Исследование гидратации цемента (калориметрия)

Калориметрия измеряет тепло, выделяемое при ранней гидратации лежалого цемента. Измерение скорости реакции в калориметре непрерывно (происходит в реальном масштабе времени) и демонстрирует поведение цемента, бетона или раствора, характеристики, которые невозможно получить при традиционных испытаниях, таких как время схватывания или прочность при сжатии.

Время и форма температурных или тепловых кривых, полученных с помощью калориметрии, являются индикаторами относительной производительности цементирующих смесей и потенциальных неблагоприятных взаимодействий между материалами, используемыми в смеси.

• полу-адиабатические калориметры F-Cal, в которых образцы бетона находятся в хорошо изолированной среде, происходит имитация гидратации молекул бетона
• изотермические калориметры I-Cal, в которых температура вокруг пасты или строительного раствора образца поддерживается постоянной для имитации различных температур гидратации цемента. Контроль температуры дополнительно обеспечивает отличную воспроизводимость.

Одним из важных факторов, который необходимо отслеживать в цементном растворе - является процесс гидратации, то есть реакции цемента с водой, в результате которой жидкий или пластичный цементный клей превращается в цементный камень. Без воды бетонный раствор получить невозможно, так как именно при ее добавлении начинается стадия схватывания цемента. Первая стадия этого процесса называется загустеванием, вторая - упрочнением, или твердением. Эти два этапа считаются основными для приобретения смесью заявленных характеристик (в первую очередь прочности, а также других важных параметров).

На скорость гидрализа и гидратации влияют: степень помола цемента и его минеральный состав, количество воды, которой замешивается цемент, температура, введение добавок. Все эти факторы легко смоделировать с помощью калориметра и добиться идеального рецепта для цементно-бетонной смеси.

Типичные применения калориметрии в цементно-бетонной промышленности:

Исследования и разработки

• Рецептура примеси
• Характеристики дополнительных связующих материалов
• Оценка новых материалов

Оптимизация разрабатываемой смеси

• Сравнение смесей с использованием различных источников цемента
• Сравнение различных марок или типов примесей
• Сравнение смеси с различными источниками летучей золы или шлака. Поиск совместимости.
• Испытания влияния времени добавления примеси (заранее смешивая с водой или позднее).

Поиск и устранение ошибок, контроль качества и пределы производительности

• Определение максимальной дозы смеси с данным цементом, влияние на производительность. Особенно рекомендуется для бетона высокой производительности.
• Определение оптимальной дозировки добавок или дополнительных материалов с различными цементами (см. пример)
• Выявление потенциальных проблем неблагоприятного материала
• Оптимизация сульфатов и контроль качества на уровне цементного завода

Прогнозирование производительности

• Использование кривых калориметрии для определения прочности при сжатии
• Исследование ошибок на основе статистического анализа и их отслеживания
• Расчёт энергии активации и прогнозирование термического растрескивания.
• Использование тепловых показателей для получения установочных выводов

Пример теста, проведенного в калориметре для цемента и бетона I-Cal 8000

Этот пример показывает чувствительность к изменениям в дозировке примесей. На графике показана изменение тепла реакции гидратации (в мВт/г сухого цемента) с течением времени.

Желтая кривая представляет собой стандартную смесь, включающую нормальную дозу водорастворимой добавки. 30% - ная передозировка примеси (светло-голубого цвета) не вызывает никаких проблем, кроме двухчасовой задержки. Передозировка 50% - ной примеси (красная кривая) показывает как сильную задержку, так и измененную форму основного пика гидратации цемента в бетоне. При 100% передозировке примеси (темно-синяя кривая) наблюдается крутой подъем и высокий пик, что является индикатором неконтролируемой алюминатной реакции связанной напрямую с последующим усилением прочности.