CZ2014362A3 - Způsob snížení rychlosti tepla uvolňovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu přídavkem stroncium aluminátového cementu - Google Patents

Způsob snížení rychlosti tepla uvolňovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu přídavkem stroncium aluminátového cementu Download PDF

Info

Publication number
CZ2014362A3
CZ2014362A3 CZ2014-362A CZ2014362A CZ2014362A3 CZ 2014362 A3 CZ2014362 A3 CZ 2014362A3 CZ 2014362 A CZ2014362 A CZ 2014362A CZ 2014362 A3 CZ2014362 A3 CZ 2014362A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
aluminate cement
strontium
cement
hydration
heat
Prior art date
Application number
CZ2014-362A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ305271B6 (cs
Inventor
Petr Ptáček
Eva Bartoníčková
Františka Frajkorová
Radoslav Novotný
Tomáš Opravil
Original Assignee
Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoké Učení Technické V Brně filed Critical Vysoké Učení Technické V Brně
Priority to CZ2014-362A priority Critical patent/CZ2014362A3/cs
Publication of CZ305271B6 publication Critical patent/CZ305271B6/cs
Publication of CZ2014362A3 publication Critical patent/CZ2014362A3/cs

Links

Landscapes

  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

Popisuje se způsob snížení rychlosti uvolňování tepla v průběhu hydratace aluminátového cementu a ovlivnění doby jeho zpracovatelnosti prodloužením indukční periody přídavkem stroncium aluminátového cementu v množství 5 až 20 % hmotn. ve směsi s aluminátovým cementem. Účinek se zvyšuje s množstvím přidaného stroncium aluminátového cementu, takže je možné účinek stroncium aluminátového cementu snadno řídit. Rozvolněním intenzity vývoje tepla na delší časový interval je možné zabránit přehřátí betonových konstrukcí. Protože celkové uvolněné teplo zůstává při konstantní teplotě neměnné, pouze je uvolňováno v delším časovém horizontu, nedochází přídavkem stroncium aluminátového cementu k negativnímu ovlivnění vlastností pojiva.

Description

Vynález se týká způsobu snížení rychlosti tepla uvolňovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu a prodloužení délky indukční periody, zabraňující přehřátí betonů a malt a prodlužující dobu jejich zpracovatelnosti při zachování hydraulických vlastností pojivá.
Dosavadní stav techniky
Aluminátový cement (CAC, Calcium Aluminate Cement) je pojivo na bázi kalcium aluminátu (CaA104, v oboru obvyklý zkrácený zápis této sloučeniny je CA, kde C = CaO a A = AI2O3). Metoda výroby CAC tepelným zpracováním směsi bauxitu s nízkým obsahem oxidu křemičitého a uhličitanu vápenatého (kalcitu) byla patentována roku 1908 ve Francii. Aluminátového cementu se běžně používá v přípravě žárovzdomých materiálů a podle obsahu oxidu hlinitého se rozděluje do čtyř základních skupin, kterými jsou CAC s nízkým (45 U 50 %), středním (50 70 %), vysokým (70 C85 %) a velmi vysokým (> 85 %) obsahem AI2O3. Aluminátový cement také často obsahuje gehlenit, který však není fází hydraulicky aktivní. Zejména u vysoce hlinitých cementů je také přítomen CA2 (grossit), CAó (hibonit) a korund (a- AI2O3). CA2 a CAé pomalu reagují s vodou již za běžných podmínek, přičemž proces lze urychlit zvýšením teploty. Mayenit (C12A7), který je také častou složkou vysocehlintanových cementů, hydratuje rychle a má tak důležitou úlohu pro nukleaci vznikajících hydrátů. Hydratace CA zahrnuje následující reakce [1,2,3]:
1) CA+ 10 H-+CAHw
2) 2CA + 11H -+C2AHg+AH3
3) 3 CA + 12 H -+C3AH6+2AH3 i
Pokud hydratace probíhá při teplotách nižších než 15°C, vzniká hexagonální CAH 10 jako jediný produkt hydratace aluminátového cementu. V teplotním rozmezí 15 až
A • · « · • · * ·
JL· °C může CAHio koexistovat s C2AH8 a AH3.
V případě, že teplota hydratace vzroste nad 27 °C, jsou hlavními produkty hydratace C2AH8 a AH3 a nad teplotou 50 °C jsou stabilními produkty hydratace C3AH6 a AH3 [1,4].
Protože složení produktů hydratace kalcium aluminátového cementu silně závisí na teplotě, přičemž kubický tri-kalcium aluminát hexahydrát (C3AH6) a gibbsit (y-AH3) jsou z těchto sloučenin jedinými termodynamicky stabilními produkty, je použití kalcium aluminátového cementu pro konstrukční účely omezeno postupnou ztrátou pevnosti, kterou zapříčiňuje postupná konverze hexagonálních produktů hydratace (C2AH8 a CAHio) na kubický C3AH6 [4,5]. Těmito vlastnostmi, tj. značnou závislostí vznikajících produktů hydratace na teplotě a probíhající transformací produktů hydratace, se rcement\kalcium alumináioyýjvýrazně liší od Portlandského cementu (OPC, Ordinary Portland Cement) [6].
Stroncium aluminátový cement (SrAC, Strontium Aluminate Cement) obsahuje stroncium aluminát (SrAEO^SrA kde Sr = SrO a A = AI2O3), tedy sloučeninu analogickou kalcium aluminátu v cementu aluminátovém, jako hlavní hydraulickou fázi. Tato pojivá mohou být připravena tepelným výpalem equimolámí směsi oxidu hlinitého (AI2O3) nebo bauxitu a uhličitanu strontnatého (SrCO3) [4,7,8]:
4) ď/2O3 + SrCO3 -A SrAl2O4 + CO2(g)
Reference:
[1] V. Antonovič, J. Kerieně, R. Boris, M. Aleknevičius. The Effect of Temperature on the Formation of the Hydrated Calcium Aluminate Cement Structure. Procedia Engineering 57 (2013) 99-106.
[2] S.R. Klaus, J. Neubauer, F. Goetz-Neunhoeffer. Hydration kinetics of CA2 and CA-Investigations performed on a synthetic calcium aluminate cement. Cement and Concrete Research 43 (2013) 62-69.
[3] V. Hanykýř, J. Kutzendorfer, Technologie keramiky, Druhé upravené vydání, vydala: Vega s.r.o., 2002. ISBN: 80-900860-6-3.
* * i · * i •‘ · ··:.** * * · · · · [4] Odler, I.: Speciál inorganic cements. lst edition. London: E & FN Spon, 2000, p. 227- 243, ISBN: 0-419-22790-3 [5] P. Garcés, E.Ga Alcocel, S. Chinchón, C.Ga Andreu, J. Alcaide. Effect of curing temperature in some hydration characteristics of calcium aluminate cement compared with those of portland cement. Cement and Concrete Research 27 (1997) 1343-1355.
[6] N. Ukrainczyk. Kinetic modeling of calcium aluminate cement hydration. Chemical Engineering Science 65 (2010) 5605-5614.
[7] A. K. Chatterjee. Re-examining the prospects of aluminous cements based on alkali-earth and rare-earth oxides. Cement and Concrete Research 39 (2009) 981-988.
[8] Petr Ptáček, František Šoukal, Tomáš Opravil, Eva Bartoníčková, Martin Zmrzlý, Radoslav Novotný. Synthesis, hydration and thermal stability of hydrates in strontiumaluminate cement Ceramics Intemational, In Press, Accepted Manuscript, Available online 28 February 2014 (http://dx.doi.Org/10.1016/j.ceramint.2014.02.095).
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky spojené s procesem hydratace aluminátového cementu řeší způsob řízení vývoje tepla v průběhu hydratace aluminátového cementu (CAC) pomocí přídavku cementu stroncium aluminátového (SrAC), kde hlavní účinnou složkou je stroncium aluminát, hlavní hydraulická fáze SrAC. Tímto způsobem lze účinně zabránit přehřátí masivních konstrukcí z aluminátového cementu a také omezit objemové změny, které přináší změna složení produktů hydratace s rostoucí teplotou.
Předmětem vynálezu je způsob snížení rychlosti tepla uvolňovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu a prodloužení délky indukční periody, kdy se k aluminátovému cementu přidá stroncium aluminátový cement v množství 5 až 20/hmotn.^ó celkového množství směsi aluminátového cementu a stroncium aluminátového cementu. Doba uvolňování 90 % celkového tepla v průběhu hydratace aluminátového cementu se se zvyšujícím se množstvím přidaného stroncium aluminátového cementu prodlužuje exponenciálně a délka indukční periody aluminátového cementu se se zvyšujícím se množstvím přidaného stroncium aluminátového cementu prodlužuje lineárně. Celkové množství uvolněného tepla při hydrataci aluminátového
X « « * · · > « ····
cementu za konstantní teploty zůstává ve výše uvedeném rozsahu přidaného množství stroncium aluminátového cementu zachováno.
Podstata vynálezu spočívá v regulaci rychlosti uvolňování hydratačního tepla z aluminátového cementu (kinetiky hydratace) a řízení délky indukční periody (prodloužení doby zpracovatelnosti) betonů a malt na bází aluminátového cementu přídavkem cementu stroncium aluminátového. SrAC tedy ovlivňuje průběh hydratace aluminátového cementu tím, že rozkládá intenzitu vývoje hydratačního tepla na delší časový interval, přičemž celkové množství generovaného tepla zůstává při určité konstantní teplotě zachováno, a to až do přídavku 20Íhmotn.% stroncium aluminátového cementu. Na isotermickém kalorimetru lze tak pozorovat snížení výšky píku hlavního efektu hydratace kompenzované růstem jeho šířky (&)br. 1), přičemž plocha pod pikem zůstává nezměněna (0br. 2). Tepelný tok, což je množství tepla uvolněné hydratačními procesy v průběhu hydratace jednotkového množství pojivá za jednotku času, se přídavkem stroncium aluminátového cementu snižuje (X>br. 1). Vliv stroncium aluminátového cementu omezuje nebezpečí přehřátí tuhnoucího betonu a prodlužuje čas nástupu hlavního hydratačního efektu (indukční perioda) a tím prodlužuje interval zpracovatelnosti záměsi.
Doba indukční periody se v koncentračním rozmezí 5 až 20 jhmotn. % stroncium aluminátového cementu (SrAC) ve směsi s aluminátovým cementem prodlužuje lineárně. Tento trend je možné popsat vztahem:
5) (Obr. 3) kde íind. je délka indukční periody v hodinách a Wstac udává hmotnostní koncentraci aluminátového cementu ve směsi.
Doba, za kterou je dosaženo vývoje 90 % hydratačního tepla (/90%), s koncentrací stroncium aluminátového cementu roste exponenciálně podle rovnice:
í90% =“88wSrylcexp[-w^c/19fl]+96 [Z’ = 25°C]; 6) (Obr. 4)
Intenzita vývoje hydratačního tepla klesá s rostoucím přídavkem stroncium aluminátového cementu ve směsi s aluminátovým cementem, avšak celkové množství generovaného tepla se až do přídavku 20 % stroncium aluminátového cementu významně • · · ·
Konstanty výše uvedených vztahů 5) a 6) platí pro standardní teplotu 25 °C; rychlost hydratačních procesů se s teplotou zvyšuje.
Objasnění výkresů
Obr. 1: Závislost tepelného toku na čase při množství 5 ‘hmotný, 10 1ímotm% a 20 ‘hinotn|%j stroncium aluminátového cementu ve směsi s aluminátovým cementem.
Obr. 2: Závislost celkového hydratačního tepla na čase při množství 5 'hmotru0/^ lO^hmotn^ a ΖΟΐίηοϊϊηδώ stroncium aluminátového cementu ve směsi s aluminátovým cementem.
Obr. 3: Lineární závislost doby indukční periody aluminátového cementu na množství stroncium aluminátového cementu ve směsi.
Obr. 4: Exponenciální závislost doby uvolňování 90 % hydratačního tepla aluminátového cementu na množství stroncium aluminátového cementu ve směsi.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
- — -v Příprava záměsi (cementové pasty) aluminátového cementu (CAC) spřídavkem 5 ‘hmotn.fy stroncium aluminátového cementu (SrAC)
Stroncium aluminátový cement (SrAC) se smísí s cementem aluminátovým tak, aby jeho hmotnost ve směsi činila 5 %. Postup přípravy stroncium aluminátového cementu, jeho vlastnosti a také průběh hydratace je znám ze stavu techniky a detailně popsán v odkazované odborné literatuře [4,8]. Aluminátový cement Secar 51 (Lafarge a.s.) vykazuje za isotermních podmínek indukční periodu 9,5 h (ftbr. 1), po které následuje prudký vývoj hydratačního tepla. Od této doby dochází přibližně v 8 h intervalu k vývoji 90 % hydratačního tepla. Maximální hodnota tepelného toku je 24,4 mW/g cementu. Při obsahu strontnatého cementu 5 % v aluminátovém cementu Secar 51 (95 g Secar 51 a 5 g SrA cementu) se jeho indukční perioda prodlouží na 13 h, doba vývoje uf hydratačního tepla na 28 h a maximální tepelný tok poklesne na 9,1 mW/g cementu (ífibr. 1). Ačkoliv dojde k výraznému poklesu maximální hodnoty vývoje tepelného toku, tak celkové hydratační teplo je od 44 h hydratace prakticky shodné s čistým Secarem 51 (0br. 2).
Příklad 2
Příprava záměsi aluminátového cementu (CAC) s přídavkem 20Fm/7n'.&f stroncium aluminátového cementu (SrAC)
Stroncium aluminátový cement se smísí s cementem aluminátovým tak, aby jeho hmotnost ve směsi činila 20 %. Při obsahu strontnatého cementu 20 % v aluminátovém cementu Secar 51 (80 g Secar 51 a 20 g SrA cementu) se jeho indukční perioda prodlouží na 28 h, doba vývoje hydratačního tepla na 65 h a maximální tepelný tok poklesne na 2,3 mW/g cementu (íQbr. 1). Ačkoliv dojde k výraznému poklesu maximální hodnoty vývoje tepelného toku, tak celkové hydratační teplo po 90 h hydratace dosahuje 91 % celkového hydratačního tepla Secaru 51 (®br. 2).
Průmyslová využitelnost
Způsob podle vynálezu umožňuje řízení vývoje hydratačního tepla z aluminátového cementu (CAC) tak, aby se zamezilo nebezpečí přehřátí a ztráty pevnostních charakteristik betonovaných konstrukcí. Snížení rychlosti tepla generovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu umožňuje také betonáž masivních bloků bez nebezpečí přehřátí jeho vnitřních částí a řízení rychlosti vývoje tepla, zejména při vyšších teplotách prostředí. Volbou množství přídavku stroncium aluminátového cementu lze také prodloužit dobu zpracovatelnosti čerstvého betonu.

Claims (1)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY i Upravené-patentovénároky < · • · «
    • · · · ,24τ2τ2^
    1. Způsob snížení rychlosti uvolňovaní tepla v průběhu hydratace aluminátového cementu a prodloužení délky indukční periody, vyznačující se tím, že k aluminátovému cementu se přidá stroncium aluminátový cement v množství 5 až 20 hmotn.% celkového množství směsi aluminátového cementu a stroncium aluminátového cementu, přičemž doba uvolňování 90 % celkového tepla v průběhu hydratace aluminátového cementu se se zvyšujícím se množstvím přidaného stroncium aluminátového cementu prodlužuje exponenciálně a délka indukční periody aluminátového cementu se se zvyšujícím se množstvím přidaného stroncium aluminátového cementu prodlužuje lineárně, přičemž celkové množství uvolněného tepla při hydrataci aluminátového cementu zůstává při konstantní teplotě zachováno.
CZ2014-362A 2014-05-27 2014-05-27 Způsob snížení rychlosti tepla uvolňovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu přídavkem stroncium aluminátového cementu CZ2014362A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2014-362A CZ2014362A3 (cs) 2014-05-27 2014-05-27 Způsob snížení rychlosti tepla uvolňovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu přídavkem stroncium aluminátového cementu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2014-362A CZ2014362A3 (cs) 2014-05-27 2014-05-27 Způsob snížení rychlosti tepla uvolňovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu přídavkem stroncium aluminátového cementu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ305271B6 CZ305271B6 (cs) 2015-07-08
CZ2014362A3 true CZ2014362A3 (cs) 2015-07-08

Family

ID=53512954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2014-362A CZ2014362A3 (cs) 2014-05-27 2014-05-27 Způsob snížení rychlosti tepla uvolňovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu přídavkem stroncium aluminátového cementu

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2014362A3 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3255024A4 (en) * 2015-02-06 2018-11-21 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Heat-insulating monolithic refractory material

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101328050B (zh) * 2008-07-31 2013-03-20 中国石油大学(华东) 低温低水化热固井水泥体系
CN102234200B (zh) * 2010-04-25 2013-05-29 杨建明 一种磷酸钾镁水泥凝结时间和早期水化速度的控制方法
CN102101759B (zh) * 2010-12-30 2012-08-22 广东水电二局股份有限公司 一种混凝土复合外加剂及其制备方法和应用
CZ304997B6 (cs) * 2013-06-28 2015-03-18 Vysoké Učení Technické V Brně Tvarový materiál na bázi stroncium aluminátového cementu a jeho použití
CN103833259B (zh) * 2014-01-09 2015-08-19 江苏苏博特新材料股份有限公司 一种中热硅酸盐水泥水化历程调控材料

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3255024A4 (en) * 2015-02-06 2018-11-21 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Heat-insulating monolithic refractory material

Also Published As

Publication number Publication date
CZ305271B6 (cs) 2015-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wansom et al. Water resistant blended cements containing flue-gas desulfurization gypsum, Portland cement and fly ash for structural applications
RU2715583C1 (ru) Вяжущее на основе производных алюмосиликата кальция для строительных материалов
CN103482926B (zh) 一种水泥基无收缩灌浆料
Habbaba et al. Formation of organo-mineral phases at early addition of superplasticizers: The role of alkali sulfates and C3A content
DK2935146T3 (en) Hardened cement MATERIAL BASED ON HYDRAULIC BINDERS FOR USE AT LOW TEMPERATURES
EP2169027A1 (en) Carbonate-coated cement additives
AU2012282216B2 (en) Hydraulic binder
WO2015017185A1 (en) Fast setting portland cement compositions with alkali metal citrates and phosphates with high early-age compressive strength and reduced shrinkage
JP7044996B2 (ja) セメント用急硬性添加材及びその製造方法
Niziurska et al. The influence of lithium carbonate on phase composition of calcium aluminate cement paste
Rahhal et al. Calorimetry of Portland cement with metakaolins, quartz and gypsum additions
Goñi et al. Sodium sulphate effect on the mineralogy of ternary blended cements elaborated with activated paper sludge and fly ash
KR101116346B1 (ko) 고로슬래그 시멘트 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 고로슬래그 시멘트
Darweesh Limestone as an accelerator and filler in limestone-substituted alumina cement
CZ2014362A3 (cs) Způsob snížení rychlosti tepla uvolňovaného v průběhu hydratace aluminátového cementu přídavkem stroncium aluminátového cementu
WO2021246288A1 (ja) セメント混和材およびセメント組成物
CN109320153B (zh) 耐高温水硬胶材以及其制成的砂浆
KR100508207B1 (ko) 시멘트 혼화재 및 이를 함유한 시멘트 조성물
DK2664597T3 (en) Binder blend and dry mortar composition
El-Amir et al. Utilization of low-cost celestite ore in the production of high-quality calcium-strontium aluminate refractory cement
Nithya et al. A thermal analysis study on blended ternary cement paste
CN119683893B (zh) 一种固井胶凝材料用膨胀剂及用途
JP2003509322A (ja) 高セッコウ含有率のポルトランドセメント
CN119683894B (zh) 一种固井胶凝材料用膨胀剂的制备方法
JP7770219B2 (ja) セメント混和材

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20230527