CS214332B1 - Způsob hodnocení cementů k přípravě tepelně zpracovávaného betonu - Google Patents

Abstract

Účelem vynálezu je hodnocení cementů určených zejména k přípravě tepelně zpracovávaného betonu. Jeho podstata spočívá v tom, že se do hodnoceného vzorku cementu včlení radioaktiv338 224 ní izotop, např. Th resp. Ra, s takto připraveného vzorku se připraví suspenze, např. přidáním záměsové vody a plniva. Směs se zhomogenizuje a za stanovených podmínek, tj. zpravidla teploty, tlaku a vlhkosti prostředí se uvede do styku s proudícím médiem, např. vzduchem a-změní, se jeho rarioaktivita. Po skončení měření se z průběhu hodnoty radioaktivity v závislosti na čase hodnotí průběh hydratace cementu. Způsob hodnocení cementů podle vynálezu je zejména vhodný při výrobě betonových prefabrikátů především pro bytovou a občanskou výstavbu.

Description

Vynález se týká způsobu charakterizace cementů používaných k výrobě betonových prvků technologií, při níž se užívá urychlování tvrdnutí betonu.

Dosud známá technologie výroby betonových prvků spočívá v tom, že se výrobky vystaví v počátečním období tvrdnutí vyšší teplotě, při zachování vlhkosti okolního prostředí. Tento technologický postup se běžně používá při výrobě betonových prefabrikátů především pro bytovou a· občanskou výstavbu. Zvýšením teploty, obvykle v rozmezí 35 až 95 °C, za normálního atmosférického tlaku, se dosáhne rychlejšího nárůstu pevnosti, což umožňuje betonový prefabrikát dříve odformovat a přemístit na meziskládku k dalšímu dozrání. Tím se podstatně zvyšuje obratovost forem i celková produktivita výroby.

Tato technologie však vyžaduje značné množství energie. Proto se cementy používané k přípravě tepelně zpracovávaného betonu hodnotí s cílem určit jejich vhodnost pro tuto technologii. Hodnocení cementů má zároveň vytvořit podklady pro vypracování optimálního, technologického režimu tepelného zpracování betonu z hlediska energetického.

Dosud sek hodnocení cementů využívají metody, podle kterých se z testovaného cementu a plniva vyrobí normalizovaná tělesa, která se pak definovaným způsobem tepelně ošetřují.

Na těchto tělesech se pak známými postupy zjištují fyzikálně-mechanické charakteristiky, nej častěji pevnost v tlaku, podle kterých lze cementy klasifikovat. Nedostatkem těchto známých metod je jejich značná pracnost daná nutností vyrábět, definovaně ošetřovat a zkoušet větší betonová tělesa. Výsledky mohou být mimo to zatíženy nesystematickými chybami vznikajícími při určování pevností. Výsledky nepříznivě ovlivňuje i různý teplotní gradient ve zkušebních tělesech, který se obvykle podstatně odlišuje od teplotního gradientu ve vyráběných betonových prefabrikátech.

Další možností k hodnocení vhodnosti cementu pro výrobu tepelně zpracovávaného betonu je kontrola fázového složení slínku stanoveného na základě postupů analytické chemie, uvecených v ČSN 722111. Tento způsob hodnocení se používá zejména při výrobě cementu. Jeho nevýhodou je velká časová náročnost. Reprodukovatelné výsledky předpokládají velkou přesnost při analytických stanoveních, což klade značné nároky na personál chemických laboratoří.

Dosud známé postupy hodnocení cementů určených zejména k přípravě tepelně zpracovávaného betonu zdokonaluje vynález. Jeho podstata spočívá v tom, že se do hodnoceného vzorku cementu včlení radioaktivní izotop, například izotop thoria 228 Th resp. radia 224 Ra nebo kryptonu 85 Kr. Z takto připraveného vzorku se připraví suspense, například přidáním záměsové vody a plniva. Směs se zhomogenizuje a za stanovených podmínek, tj. zpravidla teploty, tlaku a vlhkosti prostředí se uvede do styku s proudícím médiem, například vzduchem a změří se jeho radioaktivita. Po skončení měření· se z průběhu hodnoty radioaktivity v závislosti na čase hodnotí průběh hydratace cementu. Obzvláště dobrých výsledků se dosáhne, jestliže se hodnocený vzorek cementu impregnuje, například ponořením do nevodného roztoku obsahujícího radionuklidy. Roztok se odpaří a takto připravený vzorek se rozdělí na několik dílů. Z každého dílu se postupně přiraví suspenze, například přidáním zámě'sové vody a plniva, a po j'éjím zhomogenozování se měří radioaktivita proudícího média u každého dílu,samostatně za různých předem stanovených podmínek pro jednotlivé díly, například při různých teplotách.

c

Po skončení měření se změří celková radioaktivita jednotlivých dílů a z podílů naměřené radioaktivity proudícího plynného média u jednotlivých dílů a jejich celkové aktivity se z časového průběhu stanoví charakteristiky hydratační reakce cementu.

V praxi se tedy postupuje tak, že se vzorek cementu impregnuje nevodným roztokem obsahujícím radionuklidy thoria 228 Th, radia 224 Ra a krypton 85 Kr,načež se nevodné rozpouštědlo odpaří a impregnovaný vzorek cementu se rozdělí na několik dílů. Každý díl se postupně smísí se záměsovou vodou, popřípadě s plnivem nebo / a příměsemi, homogenizuje se a zhomogenizovaná směs se při předem zadané teplotě a vlhkosti ponechá v temperované měřící cele ve styku s proudícím plynným médiem, s výhodou vzduchem, přičemž se měří množství uvolňovaného radioaktivního inertního plynu, tj. radonu z dílčího vzorku cementové kaše za jednotku času. Prodící plynné médium unáší atomy radioaktivního inertního plynu do měřicí komůrky s detektorem radioaktivního inertního plynu spojeným s přístrojem pro měření radioakti vity a spojeným se zapisovačem a tiskárnou. Tento postup měření se opakovaně provádí s jednotlivými částmi vzorku, tj. dílčími vzorky, při nejméně třech různých teplotách, s výhodou v intervalu od 25 °C do 90 °C, až do doby,kdy rychlost uvolňování radioaktivního inertního plynu poklesne na ustálenou hodnotu. Po skončení měření se dílčí vzorky postupně vloží do měřícího zařízení pro měření beta radioaktivity a změří se jejich celková radioaktivita. Zjištěná rychlost uvolňování radioaktivního plynu tj. alfa radioaktivita dílčích vzorků, zjištěná pro každou teplotu se dělí beta radioaktivitou příslušného vzorku. Časové závislosti takto získaných hodnot pro jednotlivé teploty se integrují v intervalu t2 / viz obr. 1/. Z integrovaných závislostí,se vypočte kvocient w charakterizující hydratační reakci na základě vztahu čix t/ n---/n Z - —— + n./n/l-x/.

dt RT ' kde W - kvocient hydratační reakce,

Z - předexponincielní faktor, n - řád reakce, t - čas, x - stupeň strukturní přeměny, který nabývá hodnot od 0 do 1,

R - plynová konstanta,

- absolutní teplota.

Kvocient charakterizuje testovaný cement na zýkladě strukturního procesu, který probíhá v hydrátující cementové kaši po skončení inkubačrí periody. Čím menší je kvocient omegy hydratační reakce, tím je větší rychlost strukturních procesů probíhajících v důsledku hydratace cementové kaše za zvýšených teplot a tím větší je i rychlost nárůstu pevnosti cementového ka mene - betonu v počátečních fázích jeho tvrdnutí.

Výhodou tohoto způsobu je jeho rychlost, reprodukovatelnost práce s malými vzorky, nulový teplotní gradient v testovaných vzorcích a fyzikální charakter kvocientu omega použitého k charakterizaci cementu.

Vynález je blíže objasněn v následujících příkladech provedení.

Příklad 1

U, daného příkladu provedení se jedná o stanovení charakteristik teplotní závislosti strukturních přeměn.

Ke čtyřem gemůffi cementu se ve skleněné nádobce, která je umístěna v rukavicové skříni 228 224 5 se přidají 2 ml acetonu obsahujícího směs radioizotopů Th a Ra o aktivitě cca 5x10 Bq, vzorek se zamíchá skleněnou tyčinkou, načež se aceton odpaří pod infralampou při teplotě 50 °C.

Vysušený vzorek takto impregnovaného cementu se rozdělí na čtyři části po 1 g /dílčí vzorky/ a každá z částí se uloží do vysušené nádoby a hermeticky se uzavře. Jednotlivé části, tj. dílčí vzorky se postupně zpracují takto:

K dílčímu vzorku se přidá voda v množství 0,3 ml, načež se vzorek homogenizuje mícháním skleněnou tyčinkou po dobu jedné minuty. Nádobka s takto připraveným dílčím vzorkem se vyjme z rukavicové skříně a umístí se do měřicí aparatury, v níž se zajistí konstantní průtok vzduchu nad vzorkem 40 ml min ¹ o relativní vlhkosti 95 % + 3 % o teplotě 35 °C. Od tohoto okamžiku se měří množství uvolňovaného radonu ze vzorku za jednotku času pomoci měřiče četnosti impulsů a zaznamenává se tiskárnou a automatickým zapisovačem. Proces hydratace se takto kontinuelně sleduje po dobu 240 minut.

Analogickým způsobem se provede měření i ostatních tří dílčích vzorků připravených jak výše uvedeno, přičemž teplota v měřicí cele se upraví pro měření jednotlivých vzorků na teploty 45 °C, 65 °C, 85 °C a doba sledování hydratace je u teploty 45 °C 180 minut, u teploty 65 °C 120 minut a u teploty 85 °C 60 minut.

Po skončení měření rychlosti uvolňování radonu, tj. alfa radioaktivity se všechny dílčí vzorky postupně vloží do měřicího zařízení pro měření beta radioaktivity a změří se tak jejich celková radioaktivita. Grafický záznam množství uvolněného plynu za jednotku času při konstantní teplotě podává informaci o hydratačním procesu při jednotlivých teplotách z hle- : diska změn struktury nově vytvořených-fází. Na obr. 1 jsou uvedeny výsledky získané měřením jednoho vzorku cementu PC 400 při teplotách 35, 45, 65 a 85 °C. Na obr. 1 jsou uvedeny časo' -.-(ví siQqti rychlosti ζ> uvolňování radonu ze vzorku, přičemž jednotlivé hodnoty £ byly - '-'er vztahu

kde A^, - množství uvloněného radonu ze vzorku za jednotku času měřené pomocí detektoru alfa záření,

A^ - beta aktivita vzorku úměrná množství mateřských radioizotopů radonu použitých při impregnaci vzorku cementu.

Na křivkách na obr. 1 se vymezí časové úseky t_x a t₂, přičemž se křivka v intervalu tptj integruje. Tím se získá časová závislost stupně strukturní přeměny x, která nabývá hodnot od 0 do 1. Z hodnoty x a t se dosadí do vztahu

-/η/η /1-χ/ β/η#ΐ η./η t /2/, z kterého se pomocí metody matematické statistiky vypočtou : rychlostní konstanta reakce ář, řád reakce n a koeficient korelace r, Tento výpočet se provede pra každou z uvedených křivek i

na obr. 1. Tím se získají čtyři rychlostní konstanty #^35456585, které se dosadí do rovnice

Zn áfc - /n Z - Átí. /-) ^/3/'

R \ T / kde Z - předexponencielní faktor,

CO - kvocient hydratační reakce,

R - plynová konstanta,

T - absolutní teplota.

z které se vypočte pomocí metody matematické statistiky kvocient hydratační reakce omega.

Tento výpočet vychází z předpokladu, že křivky na obr. 1 v intervalu t^ až t₂ / po inte-JK tⁿ ' graci/ popisuje vztah x 1 - e , kde x je stupeň strukturní přeměny,

X, - konstanta reakční rychlosti, n - řád reakce, t - čas.

Vypočtený kvocient hydratační reakce je charakteristikou teplotní závislosti strukturních přeměn testovaného cementu.

Příklad 2

U tohoto příkladu provedení byl předmět vynálezu použit pro hodnocení cementů při hydrataci za zvýšených teplot.

Podobně jako v příkladu 1 se připraví radioaktivně značkované vzorky cementů, jejichž hodnocení má být provedeno. Shodně jako v příkladu 1 se připraví a měří vzorky cementových suspenzí. Podobně jako v příkladu 1 se vypočtou kvocienty hydratační reakce,které charakterizují jednotlivé cementy. Získané hodnoty kvocientů omega se porovnají navzájem i vůči hodnotě kvocientu cementu, který byl testován nezávislou metodou a jehož fyzikálně mechanické charakteristiky odpovídají požadavkům technologie výroby. Nižší hodnota kvocientu omega hydratační reakce znamená, že jeho hydratáce bude při zvýšených teplotách probíhat rychleji. Popsaný postup umožňuje rychle a operativně hodnotit například rovnoměrnost výroby cementu a to bez nutnosti provádět časově náročné chemické rozbory.

Příklad 3

Vynález se týká hodnocení vlivu plastifikátoru S na hydrataci cementu za zvýšených teplot.

Podobně jako v příkladu 1 se připraví 8 g značkovaného cementu. Připraví se 8 dílčích vzorků po 1 g. Ze čtyř dílčích vzorků se připraví cementové suspenze postupem popsaným v příkladu 1. Z dalších čtyř dílčích vzorků se připraví cementové suspenze tak, že do záměsové vody /0,3 ml/ se přidá 7,0 mg plastifikátoru S. Všechny vzorky se měří podobně jako v příkladu 1. Kvocient hydratační reakce omega se postupem popsaným v příkladu 1 vyhodnotí pro ceΦ mentové suspenze bez a s plastifikátorem S.

Porovnání hodnot kvocientů hydratační reakce omega se stanoví vliv plastifikátoru na rychlost hydratačních procesů za zvýšených teplot. Výhodou uvedeného postupu je možnost testovat vliv nejrůznějších přísad na kinetiku strukturních přeměn, které probíhají v cementu při hydrataci za zvýšených teplot.

Claims (2)

1. PŘEDMĚTVYNÁLEZU

   1. Způsob hodnocení cementů k přípravě tepelně zpracovávaného betonu, vyznačující se tím, že

   228 se do hodnoceného vzorku cementu včlení radioaktivní izotop, například thoria Th, ra224 dia Ra, nebo kryptonu 85 Kr, takto připravený vzorek se rozdělí na několik dílů a z každého dílu se připraví suspenze, například přidáním záměsové vody a plniva, které se zhomogenizují a zhomogenizované směsi se samostatně, za různých, předem stanovených podmínek, například při různých teplotách pro jednotlivé díly, uvedou do styku s proudícím plynným médiem, s výhodou vzduchem, načež se měří radioaktivita proudícího plynného média u jednotlivých dílů, popřípadě i radioaktivita jednotlivých dílů zhomogenizované směsi a z hodnot naměřené radioaktivity se stanoví charakteristika hydratační reakce cementu.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se radioaktivní izotop do hodnoceného vzorku včlení impregnací, například ponořením do nevodného roztoku obsahujícího rádionuklidy a uvedený roztok se odpaří.