- Tytuł:
-
Freezing of fully and partly saturated cement paste
Zamarzanie zaczynu cementowego w stanie częściowego nasycenia - Autorzy:
-
Koniorczyk, Marcin
Bednarska, Dalia
Wieczorek, Alicja
Konca, Piotr - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/1852539.pdf
- Data publikacji:
- 2021
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
zamarzanie wody
izoterma sorpcji
zaczyn cementowy
analiza termiczna
kalorymetria skaningowa różnicowa
cement based material
cement paste
freezing
sorption isotherm
thermal analysis
differential scanning calorimetry - Opis:
-
The main purpose of the present paper is to distinguish water located in various types of pores contained within cement paste. The water sorption isotherm is the starting point of the experimental analysis. The investigation was conducted employing the conventional gravimetric method on cement paste composed with w/c=0.5. The investigation was conducted for the following relative humidity values: 11%, 54%, 75%, 84%, 93%, 97% and 100%. Once samples reached the equilibrium water content they were investigated by means of differential scanning calorimetry (DSC), which enabled us to record exothermic peaks corresponding to the crystallization of different water portions. Moreover, we intended to investigate the thermodynamic characteristics of the liquid phase confined within cementitious materials. Hence, the artificial pore solution was prepared. In order to determine the phase transition temperature and the amount of formed ice, the solution was used to saturate silica gel, which is a chemically passive material. Then the thermal analysis was conducted.
Materiały cementowe charakteryzują się złożoną strukturą wewnętrzną zawierającą pory o szerokim zakresie średnic. Głównym celem przedstawionych badań jest analiza właściwości termodynamicznych wody zlokalizowanej w poszczególnych obszarach matrycy cementowej. Rozważania oparte są na równaniu Gibbsa-Thompsona [1], które opisuje zależność pomiędzy temperaturą przejścia fazowego płynu, a promieniem wypełnionego pora. Wyniki zinterpretowano wykorzystując model mikrostruktury zaczynu cementowego zaproponowany przez Jenningsa [2]. Przedmiotem badań jest zaczyn cementowy wykonany z cementu Portlandzkiego CEM I 42.5N-NA o wskaźniku w/c=0.5. Pierwszym etapem analizy eksperymentalnej było wyznaczenie izotermy sorpcji badanego zaczynu. W tym celu zastosowano tradycyjną metodę eksykatorową. Technika polega na kondycjonowaniu próbek w eksykatorach wyposażonych w nasycone roztwory soli nieorganicznych, które zapewniają stabilne warunki wilgotnościowe. W przeprowadzonym badaniu zastosowano następujące wilgotności względne powietrza: 11%, 54%, 75%, 84%, 93%, 97% and 100%. Po osiągnięciu przez próbki stanu równowagi, przeprowadzono analizę termiczną zaczynu za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej. Dodatkowo zbadano również próbki będące w stanie pełnego nasycenia. Dalsza analiza oparta została na termogramach zarejestrowanych w trakcie chłodzenia poszczególnych próbek do temperatury -65ºC z prędkością 0.5ºC/min, rys. 1.A. Uzyskane wyniki stanowią wartości średnie z trzech pomiarów. W przypadku próbek przechowywanych w powietrzu o wilgotności 11% i 54% nie odnotowano żadnej przemiany. W trakcie chłodzenia pozostałych próbek zarejestrowano dwa, wyraźnie oddzielone, egzotermiczne piki, z których pierwszy rozpoczyna się poniżej 0ºC, a drugi w temperaturze ok -35ºC. Pierwszy pik odzwierciedla przemianę fazową wody znajdującej się w porach kapilarnych badanego zaczynu. Jest on dominujący jedynie w przypadku próbek o pełnym nasyceniu oraz przechowywanych nad wodą (RH≈100%). Dla RH≈97% wydzielone ciepło jest znacznie mniejsze i główna część przemiany zachodzi w niższej temperaturze (ok. -5ºC), natomiast dla wilgotności RH≈93%, 84%, 75% pierwszy pik jest zaniedbywalnie mały. Ta tendencja jest potwierdzona przez zestawienie mas lodu powstałego w trakcie poszczególnych przemian fazowych, rys. 1.B. W porach kapilarnych próbki nasyconej powstało 0,035 grama lodu na gram suchej próbki. Masa lodu znacząco się zmniejsza wraz ze spadkiem wilgotności względnej powietrza, w którym próbki były przechowywane. Druga zarejestrowana przemiana rozpoczyna się w temperaturze ok. -35ºC, która, zgodnie z równaniem Gibbsa-Thompsona [1], odpowiada średnicy porów wynoszącej ok. 5-6nm. Drugi pik odzwierciedla zatem krystalizację wody wypełniającej pory żelowe materiału. Jego intensywność jest na niemal stałym poziomie dla w pełni nasyconych próbek oraz tych, przechowywanych w powietrzu o wilgotności od 84% do 100%. Uzyskane wyniki są zgodne z modelem mikrostruktury matrycy cementowej zaproponowanym przez Jenningsa [2]. W trakcie chłodzenia próbek o zróżnicowanej wilgotności zarejestrowano dwie główne przemiany fazowe wody wypełniającej badany materiał. Pierwsza przemiana (bezpośrednio poniżej 0ºC) zachodzi w wodzie kapilarnej, natomiast druga (poniżej 35ºC) w porach żelowych. Stosując techniki analizy termicznej należy pamiętać, iż niezamarzająca warstwa cieczy pokrywa ścianki porów nawet w bardzo niskich temperaturach [3]. Dlatego też, zgodnie z podziałem Jenningsa, najmniejsze pory, które można analizować za pomocą kalorymetrii skaningowej to tzw. duże pory żelowe, o średnicy powyżej 5nm. Niemniej jednak, kalorymetria skaningowa jest narzędziem pozwalającym na jakościową ocenę rozkładu wilgoci w próbkach zaczynu cementowego. - Źródło:
-
Archives of Civil Engineering; 2021, 67, 2; 383-396
1230-2945 - Pojawia się w:
- Archives of Civil Engineering
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł