Długoterminowa obserwacja betonu komórkowego wyprodukowanego z popiołu fluidalnego. Dr inż. Svetozár Balcovic PORFIX Słowacja

Transkrypt

1 Długoterminowa obserwacja betonu komórkowego wyprodukowanego z popiołu fluidalnego Dr inż. Svetozár Balcovic PORFIX Słowacja

2 WSTĘP Próbki betonu komórkowego z dodatkiem popiołu fluidalnego % zostały przygotowane w miesiącach 10 11/2006, jako materiał porównawczy wykorzystany został beton komórkowy z normalnej produkcji, bez dodatku popiołu fluidalnego, popiół fluidalny (PF) jest mieszaniną popiołu dennego i lotnego (w stosunku: 2 : 1), długookresowa obserwacja była skierowana na próbki składowane w suchym środowisku w temeperaturze pokojowej oraz na próbki składowane przy 100 % wilgotności względnej (na kracie nad wodą), w pierwszym roku składowania wzorki kontrolowano raz na miesiąc, w drugim raz na kwartał, a w trzecim raz na pół roku, wytrzymałość na ściskanie oraz gęstość objętościowa betonu komórkowego zostały ustalone w zakładzie PORFIX - pórobetón SA, Zemianske Kostoľany pozostałe fizykalno-mechaniczne właściwości próbek zostały ustalone w ÚACH SAV (Instytucie Chemii Nieorganicznej Słowackiej Akademii Nauk) w Bratysławie.

3 Skład chemiczny popiołu Składnik Popiół fluidalny Popiół ENO Zawartość [% obj.] Zawartość [% obj.] SiO 2 38,79 64,68 Fe 2 O 3 3,21 10,18 Al 2 O 3 16,08 20,19 TiO 2 0,51 0,71 CaO 21,28 6,24 MgO 1,98 2,55 SO 3 13,99 1,45

4 Analiza termiczna Przebieg krzywych DTA badanych próbek odpowiada znanemu przebiegowi rozkładu próbek betonu komórkowego, któremu towarzyszy ulatnianie się wody wiązanej powierzchniowo i wody hydratacyjnej (w temperaturze ok. 60 i 105 oc) oraz rozkład fazy C-S-H przy ok. 290 oc (temperatura charakterystyczna dla częściowej substytucji Si Al w tej fazie), przy czym nie można wykluczyć również rozkładu obecnych hydrogranatów, z rozkładem portlandytu i gipsu przy ok oc. Krzywe potwierdzają też, że w wyniku reakcji nie doszło do zupełnego zużycia CaO. Endotermy między 530 a 650 oc odpowiadają skarbonatyzowanemu mikrokrystalicznemu C-S-H i waterytowi, te około oc lepiej wykrystalizowanemu kalcytowi, który jest termicznie bardziej stabilny. Punkty szczytowe termicznego rozkładu portlandytu, gipsu, skarbonatyzowanego mikrokrystalicznego C-S-H oraz modyfikacji CaCO3 wskazują egzotermy przy temperaturach 420 i 900 oc.

5 Krzywa DTA betonu komórkowego z popiołu fluidalnego

6 Analiza rentgenowska fazowa Intensity A III B III ThTh T EG GT E/Th E T Ge V T E E TP K K G G TK PT GE K Th Ge G K T P T T K E E/Th Ge E V K E theta Analiza potwierdza zwiększoną zawartość gipsu (CaSO4 2H2O) oraz obecność ettryngitu i taumazytu. Po 36 miesiącach składowania próbek w suchym i wilgotnym środowisku pod względem jakości nie dochodzi do zmian fazowych fazy są jednakowe, niewielkie zmiany zachodzą w intensywności dyfrakcji w wyniku lepszej krystaliczności spowodowanej większym stopniem krystalizacji poszczególnych faz hydratacji. Jak widać na ilustracji, lepsza krystalizacja ma miejsce podczas składowania próbek w mokrym środowisku jest tu wyższa intensywność dyfrakcji. Jednocześnie zgodnie z krzywymi DTA pojawiają się ślady portlandytu. Częstotliwość pojawiania się portlandytu jest rezultatem korozji siarczanowej, do której dochodzi w porach podczas długiej fazy ciekłej. Korozja siarczanowa rozpoczyna się rozpuszczeniem gipsów oraz agresją na spoiwo Po stopniowym przereagowaniu portlandytu [Ca(OH)2] kwaśniejsze środowisko roztworu porowego oraz CO2 z atmosfery powodują stopniowy rozkład C-S- H, któremu towarzyszy uwolnienie CaO do roztworu porowego. Reakcja będzie długookresowa i doprowadzi do zupełnego zużycia CaO z C-S-H oraz całkowitej destrukcji struktury betonu komórkowego.

7 cps/ev K Fe O Mg Si Ca S Al S Ca K Fe kev Twory krystaliczne w próbce A III po 12 miesiącach składowania w miejscu 1, 2 i 5 odpowiadają strukurze utworzonej przez hydrogranat Fe i Mg, miejsce 4 przedstawia roztwór stały ettryngit taumazyt, miejsce 3 odpowiada C-S-H o strukturze podobnej do tobermorytu.

8 7 6 5 cps/ev Ca Twory krystaliczne w próbce A III po 24 miesiącach składowania w miejscu 1 i 3 odpowiadają strukurze utworzonej przez hydrogranat Fe i Mg, C-S-H o strukturze podobnej do tobermorytu, miejsce 3 przedstawia roztwór stały ettryngit taumazyt. 4 S O Si Fe S Ca Al Au K Mg K Fe kev Au

9 16 cps/ev Si Ca Twory krystaliczne w próbce A III po 36 miesiącach składowania w miejscu 1, 2 i 3 odpowiadają strukurze utworzonej przez hydrogranat Fe i Mg i skarbonatyzowanemu C-S-H o strukturze podobnej do tobermorytu O Fe Al K Mg S Ca Na S Au K Fe kev Au

10 cps/ev O Fe Ca K S Si S Al Mg Na K Ca Fe kev Twory krystaliczne w próbce B III po 36 miesiącach składowania iglice w miejscu 1 i 4 są tworzone przez roztwór stały ettryngit taumazyt twory krystaliczne w miejscu 2 i 3 są tworzone przez nowo powstałe twory C-S-H o strukturze podobnej do tobermorytu.

11 22 cps/ev O 8 Si Ca Twory krystaliczne w próbce B III po 24 miesiącach składowania w miejscu 1, 2 i 3 odpowiadają strukurze utworzonej przez hydrogranat Fe i Mg, C-S-H i strukturze podobnej do tobermorytu, w miejscu 4 jest widoczna mniejsza ilość roztworu stałego ettryngit taumazyt Al S Ca K Fe Mg Au S Na K Fe kev Au

12 cps/ev O Ca Twory krystaliczne w próbce A III po 36 miesiącach składowania w miejscu 1 3 odpowiadają strukurom utworzonym przez hydrogranat Fe i Mg, C-S-H o strukturze podobnej do tobermorytu Ca Al C Si Na Au Mo Mo K Mg K Au kev Mo Au

13 Spektrum IR betonu komórkowego po 10, 11 i 12 miesiącach

14 Spektrum IR betonu komórkowego po 24 miesiącach

15 Spektrum IR betonu komórkowego po 36 miesiącach

16 vlhkosť [%] vlhkosť [%] Krzywa wysychania betonu komórkowego przy suchym składowaniu Przebieg wilgotności przy mokrym składowaniu AI-1 AII-1 AIII mesiace BI-1 BII-1 BIII mesiace

17 pevnosť v tlaku [MPa] pevnosť v tlaku [MPa] Wytrzymałość betonu komórkowego na ściskanie przy suchym składowaniu Wytrzymałość betonu komórkowego na ściskanie przy mokrym składowaniu 5 4,5 4 3,5 3 AI AII AIII Lineárny (AIII) Lineárny (AII) Lineárny (AI) 2, mesiace 5,5 5 4,5 4 3,5 3 BI BII BIII Lineárny (BI) Lineárny (BII) Lineárny (BIII) 2, mesiace

18 WNIOSKI Długookresowa obserwacja betonu komórkowego wyprodukowanego z popiołu klasycznego i fluidalnego potwierdziła założenia dotyczące wysychania betonu komórkowego. Stan stałej wilgotności 8 % beton komórkowy osiągnie niezawodnie już po 3 miesiącach suchego składowania. Po trwającej rok ekspozycji wilgotność betonu komórkowego wyprodukowanego ze 100 % popiołu klasycznego wynosi 7,5 %, z dodatkiem 30 % popiołu fluidalnego jest to 7 %. Wilgotność betonu komórkowego wyprodukowanego ze 100% popiołu fluidalnego jest najniższa 6 %. Po 3 latach następuje dalszy nieznaczny spadek wilgotności.

19 Najniższą wytrzymałość na ściskanie ma beton komórkowy wyprodukowany ze 100 % popiołu fluidalnego. Niższą ogólną wartość wytrzymałości betonu komórkowego przy 100 % wykorzystaniu popiołu fluidalnego należy przypisać redukcji zawartości dostępnego SiO2 w mieszance a także redukcji ilości fazy spoiwowej. Przy suchym składowaniu wytrzymałość betonu komórkowego spada. Od ok. 12 % w przypadku użycia 100 % popiołu klasycznego, aż do ok. 27 % przy użyciu 100 % popiołu fluidalnego. Ten spadek wytrzymałości jest stosunkowo duży a można go przypisać niedostatecznej krystalizacji nowo powstałych tworów oraz ich rekrystalizacji i karbonatacji. W decydującej mierze za spadek wytrzymałości odpowiedzialna jest karbonatacja fazy wiążącej C-S-H. Dlatego właśnie wskazana jest obserwacja wyrzymałości betonu komórkowego w horyzoncie czasowym dłuższym niż 3 lata. W konstrukcji należy stworzyć takie warunki, by nie dochodziło do karbonatacji betonu komórkowego. Wytrzymałość betonu komórkowego wyprodukowanego ze 100 % popiołu klasycznego przy jego mokrym składowaniu bardzo nieznacznie wzrasta (o ok. 0,1 MPa). Wytrzymałość betonu komórkowego wyprodukowanego z dodatkiem 30 % oraz 100 % popiołu fluidalnego nieznacznie spada o ok. 0,2 MPa. Można powiedzieć, że wilgotne składowanie nie obniża wytrzymałości betonu komórkowego.

20 Nowo powstałe twory krystaliczne w próbkach odpowiadają strukurze utworzonej przez hydrogranat Fe i Mg, roztworem stałym ettryngit taumazyt, oraz C-S-H o strukturze podobnej do tobermorytu. Na podstawie spetrów IR po 36 miesiącach zwiększa się udział węglanowych składników w roztworze stałym ettryngit taumazyt, przez co skład roztworu stałego zbliża się bardziej do taumazytu. Kryształy materii są mieszaniną ettryngitu i taumazytu (roztwór stały), jak jednocześnie potwierdza również mikroanaliza EDX. Kryształy taumazytu znajdują się we wszytskich próbkach betonu komórkowego. Mimo przedłużającego się okresu składowania próbek, w środowisku suchym ich habitus się nie zmienia. W środowisku wilgotnym natomiast dochodzi w wyniku krystalizacji do wzrostu rozmiaru nowo powstałych tworów krystalicznych, a w wyniku karbotanacji do powstania węglanów, jak również do powstania sześciennych kryształów kalcytu CaCO3. Ten proces potwierdza także analiza spektralna IR. Wyniki długookresowej obserwacji wykazały, że trzyletni okres obserwacji jest niewystarczający do badań trwałości betonu komórkowego. Za optymalną należałoby uważać obserwację trwającą 7 10 lat. Należy optymalizować dodatek popiołu fluidalnego w sposób racjonalny z punktu widzenia ekonomii i eksploatacji, tak by miał on jak najmniejszy wpływ na wytrzymałość betonu komórkowego na ściskanie oraz inne fizykalno-mechaniczne właściwości. Osiągnąć to można drogą eksperymentów i testów w ww. horyzoncie czasowym.

21

22 Dziękujemy za uwagę