Czynniki determinujące naprężenia powstające w cemencie ekspansywnym

Abstract

The purpose of this paper was to study an influence of expansive cement composition on tensions taking place in mortars prepared of this kind of cement. Two expansive additives have been tested: monocalcium aluminate (CA) and calcium sulfatealuminate ($C_{4}A_{3}S$), the later known in cement technology as Klein complex. Sulfates have been introduced as gypsum only. A small addition of calcium oxide of maximum $5%$ has also been used. On the basis of obtained results were possible to settle as follows: Increase of an expansive additive (Klein complex or monocalcium aluminate makes expansion higher. An increase of a specific surface of Klein complex or monocalcium aluminate gives the similar effect (higher expansion). A significant influence for expansion has the gypsum/Klein complex ratio or gypsum/ monocalcium aluminate ratio and by modifying this ratio is possible to modify expansion cements properties. Greater value of this ratio makes expansion higher increasing simultaneously tensions of mortar what at an extreme limit leads to the destruction of mortar prisms. Expansion cements having G/($C_{4}A_{3}S$), or G/CA ratio equal to the stechiometry of etringitt formation are suitable binders for the preparation mortars and concrete curried in the air of common humidity ($60%$ of RH). They should be used for repair works of concrete at this kind of environmental conditions. Classic behaviour of expansive cements ensures lower G/expansive additive ratio which should approximately be equal to monocalcium aluminate phase. Calcium oxide addition plays an important role in case of cement with Klein complex, improving its properties, increasing expansion and tensions. Influence of calcium oxide on cement with monocalcium aluminate is nearly the same as in case of use of the Klein complex but the differences of obtained tensions are smaller. Expansive additive as monocalcium aluminate ensures greater tensions of samples then Klein complex additive. Fineness of Portland cement serving as matrix has great influence on tensions of expansive cements with addition of Klein complex. Influence of Portland cement fineness as a matrix in case of cements containing monocalcium aluminate is much lower. Praca miała na celu zbadanie wpływu składu cementu ekspansywnego na naprężenia występujące w zaprawach z tego cementu. Zbadano dwa dodatki ekspansywne a mianowicie glinian monowapniowy (CA) oraz siarczanoglinian wapniowy ($C_{4}A_{3}S$), zwany potocznie w technologii cementu kompleksem Kleina. Siarczany wprowadzano wyłącznie w postaci gipsu. Stosowano także niewielki dodatek tlenku wapniowego wynoszący maksymalnie $5%$ wag. Na podstawie uzyskanych wyników można było ustalić, że: zwiększenie ilości dodatku ekspansywnego (kompleksu Kleina lub glinianu monowapniowego, zwiększa ekspansję. Podobny wpływ ma zwiększenie powierzchni właściwej kompleksu Kleina lub glinianu monowapniowego. Duży wpływ na ekspansję ma stosunek gips/kompleks Kleina lub gips/glinian monowapniowy i za pomocą tego stosunku można modyfikować właściwości cementów ekspansywnych. Zwiększenie tego stosunku zwiększa ekspansję i równocześnie podwyższa naprężenia w zaprawie, co w granicznym przypadku prowadzi do zniszczenia próbnych beleczek z zaprawy. cementy ekspansywne posiadające stosunek gips/kompleks Kleina lub gips/glinian monowapniowy o stechiometrii odpowiadającej powstawaniu ettringitu są odpowiednim spoiwem do sporządzania zapraw i betonów dojrzewających w powietrzu o normalnej wilgotności ($60%$ wilgotności względnej). Powinny one być stosowane do napraw betonów znajdujących się w takim środowisku. Natomiast klasyczne właściwości cementów ekspansywnych zapewnia mniejszy stosunek gips/dodatek ekspansywny który powinien odpowiadać w przybliżeniu fazie monosiarczanu.dodatek tlenku wapnia odgrywa ważną rolę w przypadku cementu z kompleksem Kleina, poprawiając jego właściwości, zwiększając ekspansję i naprężenia. Wpływ dodatku tlenku wapnia na właściwości cementów z dodatkiem glinianu monowapniowego w zasadzie jest taki sam jak w przypadku kompleksu Kleina jednak różnice uzyskanych naprężeń są mniejsze. e/ dodatek ekspansywny w postaci glinianu monowapniowego zapewnia większe naprężenia w próbkach niż dodatek ekspansywny w postaci kompleksu Kleina. f) rozdrobnienie cementu portlandzkiego stanowiącego matrycę ma duży wpływ na naprężenia w cementach ekspansywnych z kompleksem Kleina, korzystniejsze jest jego mniejsze rozdrobnienie. Natomiast w przypadku cementów zawierających glinian monowapniowy wpływ rozdrobnienia cementu portlandzkiego stanowiącego matrycę jest znacznie mniejszy.