Vzkumn stavebnch hmot a s Hnvkovskho 65 617

Výzkumný ústavebních hmot, a. s. Hněvkovského 65 617 00 Brno Česká Republika VLASTNOSTI SMĚSÍ PORTLANDSKÉHO A HLINITANOVÉHO CEMENTU Halina Szklorzová, Staněk Theodor Ing. Halina Szklorzová, RNDr. Theodor Staněk, www. vustah. cz e-mail: szklorzova@vustah. cz, stanek@vustah. cz Vápno, cement, ekologie Skalský Dvůr 28. – 30. 5. 2007

ÚVOD VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE l. Hlinitanový Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 cement – pojivo s vysokým obsahem Al 2 O 3 zejména v podobě fáze CA l. Využití pro výrobu žárobetonů l. Využití ve stavebnictví – v ČR se téměř nevyužívá v zahraničí jako urychlovač tuhnutí a tvrdnutí v PC l. Speciální účely – rozpínavé cementy

HLINITANOVÝ CEMENT (CAC) VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Chemické složení v hm. % a zbarvení dle tříd Třída Al 2 O 3 Ca. O Fe 2 O 3 Si. O 2 Zbarvení Nízkohlinitanový (40) 37 -42 36 -40 11 -17 3 -8 tmavěšedý Hlinitanový (50) 49 -52 39 -42 1 -1, 5 5 -8 světlešedý Vysocehlinitanový (70) 68 -80 17 -20 0 -0, 5 bílý

HLINITANOVÝ CEMENT - využití VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Vysocehlinitanový – výroba žárobetonu (směs hlinitanového cementu se žáruvzdorným kamenivem) CAC s Mg. O – 6 -13 hm. % Mg. O, 20 -50 % spinelu, žárobeton do 1800°C CAC 40 a 50 – stále větší uplatnění ve stavebnictví (kombinace s PC – řízení tuhnutí, ne pro nosné konstrukce) l. Havarijní oprava betonových konstrukcí l. Nádrže pro minerální vody, kanalizace (odolnost vůči kyselinám) l. Betonování a opravy za nízkých teplot l. Průmyslové podlahy, podlahové potěry l. Rozpínavé malty l. Samonivelační směsi l. Lepidla na dlaždice l. Ochranné povlaky, těsnící hmoty, podkladové a správkové malty

HLINITANOVÝ CEMENT - výroba VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Výchozí suroviny – vápenec (vápno) + bauxit • tavení v plamenné nebo elektrické obloukové peci rozdrcených surovin (1600°C) • slinování briket nebo granulí z pomletých surovin v rotační peci (1250°C)

HLINITANOVÝ CEMENT - složení VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 CA – způsobuje pomalé tuhnutí následované velmi rychlým tvrdnutím C 12 A 7 – tuhne velmi rychle, k pevnostem nepřispívá CA 2 – ve vysocehlinitanových cementech udává konečné pevnosti C 4 AF – nepřispívá k tuhnutí ani pevnostem Další – C 5 A 3, C 6 AF 2, C 6 AF 4 S, C 2 AS

HLINITANOVÝ CEMENT VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Příspěvek jednotlivých slínkových minerálů hlinitanového cementu k vývoji pevností

HLINITANOVÝ CEMENT VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Hydratace, tuhnutí a tvrdnutí Doba zpracovatelnosti podobná jako u PC Tvrdnutí probíhá podstatně rychleji než u PC Po 1 dni cca 60 MPa, po zatvrdnutí cca 80 – 100 MPa Úplná hydratace 100 kg CAC – 80 kg H (100 kg PC – 40 kg H) Uvolnění velkého množství tepla v krátké době (550 -650 J/g) Vznik hydratačních produktů v závislosti na teplotě: T < 20°C < T < 60°C T > 60°C CA + 10 H => CAH 10 2*CA + 11 H => C 2 AH 8 + AH 3 3*CA + 12 H => C 3 AH 6 + 2*AH 3

HLINITANOVÝ CEMENT VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Konverze při teplotách nad 20 °C: 3*CAH 10 => C 3 AH 6 + 2*AH 3 + 18 H 3*C 2 AH 8 => 2*C 3 AH 6 + AH 3 + 9 H CAH 10 a C 2 AH 8 – metastabilní nositelé pevností Přechod na stabilní C 3 AH 6 a AH 3 Uvolnění vázané vody Zvýšení porozity Pokles pevnosti Urychlení konverze – zvýšení teploty, přídavek PC nebo vápna

HLINITANOVÝ CEMENT VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr Vývoj pevností Bleskový průběh hydratace – vysoké počáteční pevnosti Největší nárůst mezi 3 a 9 hodinou (cca 45 MPa) Teplota pod 20°C – další růst pevností Teplota nad 38°C – konverze a pokles pevnosti 28. -30. 5. 2007

MÍSENÍ CAC A PC VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Mísení vysocehlinitanového cementu s PC se zakazuje Vznik portlanditu z PC a přítomnost CAC vyvolává urychlené tuhnutí

MÍSENÍ CAC A PC VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Urychlení tuhnutí a zvýšení počátečních pevností může vést ke snížení dlouhodobých pevností

MÍSENÍ CAC A PC VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Rovnováha chemických reakcí v systému CAC a PC je velmi citlivá Mísení CAC a PC je výsadou specializovaných firem Obvykle se přidává malé množství CAC do PC Nalezení vhodného kompromisu mezi urychlením tvrdnutí a přijatelnou ztrátou pevnosti

EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Výroba prefabrikátů – speciální požadavky na reologické a hydratační vlastnosti záměsí Dodržení potřebné doby zpracovatelnosti pro zaformování Rychlý průběh hydratace a tvrdnutí s možností brzkého odformování Zejména v zimních měsících dochází ke zpomalení hydratace PC Proto chceme sledovat účinek CAC na teplotní průběh hydratace, vývoj pevností a další vlastnosti PC

PC – CAC SMĚSI VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE PC Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 CAC Směs se 3% Směs s 8% Směs s 12% Istra 40 PC I 3 Al I PC I 8 Al I PC I 12 Al I Ciment Fondu PC I 3 Al II CEM I 52, 5 N Istra 50 (PC I) Górkal 70 PC I 8 Al II PC I 12 Al II PC I 3 Al III PC I 8 Al III PC I 12 Al III PC I 3 Al IV PC I 8 Al IV PC I 12 Al IV Ca – 14 M PC I 3 Al V PC I 8 Al V PC I 12 Al V Istra 40 PC II 3 Al I PC II 8 Al I PC II 12 Al I Ciment Fondu PC II 3 Al II CEM I 52, 5 R Istra 50 (PC II) Górkal 70 PC II 8 Al II PC II 12 Al II PC II 3 Al III PC II 8 Al III PC II 12 Al III PC II 3 Al IV PC II 8 Al IV PC II 12 Al IV Ca – 14 M PC II 3 Al V PC II 8 Al V PC II 12 Al V

Pevnosti směsí se 3 % CAC VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007

Pevnosti směsí s 12 % CAC VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007

Tuhnutí se 3 % CAC VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007

Tuhnutí s 12 % CAC VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007

Teplotní průběh hydratace se 3 % CAC VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007

Teplotní průběh hydratace s 12 % CAC VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007

ZÁVĚR I VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Shrnutí vlastností hlinitanových cementů Pomalé počáteční tuhnutí následované rychlým tvrdnutím s rapidním vývojem pevností (po 12 – 24 hod asi 50 MPa) l Vysoké konečné pevnosti (60 – 100 MPa) l Rychlé uvolnění hydratačního tepla – betonářské práce za mírného mrazu (negativní působení – urychlení konverze) l Odolnost vůči kyselému prostředí, neodolává alkalickým roztokům l Odolnost ke zvýšeným a vysokým teplotám (žárobeton) l Dobrá odolnost vůči otěru a biokorozi l Lepší odolnost vůči mrazu l

ZÁVĚR II VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Shrnutí dosavadních výsledků Velmi rozdílné chování dvou použitých PC s obsahem CAC l CEM I 52, 5 R modifikovaný CAC – teplotní průběh hydratace málo pozměněný i při nejvyšší dávce l CEM I 52, 5 N – rozdělení hydratačního píku na několik vrcholů již při 8% CAC, tuhnutí pak probíhalo extrémně rychle, počáteční pevnosti nízké l Přídavek 3 % CAC urychloval počátek tuhnutí u CEM I 52, 5 N l Dosažené pevnosti po 28 dnech byly u CEM I 52, 5 N srovnatelné (3 %) nebo snížené oproti referenčnímu vzorku l U CEM I 52, 5 R došlo při přídavku 3 % CAC k překročení pevnosti referenčního vzorku asi po 18 dnech l Práce budou pokračovat sledováním hydratace při nižších teplotách a budou sledovány fázové změny hydratačních produktů l

VÁPNO, CEMENT, EKOLOGIE Skalský Dvůr 28. -30. 5. 2007 Tento příspěvek byl vypracován v rámci řešení projektu MŠMT – centrum 1 M 06005 DĚKUJI ZA POZORNOST