Badania wpływu dodatku glinokrzemianowego na proces hydratacji cementu glinowego

Mariola Nowacka

Abstract

The hydration process is crucial to the structure and thus the properties of all cementitious materials. The widely conducted studies concern Portland cements and they cannot be utilized in calcium aluminate cement products. Calcium aluminate cement (also called high alumina cement) is a fast-hardening hydraulic binder, which is different from the Portland cements in regard of its composition, hydration process chemistry and the properties. It is a special cement intended mainly to refractories. High early strength, fast hardening and sulfate resistance are just some of the properties of the cement which could be used significantly better if it was not for its high price, and, first of all, the risk of the strength deterioration associated with the conversion of metastable hydrates into thermodynamically stable products. The conversion process is inevitable and the accompanying increase of porosity and permeability causes worsening not only of the strength of the hardened material, but also its durability. In order to limit or even eliminate the negative effects of this transformation, the introduction of the mineral additions has been investigated. Such action is fully consistent with the principles of sustainable development and the usage of waste gives even greater profit economically and ecologically. It is important to these materials to be not only a filler which sealing cement matrix, but can also actively participate in the reactions providing efficient modification and improved properties of the binder. In this work the investigations of the effect of two types of aluminosilicate additions on calcium aluminate cement hydration process depending on their content, temperature, amount of water, kind of cement and the presence of chemical additives over various periods of the process were presented. One of them - spent catalyst from the fluidised catalytic cracking installation is a waste from the petrochemical industry, the second - metakaolin is a commercial mineral addition for cements. The calorimetry, conductometry, thermal analysis, infrared spectroscopy and X-ray diffraction studies, scanning electron microscope observations combined with X-ray analysis of micro-regions and strength tests were carried out. The results showed the complexity and the ambiguity of interactions, which are dependent on the sample composition as well as the hydration process conditions. It was proved that both the considered mineral additions can be used as a replacement part of calcium aluminate cement modifying the binder properties beneficially. It was found that both the aluminosilicates can actively participate in the reactions and building the structure of the system, the more, the greater their contents are. However, it was proved that the reactivity of these additions in the hydrating calcium aluminate cement environment is strictly dependent on the temperature and duration of the process. The optimum temperature range is required for the development of the reaction of the mineral additions in the system to form new hydration products. At low temperature (e.g. 6oC, 10°C) and at elevated temperature (e.g. 40oC, 60°C) the cement reactions dominate and the effect of the aluminosilicates is limited to the microfiller role primarily. It was shown that a significant participation of both the waste catalyst and the metakaolin in development of new hydration products: mainly C2ASH8, and C-S-H, and/or C-A-S-H, and C3AS3-xH2x (1.5
Rodzaj dyplomuPraca doktorska
Autor Mariola Nowacka (WBMiP / ICh)
Mariola Nowacka
- Instytut Chemii
Językpl polski
Jednostka dyplomującaWydział Chemiczny (WCh)
Dyscyplina naukitechnologia chemiczna / dziedzina nauk chemicznych / obszar nauk ścisłych
Data rozpoczęcia22-03-2011
Data obrony18-03-2016
Data zakończenia 22-03-2016
Promotor Barbara Pacewska (WBMiP / ICh)
Barbara Pacewska
- Instytut Chemii
Recenzenci wewnętrzni Mikołaj Szafran (WCh / KTCh)
Mikołaj Szafran
- Katedra Technologii Chemicznej
Recenzenci zewnętrzni Wiesława Nocuń-Wczelik - [Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie (AGH)]
Wiesława Nocuń-Wczelik
-
- Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Paginacja 269
Słowa kluczowe w języku polskimxxx
Słowa kluczowe w języku angielskimxxx
Streszczenie w języku polskimProces hydratacji jest kluczowy dla struktury i tym samym właściwości wszystkich materiałów cementowych. Powszechnie prowadzone prace dotyczą cementu portlandzkiego i nie mają przełożenia na wyroby z cementu glinowego. Cement glinowy (ang. calcium aluminate cement, high alumina cement) jest szybko twardniejącym spoiwem hydraulicznym, różnym od cementu portlandzkiego pod względem składu, chemizmu przemian hydratacyjnych i właściwości. Jest to cement specjalny, przeznaczony głównie do materiałów ogniotrwałych. Wysoka wczesna wytrzymałość, szybkie twardnienie czy odporność na agresję siarczanową, to tylko niektóre właściwości tego cementu, które zdecydowanie lepiej mogłyby zostać wykorzystane, gdyby nie wysoka cena, a przede wszystkim, możliwość spadku wytrzymałości wynikająca z przemiany hydratów metatrwałych do termodynamicznie trwałych produktów. Proces konwersji zachodzi nieuchronnie, a towarzyszący mu wzrost porowatości i przepuszczalności powoduje nie tylko pogorszenie wytrzymałości stwardniałego materiału, ale i jego trwałości. Celem ograniczenia lub nawet wyeliminowania negatywnych skutków tej transformacji, wprowadzenie do układu dodatków mineralnych jest badane. Działanie takie jest w pełni zgodne z zasadami zrównoważonego rozwoju, a wykorzystanie odpadu zapewnia jeszcze większy zysk ekonomiczny i ekologiczny. Ważne jest, aby materiały takie nie były jedynie wypełniaczem uszczelniającym matrycę cementową, ale także aktywnie uczestniczyły w przebiegających reakcjach, zapewniając efektywną modyfikację i udoskonalone właściwości spoiwa. W niniejszej pracy przedstawiono badania wpływu dwóch rodzajów dodatków glinokrzemianowych na proces hydratacji cementu glinowego w zależności od ich zawartości, temperatury, ilości wody, rodzaju cementu oraz obecności domieszek chemicznych w różnych okresach procesu. Jeden z nich - zużyty katalizator z instalacji fluidalnego krakingu katalitycznego to odpad z przemysłu petrochemicznego, drugi - metakaolinit to handlowy dodatek do cementów. Pomiary wykonano metodami: kalorymetrii, konduktometrii, analizy termicznej, spektroskopii w podczerwieni, dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego, a także przeprowadzono obserwacje skaningowym mikroskopem elektronowym połączone z analizą rentgenowską w mikroobszarach i badania wytrzymałościowe. Uzyskane wyniki wykazały złożoność układu i niejednoznaczność oddziaływań, które są zależne zarówno od składu próbki, jak i warunków procesu hydratacji. Dowiedziono, że obydwa rozpatrywane dodatki mineralne można stosować jako zamiennik części cementu glinowego korzystnie modyfikujący właściwości spoiwa. Stwierdzono, że badane glinokrzemiany mogą aktywnie uczestniczyć w zachodzących reakcjach i budowaniu struktury układu, w tym większym stopniu im większa jest ich zawartość. Dowiedziono, że reaktywność tych dodatków w środowisku hydratującego cementu glinowego jest jednak ściśle uzależniona od temperatury i czasu procesu. Optymalny zakres temperatury hydratacji jest konieczny dla rozwoju reakcji rozpatrywanych dodatków w układzie w kierunku wytworzenia nowych produktów. W temperaturze niskiej (np. 6oC, 10oC), jak i podwyższonej (np. 40oC, 60oC) przemiany cementu dominują i efekt działania glinokrzemianów jest ograniczony przede wszystkim do roli mikrowypełniacza. Wykazano, że znaczący udział zarówno odpadowego katalizatora, jak i metakaolinitu w tworzeniu nowych produktów hydratacji: głównie C2ASH8, a także C-S-H i/lub C-A-S-H oraz C3AS3-xH2x (1,5
Plik pracy
Nowacka.pdf 21.97 MB

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót