEZNAM PREGLEDNIC

Preglednica 3.1: Lastnosti peska B 35 ………………………………………………..….25

Preglednica 3.2: Presevek in ostanek na sitih za pesek B 35 S……………...…………...25

Merjenje notranjih deformacij v cementnih maltah 1

1 UVOD

1.1 OPREDELITEV PROBLEMA

Razpoke v betonu se v procesu strjevanja v glavnem pojavijo zato, ker so deformacije

ovirane. Ovire so lahko zunanje (opaži ali sosednje konstrukcije) ali notranje (zrna

agregata, armatura). Zunanje oviranje deformacij povzroča makro razpoke, medtem ko so

posledica notranjega oviranja razpoke. Spremembe volumna v zgodnji fazi strjevanja so

povzročene zaradi termične dilatacije kot posledice razvoja hidratacijske toplote, avtogenih

ali notranjih deformacij in krčenja zaradi izgube vlage v okolici. Krčenje zaradi izgube

vlage lahko omejimo s primerno nego betona, medtem ko se je termični dilataciji in

avtogenim deformacijam težko izogniti, pojavijo pa se simultano v prvih dneh strjevanja.

Avtogene ali notranje deformacije so fenomen, ki je poznan z začetka dvajsetega stoletja,

njihov praktični pomen pa je bil spoznan v zadnjih letih. Kljub rastočemu zanimanju za

avtogene deformacije v znanstveni skupnosti še ni bilo doseženo soglasje o standardni

metodi preizkušanja in enotni terminologiji. Notranje deformacije delimo na ekspanzijo in

krčenje.

Avtogene deformacije v cementni pasti in betonu se glede na podatke v različni literaturi

zelo razlikujejo tako po velikosti kot tudi po predznaku. Različni avtorji v glavnem

podajajo rezultate merjenja avtogenih deformacij v cementni pasti, na podlagi le-teh pa

predvidevajo razvoj deformacij v betonu, katerega sestavni del je ta cementna pasta.

Vendar pa ima tak pristop več slabosti, največja med njimi pa je gotovo v metodah

merjenja.

Merjenje avtogenih deformacij bazira na dveh osnovnih principih, to sta merjenje

volumenskih deformacij in merjenje linearnih deformacij. Obe metodi imata svoje


prednosti in slabosti. Ena od prednosti volumetrične metode je v možnosti štartanja

meritve sveže paste takoj po končanem mešanju. V plastičnem stanju so namreč lahko

izmerjene le volumenske deformacije, nedvomno ne moremo izmeriti spremembe dolžine.

V nasprotnem primeru pa je slaba stran volumetričnih meritev pomanjkanje stalnega

kontakta med merilno napravo in cementno pasto. Ta kontakt je lahko oviran zaradi

vodnega filma ali pa zaradi ujetega zraka na površini cementne paste. Ena od prednosti

linearne metode je čvrsto in nespremenljivo sidranje merilnih točk na vzorec strjene

cementne paste, kar močno zmanjša zgoraj omenjene probleme. Vendar pa je

pomanjkljivost v tem, da se meritev lahko začne izvajati le na že strjeni cementni pasti.

Naslednja pomanjkljivost linearne metode je tveganje oviranja kristalizacije cementne

paste med procesom hidratacije. V prvih urah hidratacije je namreč cementna pasta

prešibka, da bi premagala trenje na površini togega kalupa.

1.2 HIPOTEZA

V okviru diplomske naloge bomo razvili in izdelali merilec za merjenje volumenskih

deformacij v cementni malti. Merilec bo omogočal začetek merjenja takoj po vgraditvi v

tog brezšivni jekleni kalup valjaste oblike. S tem bomo lahko spremljali tudi razvoj

deformacij, ki se razvijejo v prvih urah po zamešanju cementne malte. Meritve bomo

opravili na čisti cementni malti in na malti, kateri bomo dodali kontrolirano količino

aeranta. Aerant bomo uporabili kot sredstvo za nastanek ciljne mikrostrukture cementne

malte. Predvidevamo, da stabilizirani zračni mehurčki nudijo neomejen prostor za

neovirano in intenzivno rast kristalov CH in etringita na obodu mehurčka in povzročijo

volumensko ekspanzijo cementne matice v začetni fazi hidratacije, ki je bistveno večja, kot

pa je ekspanzija malte brez aeranta. V kasnejši fazi hidratacije pa zračni mehurčki vplivajo

na intenzivnejše krčenje.

1.3 PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE

V gradbeni praksi lahko uporabljamo cementne paste z različnimi mineralnimi in

kemijskimi dodatki. Da bi eksperimentalne preiskave potekale v čim bolj kontroliranem

okolju, bomo za izdelavo vzorcev cementnega kompozita uporabili čisto cementno malto,


za primerjavo pa bo služila cementna malta s kontroliranim dodatkom aerantov. Ohišje

merilca bo izdelano iz jekla s kontrolirano kvaliteto, merilna membrana, ki bo služila kot

nosilec uporovnega lističa, pa bo izdelana iz kalibrirane pločevine, ki ima enako debelino

po celotni površini.

1.4 PREDVIDENE METODE RAZISKOVANJA

Cementne preizkušance bomo izdelali in negovali v eksperimentalni komori, ki omogoča

kontrolirane klimatske pogoje. Meritev bo potekala pri 20 ° C in pri relativni zračni

vlažnosti 98 %.

Razvoj in merjenje notranjih deformacij v času strjevanja bomo spremljali s pomočjo

analogno – digitalnega pretvornika in ustreznega računalniškega programskega paketa.

Razvoj mikrostrukture pa bomo spremljali z rastrsko elektronsko mikroskopijo SEM.

1.5 STRUKTURA DELA

Diplomsko delo obsega naslednja poglavja: Uvod, Teoretični del, Esperimentalni del,

Zaključki, Literatura. V prvem poglavju (Uvod) smo opredelili in opisali problem, ki je

predmet raziskave, nato smo postavili hipotezo, predstavili metode raziskovanja ter opisali

strukturo diplomske naloge. V drugem poglavju (Teoretični del) je predstavljena

problematika razvoja notranjih deformacij v cementnih materialih med procesom

strjevanja, ter metode za merjenje teh deformacij. Ker smo cementu dodajali aerant, so v

tem poglavju opisane lastnosti in delovanje aerantov. Opis eksperimentov in rezultati le-teh

so podani v tretjem poglavju (Eksperimentalni del), kjer so predstavljene lastnosti

uporabljenih materialov, meritve deformacij in eksperimentalne naprave. Glavni izsledki

diplomske naloge so povzeti v četrtem poglavju (Zaključki), kjer smo nakazali tudi

možnosti nadaljnih preiskav.


2 TEORETIČNI DEL

2.1 NOTRANJE DEFORMACIJE V CEMENTNIH MATERIALIH

Hidratacija cementa je povezana z notranjimi deformacijami, ki so posledica sprememb

volumna med strjevanjem. V grobem lahko te deformacije razdelimo v dve skupini:

- avtogene deformacije, ki so posledica samega kemičnega procesa hidratacije

(krčenje in ekspanzija),

- deformacije, ki so povzročene ali inducirane z vplivi okolja ali s kemičnimi in

mineralnimi dodatki.

Deformacije, ki nastanejo v cementni pasti, malti ali betonu med procesom strjevanja

zaradi kemijske reakcije hidratacije, se imenujejo samonastale ali avtogene deformacije. Te

deformacije v glavnem razdelimo na krčenje in ekspanzijo. V betonu avtogeno krčenje

povzroča natezne napetosti v cementni pasti zaradi ovir, ki jih predstavljajo zrna agregata

[Dela 2000], posledično pa nastajajo mikro in makro razpoke, kar lahko poslabša kvaliteto

betona [Paillere et al. 1989].

Avtogeno krčenje je fenomen, ki je poznan z začetka dvajsetega stoletja [Neville & Jones

1928, Lynam 1934], njegov praktični pomen pa je bil spoznan v zadnjih letih [Paillere et

al. 1989, Tazawa & Miyazawa 1995]. Kljub rastočemu zanimanju za avtogene deformacije

v znanstveni skupnosti še ni bilo doseženo soglasje o standardni metodi preizkušanja in

enotni terminologiji. V tem delu privzemamo terminologijo, ki sta jo predlagala Jensen in

Hansen [2001 b].


2.1.1 Terminologija avtogenih pojavov

1) Kemijsko krčenje: Absolutno zmanjšanje volumna, ki je povezano s hidratacijskimi

reakcijami v cementnem materialu.

2) Avtogena deformacija: Volumenska deformacija v zaprtem izotermnem

cementnem materialu, ki ni izpostavljen delovanju zunanjih sil. Delimo jih na

avtogeno krčenje in avtogeno ekspanzijo.

3) Avtogena sprememba relativne vlažnosti: Sprememba notranje relativne vlažnosti v

zaprtem izotermnem cementnem materialu, ki ni izpostavljen delovanju zunanjih

sil.

4) Krčenje zaradi notranjega sušenja: Avtogena deformacija cementnega materiala po

strditvi, povzročena zaradi kemijskega krčenja.

5) Notranje sušenje: Avtogena sprememba relativne vlažnosti cementnega materiala

po strditvi, povzročena zaradi kemijskega krčenja.

Zgornje definicije temeljijo na predpostavki, da cementni material predstavlja homogeni in

izotropni sistem. Prepostavka je lahko problematična, kadar prihaja do segregacije agregata

in do t.i. zunanjega krvavenja betona.

Če temperatura ni konstantna in v sistemu prihaja do izmenjave vode ali plina z okolico,

nastalih deformacij ne moremo imenovati kot avtogene deformacije.

2.2 HIDRATACIJA IN FORMIRANJE MIKROSTRUKTURE

2.2.1 Faze hidratacije

Hidratacijo Portland cementa lahko razdelimo na tri faze [Jennings et al. 1981]: začetna

(zgodnja), srednja in končna faza (slika 2.1).


Slika 2.1: Časovni razvoj hidratacije.

Začetna faza: Ob kontaktu z vodo cementna zrnca pričnejo reagirati. Ta začetna reakcija

traja le nekaj minut in se imenuje tudi predindukcijska faza [8]. Zaradi kemične reakcije

kalcijevega aluminata (C3A) z gipsom (CaSO4•2H2O) in vodo se formira etringit, hkrati pa

se sprosti določena količina toplote. Tej začetni reakciji sledi nekaj ur trajajoča t.i.

mirujoča faza počasne hidratacije. Vzrok za mirujočo fazo je zaščitna plast, ki se formira

okrog cementnih zrnc in preprečuje nadaljnjo hidratacijo.

Srednja faza: Zaščitna plast okrog cementnih zrnc prične razpadati in cement nadaljuje s

hidratacijo. Glavni komponenti Portland cementa, trikalcijev silikat (C3S) in dikalcijev

silikat (C2S) pri reakciji z vodo formirata amorfni kalcijev silikat hidrat (CSH) in kristalni

kalcijev hidroksid (CaOH2 ali CH). V tej fazi reagirajo tudi aluminati in tvorijo etringit,

kateri se v poznejših fazah strjevanja pretvori v monosulfat. Ti zgodnji hidratacijski

produkti so v glavnem v obliki dolgih vlaken, ki rastejo v porah in premoščajo praznine

med delci cementa.


Končna faza: V tej fazi hidratacijski produkti formirajo gosto plast okrog izhodiščnih

delcev, katera ovira difuzijo ionov in s tem upočasnjuje kemično reakcijo. Zaradi tega je

hidratacijski proces kontroliran z velikostjo difuzije ionov skozi gosto plast hidratov.

Med procesom hidratacije materialni sistem voda/cement prehaja iz koloidne vodne

suspenzije v porozno, delno nasičeno trdno telo. Ta tranzicija se imenuje strjevanje.

2.2.2 Stopnja hidratacije

Stopnja hidratacije α je definirana kot kvocient med količino izreagiranega cementa in

celotno začetno količino cementa [van Breugel 1991]:

α = količina hidratiziranega cementa/začetna količina cementa

Pri reakciji cementa z vodo prihaja do sproščanja toplote in do fizikalnega vezanja vode.

Oba pojava lahko služita kot indikatorja stopnje hidratacije [Parrot et al. 1990, van Breugel

1991]. Powers in Brownyard [1948] predvidevata, da potrebna stehiometrična količina

vode za popolno hidratacijo zaprtega sistema ustreza vodocementnemu razmerju 0,42. Pri

nižjem vodocementnem razmerju se hidratacija ustavi zaradi pomanjkanja vode in v otrdeli

cementni pasti ostane precejšnja količina nehidratiziranega cementa. Če dovolimo prodor

vode v otrdelo cementno pasto (odprti sistem), pa je potrebno vodocementno razmerje za

doseganje popolne hidratacije znižano na 0,36.

2.2.3 Stanja vode

V hidratiziranem sistemu voda/cement se voda nahaja v treh oblikah, ki so kemijsko

vezana voda, fizikalno vezana voda in kapilarna (prosta) voda. Pri končani hidrataciji

cementa je količina kemijsko vezane vode od 22 do 23 % glede na težo nehidratiziranega

cementa [Powers & Brownyard 1948]. Količina fizikalno vezane ali adsorbirane vode pa je

odvisna od relativne vlažnosti pornega sistema. Debelina adsorbirane plasti se giblje od 1

monomolekularne plasti vode (približno 2.76 Å) pri 20 % relativni vlažnosti, pa do 6

monomolekularnih plasti pri 100 % relativni vlažnosti [Hagymassy et al. 1969, Badmann

et al. 1981].


2.2.4 Mikrostruktura in poroznost

Pri sami formaciji hidratov se cementni delci povežejo v trden skelet, sistem voda/cement

pa se razvije iz koloidne vodne suspenzije v delno nasičeno porozno trdno telo. Ta

tranzicija se imenuje strjevanje.

V strjeni cementni pasti so prisotni trije tipi por [Bažant & Wittmann 1982]:

- gelne pore s povprečnim premerom 1,8 nm,

- makro pore (kapilare) s premeri od 100 nm do 10 μm,

- mezo pore, ki se po velikosti razvrščajo med gelne in makro pore.

Večje od kapilarnih por so t.i. zračne praznine ali prazni prostori (vrzeli), ki so lahko

posledica hidratacije ali pa so umetno inducirani z delovanjem aerantov.

2.2.5 Kemijsko krčenje

Med hidratacijo Portland cementa je prisoten pojav kemijskega krčenja, katerega količina

znaša 6-7 ml/100 g izreagiranega cementa [Powers & Brownyard 1948]. Kemijskega

krčenja ne povzroča samo hidratacija glavnih klinkerskih mineralov, ampak tudi

sekundarne reakcije, kot je formiranje etringita [Jensen 1993 b, Barcelo 2002].

Glavni vzrok globalne redukcije volumna pri hidrataciji cementa je poraba vode, kajti trdni

volumen se med samo reakcijo povečuje. Volumen hidratov je lahko do 2,2 krat večji kot

pa je volumen dodanega cementa [Powers & Brownyard 1948].

2.3 AVTOGENO KRČENJE

Glavi mehanizmi, ki povzročajo avtogeno krčenje, so:

- notranje sušenje zaradi spremembe relativne vlažnosti,

- spremembe površinske napetosti na delcih trdnega gela,

- pritisk med trdnimi delci na mestih, kjer je oddaljenost med delcema manjša od

dvakratne debeline plasti adsorbirane vode.


2.3.1 Notranje sušenje

Dokler se cementna pasta nahaja v fluidnem stanju, se lahko kemijsko krčenje odraža kot

zunanja sprememba volumna. Z drugimi besedami to pomeni, da fluidna pasta ni sposobna

podpirati zaradi kemijskega krčenja nastalih notranjih praznin, posledica pa je krčenje

celotne cementne paste. Ko se v strjujoči se pasti začnejo formirati prvi trdni delci, togost

naraste in plinski mehurčki začnejo rasti v večje pore. Formirajo se vodno zračni meniski

in relativna vlažnost pade (Kelvinov zakon). Prisotnost meniskov povzroča hidrostatske

natezne napetosti v porni tekočini (Laplace-ov zakon). Rezultat padca relativne vlažnosti

so spremembe v debelini plasti adsorbirane vode na površini trdnih delcev [Hagymassy et

al. 1969], kar povzroči tudi spremembe površinske napetosti trdnih delcev in pritisk

adsorbirane vode med trdnimi delci. V tej zgodnji fazi hidratacije je togost cementne paste

tako nizka, da tudi najmanjše napetosti na sistemu povzročijo velike deformacije.

2.3.2 Površinska napetost

Volumensko krčenje in ekspanzija nastaneta tudi zaradi sprememb v površinski napetosti

na delcih trdnega gela. Adsorbcija vode znižuje površinsko napetost delcev cementnega

gela in povzroča ekspanzijo. Obratno pa odstranitev adsorbirane vode povzroča krčenje.

Spremembe v površinski napetosti trdnih delcev zaradi adsorbcije molekul vode so

relevantne le za prve tri plasti adsorbirane vode. Zunanje plasti povezujejo šibke sile in

njihov vpliv na površinsko napetost adsorbenta je skoraj nepomemben. Zatorej je relativna

pomembnost površinske napetosti večja pri nižji relativni vlažnosti [Jensen 1995].

2.3.3 Pritisk adsorbirane vode med trdnimi delci

Pritisk adsorbirane vode med trdnimi delci je aktiven na področjih ovirane adsorbcije, to je

na mestih, kjer je oddaljenost med površinami trdnih delcev manjša od dvakratne debeline

plasti proste adsorbirane vode. Ta efekt je pomemben tudi pri visoki relativni vlažnosti, ker

so na tem področju prisotne nagle spremembe v številu plasti adsorbirane vode

[Hagymassy et al. 1969].


Zgoraj omenjeni pritisk med trdnimi delci je rezultat delovanja van der Waals-ovih sil,

odboja med plastmi adsorbirane vode in strukturnih sil [Ferraris & Wittmann 1987]. Pritisk

se spreminja z relativno vlažnostjo in s koncentracijo Ca2+ ionov v porni tekočini. Ob

padcu relativne vlažnosti prihaja do zmanjšanja pritiska, kar povzroča krčenje.

2.4 MAKROSKOPSKA EKSPANZIJA

2.4.1 Splošno

Tendenco ekspanzije prostornine cementne paste, ki hidratizira v nasičenem okolju, je

preiskoval že Le Chatelier leta 1900. Kvantitativno so ekspanzijo ali tudi nabrekanje

cementne paste, ki je bila negovana v vodi, ovrednotili L'Hermite [1960], Neville [1995],

Lura [2003] in drugi. Ugotovili so, da je nabrekanje betona in malt približno 10 krat

manjše kot pa nabrekanje cementne paste.

Treba je poudariti, da omenjena ekspanzija ali nabrekanje ni posledica kapilarnih sil ali

zmanjševanja površinske napetosti, kar je lahko slučaj pri cementnih pastah, ki so najprej

posušene, nato pa potopljene v vodo. Pri cementnih pastah, ki hidratizirajo pri pogojih

prostega dostopa do vode, so pore permanentno nasičene in nobeno sušenje in ponovno

vlaženje ne vpliva na deformacije. V tem primeru je treba izvor makroskopske ekspanzije

iskati drugje.

2.4.2 Mehanizmi, ki povzročajo ekspanzijo

Le Chatelier je ugotovil, da je hidratacija cementa povezana z zmanjšanjem absolutne

prostornine in s hkratnim povečanjem navidezne prostornine, kar je privedlo do preloma

zaprte steklene cevke, napolnjene s cementno pasto. Po Powersu [1935] do ekspanzije

cementne paste, ki strjuje v nasičenem okolju, prihaja zaradi odsotnosti kapilarnega

pritiska, ki predstavlja oviro pri ekspanziji trdne faze. Čeprav je prostornina reakcijskih

produktov hidratacije za približno 7 % manjša od prostornine reagentov, reakcijski

produkti zaradi svoje oblike formirajo prostorsko mrežo. Rast dodatnih reakcijskih

produktov znotraj obstoječe prostorske mreže pa povzroča notranji pritisk, katerega


posledica je lahko zmerno nabrekanje celotnega materialnega sistema [Bažant & Wittmann

1982].

Schmidt-Döhl & Rostasy [1995] sta kot vzrok za ekspanzijo definirala pritisk rastoče trdne

faze, ki sta ga opisala s sledečo enačbo:

W

W

oh

w

PP

VVRTnP

'ln⋅

−= , (2.1)

kjer je wn [-] število molov vode, porabljene med reakcijo (glede na 1 mol trdne snovi), R

idealna plinska konstanta 8.314 J/(mol·K), T [K] absolutna temperatura, Vh in Vo [m3/mol]

molarni prostornini hidratizirane in originalne substance, PW in P'W parni pritisk vode in

hidratizirane substance pri dani temperaturi.

Enačbo (2.1) lahko uporabimo pri izračunu pritiska, ki ga ustvarja formacija etringita kot

enega glavnih vzrokov za pojav zgodnje ekspanzije [Tezuka et al. 1986], kakor tudi

pritiska, ki ga ustvarja formacija CH kristalov [Vernet & Cadoret 1992].

Kristalizacijski pritisk etringita je Jensen [1993 a] izračunal s formulo po Corrensu [1949]:

ss cc

VRTP ln⋅= , (2.2)

kjer je Vs [m3/mol] molarna prostornina trdne faze, c [mol/l] trenutna koncentracija rastoče

faze v raztopini, cs [mol/l] pa topljivost v ravnovesnem stanju.

Če privzamemo vrednost c/cs = 100, kar je zgornja meja za superzasičenje večine solnih

raztopin [Winkler 1973], na podlagi enačbe (2.2) dobimo vrednost pritiska 16 MPa pri

20°C. Treba je poudariti, da je ta vrednost pritiska dovolj visoka, da ustvari relevantno

ekspanzijo v strjujoči se cementni pasti. Glede na ugotovitve v literaturi [Schmidt-Döhl &

Rostasy 1995] je enačba (2.2) aproksimativna in izračunane vrednosti kristalizacijskega

pritiska se lahko občutno razlikujejo od izmerjenih.

Budnikov & Strelkov [1966] sta predlagala drugačni mehanizem za razlago zgodnje

ekspanzije. Med hidratacijo se cementni delec med kemijsko reakcijo preoblikuje v

številne manjše hidratizirane delce, ki imajo tendenco zasesti večjo prostornino kot je

prostornina nehidratiziranega delca. Posledično nastanejo notranji pritiski, ki povzročajo

makroskopsko nabrekanje.


Barcelo [1997] je opazil, da notranji hidratacijski produkti zasedajo fiksno prostornino, ki

je enaka prostornini cementnega zrna, ki je bilo porabljeno med kemijsko reakcijo.

Hidratacijski produkti, ki izkazujejo večjo prostornino kot originalno cementno zrno,

zatorej pritiskajo navzven iz te fiksne prostornine in povzročajo zgostitev okoliških

produktov ali pa jih potiskajo navzven, kar povzroča ekspanzijo.

2.4.3 Superpozicija ekspanzije in avtogenega krčenja

Pri cementni pasti, ki je negovana v zaprtih pogojih (npr. klimatska komora), se po strditvi

formirajo prazne pore in pojavijo se zračno vodni meniski. Sledi padec relativne vlažnosti

v skladu s Kelvinovo enačbo in pojavi se krčenje. Zaključimo lahko, da zgoraj opisani

mehanizmi, ki povzročajo ekspanzijo, delujejo simultano s silami, ki povzročajo krčenje.

Poenostavljeno je možno predvidevati linearno superpozicijo ekspanzije in krčenja, vendar

pa najverjetneje prihaja do interakcije različnih mehanizmov. Na primer, koncentracija

raztopljenih soli v porni raztopini bo vplivala na kapilarne napetosti (površinske napetosti

porne tekočine) in na pritisk adsorbirane vode med trdnimi delci [Beltzung et al. 2001], kar

povzroča krčenje, hkrati pa bo vplivala tudi na koeficient supersaturacije (enačba 2.2), kar

pa povzroča ekspanzijo.

2.4.4 »Krvavenje«

T.i. krvavenje (angl. bleeding) cementnih materialov je pojav, pri katerem se na površini

pojavi voda, ki ni bila porabljena v začetni fazi strjevanja. Reabsorbcija te vode pa je po

navedbah literature [Bjøntegaard 1999] glavni razlog za nabrekanje cementnih materialov

v začetni fazi hidratacije. Eksperimentalni rezultati v navedeni literaturi so pokazali, da so

cementne paste z normalnim pojavom zunanjega krvavenja v začetni fazi hidratacije

izkazovale ekspanzijo (kateri je sledilo krčenje), pri odstranitvi vode kot posledice

krvavenja pa je bila ekspanzija bistveno manjša (vendar ne eliminirana). Pri dovajanju

dodatne vode na površino vzorca pa je bila izmerjena ekspanzija večja in je trajala dalj

časa. Avtor še dodaja, da do ekspanzije prihaja tudi zaradi notranjega krvavenja betona.

Nobenega dvoma ni, da krvavenje in reabsorbcija te vode vplivata na deformacije

cementnega materiala v začetni fazi hidratacije, ker krvavenje spremeni status vlage v


betonu. Vzroka za ekspanzijo pa ne gre iskati le v sami absorbciji, ker je materialni sistem

nasičen tako dolgo, dokler vsa voda ni vsrkana v notranjost ali pa odstranjena. To pa

pomeni, da ekspanzija betona ni odvisna od spremembe notranje relativne vlažnosti,

ampak je vzroke treba iskati v mehanizmih, ki so opisani v poglavju 2.4.2, ali v drugih, še

neraziskanih vzrokih, ki delujejo v nasičenih pogojih. Prisotnost vode kot posledice

krvavenja ali njena odstranitev po trditvah literature [Lura 2003] vpliva na zakasnitev ali

pospešitev pojava krčenja, katero sčasoma nadomesti začetno ekspanzijo.

Zaključimo lahko, da krvavenje in reabsorbcija te vode nedvomno povzročata ekspanzijo

cementnih past in betonov v začetni fazi hidratacije. Pojav ekspanzije je predvsem

evidenten pri nasičenih vzorcih, ker v teh pogojih ne prihaja do krčenja zaradi notranjega

sušenja. Če pa odvečno vodo odstranimo, pride do spremembe materialnega sistema, ki ga

potem ne moremo več imenovati avtogeni sistem.

2.5 VPLIV AERANTA NA CEMENTNI KOMPOZIT

2.5.1 Splošno

Aerant je dodatek za beton, kateri v fazi mešanja omogoči tvorbo majhnih enakomerno

razporejenih zračnih mehurčkov velikosti od 10 do 300 μm, ki po strjevanju ostanejo v

betonu. Aeriranje betona je kompleksen proces, na katerega vpliva več faktorjev, kot so

proces mešanja, sestava betona, značilnosti finega in grobega agregata, fizikalne in

kemijske lastnosti cementa, količina in kvaliteta vode, količina, vrsta in lastnosti aeranta,

ipd. Osnovni namen uporabe aerantov v betonih je izboljšanje odpornosti na zmrzovanje in

trajanje, hkrati pa aeranti tudi vplivajo na izboljšanje obdelovalnosti in kohezivnosti

betona.V diplomskem delu smo aerant uporabili kot sredstvo za nastanek ciljne

mikrostrukture cementne malte. Predvidevamo, da stabilizirani zračni mehurčki nudijo

neomejen prostor za neovirano in intenzivno rast kristalov CH in etringita na obodu

mehurčka in povzročijo volumensko ekspanzijo cementne matice v začetni fazi hidratacije.


2.5.2 Kemijski tipi aerantov

Vsi aeranti za beton spadajo v vrsto kemijskih spojin, ki se imenujejo površinsko aktivne

substance ali t.i. tensidi. To so organske substance, ki raztopljene v vodi zmanjšujejo sile,

delujoče na mejnih površinah.

Molekule tensidov so sestavljene iz hidrofilnega in hidrofobnega dela. En del molekule je

polaren, drugi del pa izrazito nepolaren (polarna glava in nepolarni rep). Običajno je rep

ogljikovodik s približno 8-19 C-atomi. Ko se takšna površinsko aktivna snov adsorbira na

meji faz zrak-voda, v raztopini znižuje napetost površine.

Snovi za aeriranje cementnih kompozitov lahko razvrstimo v naslednje skupine:

• soli lesnih smol,

• sintetični detergenti,

• soli sulfoniranega lignina,

• soli karbonskih kislin pridobljenih iz nafte,

• soli proteinskih materialov,

• maščobne kisline in njihove soli,

• organske soli sulfoniranih ogljikovodikov.

2.5.3 Vpliv aeranta na hidratacijo cementa

Aerant nima velikega vpliva na hitrost hidratacije cementa in na razvoj toplote hidratacije.

Pri uporabi lignosulfonskega tipa aeranta lahko pride do določenih zaviranj, ki pa so

zanemarljiva. Torej aeranti ne vplivajo na kemijsko sestavo produktov hidratacije cementa

[Đureković 1996].

2.5.4 Vpliv aeranta na sveži cementni kompozit

Zračni mehurčki se v betonu oblikujejo med procesom mešanja komponent njegove

sestave. Med mešanjem potekata dva glavna procesa. Prvi proces je uvajanje ali

vmešavanje zraka z vrtincem kot posledico mešanja. Pri tem nastajajo sile, zaradi katerih

se uvedeni zrak dispergira in razbija na manjše mehurčke. Drugi proces vključuje agregat,


kateri deluje kot t.i. »tridimenzionalno sito«, v katerem se zračni mehurčki zadržujejo med

delci agregata. Ta proces ima velik vpliv na razpodelitev zračnih mehurčkov. Med

mešanjem cementnega kompozita plastične konsistence sta za uvajanje zraka enako

pomembna oba procesa, ki delujeta tudi, če aerant ni dodan. To pomeni, da je tudi v

neaeriranih betonih prisotna določena količina uvedenega zraka (angl. entrapped air).

Vendar pa uvedeni zračni mehurčki v plastičnem cementnem kompozitu brez dodatka

aeranta v glavnem izidejo na površino sveže mešanice predvsem zaradi koalescence.

Manjši zračni mehurčki se ob dotiku združujejo v večje mehurčke, kateri pa med

mešanjem izidejo na površino, kjer počijo in so torej izgubljeni. Aerant pa zračne

mehurčke stabilizira in s tem prepreči njihovo izhajanje na površino. Pri stabilizaciji

zračnih mehurčkov je prisotnih več kemijsko-fizikalnih procesov:

1) Molekule aeranta se v obliki filma adsorbirajo na površini zračnega mehurčka.

Polarne glave adsorbiranih molekul so orientirane proti vodni fazi. Če molekule

nosijo električni naboj, bo tudi zračni mehurček na svoji površini nosil isti naboj.

Zaradi tega se bodo zračni mehurčki ob dotiku odbijali in s tem ne bo prihajalo do

koalescence v večje mehurčke.

2) Separacijo in stabilizacijo mehurčkov povzroči tudi delovanje orientiranega sloja

vode (angl. hydration sheet) okrog zračnega mehurčka, kateri ima debelino nekaj

molekul. Takšen tip delovanja izkazujejo neionski aeranti, pri katerih adsorbirane

molekule ne morejo menjati potenciala mehurčka. To je eden od razlogov, da so

neionski aeranti manj učinkoviti v primerjavi z ionskimi sredstvi za aeriranje

cementnih kompozitov.

3) Rezultat adsorbcije aeranta na površini zračnega mehurčka je zmanjšanje

površinske napetosti in s tem manjša možnost destrukcije površine, hkrati pa je fino

dispergirano stanje kot posledica delovanja aeranta termodinamično stabilnejše.

4) Delovanje anionskega aeranta je povezano tudi s stopnjo precipitiranosti njegovih

komponent v vodni fazi cementnega kompozita. Z napredovanjem hidratacije

cementa koncentracija kalcijevih ionov v raztopini hitro raste in že po nekaj

minutah pride do prezasičenosti s Ca(OH)2. Če so kalcijeve soli aeranta manj topne

od Ca(OH)2, bo prihajalo do njihove precipitacije (izločanja) iz raztopine. Če so

anionske molekule adsorbirane in koncentrirane na površini zračnih mehurčkov,

potem se bo tam precipitacija zgodila v posebno velikih količinah. V literaturi


[Đureković] je postavljena hipoteza, da ima takšen sloj precipitiranih kalcijevih soli

zadostno debelino in trdnost, da pospeši stabilizacijo zračnih mehurčkov in prepreči

njihovo koalescenco.

5) Eden od načinov, s katerim zaradi delovanja aeranta pride do stabilizacije

mehurčkov v svežem cementnem kompozitu, je adsorbcija na delce cementa. Pri

stiku delcev Portland-cementa z vodo njihova površina hitro postane prekrita s

produkti hidratacije, t.j. s fino dispergiranimi kalcij-silikat-hidrati (CSH). Ta

ovojnica je zelo nepropustna, kar povzroči drastično upočasnitev reakcije (t.i.

indukcijska perioda hidratacije cementa). Ta perioda traja do trenutka začetka

vezanja, po tem pa sestava zračnega mehurčka ostane fiksna. Fino dispergirani

produkti hidratacije nosijo pozitivni površinski naboj, najverjetneje zaradi

adsorbiranih kalcijevih ionov. Predpostavimo lahko, da se aerant na takšno

površino adsorbira z elektrostatskimi vezmi med pozitivno nabito površino delca

cementa in negativnim ionom na anionskem surfaktantu. Pri tem nepolarni del

molekule surfaktanta štrli v okoliško vodo, ki obkroža cementni delec. Takšno

delovanje povzroči hidrofobnost delca, kar rezultira v spajanje delca cementa z

zračnim mehurčkom. Ker so delci cementa bistveno manjši od zračnih mehurčkov,

so le-ti zaščiteni z ovojnico cementa, kar jim pomaga pri vključevanju v maso

cementnega kompozita in pri preprečevanju koalescence.

6) Ko so zračni mehurčki formirani in stabilizirani, z nadaljnjim procesom zavzamejo

svoj končni položaj in obliko v otrdelem cementnem kompozitu. Ta nadaljnji

proces pa je prehajanje zraka iz mehurčkov in difuzijski transport med mehurčki.

Pritisk znotraj mehurčkov je višji od okoliškega pritiska in ta razlika pritiskov se

imenuje kapilarni tlak. Velikost kapilarnega tlaka je 2T/r, pri čemer je »T« napetost

površine tekočine, »r« pa je polmer zračnega mehurčka. Iz tega je razvidno, da je

pritisk znotraj majhnega mehurčka lahko zelo velik. Ker je topnost plinov v

tekočinah sorazmerna pritisku plina, zrak prehaja iz majhnih mehurčkov, v katerih

okolici se formira višja koncentracija kot v okolici večjih mehurčkov. Zaradi

razlike v koncentraciji nastaja difuzija in s tem prehajanje zraka iz manjših v večje

mehurčke. Posledično prihaja do povečanja velikosti večjih mehurčkov in tendence

izginjanja najmanjših zračnih mehurčkov [Đureković 1996].


2.5.5 Vpliv agregata na učinke aeriranja

Povečanje maksimalnega zrna agregata zmanjšuje količino zraka v betonu. S povečanjem

maksimalnega zrna agregata se namreč zmanjša delež cementne paste, v kateri je zadržana

največja količina zraka. Iz vidika učinka aeranta je najpomembnejši agregat v betonu fini

agregat, kateri deluje kot tridimenzionalno sito, ki zadržuje zračne mehurčke.

2.6 MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH MATERIALIH

2.6.1 Splošno

Avtogene deformacije v cementni pasti in betonu se glede na podatke v različni literaturi

zelo razlikujejo tako po velikosti kot tudi po predznaku [Hammer et al. 2002]. Barcelo et

al. [1999] prikazuje, kako težko je tolmačiti rezultate, ki bazirajo na različnih tehnikah

merjenja deformacij. Različni avtorji v glavnem podajajo rezultate merjenja avtogenih

deformacij v cementni pasti, na podlagi le-teh pa previdevajo razvoj deformacij v betonu,

katerega sestavni del je ta cementna pasta. Vendar pa ima tak pristop več slabosti, največja

med njimi pa je gotovo v metodah merjenja.

2.6.2 Cementna pasta

Merjenje avtogenih deformacij bazira na dveh osnovnih principih, to sta merjenje

volumenskih deformacij in merjenje linearnih deformacij.

Volumensko merjenje deformacij se najpogosteje izvaja z gumijastim balonom, katerega

napolnimo s svežo cementno pasto in ga potopimo v vodo. Sprememba volumna cementne

paste je v tem primeru izražena s spremembo prostornine izpodrinjene vode [Yamazaki et

al. 1976]. Aparat za volumensko merjenje deformacij je prikazan na sliki 2.2.


Slika 2.2: Aparat za merjenje volumenskih avtogenih deformacij cementne paste [Setter &

Roy 1978].

Pri linearnem merjenju avtogenih deformacij pa se cementna pasta vgradi v togi kalup,

sprememba dolžine vzorca cementne paste pa je merjena s pomočjo merilne naprave, ki je

fiksirana na koncu vzorca (slika 2.3).

Slika 2.3: Aparat za merjenje linearnih avtogenih deformacij cementne paste [Buil 1979].

Obe eksperimentalni metodi sta v uporabi že več kot 50 let [Davis 1940, Wuerpel 1946].

Obe metodi bi naj dajali identične rezultate, vendar temu ni tako. Volumentrična metoda


po transformaciji volumskih deformacij v linearne običajno daje tudi do 5 krat večje

vrednosti krčenja kot linearna metoda [Barcelo et al. 1999]. Nekateri raziskovalci so

poskušali najti razloge za to neskladnost [Baron & Buil 1979, Barcelo 1999, van Breugel

2001, Hammer et al. 2002].

Obe metodi imata svoje prednosti in slabosti. Ena od prednosti volumetrične metode je v

možnosti štartanja meritve sveže paste takoj po končanem mešanju. V plastičnem stanju so

namreč lahko izmerjene le volumenske deformacije, nedvomno ne moremo izmeriti

spremembe dolžine. V nasprotnem primeru pa je slaba stran volumetričnih meritev

pomanjkanje stalnega kontakta med gumijastim balonom in cementno pasto. Ta kontakt je

lahko oviran zaradi vodnega filma, ki ga tvori »bleed water«, ali pa zaradi ujetega zraka na

površini cementne paste. Torej je volumen gumijastega balona sestavljen iz volumna

cementne paste in volumnov površinske vode in ujetega zraka. Med procesom hidratacije

bosta voda in ujeti zrak vsrkana nazaj v cementno pasto zaradi procesa kemičnega krčenja.

Ker je intenziteta kemičnega krčenja znatno večja (tudi do 10 krat) od intenzitete avtogenih

deformacij, lahko v tem primeru pride do precejšnjih napak pri merjenju.

Buil [1979] navaja, da lahko zaradi pritiska, ki ga ustvarja tesno se prilegajoči in napeti

gumijasti balon, pride do poškodbe šibke strukture cementne paste med strjevanjem, kar

lahko povzroči napake pri meritvah. Še en vzrok za napake pri volumetričnem merjenju pa

je lahko tudi osmoza skozi membrano iz lateksa [Marciniak 2002].

Ena od prednosti linearne metode je čvrsto in nespremenljivo sidranje merilnih točk na

vzorec strjene cementne paste, kar močno zmanjša zgoraj omenjene probleme. Vendar pa

je pomanjkljivost v tem, da se meritev lahko začne izvajati le na že strjeni cementni pasti.

Naslednja pomanjkljivost linearne metode je tveganje oviranja kristalizacije cementne

paste med procesom hidratacije. V prvih urah hidratacije je namreč cementna pasta

prešibka, da bi premagala trenje na površini togega kalupa [Barcelo et al. 1999]. Trenje

lahko zmanjšamo z lubriciranjem kalupa. Tudi krvavenje vpliva na linearno metodo

merjenja avtogenih deformacij. Po končanem strjevanju se lahko »bleed water« reabsorbira

v vzorec cementne paste in celo povzroči ekspanzijo [Hammer et al. 2002].

Kljub številnim težavam, ki so bile ugotovljene in nekatere tudi rešene, še vedno obstajajo

precejšnje razlike med rezultati merjenj po volumetrični in linearni metodi. Tudi pri

pazljivo kontroliranih pogojih bi naj volumetrična metoda dajala od 3 do 5 krat večje


rezultate meritev kot linearna metoda, seveda v odvisnosti od vrste cementne paste in

eksperimentalnih pogojev [Barcelo et al. 1999].

Nekateri avtorji [Barcelo et al. 1999, Garcia Boivin 2001] previdevajo, da avtogene

deformacije naj ne bi bile izotropne. To dejstvo lahko pojasni nekatere razlike med obema

tehnikama merjenja deformacij. Vendar pa je Charron et al. [2001] izmeril krčenje po

strditvi v treh smereh na kocki in ni odkril nobene razlike.

2.6.3 Beton

Volumetrična metoda z uporabo gumijastega balona v primeru betona ni mogoča, ker

agregat lahko poškoduje balon. Obstajajo različne linearne metode merjenja avtogenih

deformacij na vzorcih prizmatične ali cilindrične oblike. Metode so shematično prikazane

na spodnjih slikah.

Slika 2.4: Merilni sistem po Bjøntegaardu [1999].


Slika 2.5: Merilni sistem s pomičnima krajnima ploščama na gredicah z dimenzijami 40 x

40 x 160 mm3 [Morioka et al. 1999].

Slika 2.6: Merilni sistem s horizontalnim polnjenjem na gredicah z dimenzijami 150 x 150

x 1000 mm3 [Lokhorst 1998].

Slika 2.7: Merilni sistem z vertikalnim polnjenjem na ploščah z dimenzijami 270 x 270 x

100 mm3 [Holt & Leivo 1999].


Slika 2.8: Merilni sistem za merjenje deformacij v vertikalni smeri s fleksibilnimi cevmi

[Hansen & Jensen 1997].


3 EKSPERIMENTALNI DEL

3.1 UPORABLJENI MATERIALI

Osnovni materiali, ki smo jih uporabljali pri eksperimentu, so bili: cement, voda, agregat in

dodatek aeranta.

3.1.1 Cement

Cement je hidravlično mineralno vezivo. V običajni betonski mešanici predstavlja 10-20 %

glede na celotno maso betona. Kljub temu ima zelo velik vpliv na lastnosti in ceno betona.

Količina cementa je odločilnega pomena za tlačno trdnost. Kvaliteto cementa določajo

mehanske, fizikalne in kemijske karakteristike, ki jih opredeljuje standard SIST EN 196-1.

Betonske mešanice oziroma malte, s katerimi smo opravljali eksperimente, so bile

pripravljene s Portland cementom z oznako CEM II/B-M (P-S-L) 42,5 N. Lastnosti

uporabljenega cementa so bile preiskane in ovrednotene skladno z zahtevami standarda

SIST EN 197-1.

3.1.2 Voda

Za izdelavo betona smemo uporabljati vodo, za katero je dokazano, da je primerna za

izdelavo betona. Razen navadne pitne vode smemo za pripravljanje betona uporabljati

samo vodo, za katero je ustrezna institucija z atestom ugotovila, da ima predpisane


lastnosti in da je primerna za izdelavo betona. Kvaliteto vode opredeljuje standard EN

1008. Voda je primerna za izdelavo betona, če:

• ima vodikov indeks (pH) v mejah od 4,5 – 9,5,

• količina sulfata (SO4) ne presega 2700 mg/liter vode,

• količina klorovih ionov v vodi ne presega 300 mg/liter vode,

• indeks organskih sestavin, izražen po metodi oksidacije kot potrošek kalijevega

permanganata (KMnO4), ne presega 200 mg/ liter vode,

• skupna količina soli, izražena kot suhi ostanek, ne presega 5000 mg/liter vode (ta

pogoj pa se ne nanaša na morsko vodo, ki se ne sme uporabljati).

Pri eksperimentu smo uporabljali navadno pitno vodo iz Mariborskega vodovoda.

3.1.3 Agregat

Agregat v običajni betonski mešanici predstavlja 70 do 80 % celotnega volumna. Od

karakteristik agregata so odvisne lastnosti strjenega betona. V svežem betonu je agregat

vezan v koherentno celoto s cementno pasto, pri čemer bi naj cementna pasta ovila vsa

zrna in zapolnila vse prazne prostore med njimi.

Uporabljen agregat pri eksperimentu je kremenov pesek B 35 S proizvajalca Kema

Puconci. Je dodatno obdelan, presejan in večkrat opran kremenov pesek. Odlikuje ga

izredna kemijska čistost (vsebnost SiO2 najmanj 99 %). S je oznaka za plamensko sušen

pesek, oznaka 35 pa pomeni zrnavost 0,063-0,355 mm. Lastnost kremenovega peska B 35

S so podane v preglednici 3.1. Ker je zrnavost relativno majhna, ima posledično tak

agregat veliko specifično površino in tako veliko potrebo po vodi. V preglednici 3.2 so

prikazani ostanki na situ in presevki skozi sito za kremenov pesek B 35 S. Krivulja

zrnavosti agregata je podana na sliki 3.1.


Preglednica 3.1: Lastnosti peska B 35 S.

LASTNOSTI

Trdota po Mohsu 7

Žaroizguba (%) < 0,03

Temperatura sintranja (˚C) nad 1500

Zmehčišče (˚C) nad 1720

Prostorninska masa-nasuto stanje (kg/m3) 1300 - 1800 glede na zrnavost

Prostorninska masa zrn (kg/m3) 2677

Vlaga (%) do 0,2 plamensko sušen

Preglednica 3.2: Presevek in ostanek na sitih za pesek B 35 S.

Sito

(mm)

Ostanek na

situ (%)

Presevek skozi

sito (%)

0,4 0 100

0,355 4,66 95,34

0,315 5,51 89,83

0,25 15,74 74,09

0,2 18,77 55,32

0,16 13,79 41,53

0,125 16,12 25,41

0,1 8,52 16,89

0,09 4,98 11,91

0,063 8,34 3,57

< 0,063 3,57 0

Slika 3.1:Krivulja zrnavosti za pesek B 35 S.


3.1.4 Dodatki betonu

Dodatki betonu so proizvodi, ki jih dodajamo betonu v zelo majhnih količinah pred

mešanjem ali med njim, da izboljšamo lastnosti betona v svežem ali trdnem stanju. Pri

izdelavi betona smemo uporabljati samo dodatke, za katere je ustrezna institucija z atestom

potrdila, da imajo deklarirane lastnosti in da z njihovo uporabo ne zmanjšamo mehanskih

karakteristik betona in ne povečamo korozije armature.

V našem eksperimentu smo uporabili kot dodatek aerant KEMACON LP 410 proizvajalca

KEMA Puconci, katerega karakteristike so opisane v PRILOGI. Aerant smo dodali s

ciljem, da bi dosegli ciljno mikrostrukturo z nukleacijskimi mesti za neovirano rast

kristalov CH in etringita.

3.1.5 Priprava eksperimentalnih mešanic

Za izdelavo malte smo uporabili standardni kremenčev pesek B 35 S, cement z oznako

CEM II/B-M (P-S-L) 42,5 N ter vodo iz vodovoda, ki je glede na zahteve standarda EN

1008 ustrezna za izdelavo betona. Kot dodatek smo uporabili aerant KEMACON LP 410.

Razmerje med maso cementa in maso agregata je bilo 1:1. Betonske mešanice smo zmešali

z laboratorijskim mešalcem (slika 3.2), kjer se najprej 30 sekund pri hitrosti 140 ± 10

obratov/min mešata voda in cement. Dodatek aeranta smo dozirali v vodo. Dodajanje

peska je avtomatično, nakar traja mešanje še 30 sekund pri hitrosti 280 ± 10 obratov/min.

Sledi 90 sekundni premor in nato še 60 sekund mešanja pri hitrosti 140 ± 10 obratov/min.


Slika 3.2: Laboratorijski mešalec.

Za izdelavo malt smo uporabili vodocementno razmerje 0.5 in količino aeranta 0.4 % glede

na maso cementa. Takšna mešanica je bila vgradljiva brez dodatnega vibriranja.

Kot referenčno ali primerjalno mešanico smo uporabili cementno pasto brez dodatkov, z

razmerjem med maso cementa in maso agregata 1:1 ter z vodocementnim razmerjem 0.5.

3.2 MERITVE

3.2.1 Izdelava merilnega senzorja

Osnovna ideja pri izdelavi merilca je bila omogočiti zaznavanje in beleženje deformacij v

notranjosti cementnega materiala, ki se pojavijo kot posledica delovanja napetosti,

povzročenih zaradi ekspanzije in krčenja materiala med procesom strjevanja.

Za merjenje volumenskih deformacij v notranjosti cementne malte je bil uporabljen

uporovni listič v obliki rozete, tip 10/350MK11M proizvajalca Hottinger Baldwin


Messtechnik. Uporovni listič je bil povezan s polnim Wheatston-ovim mostičkom na

analogno-digitalni pretvornik tipa Spyder proizvajalca Hottinger Baldwin Messtechnik.

Merilni senzor je koncipiran tako, da ima ekspanzija pozitivni predznak, krčenje pa

negativnega. Zaradi zaščite pred vlago in mehanskimi deformacijami je bilo izdelano

ohišje iz nerjavečega jekla, sam uporovni listič pa je bil zalepljen na membrano iz

kalibrirane pločevine debeline 0,4 mm. Sestava merilnega senzorja je prikazana na slikah

3.3 do 3.6.

Slika 3.3: Prikaz merilnega senzorja v naravni velikosti.

Slika 3.4: Prerez zaščitnega pokrova merilnega senzorja.


Slika 3.5: Prerez ohišja merilnega senzorja.

Slika 3.6: Prerez za meritve pripravljenega merilnega senzorja.

3.2.2 Postavitev meritve

Pripravljena cementna malta je bila vgrajena v kovinske kalupe valjaste oblike zunanjega

premera 120 mm in višine 150 mm, z debelino stene 0,5 mm. Merilni senzorji so bili

fiksirani v sredino kalupa. V času meritve je bila v klimatski komori vzdrževana

temeperatora 20 ° C in naravna vlažnost 98 %.


Slika 3.7: Prikaz kalupov z vgrajenimi merilnimi senzorji.

Slika 3.8: Postavitev meritve v klimatski komori.


3.3 REZULTATI

3.3.1 Rezultati merjenja poroznosti sveže cementne malte

Prvi del eksperimenta je temeljil na ugotavljanju poroznosti malte z uporabo porozimetra,

ki je prikazan na sliki 3.9.

Slika 3.9: Porozimeter za merjenje poroznosti malt.

Poroznost referenčne malte (brez aeranta) je znašala 1,6 %, medtem ko je poroznost malte

z dodanim aerantom znašala 14 %.


3.3.2 Rezultati merjenja notranjih deformacij

-25,0

0,0

25,0

50,0

75,0

100,0

125,0

0 7 14 21 28

time [days]

stra

in [ μ

m/m

]

referenca

aerant

Slika 3.10: Prikaz časovnega razvoja notranjih deformacij.

Slika 3.10 prikazuje velikost notranjih deformacij na obeh tipih eksperimentalnih malt v

odvisnosti od časa. Velikost na ordinatni osi je podana z enoto mikrometer/meter

(microstrain), medtem ko je čas na obscisni osi podan v dnevih. V zgodnjem obdobju

hidratacije se pri obeh vzorcih pojavi ekspanzija, kar je skladno z ugotovitvami vse

navedene literature v teoretičnem delu naloge. Vendar pa je ekspanzija v malti z dodanim

aerantom bistveno večja, kot pa pri običajni cementni malti (referenčni ali primerjalni

vzorec). Predvidevali smo, da na obodih zračnih mehurčkov, ki so posledica delovanja

aeranta, prihaja do večje intenzitete tvorjenja kristalov CH in etringita, ki sta glavi razlog

za pojav ekspanzije. Rezultati, prikazani na sliki 3.10, v veliki meri potrjujejo ta

predvidevanja. Začetni ekspanziji sledi pojav krčenja, nastale deformacije pa so

superpozicija obeh pojavov. V končni fazi strjevanja pa spet prihaja do rahle ekspanzije,

kar je lahko posledica rasti kristalov zaradi vode, ki počasi prehaja v notranjost vzorca iz

nasičene okolice v klimatski komori.


3.3.3 Rezultati elektronskega mikroskopiranja

Po končanem izvlečnem testu smo z diamantno žago izrezali vzorčke primerne velikosti in

jih prelomili. Prelomno površino smo opazovali s SEM elektronskim mikroskopom FEI

Quanta.

Cilj diplomske naloge je med drugim tudi raziskati in dokumentirati časovni razvoj

mikrostrukture mejnega področja na obodih zračnih mehurčkov, kateri omogočajo

nukleacijska mesta in neoviran prostor za hidratacijo in rast kristalov. Zanima nas časovni

razvoj rasti kristalov na obodu mehurčkov, ki povzroča prostorninsko ekspanzijo v matici.

Sliki 3.11 in 3.12 prikazujeta mikrostrukturo na obodu mehurčka pri starosti vzorca 1 dan.

Področje je sestavljeno iz delno hidratiziranega CSH gela, etringita, izločenih kalcijevih

soli, delcev nehidratiziranega cementa in CH kristalov, ki so v tej fazi hidratacije še v

delno vlaknasti obliki. Pri starosti 2 in 3 dni (slike 3.13, 3.14 in 3.15) postaja področje

okrog oboda mehurčka vedno gostejše, CSH gel se pojavlja v obliki kratkih vlaken, CH

kristali in etringit pa postajajo vedno večji.

Slika 3.11: Mikrostruktura 1-dnevnega

vzorca pri 3085 kratni povečavi.








Pri starosti vzorca 7 dni (slika 3.16) delcev nehidratiziranega cementa ni več videti. Glavna

hidratizacijska produkta sta masivni CH kristali in igličasti etringit. Področje okrog oboda

mehurčka je gosto in kompaktno. Z nadaljnjim povečevanjem časa hidratacije se

kompaktnost področja le še povečuje, struktura pa postaja delno amorfna (sliki 3.17 in

3.18).











4 ZAKLJUČKI

Med hidratacijo cementa je v zgodnji časovni periodi hidratacije v matrici prisotna notranja

prostorninska ekspanzija zaradi rasti kristalov, predvsem etringita in CH kristalov.

Ekspanzija je najintenzivnejša na mestih, kjer ni ovirana. Takšna nukleacijska mesta za

neovirano širjenje kristalov predstavljajo zračni mehurčki, ki nastanejo v matrici kot

posledica delovanja aeranta. Aerant je kemično sredstvo, ki mehurčke, ki nastanejo med

mešanjem malte ali betona, stabilizira v notranjosti matrice, s tem ne prihaja do izhajanja

mehurčkov na površino, kot se to dogaja pri neaeriranih maltah in betonih.

Po obodih zračnih mehurčkov je omogočeno prosto gibanje nevezane vode, zaradi katere v

največji meri prihaja do rasti kristalov. Intenzivna rast kristalov, predvsem etringita in CH,

na obodu mehurčkov povzroča prostorninsko ekspanzijo v matrici, ki je najintenzivnejša v

zgodnji fazi hidratacije. K začetni ekspanziji pa prispeva tudi reabsorbcija nevezane vode,

ki se pojavi na površini vzorcev takoj po vgraditvi malte v kalup. Ta dejstva potrjujejo tudi

rezultati meritev v tem diplomskem delu. V začetni fazi hidratacije imajo na obodih

zračnih mehurčkov hitrorastoči kristali CH in etringita večjo trdnost kot okoliški CSH gel,

zato je tudi vrednost ekspanzije pri vzorcih z aerantom bistveno večja kot pri vzorcih brez

aeranta, kjer v matrici ni tako intenzivne začetne trvorbe kristalov. V končni fazi

hidratacije spet prihaja do rahle ekspanzije, ki pa je pri obeh tipih eksperimentalnih malt

približno enake intenzitete. Ta ekspanzija je lahko posledica rasti kristalov zaradi vode, ki

počasi prehaja v notranjost vzorca iz nasičene okolice v klimatski komori.

V srednji fazi strjevanja se pojavi krčenje zaradi zmanjšanja volumna, ki je povezano s

hidratacijskimi reakcijami v cementnem materialu. Prehod iz ekspanzije v krčenje je spet

intenzivnejši pri malti z aerantom, ker mehurčki omogočajo prosti volumen za krčenje


trdnega CSH gela. Zaključimo lahko, da so notranje deformacije v času strjevanja

cementne malte superpozicija ekspanzije in krčenja.

Notranje deformacije v cementni pasti in betonu se glede na podatke v različni literaturi

zelo razlikujejo tako po velikosti kot tudi po predznaku, kar dokazuje, kako težko je

tolmačiti rezultate, ki bazirajo na različnih tehnikah merjenja deformacij. Ena od prednosti

volumetrične metode je v možnosti merjenja svežega cementnega materiala takoj po

končanem mešanju. V plastičnem stanju so namreč lahko izmerjene le volumenske

deformacije, nedvomno ne moremo izmeriti spremembe dolžine. To dejstvo je bilo

upoštevano pri razvoju in izdelavi merilnega senzorja, ki smo ga uporabili pri preiskavah,

ki so predstavljene v diplomskem delu.

Tendenca izmerjenih rezultatov notranjih deformacij, tako ekspanzije kot tudi krčenja, se

giblje v skladu z navedbami literature. Potrjena je bila hipoteza, da v primeru malte z

dodanim aerantom prihaja do bistveno večje ekspanzije v primerjavi z malto brez aeranta,

hkrati pa je tudi krčenje intenzivnejše.

V diplomskem delu smo podali novi način merjenja volumenskih notranjih deformacij.

Vsekakor bo v prihodnje še treba dokazati ponovljivost meritve in raziskati morebitne

pomanjkljivosti, predvsem kontakt med merilnim senzorjem in cementno matrico.


5 LITERATURA

- Badmann R., Stockhausen N., Setzer M. J. (1981), The Statistical Thickness and

The Chemical Potential of Adsorbed Water Films, Journal of Colloid and Interface

Science 82 (2) 534-542.

- Barcelo L. (1997), »Beton au jeune age, mesure en continu des deformations

endogenes de la phase liante, des coulage du materiau«, Memoire de D.E.A., INSA

Lyon, LAFARGE LCR.

- Barcelo L. (2002), »Chemical shrinkage«, Early age cracking in cementitious

system, ed. A. Bentur, RILEM TC 181-EAS Committee, RILEM, Cachan, pp. 22-

28.

- Barcelo L., Boivin S., Rigaud S., Acker P., Clavaud B., Boulay C. (1999), »Linear

vs. Volumetric shrinkage measurement: Material behaviour or experimental

artefact?« Proc. 2th Int. Res. Sem. On Self-desiccation and its Importance in

Concrete Technology, Lund, Sweden, pp. 109-125.

- Baron J., Buil M. (1979), Comments on the paper »Mechanical features of

chemical shrinkage of cement paste« by N. Setter & D. M. Roy, Cem. Concr. Res.

9 (4) 545-547.

- Bažant Z. P., Wittmann F. H. (1982), Creep and shrinkage of concrete structures,

John Wiley & Sons, New York.

- Beltzung F., Wittmann F. H., Holzer L. (2001), »Influence of composition of pore

solution on drying shrinkage«, Proc. 6th Int. Conf. Creef, Shrinkage and Durability

Mechanics of Concrete and Other Quasi-Brittle materials, eds. F.-J. Ulm, Z. P.

Bazant, F.H. Wittmann, Cambridge MA, August 20-22, Elsevier Science Ltd, pp.

39-48.


- Bjøntegaard O. (1999), Thermal dilation and autogenous deformation an driving

forces to self-induced stresses in high performance concrete, Ph. D. thesis, NTNU

Division of Structural Engineering, Trondheim, Norway.

- Budnikov P. P., Strelkov M. I. (1966), »Some recent concepts on Portland cement

hydration and hardening, Proc. Symp. on Structure of Portland cement paste and

concrete«, ACI special report 90, pp. 447-464.

- Charron J. P., Marchand J., Bissonette B. (2001), » Early age deformations of

hydrating cement systems: comparision of linear and volumetric shrinkage

measurements«, Proc. RILEM Int. Conf. On Early Age Cracking n Cementitious

Systems (EAC 01), March 2001, Haifa Israel, pp. 245-257.

- Correns C. W. (1949), Growt and dissolution of crystals under linear pressure,

Discussions of the Faraday Society 5 267-271.

- Dela B. F. (2000), Eigenstresses in hardening concrete, Ph.D. thesis. Department of

Structural Engineering and Materials, The Technical University of Denmark,

Lyngby, Denmark.

- Đureković A. (1996), Cement, cementni kompozit i dodaci a beton, Institut

građevinarstva Hrvatske, Školska knjiga, Zagreb, 1996.

- Ferraris C., Wittmann F. H. (1987), Shrinkage mechanism of hardened cement

paste, Cem. Concr. Res. 17 (3) 453-464.

- Hagymassy J., Brunauer J. R., Mikhail R. S. (1969), Pore structure analysis by

water vapor adsorbtion, Journal of Colloid and Interface Science 29 (3) 485-491.

- Hammer T. A., Bjøntegaard O., Sellevold E. J. (2002), »Measurement methods for

testing of early age autogenous strain«, Early age cracking in cementitious systems,

ed. A. Bentur, RILEM TC 181-EAS Committee, RILEM, Cachan, France, pp. 234-

245.

- Hansen K. K., Jensen O. M. (1997), »Equipment for Measuring Autogenous RH-

Change and Autogenous Deformation in Cement Paste and Concrete«, Proc. Int.

Res. Sem. on Self-desiccation and its Importance in Concrete Technology, Lund,

Sweden, pp. 27-30.

- Holt E. E., Leivo M. T. (1999), »Autogenous shrinkage at very early ages«, Proc.

Int. Workshop Autoshrink '98, ed. E.-I. Tazawa, Hiroshima, Japan, E & FN SPON,

London, pp.133-140.


- Jennings H. M., Dagleish B. J., Pratt P. L. (1981), Morphological development of

hydrating tricalcium silicate as examined by electron microscopy techniques, J.

Am. Ceram. Soc. 64 567-572.

- Jensen O. M. (1993), Autogenous deformation and RH-change – self-desiccation

and self-desiccation shrinkage. Appendix – measurements and notes, TR 285/93,

Building Materials Laboratory, The Technical University of Denmark, Lyngby,

Denmark.

- Jensen O. M. (1995), Thermodinamic limitation of self-desiccation, Cem. Concr.

Res. 25 (1) 157-164.

- Jensen O. M., Hansen P. F. (2001), Autogenous deformation and RH-changes in

perspective, Cem. Concr. Res. 31 (12) 1859-1865.

- L`Hermite R. L. (1960), »Volume changes of concrete«, Proc. 4th Int. Symp. On the

Chemistry of Cement, Washington DC, Vol. II, pp. 659- 694.

- Lokhorst S. J. (1998), Deformational behaviour of concrete influenced by

hydrations related changes of microstructure, Research Report, Delft University of

Technology, Delft, The Netherlands.

- Lura P. (2003), Autogenous deformation and internal curing of concrete, Ph.D.

thesis, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands.

- Marciniak S. (2002), Autogenous deformations and relative humidity change:

experimental studies, M Sc. thesis, Department of Building Technology and

Structural Engineering, Aalborg University, Aalborg.

- Morioka M., Hori A., Hagiwara H., Sakai E., Daimon E. (1999), »Measurement of

autogenous lenght changes by laser sensors equipped with digital computer

systems«, Proc. Int. Workshop Autoshrink '98, ed. E.-I. Tazawa, Hiroshima, Japan,

E & FN SPON, London, pp. 191-200.

- Neville A. M. (1995), Properties of concrete, John Wiley & Sons, New York (4th

edition).

- Neville H. A., Jones H. C. (1928), »The study of hydration changes by a volume-

change method«, Colloid Symp. Monogr. VI, pp. 309-318.

- Paillere A. M., Buil M., Serrano J.J. (1989), Effect of Fiber Addition on the

Autogenous Shrinkage of Silica Fume Concrete, ACI Mater. J. 86(2) 139-144.


- Parrot L. J., Geiker M., Gutteridge W. A., Killoh D. (1990), Monitoring Portland

cement hydration – Comparison of methods, Cem. Concr. Res. 20 (6) 919-926.

- Powers T. C. (1935), Absorbtion of water by cement paste during the hardening

process, Industrial and Engineering Chemistry 27 (7) 790-794.

- Powers T. C., Brownyard T. L. (1948), Studies of the physical properties of

hardened Portland cement paste (9 parts), J. Amer. Concr. Inst. 43 (Oct. 1946 to

April 1947), Bulletin 22, Research Laboratories of the Portland Cement

Association, Chicago.

- Schmidt-Döhl F., Rostasy F. (1995), Crystallization and hydration pressure or

formation pressure of solid phases, Cem. Concr. Res. 25 (2) 255-256.

- Setter N., Roy D. M. (1978), Mechanical features of chemical shrinkage of cement

paste, Cem. Concr. Res. 8 (5) 623-634.

- Tazawa E., Miyazava S. (1995), Influence of cement and admixtures on autogenous

shrinkage of cement paste, Cem. Concr. Res. 25 (2) 281-287.

- Tezuka Y., Djanikan J. G., Uchikawa F., Uchida S. (1986), »Hydration

characteristics and properties of mixtures of cement and high content of calcium«,

Proc. Symp. on Chemistry of Cement, Rio de Janeiro, Brazil, Vol. II, pp. 323-329.

- van Breugel K. (1991), Simulation of hydration and formation of structure in

hardening cement-based materials, Ph. D. thesis, Delft University of Technology,

Delft, The Netherlands.

- van Breugel K. (2001), Numerical modelling of volume changes at early ages –

Potential, pitfalls and challenges, Mater. Struct 34 (239) 293-301.

- Vernet C., Cadoret G. (1992), Suivi en continu de l`evolution chimique et

mecanique des BHP pendant las premiers jours, Les Betons a Hautes Performances

– Caracterisation, durabilite applications, Presses de l`Ecole Nationale des Ponts et

Chaussees, Paris, France.

- Winkler E. M. (1973), »Stone: Properties, Durability in Man`s Environment«,

Applied Mineralogy 4, Springer-Verlag 1973, pp. 113-125.

- Yamazaki Y., Monji T., Segiura K. (1976), »Early age expanding behaviour of

mortars and concrete using expansive additives«, 6th Int. Cong. On the Chemistry

of Cement, Moscow, September 1974, Stroyizdat, Moscow III-5, pp. 192-195.

PRILOGA: TEHNIČNE KARAKTERISTIKE UPORABLJENEGA AERANTA

OPIS PROIZVODA: Močno zmanjša površinsko napetost dodane zamesne vode, zaradi česar se v betonu oz.

malti tvori ustrezna količina visokokvalitetnih mikropor. Nastale pore dajejo betonu večjo

odpornost pri ciklusih zmrzovanja in odtajanja ( absorbirajo napetosti ), hkrati pa se poveča

neprepustnost za prodiranje vode in agresivnih snovi s površine v notranjost betona ( z

mikroporami prekinjene kapilare).

Področje uporabe: Beton, pripravljen z aerantom je zato še posebej primeren v cestogradnji, gradnji mostov

ter za pripravo lahkih betonov in lahkih malt.

Visokounčikoviti aerant, posebej primeren za proizvodnjo zmrzlinsko odpornega betona in

betona odpornega proti solem za zimsko posipavanje. Izboljša obdelovalnost, zmanjša

porabo vode in poveča odpornost proti agresivnim snovem. Uporablja se lahko tudi za

pripravo penobetona.

Lastnosti proizvoda: Brez kloridov, neškodljiv za armaturo

Pore stabilne, pravilne velikosti porazdelitve

PODATKI O IZDELKU:

Osnovni podatki

Videz Svetlo rjava tekočina

Pakiranje

1 kg v plastenki/ 8 kg (8x1 kg) v kartonski škatli/ 576 kg

(72x8 kg) na paleti

5 kg v plastični ročki/ 320 kg (64x5 kg) na paleti

10 kg v plastični ročki/ 600 kg (16x10 kg) na paleti

50 kg v sodu/ 800 kg (16x50 kg) na paleti

1000 kg v kontejnerju (rifuza)

Skladiščenje in rok trajanja

12 mesecev od dneva proizvodnje ob pravilnem skladiščenju

v suhem prostoru in v originalni, zaprti ter nepoškodovani

embalaži. Datum odtisnjen na embalaži.

Tehnične karakteristike uporabljenega aeranta

LASNOSTI KEMACON LP 410

Gostota 1,0- 1,04 g/cm3

pH vrednost 11- 12 pri 20° C

Vonj značilen

Priporočeno doziranje 0,2- 0,4 % na težo cementa

Maksimalno doziranje 0,8 % na težo cementa

Mešanje z vodo popolna (pri 20° C)

Suha snov 9- 11 %

Vsebnost kloridov ne vsebuje kloridov

Način delovanja: Pri mešanju se v beton ujamejo majhne zračne pore, ki v strjenem betonu zmanjšajo

vpojnost kapilar in služijo kot prostor za ekspanzijo vode med zmrzovanjem. V svežem

betonu zračne pore zaradi učinka krogličnega ležaja izboljšajo obdelovalnost.

NAVODILO ZA UPORABO

Poraba 0,2-0,4 % na težo cementa

Doziranje Doziranje KEMACON LP 410 naravnamo glede na želeno vsebnost zračnih por.

KEMACON LP 410 ne smemo dozirati v suho mešanico temveč ga dodamo v beton

skupaj z vodo. Tvorba por je odvisna od mnogih faktorjev, kot so temperatura, vsebnost

finih delcev, kombinacija z drugimi dodatki za beton in čas mešanja. Priporočamo, da se

pri betoniranju vsebnost por dodatno kontrolira.

OMEJETVE Temperatura podlage

+5°C min./ +75°C max.

Temperatura zraka

+5°C min./ +75°C max.

Temperatura materiala

+5°C min./ +75°C max.

Opozorila Zaščititi pred zmrzovanjem in direktni sončni izpostavljenosti. Material ne uporabljati pri

temperaturah (podlaga, zrak, material) nižji od +5°C.

Za optimalno delovanje dodatka ga doziramo skupaj z vodo.

KEMACON LP 410 ne smemo dozirati skupaj z dodatkom KEMAMENT BV, kljub temu

sta dodatka v betonu kompatibilna.

DOKAZILA

Norme/Standardi V skladu z evropskimi standardi EN 934-2:2001, Tab. 5, poročilo št. 1139-cpd-0008/03

PODATKI ZA VARNOST V skladu s Pravilnikom o razvrščanju, pakiranju in označevanju nevarnih pripravkov (Ur.

List RS št. 73 (9.9.1999)) KEMACON LP 410 ni razvrščen med zdravju nevarne

pripravke.

Upoštevati moramo splošna navodila za varno uporabo s kemikalijami. Pri delu s

produktom ne jemo, pijemo ali kadimo. Po končanem delu si umijemo roke.

Podrobnejše informacije o skladiščenju, rokovanju in uporabi mešanice se nahajajo v

varnostnem listu, kjer so varnosti, toksikološki in ekološki podatki, prav tako pa moramo

biti pozorni na opozorila na originalni embalaži.

Documents

MERJENJE NOTRANJIH DEFORMACIJ V CEMENTNIH MALTAH