DD267565A1

DD267565A1 - Verfahren zur charakterisierung des hydraulischen verhaltens von feststoffen

Info

Publication number: DD267565A1
Application number: DD30965287A
Authority: DD
Inventors: Peter Schreiter; Gert Kloess; Michael Werner
Original assignee: Univ Leipzig
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1989-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung des hydraulischen Verhaltens von Feststoffen. Phasenneubildungen in Stoffsystemen Feststoff-Fluessigkeit koennen dynamisch verfolgt und quantifiziert werden. Das Verfahren stellt eine schnelle und unkomplizierte Messmethode fuer die bindemitteltechnische Charakterisierung von Feststoffen dar. Damit wird eine Selektion von Flugaschen hinsichtlich ihrer Eignung als Bindemittel im grosstechnischen Massstab moeglich. Mit dem Verfahren ist eine Qualitaetspruefmethode fuer Hydratationsprozesse gegeben (z. B. in der Zementpruefung). Grundlage fuer das Verfahren sind die bei Feststoff-Fluessigkeit-Reaktionen auftretenden Dichteaenderungen, die in direktem Zusammenhang mit den zu messenden Immersionswaegewert-Zeit-Kurven stehen. Die hydrostatische Waegung wird in einer dafuer hergerichteten Analysenwaage realisiert. Als Probenbehaeltnis dient ein Pyknometer.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren, mit dessen Hilfe Phas vnneublldung in Stoffsystemen Feststoff-Flüssigkeit, bzw. · Festetoffgemischen-FIOssigkeit quantifiziert und dynamisch betrachtet werden können. Grundlage dafür sind die bei derartigen Reaktionen in definierten Systemen auftretenden Dichteänderungen, die in direktem Zusammenhang mit den meßbaren Änderungen des Immersionswägewertea stehen.

Charakteristik des Stande« von Wissenschaft und Technik

Hauptkriterium für den Einsatz von Bindemitteln im Bauwesen, insbesondere bei der Verwendung bindemittelaktiver Flugaschen als Bindemittel bzw. als Bindemittelsubstitut, lsi neben den Gehalten an betonschädlichen Komponenten die Stärke der hydraulischen Reaktionen, die im Zusammenspiel mit kornspezifischen Faktoren dur eingesetzten Zuschlagstoffe die Festigkeit der zu erstellenden Betone bzw. Mörtel erzeugt. Es ist keine direkte Methode bekamt, nach der schnell und unkompliziert Aussagen zum Ablauf der Vorgänge im Hinblickauf Quantifi/ieru ng der Hydratation gemacht werden können. Die Aufnahme der Erhärtungsverläufe definierter Zement- oder Flugaschebetone als Nachweis der Bindemittelaktivität erfolgt gegenwärtig in der Laborpraxis \n zeit- und arbeitsaufwendigen Untersuchungen dutch Aufnahme von diegezug- und Druckfestigkeiten an hergestellten Prüfprismen nach unterschiedlicher Liegezeit oder nach anderen traditionellen Prüfmethoden der Zementindustrie. Bekannt ist weiterhin, daß durch Aufnahme spezieller physikalisch- oder chemischer Eigenschaften relative Aussagen Ober die Erhärtung von Betonen und Mörtel unterschiedlicher Zusammensetzung möglich sind, z.B. durch das Remissionsvermögen von Schüttgutoberflächen, durch PStimmung des Gehaltes an bindemittolaktiven Komponenten, durch fassung der Wärmemengenänderung im System Prüfgm-Fluor idionen, durch Änderung der D' irchi^:l«sigkeit des Mörtels oder Betons für Mikrowellen oder durch Bestimmung der Menge des bei Hydratationsprczesnen aufgenommenen radioaktiv markierten Wassers. Ein Nachteil der beschriebenen und gegenwärtig z.T. praktizierten Methoden ist ihr ZoIt- und Materialaufwand. Eine direkte, schnelle und unkomplizierte quantitative Erfassung der im System Feststc.'f bzw. Feststoffgemlsch-Flüssigkpit (z. B. Bindemittel-Wasser) ablaufenden Prozesse der Einbindung von Flüsslpkeitsmolekülen in den Feststoff bzw. Feststoffgemisch (z.B. Bildung von Kydratphasen) kann durch sie nicht erfolgen. Die nach dem gegenwärtigen Stand der Technik gemes*«nen Sekundäreffekte (Remission, WÄrmemengenänderuiig, Mikrowellenlaufzeit usw.) lassen nur indirekte Schlußfolgerungbo auf das dyamische Hydratationsverhalten zu untersuchender Bindemittel bzw. Reaktionen in anderen Feststoffsystemen zu. B;; Bindemitteln erfolgt gegenwärtig die Aufnahme von Erhärtungsvi/iäufen (insbesondere bei den unbestimmten Systemen der Flugaschen) durch zeitlich gestaffeltes Abdrücken eingeschlagene: und speziell gelagerter Prüfprismen. Mit diesen Methoden Ist eine !Selektion der für das Bauwesen geeigneten Flugaschen bei den im Kraftwerk schwankend anfallenden Verbrennungsrückständen nicht möglich. Eine im Kraftwerk vor Ort durchgeführte Qualitätskontrolle Ist bei der Selektion unumgänglich und Grundlage für gefahrlosen Einsatz von Flugaschen im Bauwesen. Dies ist nur durch ein Verfahren möglich, welches unkompliziert und rasch arbeitet und sich in das System der Flugascheförderung, -selektion und -stapolung integriert.

Mangels solcher Meßverfahren können gegenwärtig keine geprüften Flugaschen im großtechnischem Maßstab von Kraftwerken abgegeben und als Sekundärrohstoff der Volkswirtschaft im Sektor des Bauwesens als Bindemittel oder als Bindemittelsubstitut zur Verfügung gestellt werden. Durch den erhöhten Einsatz von Flugaschen nach neueren Rezepturen und Verarbeitungsrichtlinien lassen sich im Bereich des Bauwesens hohe ökonomische ttfekte erzielen.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, ein Verfahren zur schnellen und genauen Charakterisierung des hydraulischen Verhaltens von Feststoffen vorzuschlagen, um die Ursache für den gegenwärtig stagnierenden Einsatz von Flugaschen im Bauwesen zu beseitigen und eine schnelle und unkomplizierte Meßmethode für die bKdemitteltechnische Charakterisierung und die damit mögliche Selektion von Flugaschen anzugeben, denn ein Einsatz der Flugaschen im großtechnischen Maßstab ist ersi dann möglich, wenn die Kraftwerke geprüfte Flugaschen hinsichtlich ihrer Qualität als Bindemittel innerhalb geltender Werkstandards abgeben können. Daraus resultiert die Notwendigkeit der Entwicklung einer solchen Methode.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zeitlichen Verlauf der Hydratphasenbildung und deren Quantifizierung zu erfassen. Es wurde erkennt und wissenschaftlich begründet, daß die Aufnahme einer Immersionswägewert-Zeit-Kurve einen Beitrag zur Lösung der Aufgabenstellung leisten kann. Unter Immersionswägewert wird das scheinbare Gewicht der sich im Wasserkontakt befindlichen Probe verstanden. Dieser Wert entspricht der Differenz von Gewichtskraft und hydrostatischer Auftriebskraft. Laufen in elnom definierten System, welches sich Im Gleichgewicht beider Kräfte befindet. Reaktionen ab, derart, daß im Feststoff durch Einbindung von Flüssigkeitsmolekülen eine Änderung der Dichte des Feststoffes erfolgt, dann resultiert daraus eine Änderung des Immersionswägewertes. Bei Zunahme dieses Wertes im System Bindemittel-W toser ist diese Tatsache mit der Phasenneubildung von Hydratphasen zu erklären. Dleo ermöglicht die quantitative Erfassurv der sich pro Zeit· und Volumeneinheit des eingesetzten Faststoffes neugebildeten Phasen.

Die gestellte Aufgabe wird orfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Immerslonewägewert eines Gefäßes, das eine Kapillaröffnung aufweist sowie eine weitere öffnung zum Einbringen von Feststoff wie ein Pyknometer o. dgl. bestimmt wird. Das Gefäß wird getrocknet und mit Feststoff gefüllt. Es wird Wasser eingebracht und mit dem Peststoff innig vermischt, z. B. im Ultraschallbad. Das gefüllte Gefäß wird an einer Wägevorrichtung befestigt und in einen Vorratsbehälter mit Wasser eingetaucht, bis es völlig unter der Oberfläche ist. Jetzt wird der Immersionswäc wert des gefüllten Gefäßes mi(t_oi ^stimmt und die Zeit t_o notiert. In Zeitintervallen, die eine halbe Stunde nicht überschreiten, wird der Immersionswägewert des gefüllten Gefäßes mi(t) abgelesen und die Meßwerte miteinander korreliert. Man trägt ΔπΐιΛηι gegen t auf, wobei

gilt und mn dor Immersionswägewert des wassergefüllten, aber kein Probenmaterial enthaltenden Pyknometer bei gleicher Temperatur ist.

Eine mathematische Auswertung der aufgenommenen Wertepaare kann z. B. mittels einer iterativen Regression nach einer Funktion des Typs

Ami — Am_nUX₁Ki - up - ^n,

wobei Ami — Änderung des Immersionswägewortes

&rn_m(X,i — HöchstwertvonAminachAbschlußderPhasenneubildung

t — Zeit

τ, η — Parameter

sind, wird dadurch möglich.

Die Auswertung der durch Meßpunkte bestimmten und mathematisch definierten Kurvenverläufe gestattet Aussagen zu folgenden Aspekten:

1. Der Anstieg Irr; Kurzzeitbereich (bis max. 1 Stunde) wird definiert als Maß für die Menge der sich bildenden Hydratphasen.

2. τ und η sind Parameter, die gestatten, verschiedene Abbindemechanismen zu unterscheiden.

Das iterativ ermittelte Am_fflUj/mi gestattet Vorhersagen über den zu erwartenden Festigkeitsendwert des untersuchten Bindemittels.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel

Die Figur verdeutlicht den Versuchsaufbau.

Versuchsablauf:

1. Füllen des Pyknometer mit dem Untersuchungsmaterial (eW/a halbvoll, stets gleiche Füllmenge)

2. Auftüllen von aqua dest., so daß die Probenmenge bedeckt ist (Zeit notieren)

3. Qurchmlschung im Ultraschallbad. Dabei wird das Pyknometer nur bis zum Hals Ins Bad getaucht, um zu vermeiden, daß Badflüssigkeit ins Pyknometer gelangt.

4. Weiteres Auffüllen von aqua dest. und zustöpseln mit Schliff kapillare bei möglichst wenig Verlust dor inneren Flüssigkeit.

5. Befestigung an der Waage, deren Nullpunkt zuvor eingestellt wurde.

6. Aufnahme de« Änderung des Immersionswägewertei, in Abhängigkeit von der Zeit

7. nach Abschluß von B.lmmersionswägung des leeren Pyknometer

8. Biluung der relativen Immersionswägewertänderungen Δπΐ|/ιτΐ|, wobei mi It₀) der erste gemessene Immersionswägewert ist

9. grafische Darst:'lung der Wertepaare (t; Δητΐ|/ιτΐι) und/oder mathematisch-statistische Verarbeitung

So lassen sich durch das vorgeschlagene Meßverfahren bei Feststoffen bzw. Feststoffgemischen, die unter Einbindung von Flüssigkeiten zur Phasenneubitdung neigen, z.B. zur hydratphasenneubildung bei hydraulischen Bindemitteln (Zement, bindemittelaktive Flugaschen), diese Neubildungen dynamisch quantifizieren. Mit diesem Meßverfahren sind in kurzer Zeit Aussagen über die Eignung und die zu erwartenden Festigkeiten verschiedener Typen von Flugaschen beim Einsatz als Bindemittel bzw. Bindemittelsubstituent möglich

Je größer Am/mi ist, desto besser ist der Feststoff als Bindemittel geeignet.

Vereuchsmessungen:

Als Beispiel wurden zwei Flugaschen das Kraftwerkes Thierbach und zwie Portlandzementproben untersucht. Die Immersionswagewertkurven sind in den Diagrammen dargestellt.

a) Proben 443 und 609

Langzeitversuche an zwei Portlandzementen unterschiedlicher Festigkeitsklassen Probe 443 — Eintagefestigkeit von 8,9MPa Probe 609—Eintagefestigkeit von 19,3MPa

b) Kurzzeitmessungen an einer Nach· und Mittelreinigungsasche des KW Thierbach (TNR bzw. TMR) Die TNR-Asche wurde zur Prüfung der Reproduzierbarkeit dreimal vermessen.

Als bestes Bindemittel wurde der PZ 609 erkannt, was mit der hohen Eintagefestigkeit gut korreliert. Die aktivere Flugasche weist im Diagramm auch den größeren Anstieg auf.

Claims

1. Immersionswägewert bestimmt wird, in Zeitintervallen von 1 bis 30 Minuten weitere Werte bestimmt werden und die relative Immersionswägewertänderung Δπη/ητίι gegen t korreliert werden.

1. Verfahren zur Charakterisierung des hydraulischen Verhaltens von Feststoffen, die unter Einbindung von Flüssigkeiten Phcsenneubildung zeigen, dadurch gekennzeichnet, daß der Immersionswägewert eines mit Prüfgut und Flüssigkeit gefüllter« Gefäßes, das eine Öffnung zum Einbringen von Feststoff, die mit einem Stopfen o.dgl., der eine Kapillaröffnung besitzt, verschließbar ist, in definierten Zeitintervallen bestimmt wird und die erhaltenen Weitepa jre korreliert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein trockenes Gefäß wie ein Pyknometer o.dgl. mit zu untersuchendem Feststoff gefüllt wird, Feststoff und Flüssigkeit innig vermischt werden, das Gefäß in der Art verschlossen wird, daß nur noch über die Kapillaröffnung Stoffaiistausch mit der Umgebung möglich ist, das gefüllte Gefäß an einer Wägevorrichtung befestigt und in einen Behälter mit der Flüssigkeit völlig eingetaucht wird, der

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff Flugasche aus Kraftwerken ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmischung mit Ultraschall erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall 30 Minuten beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff austausch rrit der Umgebung über die Einfüllöffnung (Kapillare) des Gefäßes vonstatten geht.