Transportegenskaber for beton med superabsorberende polymerer

Transkript

1 Transportegenskaber for beton med superabsorberende polymerer Dette bachelorprojekt er udarbejdet af Alexander Frederik Forsberg, s Anders Bøwig Rasmussen, s Under vejledning af Ole Mejlhede Jensen, DTU Marianne Tange Hasholt, DTU Afleveringsdato: 10. juni 2011 DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET, INSTITUT FOR BYGGERI OG ANLÆG, F11

2 Forord Denne rapport er udarbejdet som et bachelorprojekt og er blevet til med udgangspunkt i en række forsøg udført på Institut for Byggeri og Anlæg ved Danmarks Tekniske Universitet. Projektets forløb strækker sig fra februar til juni 2011 og repræsenterer to gange 20 ECTS-point. Projektet er udført under kyndig vejledning af Professor Ole Mejlhede Jensen og Post doc. Marianne Tange Hasholt til hvem vi gerne vil rette en stor tak for at være behjælpelige med spørgsmål og konstruktive diskussioner. Alexander Frederik Forsberg, s Anders Bøwig Rasmussen, s Side 2

3 Sammenfatning I dette projekt belyses kloridmigration i beton med superabsorberende polymerer (SAP), og resultaterne baserer sig på forsøg udført på betonemner samt korresponderende cementpasta. Der er støbt betoner med -forhold på 0,35, 0,40, 0,50 samt en serie betoner med varierende. Intentionen var at støbe en reference, samt prøveemner med fire forskellige SAP/c-forhold for hvert, men fejl i visse af proportioneringerne gjorde, at og SAP/c ikke holdt. Der er således lavet 21 forskellige støbninger. Til hver støbning blev der støbt fire Ø100 x 200mm cylindre en til 7-døgnstermin, en til 14- døgnstermin, en til 28-døgnstermin og en ekstra cylinder såfremt en af de øvrige skulle vise sig at være ubrugelige. Der er til de tre terminer udført migrationstest jf. NT BUILD 492. Til at udbygge forståelsen af betonernes migration blev der endvidere støbt cementpasta, der korresponderer til de 21 betonstøbninger. For hver af disse cementpastastøbninger er hydratiseringsgraden bestemt til de tre terminer ud fra mængden af kemisk bundet vand samt kendskab til cementens kemiske sammensætning. Hydratiseringsgraden er efterfølgende sammenholdt med migrationskoefficienten. Støbning af beton er udført i henhold til gældende standarder. Forsøgene viser, at tilsætning af SAP i beton med på 0,35 og 0,40, giver anledning til en forøgelse af kloridmigrationen som følge af et øget samlet. Dette understøttes af hydratiseringsgradsforsøgene, idet tilsætning af SAP giver en øget hydratisering ved hver enkelt termin. For 0,50 viste tilsætning af SAP ikke nogen signifikant effekt på hverken migrationen eller graden af hydratisering. Side 3

4 Abstract This report elucidates the non-steady-station chloride-migration of concrete with superabsorbent polymers (SAP) and the results are based on experiments performed on concrete and corresponding cement paste. A series of concrete has been casted with w/c-ratios at 0.35, 0.40, 0.50 as well a series with varying w/cratios. The intention was to cast a reference and specimens with four different SAP/c-ratios for each w/cratio but errors in the proportion led to a variation in w/c- and SAP/c-ratios for some of the mixtures. In total, 21 different types of concrete have been casted. For each batch, four Ø100 x 200mm cylinders were casted. One for 7-days-age, one for 14-days-age, one for 28-days-age and finally one, in case of the other ones might be unsuitable for testing. For the three ages, migration-tests were performed according to the test-method NT BUILD 492. To understand the migration of the different types of concrete, corresponding cement pastes were casted as well. For each of these mixtures, the degree of hydration was determined by the amount of chemically bounded water and knowledge of the chemical composition of Portland cement. The degrees of hydration are afterwards compared to the migration coefficients. Mixing of concrete were performed according to current standards. The test results indicates that added SAP in concretes with w/c-ratios at 0.35 and 0.40 increases the chloridemigration because of a totally increased w/c-ratio. This is supported by the tests of the degree of hydration as adding SAP induces increase of hydration at each age. For w/c-ratio at 0.50, adding SAP did not show any significant effect on neither the chloride-migration nor the degree of hydration. Side 4

5 Indholdsfortegnelse Forord... 2 Sammenfatning... 3 Abstract Indledning Problemformulering Teori Betonens bestanddele Portlandcement Blandevand Tilslagsmateriale Kloridindtrængning Transportprocesser Ficks 1. lov Migrationstest ved NT BUILD Powers model og hydratiseringsgrad Teori for beregning af hydratiseringsgrad Generelt om SAP Metoder Støbning af beton Sikkerhed ved støbning Bestemmelse af fugtindhold Materiel Materialer Fremgangsmåde Migrationstest ved NT BUILD Materiel Kemikalier Forberedelse af testemner Forberedelse til NT BUILD Migrationstest Måling af klorid-front Bestemmelse af kemisk bundet vand i cementpasta Materiel Side 5

6 3.3.2 Materialer Blanding af cementpasta Bestemmelse af mængden af kapillarvand Bestemmelse af cementpastaens glødetab Resultater Resultater af migrationstest Resultater af hydratiseringsgradsforsøg Diskussion Diskussion af migrationsforsøg Diskussion af prøver med =0, Diskussion af prøver med =0, Diskussion af prøver med =0, Diskussion af prøver uden SAP eller med samme SAP/c Diskussion af hydratiseringsgradsforsøg Konklusion Erfaring og tanker Perspektivering Litteratur Bilag Indhold på bilags-cd Vaskning af SAP Metode Resultater Diskussion Materialeforbrug Resultater fra den friske beton Temperaturforhold i lokale for hærdning Diskussion Indledende forsøg til hydratiseringsgradsforsøg Bestemmelse af gipsindhold: Valg af skæremaskine Resultater af epoxyimprægnering Diskussion Fasefordeling jf. Powers model Side 6

7 1 Indledning Beton har eksisteret som byggemateriale i flere tusinde år, men har gennem tiderne gennemgået en stor udvikling, og er således i dag det mest anvendte byggemateriale i den industrialiserede del af Verden. Langt de fleste moderne betonkonstruktioner er armeret i større eller mindre grad, og derfor er det vigtigt at have kendskab til kloridindtrængning i beton. Såfremt kloridkoncentrationen ved armeringen bliver tilstrækkelig høj, kan det passiverende lag omkring armeringen brydes, og armeringen vil således korrodere. Dette nedsætter betonkonstruktionens styrke og giver samtidig synlige revner. På baggrund af betons store udbredelse forskes der løbende med henblik på forbedringer af betonens kvalitet og anvendelsesmuligheder, hvorfor man de seneste årtier er begyndt at anvende en række tilsætningsstoffer. I moderne betonkonstruktioner anvendes ofte meget lavt -forhold for at opnå bedre styrke- og holdbarhedsegenskaber. -forholdet ligger ofte i intervallet 0,35-0,40, og der er således tale om selvudtørrende betoner. Dette medfører, at der ikke er vand nok til at al cementen kan hydratisere, hvilket medfører, at betonens fugtindhold aftager som funktion af hydratiseringen. Dette vil på langt sigt medføre en delvist tør beton i ligevægt med dens omgivelser. Selvudtørring kan være et stort problem, hvorfor man ofte forsøger at reducere udtørringen ved at vande konstruktionen eller forsegle den så fordampning af blandevand minimeres. Internal curing, eller på dansk intern hærdning, har vundet indpas de seneste årtier. Det er en måde, hvorpå det er muligt at forsegle eller lagre vand i betonen for at reducere graden af selvudtørring. Der er udviklet en række metoder der benytter sig af intern hærdning, og en af dem baserer sig på tilsætning af superabsorberende polymerer (SAP). SAPen tilsættes under blandingen af betonen, hvor den vil absorbere en del af blandevandet. SAPen vil så, under hydratiseringen, afgive vandet til hydratisering af cementen og efterfølgende efterlade et hulrum med den tørre svundne SAP-partikel, og kan således bruges som et kontrolleret luftindblandingsmiddel. 1.1 Problemformulering På baggrund af ovenstående problemstilling undersøges klorid-indtrængningen i beton med SAP. Kloridindtrængning i beton, alene forårsaget af diffusion, er en langsommelig proces, og indtrængningen undersøges i stedet ved en elektro-migrationstest, NT BUILD 492. Der arbejdes med betoner med tre forskellige -forhold: 0,35, 0,40 og 0,50, og for hver af disse betoner støbes der en reference samt betoner med forskellige mængder SAP svarende til SAP/c-forhold på 1, 2, 4 og 6. Grundlaget for valget af disse betoner er, at der tidligere er udført forsøg med udgangspunkt i de mekaniske egenskaber på tilsvarende betoner. Der støbes desuden en prøve med glaskugler, hvor de skal figurere hulrum efterladt af en svunden SAP-partikel der er helt eller delvist udtørret. Yderligere undersøges hydratiseringsgraden af disse betoner, og fasefordelingen jf. Powers model betragtes. Side 7

8 2 Teori 2.1 Betonens bestanddele Generelt er beton et inhomogent materiale, som i sin grundform består af tilslagsmateriale, der sammenkittes af cementpasta. De fire grundbestanddele er portlandcement, postevand, sten og sand. Herudover kan der tilsættes mineralske og kemiske tilsætningsstoffer, såsom mikrosilica, flyveaske, SAP, superplastificerende stoffer, accelererende og retarderende stoffer mm. Betonens egenskaber, fysiske såvel som kemiske, er stærkt afhængige af hvilke komponenter betonen er sammensat af, og i hvilke indbyrdes mængdeforhold de optræder i. For at sikre en så veldefineret beton som muligt, proportioneres den på forhånd efter en recept. Betonen blandes og udstøbes, og i denne fase betegnes betonen som frisk. Efter min. 16 timers afbinding kan den afformes, og fortsætte sin videre hærdning. I det følgende gennemgås hvordan betonen hærder, og hvordan cementpastaen udvikles Portlandcement Simple kalkbaserede materialer har været kendt og anvendt siden oldtiden. Forskellige afledte materialer blev udviklet gennem og 1800-tallet, og i 1824 opfandt den engelske murer Joseph Aspdin den portlandcement som i sin grundform har været brugt siden. Portlandcement fremstilles ud fra råstofferne kalk, kvartsholdigt sand og ler. Det indbyrdes forhold er ca. 70 % kalk, ca. 20 % sand og ca. 10 % ler. Råstofferne blandes i en langsomt roterende rørovn, hvor de opvarmes til ca C, og under brændingen reagerer råstofferne, og danner cementklinkermineralerne C 3 S, C 2 S, C 3 A og C 4 AF. Klinkermineraler Kemisk navn Kemisk formel Tricalciumsilikat 3 Dicalciumsilikat 2 Tricalciumaluminat 3 Tetracalciumaluminatferrit 4 Tabel 2.1. Oversigt over de fire cementklinkers cementkemiske notationer, navne og kemiske formler. Det er disse fire klinkermineraler der danner grundlaget for cementens hydratisering og sørger for sammenkitning af tilslagsmaterialet. Hydratiseringsprocessen starter når cementen blandes med vand, og følgende reaktioner forløber: (2.1) 2 5 (2.2) (2.3) Reaktionsligningerne (2.1)-(2.3) viser hvordan C 3 S, C 2 S og C 3 A reagerer med vand, og danner C-S-H og C- H. C-S-H er det stof, som giver cementen dens bindende virkning, og derfor er det særligt ønsket for betoner Side 8

9 med høj styrke. C-H befinder sig i porevæsken i cementen, og bidrager til et stærkt basisk miljø i betonen. Dette er med til at fremme korrosionsbestandighed, og tilsættes der puzzolanvirkende tilsætningsstoffer som fx flyveaske, kan der udvikles endnu mere C-S-H. Dog mod en relativt lavere ph-værdi i porevæsken. Reaktionerne (2.11) og (2.2) giver hhv. en hurtig og sen udviklet styrke samt moderat varmeudvikling, mens (2.3) giver en uønsket høj afbinding og varmeudvikling. Derfor tilsættes gips: 3 26 (2.4) Der dannes ettringit indtil gipsen har reageret, hvorefter 2. trin forløber: (2.5) Den dannede ettringit reagerer med vand og C 3 A og danner monosulfat. Det sidste klinkermineral C 4 AF reagerer med gips og vand analogt til C 3 A-reaktionen: , 2, (2.6) 3 2, 14 6, 2, (2.7) Der dannes en Fe-substitueret form for ettringit, der igen reagerer med C 4 AF og vand. Ved de to væsentligste reaktioner, (1) og (2), dannes C-S-H og C-H forholdsvist hurtigt på cementkornenes overflader. Det medfører en efterfølgende langsom hydratisering, da vandet har sværere ved at trænge igennem til den uhydratiserede cement indenunder. Derfor ses den største hydratiseringshastighed i de første døgn efter blandingens start. Indtrængningen sker ved osmotisk tryk, hvor vandet bevæger sig ind mod den høje lokale Ca 2+ -koncentration Blandevand Såfremt blandevandet indeholder klorid, eksempelvis hvis havvand benyttes som blandevand, kan det have en nedbrydende effekt på betonen, pga. kloridernes korrosionsinitierende virkning. Eksempler findes i praksis. Derfor skal blandevandets salinitet være lav, og vand af drikkevandskvalitet benyttes derfor Tilslagsmateriale Udover cementpasta og evt. tilsætningsstoffer udgøres betonens volumen af ca. 2/3 tilslagsmateriale. Materialet er inhomogent, idet det består af flere bjergartsfraktioner i form af sand og sten. Ofte bruges tilslagsmateriale med kornstørrelserne, sand 0-4 mm, perlesten 4-8 mm og ærtesten 8-16 mm. Ved rette fordeling af fraktionerne opnås en relativ tæt pakning i den hærdede beton, hvilket sikres ved at blande den friske beton tilstrækkeligt. Tilslagsmaterialet har en cementbesparende virkning på betonen, da det virker som fyldstof, hvorfor man ud fra en økonomisk betragtning med fordel kan optimere det aktuelle tilslag. Det medfører, at der bør være en Side 9

10 så god kontakt mellem cementpastaen og tilslagspartiklerne som muligt, dog samtidigt med at bearbejdeligheden ikke reduceres unødigt. Derfor bør partiklerne hverken være for runde og glatte eller have en for irregulær geometri. En væsentlig egenskab ved tilslagsmaterialet er, at det er i stand til at absorbere vand pga. dets porøsitet. Jo større porøsitet, jo højere vandindhold kan partiklerne opnå. Den tilstand hvor de åbne porer netop er fyldte med vand, men hvor overfladen samtidig er tør, kaldes SSD-tilstand (saturated surface dry). Tilslag ved forskellige mætningsgrader fremgår af figur 2.1. Af hensyn til betonens -forhold er det vigtigt at tilslagsmaterialet ikke tilfører ekstra vand eller optager vand, der ellers er beregnet til cementen. En anden vigtig problematik er, at vandholdigt tilslag ved vejning giver en vægt der både er udgjort af tilslag og af vand. Afvejes eksempelvis 20 kg tilslagsmateriale med et aktuelt vandindhold på 1 %, vil kun de 19,8 kg være reelt tilslag og resten vil være vand. Det kan give for lidt tilslag og for meget vand, hvis det aktuelle vandindhold overstiger det pågældende SSD-vandindhold. Figur 2.1. Tilslag i hhv. tør tilstand, delvist mættet tilstand, SSD-tilstand og overmættet tilstand. Derfor foretages en vandindholdsbestemmelse i forbindelse med proportionering af betonen. Her vejes først en vejeskål, så vejes en prøve af tilslagsmaterialet i samme vejeskål både før og efter 40 minutters tørring i mikrobølgeovn ved 800 W. Det aktuelle vandindhold bestemmes så, og kaldes i det følgende B : å ø å å ø å ø ø å ø ø å å ø ø ø ø ø 100 ø ø 100 % (2.8) SSD-vandindholdet kan bestemmes ved en materialeprøvning eller oplyses hos leverandøren af materialet. Den betegnes i det følgende som A [%], og forskellen på A og B benævnes C : % (2.9) Når C er positiv er det aktuelle vandindhold lavere end SSD-vandindholdet, og tilslagsmaterialet vil da absorbere vand. Når C er negativ er det aktuelle vandindhold højere end SSD-vandindholdet, og tilslagsmaterialet vil da have frit vand på kornoverfladen. G [kg] angiver betonens indhold af en enkelt Side 10

11 tilslagsfraktion i SSD-tilstand. Indholdet af tilslag, korrigeret for vand i tilslaget, er givet ved (2.10) og udregnes da for hver tilslagsfraktion. Korrektion af blandevand for vand i tilslaget er givet ved: (2.11) Dette udregnes ligeledes for hver tilslagsfraktion. Dermed bliver den samlede blandevandskorrektion: (2.12) 2.2 Kloridindtrængning Den tekniske levetid for en betonkonstruktion er afhængig af mange forskellige faktorer. To af de mest kendte og skadevoldende nedbrydningsfænomener er frostinitierede revner i betonen samt revner forårsaget af ekspansionsprocesser i korroderet armering. Kloridioner, Cl -, transporteres gennem beton via betons porevand, og kloriddiffusion kan således kun foregå i en fugtig beton. Bevægelsen af kloridioner foregår på to forskellige måder: Som ren diffusion i stillestående vand og konvektionelt med strømmende vand. Det er i særlig grad konstruktioner i kontakt med saltvand og/eller vejsalt, der er problematiske i forhold til klorid-indtrængning Transportprocesser Gennemtrængning beskrives bedst som den proces der foregår, når en væske bevæger sig i et poresystem, drevet af en forskel i tryk. Hastigheden, hvormed væsken bevæger sig, begrænses af poresystemets størrelse, friktionskræfterne mellem væsken og betonens overflade samt væskens viskositet. Diffusion er i denne sammenhæng vandring af opløste stoffer, her kigges specielt på klorider, som følge af en koncentrationsforskel mellem to væsker der er i kontakt. Det er således afgørende i hvor høj grad poresystemet er luft- eller væskefyldt. Et fuldstændigt væskefyldt poresystem vil således fungere som en effektiv vandringsvej for kloriderne. Diffusionsmodstanden forårsages af poresystemets tæthed, porernes størrelse og i små porer af sammenstød mellem klorider og porevæggene. Desuden begrænses hastigheden af at bevægelsen, af f.eks. en negativ ion, skal balanceres af bevægelsen af en positiv ion, og i tilfældet med NaCl efterviste Ushiyama og Goto at Cl - og Na + har forskellig diffusionshastighed. Dette betyder f.eks., at når NaCl vandrer ind i beton skal der samtidig foregå en vandring af specielt OH - - og Ca 2+ -ioner igennem hele området der indeholder Cl - -ioner Ficks 1. lov Tyskeren Adolf Fick fremlagde i 1855 sine love for diffusion i vandige opløsninger, og dermed også vandmættede prøver. Fick s 1. og 2. lov kan således beskrive diffusion af klorider i beton, dog under forskellige forudsætninger. Side 11

12 Fick s 1. lov beskriver en stationær transport, hvilket betyder at der må optræde en konstant kloridtransport gennem betonen. Ficks 1. lov er givet ved hvor F beskriver fluxen af kloridioner (kg/(m 2 s)), D F1 er kloriddiffusionskoefficienten for kloridioner (m 2 /s), C er kloridkoncentrationen (kg/m 2 ) og x er afstanden fra overfladen (m). Da transporten er konstant, er kloriddiffusionskoefficienten også konstant, og det bemærkes at der er proportionalitet mellem kloriddiffusionskoefficienten og diffusionen. Da kloridindtrængning er en langsommelig proces, kan betonens egenskaber ændre sig i løbet af testperioden. Derfor er man i højere grad gået over til migrationstest, altså hvor kloriderne drives ind i betonen som følge af et elektrisk felt. Det giver et klarere øjebliksbillede af betonens transportegenskaber og baggrunden for disse Migrationstest ved NT BUILD 492 En af de udviklede metoder til at udføre ikke-stationær migrationstests på, er NordTest metode 492 (NT BUILD 492). Metoden er både anvendelig til betoner støbt i laboratoriet og til udborede kerner. Migrationskoefficienten der findes ved metoden kan dog ikke direkte overføres til diffusionskoefficienter fundet ved andre forsøg. Testmetodens princip og forsøgsgang gennemgås i metodeafsnittet. Migrationskoefficienten, D nssm, findes ved at måle indtrængningsdybden af klorid-ioner syv forskellige steder på hver prøve. Klorid-fronten gøres synlig ved at sprøjte AgNO 3 på prøveemnet. Sølvklorid vil udfældes som et lilla/hvidligt område, når det bliver udsat for tilstrækkeligt lys, og dannes ved reaktionen Den ikke-stationære migrationskoefficient er en empirisk bestemt formel, givet ved (2.13) (2.13) Hvor og z er her ionvalensen (1for klorid), F er Faraday-konstanten 9, J/(V mol), U er den påførte spænding målt i Volt, R er gaskonstanten 8,314 J/(mol K), T er anolyttemperaturen målt i Kelvin, L er prøveemnets tykkelse mål i meter, x d er kloridindtrængningens middeldybde målt i meter, erf -1 er error-funktionens inverse, t er testtiden mål i sekunder, c d er kloridkoncentrationen hvor farven skifter, ca. 0,07 mol/liter for OPC beton og c 0 er kloridkoncentrationen i katolytten, 2 mol/liter. Kombination af (2.13) og (2.14) giver anledning til en mere simplificeret ligning givet ved (2.15) (2.15) Side 12

13 Hvor D nssm er migrationskoefficienten [10-12 m 2 /s]. De øvrige størrelser har samme enheder som nævnt oven for, bortset fra temperaturen, T, der måles i C, L og x d måles i mm og tiden, t, måles i timer. Ligningerne baserer sig på en antagelse om, at Einsteins relation er valid for koncentrerede opløsninger, at det elektriske felt er konstant samt det generelle udtryk for Ficks 1. lov. 2.3 Powers model og hydratiseringsgrad For at opnå god indsigt i et cementbaseret materiales grundlæggende egenskaber, herunder permeabilitet, er det nødvendigt at kende til cementpastaens fasefordeling. Under hydratisering af cementpasta udvikles forskellige faser, og mængden af cement og vand mindskes. Powers model er et beregningsværktøj til at beskrive denne proces. Ved hydratiseringens begyndelse forekommer faserne kapillarvand (kv) og ureageret cement (uc). Forholdet mellem disse to faser betegnes som vand/cement-forholdet (). Når de reagerer dannes en faststofgel(gs) og en gelbundet vandfase (gelvand, gv). Da de dannede hydratiseringsprodukter har en lavere volumen end de tilsvarende reaktanter, opstår der et såkaldt kemisk svind (ks). I 1948 udviklede forskerne Powers og Brownyard en empirisk baseret model, hvor de forskellige fasers andele af cementpasta kan udregnes ved kendskab til -forhold, hydratiseringsgrad, α, samt densiteterne for vand og cement. Vandet kan altså forekomme i tre forskellige faser; som frit vand (kapillarvand), som fysisk bundet vand (gelvand) og som vand der indgår i faststofgelen (kemisk bundet vand). Kapillarvandet befinder sig frit i cementpastaens porer, og er i princippet til rådighed for ureageret cement. Kapillarvandet er fordampeligt ved 105 C. Gelvandet er adsorberet på faststofgelens overflader og er også fordampeligt ved 105 C. Det kemisk bundne vand er krystalbundet som en del af faststofgelen og udgør H i C-S-H. For at det kan frigives, kræves en opvarmning af cementpastaen til 1050 C, hvor der forløber en tilnærmelsesvis modsatrettet hærdning, hvor vand og cementklinker adskilles. Powers fandt ud af, at 1g cementklinker kan binde 0,23g kemisk bundet vand. Ligeledes kan faststofgelen adsorbere ca. 0,19g gelvand, men denne adsorption afhænger af den tilstedeværende RH. Jo højere RH, desto større adsorption, u [g/g], forekommer der. De forskellige fasers volumenandele af cementpastaen kan udregnes efter formlerne (2.16)-(2.20) 6,410 1 (2.16) 0,19 0,23 1 0, ,410 0,23 1 (2.17) (2.18) (2.19) 1 1 (2.20) Side 13

14 Densiteterne for vand og cement er givet ved hhv kg/m 3 og 3160 kg/m 3, og initialporøsiteten, p, som initialmængden af kapillarvand, er givet ved (2.21), Hydratiseringsgraden, α, er givet ved forholdet mellem massen af reageret cement og begyndelsesmængden af cement inden blanding med vand. (2.21)., (2.22) Som det ses af ligning (2.16)-(2.21), har afgørende betydning for faseudviklingen. Det kan illustreres på følgende figurer: Figur 2.2. Fasefordeling for cementpasta med -forhold på 0,60. Gælder for lukkede systemer [7]. Som det fremgår af figur 2.2, medfører et relativt højt at alt cementen reagerer(teoretisk set), hvilket medfører en hydratiseringsgrad på 1, og som det også fremgår af figuren, vil der således være et overskud af vand tilbage. Adsorptionskurverne A-D viser faststofgelens adsorption af kapillarvand til fire forskellige hydratiseringsgrader. Jo mere faststofgel, jo mere vand vil der adsorberes. Side 14

15 Figur 2.3. Fasefordeling for cementpasta med -forhold på 0,30. Gælder for lukkede systemer [7]. Ved et relativt lavt, som illustreret på figur 2.3, bruges den forholdsvis begrænsede mængde kapillarvand op før alt cementen er reageret(teoretisk set), og derfor er der en maksimal hydratiseringsgrad, α max, mellem 0 og 1. Fra stadie C til D forsøger cementen at reagere med gelvandet, og der opstår en selvudtørring idet RH<100 %. For et lukket system, dvs. uden tilgang af eksternt vand, vil α max være bestemt af den tilstedeværende mængde kapillarvand. I den følgende udregning bestemmes α max for et lukket system:. 0,42,,,, 1 0,42 0,42 Dette medfører, at en cementpasta med = 0,35 i et lukket system vil kunne opnå en maksimal hydratiseringsgrad på 0,832. Side 15

16 Figur 2.4. Fasefordeling for cementpasta med -forhold på 0,30 samt et ekstra bidrag på 0,05 fra omgivelser eller intern hærdning [7]. Da både dannelse af faststofgel og adsorption af gelvand kræver tilgang af vand, svarer et optimeret til 0,23 + 0,19 = 0,42, da 1g cementklinker binder 0,23g kemisk bundet vand og 0,19g gelvand. Derfor vil cementpasta med et større end eller lig med 0,42 teoretisk set kunne opnå fuld hydratisering. For at Powers model stemmer forholdsmæssigt mellem de forskellige faser, antages hydratiseringen forseglet. Såfremt cementpastaen indeholder ekstra vand, f.eks. fra en opkvældet SAP-partikel, og således kan betragtes som et åbent system, vil dette vand kunne give et bidrag til hydratiseringen. Yderligere undgås selvudtørring, og RH er stadig 100 %. Dette er illustreret på Figur 2.4. Fasefordeling for cementpasta med -forhold på 0,30 samt et ekstra bidrag på 0,05 fra omgivelser eller intern hærdning. Det ekstra vand er grafisk fremstillet som entrained water der befinder sig i forbindelse med cementpastaens kapillarvand. Hydratiseringen fra trin C til D, hvor RH holdes på 100 %, er netop betinget af den ekstra mængde vand. For en cementpasta med relativt lavt vil den maksimale hydratiseringsgrad, α max, være opnået når kapillarvandet er opbrugt. Dvs: Hvilket er ensbetydende med 1 0,60 1 1, For et åbent system er α max dermed givet ved (2.23), (2.23) Eksempelvis vil α max være lig med 1 for et -forhold på 0,348 (beregnet ved iteration). Det er forudsat, at cementen ikke reagerer med gelvandet. Da man sjældent er interesseret i en unødig høj grad af porøsitet, da det fremmer cementpastaens permeabilitet, f.eks. mht. klorid, vil den ekstra vandmængde, der lige netop er Side 16

17 tilstrækkelig til at undgå selvudtørring ved α max, være givet ved:, 0,20 1 0,18 0,18, Den ekstra vandmængde svarer til det ellers opståede kemiske svind. De to vandmængder der forekommer i cementpastaen som cementen kan reagere med, er defineret ud fra :,,,, For mindre end eller lig med 0,36 vil den ekstra vandmængde, som er påkrævet hvis α max er givet ved (2.23), være lig med 0,18 For i intervallet 0,36 til 0,42 kan α max blive lig med 1, hvis Er opfyldt. 0, Teori for beregning af hydratiseringsgrad Da cementpulveret, leveret i sække fra Aalborg Portland, indeholder stoffer som ikke indgår i den egentlige hydratisering, er det nødvendigt at foretage en korrektion i forbindelse med udregningen af hydratiseringsgraden, α. Det drejer sig om både kalkfiller, der tilsættes som fremmedoverflade for at fremme heterogen kimdannelse, og dermed har den en accelererende virkning, og om gips, der tilsættes for at reducere afbinding, varmeudvikling og frakturer som følge af for hurtig hærdning. Kalkfilleren og gipsen vil afgive hhv. CO 2 og hydratvand under brænding ved 1050 C. Da princippet i hele målemetoden er vejning og bestemmelse af massetab, er det vigtigt at kende til indholdet af kalkfiller, CaCO 3, og gips, CaSO 4 2H 2 O. Når dette kendes, kan indholdet af cementklinkermineraler og mængden af kemisk bundet vand, samt evt. SAP-rest, bestemmes. Aalborg Portland oplyser at 4 wt % af Rapid-cementen, som benyttes i dette projekt, er kalkfiller. Ud fra denne oplysning og forsøg (se bilag) vides det, at cementen indeholder 5 wt % gips. Før cementpastaprøver brændes ved 1050 C, udføres nogle indledende forsøg med cementpulver. Disse er repræsentative, da alt kemisk bundet vand forsvinder ved brænding af en cementpastaprøve, ligesom der heller ikke er vand tilbage efter brænding af cementpulver. Så uanset om der brændes en cementpastaprøve eller cementpulver, vil den tilbageværende brændingsrest udgøres af cementklinkermineraler, en evt. SAPrest, CaO og CaSO 4. Da 4 wt % af cementpulveret er CaCO 3, vil en brænding medføre følgende reduktion, hvor andelen af glødetabet der er udgjort af CO 2 findes: afgivet 44,01 / 4 4 1,76. % 100,09 / Side 17

18 Ligeledes for gips: afgivet Samlet tab af cementpulveret: 5 18,92 / 5 0,52. % 172,17 / Samlet tab 1,76 0,52 2,28. % Andelen af tabet der er udgjort af CO 2 er dermed afgivet samlet tab 1,76 2,28 0,77 Andelen af tabet der er udgjort af H 2 O er afgivet samlet tab 0,52 2,28 0,23 Den afgivne CO 2 i forhold til brændingsresten er Tilsvarende for gipsens hydratvand hvor Δm cementpulver er glødetabet. æ æ 0,77 æ 0,23 æ De tilbageværende rester af CaO og gips er hhv: 56,08 / 4 4 2,24 % 100,09 / 5 136,14 / 5 3,95 % 172,17 / Side 18

19 Figur 2.5. Beskrivelse af den procentvise fordeling af indholdet i cementpulver før og efter en times brænding ved 1050 C. Da indholdet er <100 % inden brænding, skyldes det tilstedeværelsen af andre stoffer. Massen af rene klinkermineraler findes ved: Ved at udregne 2 2 æ æ æ æ æ Kan man finde andelen af de rene cementklinkermineraler i forhold til hele brændingsresten. Fra de indledende forsøg vides det, at 0,0223g/g brændingsrest består af CO 2 og at 0,0066g/g brændingsrest består af hydratvand H 2 O. Ligeledes vides det, at brændes 1g SAP vil det efterlade en rest på 0,1184g. Indeholder cementpastaprøven SAP, skal mængden af SAP, der er tilsat i den friske cementpasta og som ikke forsvinder under evakuering og tørring ved 105 C, kendes. Idet glødetabet udgøres af CO 2, H 2 O, evt. SAP og kemisk bundet vand, findes mængden af kemisk bundet vand ved Herefter findes massen af reagerede klinker som: ø ,23 Da 1g cementklinkermineraler kan reagere med 0,23g vand (som kemisk bundet vand, KBV) kan man finde massen af reagerede klinkermineraler ved at dividere massen af kemisk bundet vand med 0,23, og så kan Side 19

20 hydratiseringsgraden, α, udregnes som: 2.5 Generelt om SAP SAP (superabsorberende polymerer) er en gruppe af stoffer, der er i stand til at absorbere en stor mængde væske i forhold til deres egen masse uden selv at blive opløst. Derfor har de traditionelt været anvendt som urinabsorberende komponent i bleer o. lign. Molekylerne er polymerer, f.eks. polyakrylat, og dermed fremstillet af monomerer gennem en polymerisationsreaktion, f.eks. suspension. Under produktionen er det nødvendigt at tilføre overfladeaktivt stof for at holde polymererne stabile. Det overfladeaktive stof lægger sig således som et lag uden på SAPen, og det er ved tidligere forsøg eftervist at netop det overfladeaktive stof kan ændre på SAPens egenskaber, og dermed også betonens, hvilket især kommer til udtryk ved måling af luftindhold i betonen. I bilag 8.1 er således anvist hvordan mængden af overfladeaktivt stof er forsøgt fjernet. SAP-molekyler er krydsbundede, hvilket vil sige, at de yderligere er sammenbundet af kovalente bindinger og danner en netformet struktur, som angivet på figur 2.6. Under opkvældning udvider molekylet sig, og former sig som et udspændt net. Figur 2.6. Viser princippet i ikke-opkvældede SAP-partikler. De sorte prikker symboliserer krydsbindinger, der sikrer at SAP-partiklen er formstabil under opkvældning. Side 20

21 Figur 2.7. Til venstre ses tørre SAP-partikler og til højre ses de opkvældet. Der er en 1/10mm mellem hver streg. Fraktionsstørrelsen for den tørre SAP er µm. De tørre SAP-partikler har diameter på ca. 1/10 mm. De opkvældede på billedet til højre har en på ca. 3 gange så meget. Evt. brydning og andre optiske fænomener kan potentielt give et lettere misvisende billede. Om SAP-molekylet er opkvældet eller ej, skyldes en balance mellem frastødende og tiltrækkende kræfter. Molekylet kan ionisere, og dermed opstår der en ionkoncentration. Det omkringliggende vand vil da, jf. osmose hvor tilstrømmende vand søger at nedbringe et opløst stofs koncentration, trænge ind i SAPmolekylet. Såfremt det omkringliggende vand har en koncentration af opløst stof, vil vandets osmotiske vandring ind i molekylet være reduceret, som følge af en lavere koncentrationsforskel. I så fald vil SAPmolekylets tilbøjelighed til at opkvælde være reduceret. En anden relevant egenskab ved SAP-molekylet er, at polymerkæden består af en række hydrofile grupper. Det giver yderligere mulighed for kvældning. Det absorberede vand kan i betonsammenhæng bruges til intern hærdning, hvor det bidrager med iblandet vand til den hærdende cementpasta. Hvis den ureagerede cement hydratiserer vha. af vand bundet til SAPen, vil den opkvældede SAP således svinde. I cementpastaen vil det efterlade et hulrum og en svundet SAPpartikel. Der regnes med, at den anvendte SAP i projektet har en tørdensitet på 1500 kg/m 3 og en densitet på 1037 kg/m 3 når den er kvældet, men dette er ikke undersøgt videre. Desuden er der regnet med at hver SAPpartikel kan kvælde 12,5 gange sin egen vægt, og at forholdet mellem diametrene for en opkvældet og en tør SAP-partikel er 2,69, hvilket fremgår af figur 2.7. Side 21

22 3 Metoder Dette afsnit beskriver forsøgsgangene for de udførte forsøg. 3.1 Støbning af beton I forbindelse med støbning af betonen, skal den indledningsvis proportioneres. Her bestemmes mængderne af de forskellige materialer der indgår i betonen. Som et led i proportioneringen bestemmes fugtindholdet i tilslagsmaterialet jf. afsnit Dette fugtindhold giver, som tidligere beskrevet, en justering for den mængde vand der skal tilsættes under blandingen. For at sikre at fugtindholdet ikke ændrer sig i løbet af de 40 minutter det tager at bestemme fugtindholdet, opbevares tilslagsmaterialet i tæt lukkede plastictønder ved stuetemperatur. Inden støbningen kan foretages, er det vigtigt, at alle de nødvendige materialer, remedier og apparaturer er fundet frem, og at man kan betjene dem. Det er vigtigt, idet frisk beton skal håndteres hurtigt og effektivt, så svind begrænses mest muligt. Da de støbte betoner skal være så ensartede som muligt, og kun variere med hensyn til bestemte parametre, skal arbejdsgangen være så ensartet som muligt. Derfor følger der her en detaljeret arbejdsbeskrivelse Sikkerhed ved støbning Der er vedtaget en række sikkerhedsmæssige bestemmelser i forbindelse med arbejde udført på DTU Byg og håndtering af beton og kemikalier generelt. Bestemmelserne findes i DTU Bygs sikkerhedsfolder Sikkerhedsregler for studerende i DTU Bygs laboratorier, i folderen DTU passer på dig om laboratoriesikkerhed samt i form af henvisninger og vejledninger fra instituttets ansatte. Det er påkrævet at bære sikkerhedsfodtøj under arbejde i betonstøberiet, og da støbning af beton sviner meget, bæres arbejdstøj/kittel i passende omfang. Da cementpulveret er meget finkornet, og følgende støver meget, tændes der for udsugning og bæres støvmaske ved afvejning og under den tørre blanding. Under hele processen bæres endvidere sikkerhedsbriller for at beskytte øjnene mod cementstøv og stænk af den basiske beton. Ved direkte håndtering af den færdigblandede beton anvendes gummihandsker for at beskytte huden mod ætsning. Når tvangsblanderen og vibratorbordet anvendes bæres høreværn. Der er desuden et krav fra instituttets side om at man ikke må arbejde i støberiet alene. Af Figur 3.1 fremgår den påkrævede påklædning i støberiet. Side 22

23 Figur 3.1. Reglementeret påklædning og anvendelse af værnemidler under støbning Bestemmelse af fugtindhold Vandindholdet bestemmes ved at tre skåle vejes, fyldes med hver sin tilslagsfraktion og vejes igen. For at sikre ensartethed benyttes skål nr. 1 til sand (0-4mm), skål nr. 2 til Rønnegranit (4-8mm) og skål nr. 3 til Rønnegranit (8-11mm). Skålene stilles efterfølgende i mikrobølgeovnen sammen med mindst 500 ml vand i et bægerglas for at undgå skader på ovnen når tilslagsmaterialerne tørres. Herefter kører mikrobølgeovnen i 40 minutter ved 800W. Ud fra de tre masser for hver tilslagsfraktion, m skål, m skål+våd prøve, og m skål+tør prøve, bestemmes vandindholdet Materiel Følgende materiel har været brugt under støbningerne og findes frem inden selve støbningen påbegyndes. - 5 murerspande - Vægt 5 grams nøjagtighed - Tvangsblander med 60 liters kar - Stopur - Skovl - Sætmålskegle - Stikstav til sætmålskegle - Tommestok - Pressurmeter - 4 cylindriske støbeforme, Ø100x200 mm, med bundplade Side 23

24 - 4 låg hørende til støbecylindrene - 4 skruetvinger - Vibratorbord - Retskede - Klude - Sprøjteflaske - Pen og labbog Materialer Følgende materialer har været brugt til støbningerne, og de findes frem inden selve støbningen påbegyndes. - Søsand, Faxe bugt (0-4mm) - Rønnegranit (4-8mm) - Rønnegranit (8-11mm) - Postevand - SAP, størrelse µm, BATCH Rapid cement, Aalborg Portland - Formolie Fremgangsmåde I det følgende beskrives hvordan støbeprocessen foregår, baseret på DS/EN [2]. Det skal tilføjes, at alt der skal i kontakt med den friske beton skal være fugtet på forhånd, da f.eks. sætmålsbord- og kegle, kar og blander kan absorbere en smule af blandevandet og dermed medføre en reduktion af. Omvendt må der heller ikke tilføres for meget vand, da dette kan øge -forholdet. Tilslagsmaterialet afvejes på en vægt med 5 grams nøjagtighed, vandet afvejes på en vægt med 1 grams nøjagtighed mens eventuel SAP afvejes på en vægt med 0,0001 grams nøjagtighed Afvejning En tom spand placeres på vægten og der tareres, hvorefter den ønskede mængde tilslag afvejes fra de respektive tønder, og spanden med materiale placeres efterfølgende på en rullevogn. Når alt materialet er afvejet køres det til blanderen. Side 24

25 Figur 3.2. Til venstre ses vægten med udsugningsfacilitet til afvejning af tilslagsmateriale og cement. Til højre ses det afvejede tilslag, cement og vand der er parat til at blive kørt til blanderen. Figur 3.3. Til venstre ses de klargjorte forme, og til højre ses den anvendte tvangsblander Blanding Selve blandingen kan overordnet beskrives ved Figur 3.4, men beskrives detaljeret i det følgende. Tvangsblanderen sættes i rotation ved håndkraft, hvorefter materialerne hældes i under vedvarende rotation af karret. Rækkefølgen er: Sten (8-11mm), sten (4-8mm), halvdelen af sandet (0-4mm), cement, evt. SAP og resten af sandet. Rotationen medvirker til en mere jævn blanding. Som beskrevet i afsnittet om sikkerhed, sørges der for udsugning samt brug af åndedrætsværn, når cementen hældes i karret. Sandet hældes i af to omgange for at minimere støvmængden under den efterfølgende tørblanding. Der foretages nu en tørblanding i to minutter for at homogenisere blandingen, hvilket kontrolleres visuelt. Opnås der ikke homogenitet efter to minutters blanding, fortsættes der i tilstrækkeligt omfang. Vandet tilsættes herefter, igen under rotation af karret, og tidspunktet for dette noteres. Der vådblandes nu i to minutter, hvorefter en skovl benyttes til at kontrollere homogenitet i karrets yderkant. Ligeledes fjernes alt beton fra rotorskovlene ved hjælp af handsker. Vådblandingen fortsætter i yderligere to minutter for at sikre optimal homogenitet af betonen. Det er vigtigt, under hele blandeprocessen, at holde øje med om tvangsblanderen kan trække karret rundt, og ikke trækker betonen rundt mens karret er i hvile. I så fald tilføres der ikke tilstrækkeligt arbejde til betonen, og betonen opnår ikke homogenitet nok. Såfremt karret Side 25

26 stopper sin rotation, må man med forsigtighed løfte og trække lidt i karret for at sætte og evt. holde det i rotation. Figur 3.4. Principiel opdeling af støbningens faser Sætmål Betonen er nu færdigblandet og er klar til at blive udstøbt, men indledningsvis bestemmes sætmålet iht. DS/EN [7] og DS/EN [6]. Keglebordet køres hen til blanderen, og keglen monteres. Den fyldes 1/3, og der stampes 25 gange med stikstaven - til bunds og jævnt fordelt. Yderligere 1/3 fyldes i, og der stampes tilsvarende 2/3 ned i keglen, hvilket måles af med stikstaven. Den sidste 1/3 kommes i, og der stampes tilsvarende 1/3 ned i keglen. Til slut fyldes der op, og der rettes af med stikstaven eller retskeden. Mens en mand holder keglen på plads, løsner en anden keglen, hvorefter den løftes lodret opad i en jævn og kontrolleret bevægelse. Keglen sættes forsigtigt ved siden af, og med retskeden og en tommestok måles sætmålet ved det højeste punkt i betonen, se figur 3.5. Sætmålet noteres, og betonen hældes tilbage i karret. Sætmålet afhænger naturligvis af -forholdet, og kan således give en visuel indikation af om betonen er proportioneret korrekt. Figur 3.5. Bestemmelse af sætmålet. Side 26

27 Figur 3.6. Den færdigblandede beton og fyldning af forme samt pressurmeterspand. Figur 3.7. Til venstre ses de vibrerede og fyldte forme der er klar til afretning. Til højre ses pressurmeteret Luftindhold og udstøbning Støbeformene er på forhånd gjort klar og smurt med en tynd oliefilm for at lette afformningen og rengøringsarbejdet n efter. Spanden der hører til pressurmeteret er indledningsvis vejet ligesom dens indre volumen er bestemt. Spanden placeres nu på vibratorbordet sammen med cylindrene og fyldes efterfølgende halvt op med beton. De vibreres nu med en styrke på 50 Hz indtil luften er vibreret ud og kontrolleres visuelt. Så fyldes luftspand og cylindre helt op med top på, og vibreres igen til samme visuelle overflade observeres. Spanden rettes af og tørres hvorefter den vejes til senere bestemmelse af densiteten. Det kontrolleres igen om der er beton på kanten af spanden inden pressurmeteret sættes ovenpå og fastspændes. Med åbne ventiler hældes vand i med sprøjteflasken, så luften fortrænges. Når vandet kommer ud af det modsatte hul vippes spanden mens der fortsat hældes vand i. Når al luft i overfladen er fortrængt, lukkes ventilerne. Herefter pumpes der højt tryk i hattens kammer, og manometeret justeres til ligevægt ved at banke let på det. Kortvarigt lukkes der luft ud af kammeret til omgivelserne. Når viseren står på det røde mærke efter forsigtig justering, udlignes trykket i hattens kammer og betonen. Betonen indeholder luft ved atmosfæretryk, og hvis der er meget luft i, vil der være mulighed for stor udligning, og trykket i hatten falder meget. Er der kun lidt luft i betonen, bevares et forholdsvis højt tryk i hatten og spanden. Luftindholdet i % aflæses og noteres. Det er vigtigt at denne beton kasseres, de den nu har et for højt som følge af vandet fra sprøjteflasken. Nu har betonen i cylindrene samme vibrationsgrad og luftindhold som betonen i spanden havde. For at sikre Side 27

28 en forseglet hærdning skal der låg på cylindrene. Al den uønskede beton, der sidder på toppen af cylindrene, fjernes ved at placere metallågene og med roterende bevægelser fjerne den overskydende beton. Dette gøres indtil lågene slutter tæt til cylindrene. Låget fastspændes med en skruetvinge, og overskydende beton på ydersiden af cylindrene kan efterfølgende skylles forsigtigt af uden at sprøjte vand op under låget. De fyldte forme sættes (med navne og projektnummer) til hærdning i termostateret rum i støberiet i 16 timer hvor temperaturen noteres. De første 16 timer opbevares cylindrene som vist på figur 3.8 Figur 3.8. Opbevaring i klimarum. Til venstre ses betoner der ligger til hærdning det første døgn og til højre ses de afformede cylindre i forsejling Afformning Efter 16 timer er betonen afbundet og har opnået tilstrækkelig høj styrke til at den kan afformes. Som forberedelse til afformningen svejses fire poser i alufolie som prøverne forsegles i efter afformning. Først løsnes cylindrene fra bundpladerne med en pneumatisk skruemaskine. Herefter løsnes skruetvingen mens det med en finger sikres at placeringen af den side der vendte op under hærdningen kendes. Der bankes nu let på siden af låget med en gummihammer indtil låget løsner sig. Det noteres med en pil hvor opsiden har været ligesom prøvens navn noteres på prøvens top. Cylinderen placeres i en holder, hvor et trykluftdrevet stempel forsigtigt presser betoncylinderen ud. Herefter kommes den i en alufoliepose og forsegles. Prøvens navn noteres uden på posen og alle fire cylindre bliver ambragt i klimarummet i betonstøberiet, hvor temperaturen vil være kendt under hele hærdningen. De brugte forme renses og smøres med formolie. 3.2 Migrationstest ved NT BUILD 492 For at måle migrationskoefficienten for de støbte betoner anvendes NT BUILD 492. Inden selve metoden kan udføres, er der nogle forberedelser der skal klares. Hele forsøgsgangen beskrives i det følgende. Side 28

29 3.2.1 Materiel - Vandkølet skæremaskine, Discotom-60/-65 - Ekssikkator - Vakuumpumpe - Migration set-up jf. Figur 3.9. Migrations set-up - Strømforsyning med jævnstrøm med et spændingsinterval 0-60V, nøjagtighed for strømstyrke ±1mA - Termometer med nøjagtighed på ± 1 C - Trykprøvemaskine, MAN 60 tons - Sprøjteflaske til AgNO 3 - Skydelære med en nøjagtighed på ± 0,1 mm - Lineal med en minimumskala på 1 mm - Saks - Sprittusch - Vægt til vejning over og under vand, nøjagtighed ±1 gram. Figur 3.9. Migrations set-up [2] Kemikalier - Demineraliseret vand - Mættet Ca(OH) 2, teknisk kvalitet - 2M NaCl, kemisk kvalitet - 0,3M NaOH, kemisk kvalitet - 0,1M AgNO 3, kemisk kvalitet Forberedelse af testemner Inden forarbejdningen af cylindrene kan foretages, skal der laves en mættet Ca(OH) 2 -opløsning, hvilket gøres ved at opløse 2g Ca(OH) 2 i én liter demineraliseret vand. Opløseligheden er ca. 1,7 g/liter. Side 29

30 Figur Fastspændt emne klar til skæring. Alle emner er skåret således at den side der vendte op under hærdning det første døgn også vender opad under skæring for at sikre ensartethed skæringerne i mellem. Inden skæring af emnerne påbegyndes tændes vakuumpumpen, da denne helst skal køre i ca. 20 min. med vakuum inden den bruges. For alle 28-døgns prøver vejes disse indledningsvis over og under vand for senere bestemmelse af densiteten. Hvis en Ø mm cylinder bruges som prøveemne, anbefaler vejledningen at hvert emne skæres i to halvdele, hvoraf der skæres to emner. For at opnå flere forsøgsresultater afviges fra vejledningen, hvorfor der skæres tre 50 ± 2 mm tykke emner. Der anvendes en automatisk sav med diamantklinge (se fi Figur Fastspændt emne klar til skæring. Alle emner er skåret således at den side der vendte op under hærdning det første døgn også vender opad under skæring for at sikre ensartethed skæringerne i mellem. I et forsøg på at minimere revner i overfladen af emnerne forårsaget under savningen er der udført forsøg med flere skæremaskiner se mere herom i bilag 8.6. Når et emne er skåret, skylles det i demineraliseret vand for at fjerne grater og skærevæske. Overfladen blæses efterfølgende tør med trykluft. Med en markeringspen noteres det hvilket emne der er tale om, samt om det er bund, mellem eller top. Emnerne placeres i en ekssikkator så begge endeflader er frie, jf. Figur Evakuering af skårede prøveemner og efterfølgende påfyldning af mættet Ca(OH) 2-opløsning. hvorefter vakuumpumpen tilsluttes for at evakuere prøverne. Det absolutte tryk i ekssikkatoren sænkes til 1-5 kpa i løbet af få minutter, og vakuum opretholdes i tre timer, hvorefter beholderen fyldes med mættet Ca(OH) 2 - opløsning, således at alle porer fyldes. Vakuum opretholdes i yderligere en time før der etableres atmosfæretryk i ekssikkatoren. Prøveemnerne holdes i opløsningen i 18 ± 2 timer ved en temperatur på C. Denne metode og rækkefølge sikrer, at den mættede Ca(OH) 2 suges helt ind i betonens porer og fungerer som porevæske. Side 30

31 Figur Evakuering af skårede prøveemner og efterfølgende påfyldning af mættet Ca(OH) 2 -opløsning Forberedelse til NT BUILD 492 Som forberedelse til forsøget, laves der n inden en NaCl- og NaOH-opløsning, der opbevares ved C. - Det katodiske reservoir (plastickassen) fyldes med ca. 12 liter 10 % NaCl-opløsning. - Testemnet placeres i gummimuffen og fastspændes med to spændebånd af rustfrit stål. Hvis gummimuffen ikke slutter helt tæt omkring testemnet, tætnes der med et lag silikone for at forhindre en signifikant lækage. - Gummimuffen placeres nu på plasticstøtten i det katodiske reservoir. - Gummimuffen fyldes med 300 ml 0,3M NaOH-opløsning, der fungerer som anolyt. - Anoden placeres i anolytten sammen med termometeret. - Katoden forbindes nu til den negative pol og anoden til den positive pol på strømforsyningen. Figur Til venstre ses en klargjort migrationstest og til højre ses strømforsyningen. De tre prøveemner er parallelforbundne, så spændingsfaldet er ens i de tre tilfælde. Side 31

32 3.2.5 Migrationstest - Der tændes nu for strømforsyningen med spændingen indstillet til 30V, og for hvert emne aflæses og noteres den tilhøremde strømstyrke. - Herefter justeres spændingen, hvis det er nødvendigt, jf. Tabel 3.1. Justering af spænding og korresponderende testtider, ligesom den nødvendige testtid aflæses. Efter justeringen aflæses strømstyrken igen for hvert testemne. - Starttemperaturen for den anolyte væske aflæses. - Herefter startes testen ved at parallelforbinde alle tre emner til strømforsyningen og starttidspunktet noteres. - Når testen har kørt et stykke tid kontrolleres det om spændingen har ændret sig, da det blev erfaret at denne ofte varierede med ±0,1 ma. - Når testtiden er gået noteres sluttemperaturen samt strømstyrken for hvert emne. Tabel 3.1. Justering af spænding og korresponderende testtider [2] Måling af klorid-front Efter endt test fjernes anoderne og rengøres, mens anolytvæsken hældes i en dunk til deponering som kemisk affald. Herefter afmonteres spændebåndene og testemnerne fjernes, rengøres med postevand og tørres med trykluft. Herefter laves et spaltetræk på forsøgsemnerne for at dele dem i to halvdele. For at sikre ensartethed i målingen af klorid-fronterne vendes opsiden op under delingen, hvilket kan anes på billedet til højre på figur Herefter placeres prøverne i en papkasse og der sprøjtes 0,1M AgNO 3 -opløsning på prøverne. Side 32

33 Figur Spaltetræk af emne for deling. For at sikre en synlig front placeres kassen i rigeligt lys. Opmålingen foregår vha. en skydelære og kloridfronterne måles som vist på Figur Angiver hvordan opmålingen af kloridfronterne foregår. Det lyseblåfarvede område angiver således det område hvor kloriderne er nået ind til. Figur Angiver hvordan opmålingen af kloridfronterne foregår. Det lyseblåfarvede område angiver således det område hvor kloriderne er nået ind til. 3.3 Bestemmelse af kemisk bundet vand i cementpasta I det følgende er anført en beskrivelse af metoden til bestemmelse af hydratiseringsgraden af cementpasta. Det gennemgås hvorledes en cementpasta fremstilles og hvordan mængden af kapillarvand og kemisk bundet vand bestemmes Materiel - Blandeskål Side 33

34 - Røremaskine (Hobart-mixer) - Dejskraber - Ø14mm forme med gummipropper - Rotormaskine - Vibratorbord - Plastsvejseapparat - Ekssikkator - Vakuumpumpe - Vejeglas med låg - Vægt med 0,01 grams nøjagtighed - Vægt med 0,0001 grams nøjagtighed - Ovn, 105 C - Ovn, 1050 C - Platindigler, 5 stk Materialer - Aalborg Portland Rapid cement - Postevand - SAP µm, BATCH Alufolie Blanding af cementpasta I den første del af forsøget afvejes og blandes vand og cement og evt. SAP i forhold der korresponderer med de støbte betoner. Materialerne blandes og røres i røremaskine i 4 minutter, for at sikre homogenitet, hvorefter pastaen hældes i Ø14mm forme under vibrering og forsegles efterfølgende med gummipropper. De sættes herefter i rotation i 24 timer vha. en særlig rotor for at sikre homogenitet under hærdningen. Tidspunkt for hærdningens start, altså når cementpastaen er udstøbt, noteres. Efter de 24 timers rotation udtages prøverne af rotationsmaskinen, hvorefter de afformes og forsegles i alufolieposer. De stilles til videre hærdning i samme klima som den beton man ønsker at sammenligne cementpastaprøverne med Bestemmelse af mængden af kapillarvand Efter hærdning i det antal man ønsker, gøres følgende i nævnte rækkefølge. For at mindske en vægtforøgelse forårsaget af fingeraftryk på vejeglas, anvendes der under hele processen engangshandsker. - Vejeglas med låg vejes og vægten noteres. - Cementpastaprøverne tages ud af forsegling, hvorefter de knuses med en hammer. Pastaen knuses til Side 34

35 stykker i størrelsesordenen 3-5 mm. - Prøverne kommes hurtigt i prøveglas og låget sættes på for at sikre minimal fugtudveksling med omgivelserne. Prøverne vejes på en vægt med 0,0001 grams nøjagtighed. - Prøverne sættes i en ekssikkator og låget vippes på højkant (hvilket er yderst vigtigt, da vakuum i vejeglasset vil besværliggøre afløftning af glassets låg), og der etableres vakuum i en time med pumpen kørende. Formålet er, at afdampe restvandet så hydratiseringen stopper. Samtidig undgås en hurtigt stigende hydratiseringshastighed, som følge af evt. opvarmning. - Lågene vippes på plads og prøverne tages ud af ekssikkatoren for at blive vejet igen. - Herefter sættes prøverne, igen med låget vippet på højkant, i ovnen ved 105 C i 24 timer. - Når prøverne har stået i ovnen i ca. 24 timer, tages de ud og sættes til afkøling med låg på. Herefter vejes de med låget på. - Prøverne placeres nu, med låget på, i en ekssikkator med silicagel, der etablerer et tørt miljø Bestemmelse af cementpastaens glødetab Platindigler vejes, vægtene noteres, hvorefter prøverne kommes i hver sin digel og vejes igen. Med forsigtighed sættes prøverne nu i ovnen ved 1050 C i en time. Herefter tages de ud og stilles til afkøling på en særlig afkølingsplade. Efter 5 minutters afkøling stilles de i ekssikkator til videre afkøling. Formålet er, at de ikke absorberer fugt. Til slut vejes prøverne. Figur Brænding af cementpasta i platindigler ved 1050 C. Side 35

36 4 Resultater I det følgende præsenteres de resultater, der blev opnået som følge af migrationstestene og hydratiseringsgradsforsøgene. Alle relevante grafer er medtaget i afsnittet, mens der henvises til bilags- CDen, hvis uddybende forklaringer af tallene ønskes. Generelt er graferne udformet således, at grafer, der viser det samme, har samme akseinddeling. Dermed kan graferne direkte sammenlignes fra figur til figur. I det følgende præsenteres først resultaterne af migrationstestene og herefter hydratiseringsgradsforsøgene. Generelt gennemgås resultaterne og det der umiddelbart ses af dem, mens diskussionen af resultaterne følger af afsnit Resultater af migrationstest Der er udført forsøg ved terminerne syv, 14 og 28. Figur 4.1 viser således resultater for betoner med -forhold på 0,35 med forskellige tilsætninger af SAP samt en prøve med glaskugler svarende til SAP/c på 2. Der lægges mærke til, at der for alle betonerne ses en aftagende værdi af migrationskoefficienten som funktion af betonens alder. Det bemærkes at for betonen med SAP/c på 6 stiger migrationskoefficienten fra det 14. til det 28. hærdedøgn. D nssm [10 12 m 2 /s] 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0, Termin [døgn] 0,35REF 0,35SAP2_vers2 0,35SAP6_vers2 0,35glas2 Figur 4.1. Migrationskoefficienten som funktion af hærdetiden for betoner med -forhold på 0,35. Figur 4.2 viser resultaterne for betoner med -forhold på 0,40 med en enkelt tilsætning af SAP. Det ses, at prøven med SAP har højere migrationskoefficient end reference-prøven, og det bemærkes, at der for reference-prøven ses en stigning fra 14. til 28. hærdedøgn. Side 36

37 D nssm [10 12 m 2 /s] 0,40 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Termin [døgn] 0,40REF 0,40SAP6_vers. 2 Figur 4.2. Migrationskoefficienten som funktion af hærdetiden for betoner med -forhold på 0,40. Af figur 4.3 fremgår resultaterne for betoner med -forhold på 0,50. Det bemærkes, at det her er referenceprøven der har de højeste migrationskoefficienter efterfulgt af prøven med SAP6. D nssm [10 12 m 2 /s] 0,50 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Termin [døgn] 0,50REF 0,50SAP2_vers2 0,50SAP6_vers2 Figur 4.3. Migrationskoefficienten som funktion af hærdetiden for betoner med -forhold på 0,50. Side 37

38 Da der ikke ses en umiddelbar tendens, når der sammenlignes prøver med samme, er det forsøgt at se på sammenhængen mellem migrationen og det totale porevolumen udgjort af luft i den friske beton samt det volumen den opkvældede SAP fylder. Dette er imidlertid kun gjort for -forhold på 0,5, da det vil have den største effekt her. Det fremgår af figur 4.4, at der ikke ses nogen umiddelbar sammenhæng mellem migrationskoefficienten og volumen af opkvældet SAP og luftporer på tværs af terminerne. Det er på figuren den øverste værdi for hver prøve der repræsenterer 7. døgns-terminen, den midterste 14. døgns-terminen og nederst ses 28. døgnsterminen. D nssm [10 12 m 2 /s] 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,50 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 SAP + luft-porer 0,50REF 0,50SAP2_vers2 0,50SAP6_vers2 Figur 4.4. Migrationskoefficienten som funktion af det samlede porevolumen udgjort af SAP og luftindhold, målt ved blandingen, for betoner med -forhold på 0,50. Det er også undersøgt om en omregning af prøvehøjden for hvert emne ville give anledning til en nemmere fortolkning. Prøvehøjden er således reduceret efter princippet på figur 4.5, hvor det totale porevolumen, inklusiv SAP, fraregnes prøvens højde. Side 38

39 Figur 4.5. Viser princippet i at mindske prøveemernes højde til den kompakte højde ved at fjerne al luft. Af figur 4.6 fremgår migrationskoefficienten, hvis den kompakte prøvehøjde, bestemt jf. figur 4.5, betragtes. Det bemærkes, at fordelingen af resultaterne i høj grad minder om der blev fundet, hvor luften stadig var medregnet i prøvehøjden, L. D nssm [10 12 m 2 /s] 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,50 Kompakt prøvehøjde Termin [døgn] 0,50REF 0,50SAP2_vers2 0,50SAP6_vers2 Figur 4.6. Viser migrationskoefficienten som funktion af hærdetiden for prøver, hvor den kompakte højde af betonen er anvendt til at udregne D nssm. Af figur 4.7 ses de tre referenceprøvers respektive migrationskoefficienter som funktion af terminen. Det bemærkes, at prøven med højest migrationskoefficient er den med på 0,50 efterfulgt af 0,40 og 0,35. Værdierne for 0,35 og 0,40 ses at være tilnærmelsesvis ens ved de tre terminer. Side 39

40 D nssm [10 12 m 2 /s] REF 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Termin [døgn] 0,35REF 0,40REF 0,50REF Figur 4.7. Migrationskoefficienter for referencebetoner for alle tre. Af figur 4.8 og 4.9 ses sammenhængen mellem to prøver med samme SAP/c men ved forskellige. Det bemærkes af figur 4.9, at forskellen mellem prøverne med på 0,35 og 0,40 er forsvindende lille. Forskellen på prøverne med 0,35 og 0,50 ses at være næsten konstant for begge SAP/c og for alle terminer. D nssm [10 12 m 2 /s] SAP/c 2 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Termin [døgn] 0,35SAP2_vers2 0,50SAP2_vers2 Figur 4.8. Migrationskoefficienter for betoner med 0,35 hhv. 0,50 og SAP/c-forhold på 2. Side 40

41 D nssm [10 12 m 2 /s] SAP/c 6 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Termin [døgn] 0,35SAP6_vers2 0,40SAP6_vers. 2 0,50SAP6_vers2 Figur 4.9. Migrationskoefficienter for betoner med 0,35, 0,40 og 0,50 og SAP/c-forhold på 6. I det følgende fremsættes resultater for de prøver der blev støbt først i projektet, og som senere hen viste sig ikke at have de - samt SAP/c-forhold, der var hensigten. For at lette beskrivelsen af hvilke prøver der indeholder hvad, nævnes både prøvens oprindelige navn samt det reelle og SAP/c i parentes. Figur viser, at der nogenlunde er samme tendens som blev set tidligere, nemlig at prøverne med på 0,35 og 0,40 lægger sig meget tæt på hinanden, og at springet mellem 0,40 og 0,50 er noget større. Der bemærkes dog visse afvigelser fra denne tendens. Side 41

42 D nssm [10 12 m 2 /s] 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 SAP/c~ Termin [døgn] 0,35SAP2, (=0,34; SAP/c=1,02) 0,40SAP2, (=0,39; SAP/c=1,06) 0,50SAP2, (=0,49; SAP/c=1,13) Figur Migrationskoefficienter for betoner med et tilnærmet SAP/c-forhold på 1. De eksakte - og SAP/cforhold er angivet i parentes. D nssm [10 12 m 2 /s] 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 SAP/c~ Termin [døgn] 0,35SAP4, (=0,33; SAP/c=2,05) 0,40SAP4, (=0,38; SAP/c=2,12) 0,50SAP4, (=0,47 ; SAP/c=2,26) Figur Migrationskoefficienter for betoner med et tilnærmet SAP/c-forhold på 2. De eksakte - og SAP/cforhold er angivet i parentes. Side 42

43 D nssm [10 12 m 2 /s] 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 SAP/c~ Termin [døgn] 0,35SAP6, (=0,31; SAP/c=3,07) 0,40SAP6, (=0,36; SAP/c=3,18) 0,50SAP6, (=0,46; SAP/c=3,39) Figur Migrationskoefficienter for betoner med et tilnærmet SAP/c-forhold på 3. De eksakte - og SAP/cforhold er angivet i parentes. 4.2 Resultater af hydratiseringsgradsforsøg I det følgende vises resultaterne af cementpastaforsøgene, der vha. Powers model giver hydratiseringsgraden for hver prøve til de tre terminer på syv, 14 og 28. Hydratiseringsgraden bruges til at belyse effekten af fasefordelingen, jf. Powers model, på migrationskoefficienten. Fasefordelingerne af de enkelte prøver er således også angivet til sidst i dette afsnit. Det bemærkes af figur 4.13, 4.14 og 4.15, at der generelt er en tendens til, at hydratiseringsgraden har en aftagende effekt på migrationskoefficienten. Da der kun foreligger tre målepunkter for hver prøve, er det svært at udrede den egentlige udvikling. Men det bemærkes, at der er en tendens til, at migrationen er logaritmisk aftagende som funktion af hydratiseringsgraden. Side 43

44 0,35 D nssm [10 12 m 2 /s] 22,000 20,000 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,35REF 0,35SAP2_vers2 0,35SAP6_vers2 Figur Viser sammenhængen mellem hydratiseringsgrad og migrationskoefficient for beton med 0,35. 0,40 D nssm [10 12 m 2 /s] 22,000 20,000 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,40REF 0,40SAP6_vers. 2 Figur Viser sammenhængen mellem hydratiseringsgrad og migrationskoefficient for beton med 0,40. Side 44

45 0,50 22,000 20,000 18,000 D nssm [10 12 m 2 /s] 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,50REF 0,50SAP2_vers2 0,50SAP6_vers2 Figur Viser sammenhængen mellem hydratiseringsgrad og migrationskoefficient for beton med 0,50. Side 45

46 Hydratiseringsgrad for REF 0,80 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0, Termin [døgn] REF 0,50 REF 0,40 REF 0,35 REF: ,50 0,65 0,68 0,75 0,40 0,60 0,62 0,67 0,35 0,55 0,56 0,59 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for referencebetonerne. Nederst er værdierne angivet i tabelform. Det bemærkes af figur 4.16, at der en pæn variation terminerne i mellem. Desuden bemærkes det, at prøven med højest har opnået den største hydratiseringsgrad, hvilket også er forventeligt. Side 46

47 Hydratiseringsgrad for SAP/c~0,5 0,80 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0, Termin [døgn] 0,50SAP1, (=0,49; SAP/c=0,56 0,40SAP1, (=0,39; SAP/c=0,53) 0,35SAP1, (=0,34; SAP/c=0,51) SAP1: ,50 0,65 0,70 0,75 0,40 0,59 0,62 0,65 0,35 0,55 0,58 0,58 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for betoner med et tilnærmet SAP/c-forhold på 0,5. Nederst er værdierne angivet i tabelform. Af figur 4.17 ses det igen, at hydratiseringsgraden afhænger. Der ses igen en udmærket variation terminerne i mellem, selvom hydratiseringsgraden her ændrer sig mindre fra 14. til 28. døgn. Side 47

48 Hydratiseringsgrad for SAP/c~1 0,80 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0, Termin [døgn] 0,50SAP2, (=0,49; SAP/c=1,13) 0,40SAP2, (=0,39; SAP/c=1,06) 0,35SAP2, (=0,34; SAP/c=1,02) SAP ,50 0,65 0,69 0,75 0,40 0,60 0,62 0,66 0,35 0,56 0,57 0,59 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for betoner med et tilnærmet SAP/c-forhold på 1. Nederst er værdierne angivet i tabelform. Det bemærkes af figur 4.18, at der er variation terminerne i mellem. Prøverne fordeler sig igen sådan, så prøver med lavest opnår lavest hydratiseringsgrad. Side 48

49 Hydratiseringsgrad for SAP/c~2 0,80 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0, Termin [døgn] 0,50SAP4, (=0,47; SAP/c=2,26) 0,40SAP4, (=0,38; SAP/c=2,12) 0,35SAP4, (=0,33; SAP/c=2,05) SAP ,50 0,64 0,69 0,73 0,40 0,60 0,63 0,65 0,35 0,55 0,57 0,58 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for betoner med et tilnærmet SAP/c-forhold på 2. Nederst er værdierne angivet i tabelform. Det bemærkes af figur 4.19, at der er variation terminerne i mellem. Prøverne fordeler sig igen så prøver med lavest opnår lavest hydratiseringsgrad. Side 49

50 0,80 Hydratiseringsgrad for SAP/c~3 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0, Termin [] 0,50SAP6, (=0,46; SAP/c=3,39) 0,40SAP6, (=0,36; SAP/c=3,18) 0,35SAP6, (=0,31; SAP/c=3,07) SAP ,50 0,65 0,70 0,74 0,40 0,60 0,64 0,66 0,35 0,55 0,59 0,61 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for betoner med et tilnærmet SAP/c-forhold på 3. Nederst er værdierne angivet i tabelform. Det bemærkes af figur 4.20, at der er variation terminerne i mellem. Prøverne fordeler sig igen så prøver med lavest opnår lavest hydratiseringsgrad. Side 50

51 0,80 Hydratiseringsgrad for SAP/c=2 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0, Termin [døgn] 0,50SAP2_vers2 0,35SAP2_vers2 SAP2_vers ,50 0,67 0,68 0,74 0,35 0,58 0,59 0,63 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for betoner med et eksakt SAP/c-forhold på 2. Nederst er værdierne angivet i tabelform. På figur 4.21 ses en stigning i hydratiseringsgraden fra det 14. til 28. døgn. Prøverne fordeler sig igen, så prøver med lavest opnår lavest hydratiseringsgrad. Side 51

52 Hydratiseringsgrad for SAP/c=6 0,80 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0, Termin [døgn] ,50SAP6_vers2 0,40SAP6_vers2 0,35SAP6_vers2 SAP6_vers ,50 0,68 0,70 0,76 0,40 0,63 0,67 0,70 0,35 0,61 0,63 0,67 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for betoner med et eksakt SAP/c-forhold på 6. Nederst er værdierne angivet i tabelform. På figur 4.22 ses der en stigning i hydratiseringsgraden fra det 14. til 28. døgn for 0,35 og 0,50 mens der ses et fald for 0,40. Prøverne fordeler sig igen så prøver med lavest opnår lavest hydratiseringsgrad. Side 52

53 0,675 Hydratiseringsgrad for ~0,35 0,650 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,625 0,600 0,575 0,550 0, Termin [døgn] SAP6_vers2: SAP6: SAP2: REF: SAP2_vers2: SAP4: SAP1: 0, SAP/c () e +() e SAP6_vers2 0,61 0,63 0,67 0,0060 0,35 0,075 0,425 SAP2_vers2 0,58 0,59 0,63 0,0020 0,35 0,025 0,375 SAP6 0,55 0,59 0,61 0,0031 0,31 0,038 0,353 SAP4 0,55 0,57 0,58 0,0021 0,33 0,026 0,352 SAP2 0,56 0,57 0,59 0,0010 0,34 0,013 0,351 SAP1 0,55 0,58 0,58 0,0005 0,34 0,006 0,351 REF 0,55 0,56 0,59 0,0000 0,35 0,000 0,350 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for betoner med forskellige SAP/c-forhold og med et -forhold der tilnærmelsesvis er 0,35. Nederst er hydratiseringsgraderne listet i tabelform sammen med de reelle -forhold. På figur 4.23 ses det, at prøver med meget SAP opnår en relativt højere hydratiseringsgrad, og at mængden af SAP har betydning for dette. Side 53

54 0,725 Hydratiseringsgrad ~0,40 0,700 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,675 0,650 0,625 0,600 0, Termin [døgn] SAP6_vers2: SAP6: SAP4: SAP2: SAP1: REF: 0, SAP/c () e +() e SAP6_vers2 0,63 0,67 0,70 0,0060 0,40 0,075 0,475 SAP6 0,60 0,64 0,66 0,0032 0,36 0,040 0,403 SAP4 0,60 0,63 0,65 0,0021 0,38 0,027 0,402 SAP2 0,60 0,62 0,66 0,0017 0,39 0,013 0,401 SAP1 0,59 0,62 0,65 0,0005 0,39 0,007 0,401 REF 0,60 0,62 0,67 0,0000 0,40 0,000 0,400 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for betoner med forskellige SAP/c-forhold og med et -forhold der tilnærmelsesvis er 0,40. Nederst er hydratiseringsgraderne listet i tabelform sammen med de reelle -forhold. På figur 4.24 ses det, at prøven med reelt 0,40 og SAP/c 6, opnår en væsentligt højere hydratiseringsgrad end referencen. Selvom resten af prøverne har under 0,40 ser SAPen ud til at have så meget effekt på hydratiseringsgraden, at nogle af prøverne alligevel opnår en højere hydratisering end referenceprøven. Side 54

55 0,775 Hydratiseringsgrad for ~0,50 0,750 Hydratiseringsgrad, α [-] 0,725 0,700 0,675 0,650 0, Termin [døgn] SAP6_vers2: SAP6: SAP2: REF: SAP2_vers2: SAP4: SAP1: 0, SAP/c () e +() e SAP6_vers2 0,68 0,70 0,76 0,0060 0,50 0,075 0,575 SAP2_vers2 0,67 0,68 0,74 0,0020 0,50 0,025 0,525 SAP6 0,65 0,70 0,74 0,0034 0,46 0,042 0,503 SAP4 0,64 0,69 0,73 0,0023 0,47 0,028 0,502 SAP2 0,65 0,69 0,75 0,0011 0,49 0,014 0,501 SAP1 0,65 0,70 0,75 0,0006 0,49 0,007 0,501 REF 0,65 0,68 0,75 0,0000 0,50 0,000 0,500 Figur Viser forløbet af hydratiseringsgraden, α, for betoner med forskellige SAP/c-forhold og med et -forhold der tilnærmelsesvis er 0,50. Nederst er hydratiseringsgraderne listet i tabelform sammen med de reelle -forhold. På figur 4.25 ses samme tendens som på figur 4.24, men effekten af SAPen ser ud til at være mindre her. Side 55

56 5 Diskussion I dette kapitel vil de resultater der blev opnået i forbindelse med migrations- og hydratiseringsgradsforsøgene blive diskuteret. Både i relation til de forskellige og til de forskellige tilsætninger af SAP. I diskussionen indgår således også en kvalitativ vurdering af de opnåede resultater og kommentarer på eventuelle usikkerheder. 5.1 Diskussion af migrationsforsøg Diskussion af prøver med =0,35 Ses der indledningsvis på resultaterne opnået for betoner med -forhold på 0,35 (se figur 4.1), ses det, at prøven med størst SAP-tilsætning på 6 giver de højeste migrationskoefficienter. Teoretisk giver det god mening, da et højt SAP-indhold kan afføde høj porøsitet. Det kan imidlertid undre at prøven med glaskugler, som ellers skulle figurere vandtomme og svært gennemtrængelige SAP-porer, har en højere migrationskoefficient end referenceprøven. Ligeledes kan det undre, at prøven med en SAP-tilsætning på 2 har en lavere migrationskoefficient end referenceprøven på det 14. og 28. døgn. Da forsøgene er forbundet med usikkerheder og mængden af indsamlet data begrænser sig til en cylinder pr. termin, vil denne tendens måske tegne sig anderledes, hvis mængden af data var større. Der kan ikke umiddelbart findes nogen forklaring på hvorfor referencebetonen har en højere migrationskoefficient end prøven med 2 SAP. I hvert fald må det i nogen grad kunne tilskrives måleusikkerheder, den begrænsede mængde data og det faktum, at beton er et inhomogent materiale. Jf. figur 4.13 ses det, at med en øget hydratisering af betonen, mindskes migrationskoefficienten, hvilket er i god overensstemmelse med Powers model, idet andelen af faststofgel øges og andelen af kapillarvand reduceres med stigende hydratiseringsgrad Diskussion af prøver med =0,40 Det bemærkes af figur 4.2, at værdierne for referenceprøven tilnærmelsesvis er ens efter både syv, 14 og 28 døgn, ligesom der for prøven med SAP6 er næsten sammenfaldende værdier efter 14 og 28 døgn. Selvom der kun er en enkelt prøve at sammenligne med, anspores der en øget migrationskoefficient som følge af tilsætning af SAP, om end dette udelukkende baseres på sammenligning mellem to prøver. Figur 4.14 viser samme tendens som figur 4.13, hvor en forøgelse af hydratiseringen medfører en faldende migrationskoefficient. Dette kan igen forklares ved udvikling af fasefordelingen jf. Powers model Diskussion af prøver med =0,50 I modsætning til prøverne med på 0,35 og 0,40 er det for 0,5 ikke prøverne med SAP der antager den største migrationskoefficient, som det fremgår af figur 4.3. En klar tendens er svær at spore ud fra figur 4.3 alene, idet prøverne med SAP/c på 2 antager migrationskoefficienter der er lavere end dem med 6. Man Side 56

57 kunne således fristes til at sige, at der må have været noget galt med denne referencestøbning, men der kan kun gættes på, hvorvidt dette er forklaringen. Måske kan tendensen i figur 4.3 også tilskrives generelle måleusikkerheder, hvorfor en ny referencestøbning for 0,50 måske ville kunne kaste bedre lys over denne problemstilling. Figur 4.4 giver heller ikke noget umiddelbart svar på den lidt uklare sammenhæng mellem migrationskoefficienterne for 0,50. Heller ikke forsøget med at ændre prøveemnernes højde ved at fratrække den højde som SAP- og luftporer ville fylde, giver nogen umiddelbar forklaring på hvorfor reference-betonen for 0,50 har den højeste migrationskoefficient. I lighed med figur 4.13 og 4.14 ses det også af figur 4.15 at en øget hydratisering giver mere faststofgel og dermed mindre kapillarvand. Dette leder til en reduktion af migrationskoefficienten Diskussion af prøver uden SAP eller med samme SAP/c På figur ses det generelt, at der opnås en højere migrationskoefficient for betonen, des højere er, med det forbehold, at luftindholdet i prøverne ikke er taget i betragtning. Dette er imidlertid i god overensstemmelse med Powers model, da man ved højt -forhold har mindre faststofgel og dermed mere kapillarvand, der er i stand til at lede kloriderne Diskussion af hydratiseringsgradsforsøg Når hydratiseringsgraderne plottes med tiden på abscisseaksen ses en systematik i deres udviklinger, idet hydratiseringsgraden stiger med terminen i alle tilfælde. Systematikken gentager sig ved de forskellige SAPtilsætninger. De første målte observationer foreligger ved 7-døgns terminen, så forløbet fra blandingstidspunktet og indtil da er ikke kendt og heller ikke interessant her. Herefter observeres et relativt forskelligt udviklingsforløb, idet visse prøver har en tiltagende vækst, nogle har lineær vækst og andre har aftagende vækst. Hvorfor forløbene ser forskellige ud, er ikke entydigt. Måle- og vejeusikkerhed kan have en potentiel indflydelse, trods en systematisk og ensartet forsøgsgang. En anden faktor kan være, at prøverne ikke er målt på den præcise termin, men at der kan have forekommet et par timers variation grundet forsøgsplanens kompleksitet. At tilstedeværelsen af vand er en grundlæggende betingelse for hydratisering afspejles i hydratiseringsforløbene. I hærdningens første syv døgn forløber hydratiseringen hurtigst, og den største tilvækst i hydratiseringsgrad finder sted. Den relativt høje hydratiseringshastighed skyldes med stor sikkerhed tilstedeværelsen af vand, der aftager, idet de dannede hydratiseringsprodukter hæmmer kontakten mellem den ureagerede del af cementkornene og vandet. Med afsæt i dette fænomen, kan den tydelige sammenhæng mellem og hydratiseringsgrad forklares. Jo lavere, jo trægere forløber hydratiseringen. Som det fremgår af figur 4.23 ses det, at en tilsætning af SAP med dertil hørende vand øger hydratiseringsgraden betragteligt. Dette skyldes det lave, og mængden af vand til SAPen medfører dermed et væsentligt bidrag til hydratiseringsgraden. Tolkningen er, at vand fra SAPen bidrager til intern Side 57

58 hærdning med en tilvækst i hydratiseringsgrad til følge. Denne tendens følger dog ikke helt prøverne med de blandede og SAP/c. De totale, med bidrag fra SAP, stiger med SAP/c, men hydratiseringsgraderne følger ikke tilsvarende med. Yderligere er uden bidrag fra SAPen faldende. Udover at praktisk måleusikkerhed kan have indflydelse på hydratiseringsgradernes indbyrdes størrelser, kan forskellen sandsynligvis også skyldes hvorvidt cementen får tilført vand fra blandevandet eller fra SAPen. Er faldende, er det ikke entydigt, ud fra dette datagrundlag, at en tilstedeværende opkvældet SAP-mængde kan give et specielt stort bidrag til cementpastaens hydratisering. Af figur 4.24 ses at for 0,40 ligger hydratiseringsgraderne for syv, 14 og 28 døgn lidt tættere for forskelligt SAP/c, end det ses ved 0,35. Dette kan indikere, at SAPens effekt ikke er lige så signifikant ved et højere. I tilfældet med 0,50 er sammenhængen mellem hydratiseringsgrad og totalt ikke specielt tydelig, idet et stigende totalt ikke i udpræget grad ledsages af en tilsvarende stigende hydratiseringsgrad. Dette skyldes med en vis sandsynlighed, at tilgængeligheden af kapillarvand er meget stor, og derfor er effekten af vand bundet til SAPen relativt reduceret. Side 58

59 6 Konklusion Der er undersøgt betoner med tre forskellige (0,35, 0,40 og 0,50), hvor der for hver af dem er støbt en reference, samt prøver med et forhold mellem SAP og cement på 2 og 6. Der er desuden støbt en serie betoner med blandede og SAP/c. Cementpastaprøver korresponderende til betonerne er ligeledes blandet og støbt. Der blev udført migrationsforsøg ved testmetoden NT BUILD 492 med henblik på undersøgelse af SAPens virkning på betonens kloridtransportegenskaber. Som supplement til migrationsforsøgene bestemtes mængderne af kemisk bundet vand i de tilsvarende cementpastaprøver, med henblik på at opnå kendskab til graden af betonernes hydratisering og cementpastafasefordeling. Resultaterne opnået ved migrationstesten har vist sig at afhænge af flere parametre. Generelt blev det observeret, at jo højere -forhold betonen havde, jo højere var migrationskoefficienten. Dette er i god overensstemmelse med teorien, der foreskriver, at jo højere, jo højere kapillarporøsitet. SAPen viste sig at have forskellig effekt på migrationskoefficienten afhængig af. De opnåede resultater for de udførte migrationsforsøg viser en tendens til, at tilsætning af SAP øger migrationskoefficienten for betoner, om ikke andet for to af de undersøgte, 0,35 og 0,40. For 0,50 er det noget mere uklart hvilken effekt SAPen har, set ud fra resultaterne. Dette kan meget vel skyldes, at når tilgængeligheden af vand er relativt stor, vil en lille ændring af det totale, som følge af ændret SAP-tilsætning, ikke have en stor virkning på hydratiseringsgraden. Dette underbygges af hydratiseringsgraderne for de respektive. Teoretisk set vil SAP have en poredannende effekt og dermed øge porøsiteten af betonen, men for 0,50, er dette ikke en entydig tendens. Resultaterne fra hydratiseringsgradsforsøgene verificerer klart det, som teorien omkring intern hærdning også siger. Nemlig at tilsætning af SAP, som et middel til intern hærdning, giver anledning til en forøget hydratiseringsgrad for betoner med under 0,42. For 0,50 ses der ikke nogen meget klar tendens i forhold til SAPens effekt på hydratiseringsgraden, hvilket er i god overensstemmelse med Powers model, der siger, at for over 0,42 kan der teoretisk set opnås fuld hydratisering. Hydratiseringsgraden har desuden vist sig at have en vis effekt på migrationskoefficienten, idet en øget hydratisering medfører en forøgelse af faststofgel og reducerer andelen af kapillarvand, som jo er ledende for klorider. 6.1 Erfaring og tanker I forbindelse med udførelsen af forsøgene har vi gjort os en del erfaringer, som her kort vil blive nævnt for at lette arbejdet for andre, der senere skulle have lyst til at arbejde med samme emne. Det er vigtigt at sætte sig ordentligt ind i relevant teori og forsøgsgange inden der påbegyndes nogle forsøg. Således ville fejlen i dette projekt, med forkerte - og SAP/c-forhold være undgået og der havde været tid til at foretage ekstra støbninger, og dermed øge mængden af indsamlet data. Tidshorisonten mht. planlægning af forsøgene er meget vigtig når man har at gøre med beton der skal testes Side 59

60 ved bestemte terminer. Det er således en stor fordel at lave en detaljeret plan over støbninger såvel som hvornår de efterfølgende tests skal køre, da der nemt kommer overlap mellem støbninger, skæring af emner, migrationstests der skal sættes i gang, migrationstests der skal afsluttes osv. Da forsøgsplanlægningen afhænger af tilgængeligheden af faciliteterne er det en god idé at man lang tid i forvejen booker relevant udstyr og desuden sørger for at alt udstyr fungerer inden der tages hul på at lave nogle støbninger. Som det fremgår af forsøgsresultaterne, er der en lang række usikkerheder forbundet med både støbning af beton og hele proceduren omkring NT BUILD 492. Dette understreger vigtigheden af at være meget omhyggelig med alt hvad man foretager sig. Hvis man ikke er vant til at støbe beton, lønner det sig derfor hurtigt at foretage nogle støbninger, hvor resultaterne ikke nødvendigvis behøver at indgå i den endelig databehandling. En god idé ville være at udføre alle forsøg på disse dummies og tage tid på det, da det kom bag på os, hvor tidskrævende det f.eks. er at skære emnerne ud, og få dem sat selve migrationstesten i gang. I dette projekt er der kun foretaget undersøgelser på én cylinder til hver termin, hvilket er med til at øge usikkerheden på de udførte målinger. 6.2 Perspektivering Dette projekt har haft hovedvægten på to forskellige forsøg, nemlig migrationstest ved NT BUILD 492 og hydratiseringsgradsforsøg ud fra Powers model. Den primære interesse i projektet har været at undersøge selve migrationskoefficienten og ændringen af denne på baggrund SAP-tilsætning. Som supplerende forsøg blev der udført forsøg til at bestemme hydratiseringsgraden og dermed fasefordelingen. I fremtidige forsøg kunne det være en fordel at have fokus på betoner med et enkelt -forhold, f.eks. 0,35. Med fokus på et enkelt -forhold ville der således være mulighed for at køre flere forsøg med samme SAP/c-forhold for at øge resultatmængden. Da kunne også være interessant at undersøge andre former for klorid-indtrængninger i beton med SAP. Man kunne således forestille sig at efterligne konstruktioner, hvor vand og klorid drives ind i beton under tryk. Side 60

61 7 Litteratur [1] Vejledning til øvelsen Betonstøbning, kursus Bygningsmaterialer anvendelse og forsøg. DTU BYG, [2] Nordtest method. NT BUILD 492. Concrete, mortar and cement-based repair materials: chloride migration coefficient from non-steady-state migration experiments [3] Tang Luping. Chloride transport in concrete Measurement and Prediction. Chalmers Tekniska Högskola Institutionen for byggnadsmaterial [4] Tang Luping, Lars-Olof Nilsson. Rapid determination of the Chloride Diffusivity in Concrete by Applying an Electrical Field. ACI Materials Journal title no. 89-M [5] L.-O. Nielsen et. al. HETEK. Chloride penetration into concrete. State of the Art, Transport processes, corrosion initiation, test methods and prediction models. Report no. 53. Road Directorate, 1996 [6] Mark Elliot. Superabsorbent Polymers. BASF Aktiengesellschaft. [7] Ole Mejlhede Jensen, Per Freiesleben Hansen. Water-entrained cement-based materials I. Principles and theoretical background. Cement and Concrete Research [8] Ole Mejlhede Jensen, Per Freiesleben Hansen. Water-entrained cement-based materials II. Experimental observations. Cement and Concrete Research [9] Ole Mejlhede Jensen, W. Jason Weiss, R. Doug Hooton. Durability of Concrete. DTU-RILEM Doctoral Course [10] Sara Laustsen. Appendix E SAP. DTU BYG [11] Björn Johannesson. The hydration process of Portland cements. Lecture notes 11563: L 4A(B). Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark Side 61

62 8 Bilag 8.1 Indhold på bilags-cd Fil Rapport.pdf Betonrecepter.xlsx NT BUILD 492.xlsx Cementpasta recepter.xlsx Resultater af hydratiseringsgradsforsøg.xlsx Vaskning af SAP.xlsx Temperaturforløb for hærdning.xlsx Beskrivelse af indhold Indeholder den endelige rapport i pdf-format Oversigt over proportioneringen af de støbte betoner samt relevante udregninger og tabeller Indeholder data for de udførte migrationsforsøg Oversigt over de støbte cementpastaer Indeholder data for de udførte hydratiseringsgradsforsøg Indeholder data fra vaskning af SAPen Indeholder data for temperaturforløbet i klimarummet i betonstøberiet 8.1. Tabel over indhold af bilags-cd. Side 62

63 8.2 Vaskning af SAP SAP-partikler fra batch SAP med diameter på µm vaskes for at fjerne overskydende overfladeaktive stoffer fra produktionen, som nævnt under teoriafsnittet. Det overfladeaktive stof skal således opløses uden at SAPen kvælder når opløsningen hældes over. Tilsvarende forsøg er tidligere udført ved DTU Byg, hvor anvisningen fra producenten har været at anvende 99,9 % ethanol til at opløse det overfladeaktive stof med, da ethanol ikke vil blive optaget af SAPen. Denne rensningsmetode er angivet i [10]. Grundet den høje ethanol-koncentration og dermed fordampning udføres forsøget i stinkskab Metode Den ønskede mængde SAP der skulle vaskes blev hældt i et bægerglas og massen af SAP blev bestemt til 765,54 g. Herefter blev 1600 ml ethanol hældt over, og efterfølgende blev der rørt i glasset indtil blandingen var homogen. Der blev lagt sat to stykker parafilm M over bægerglasset for at forhindre fordampning af alkoholen. Efter 1-4 timer havde SAPen bundfældet sig, med 99,9 % ethanol med det opløste overfladeaktive stof ovenpå. Fra toppen af væsken blev der udtaget en 50 ml prøve der blev anbragt i en petriskål. Her fik den lov at stå indtil alt ethanolen var fordampet, så der kun var overfladeaktivt stof og evt. SAP tilbage i skålen. Herefter blev alt ethanolen dekanteret. Processen blev foretaget seks gange alt i alt Resultater Figur 8.2. Viser mængden af tørt, overfladeaktivt stof samt evt. SAP fra 50 ml opløsning. Side 63

64 Masse af overfladeaktive stoffer i 50 ml opløsning efter vaskning af SAP [g] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Antal vaskninger [ ] Figur 8.3. Massen af overfladeaktivt stof der fjernes i en 50 ml prøve som funktion af antal vaske Diskussion Som det fremgår af figur 13 er der ikke nogen umiddelbar tendens i den mængde overfladeaktivt stof som fjernes efter hver vaskning. Tidligere forsøg har ellers vist at tendensen er at mængden der fjernes er med en faktor 4 mellem hver vaskning. Denne form logaritmiske tendens ses kun mellem vaskning 4-6. Fejlen på forsøgene kan skyldes at væsken i de første forsøg ikke har været tilstrækkelig homogen, og at der således ikke er blevet fjernet nok af det overfladeaktive stof. Ses der på billederne i figur 12. Er der også en tydelig forskel på mængden af stof der er fjernet. Side 64

65 8.3 Materialeforbrug I det følgende ses tabeller over den mængde materiale der er anvendt til de forskellige forsøg. Det er ikke muligt at udregne -forhold ud fra tabellen for betoncylindrene, da mængden af tilsat vand afhænger af fugtindholdet i tilslagsmaterialet. Recept Rapid cement [kg] Vand [kg] Sand 0-4mm [kg] Sten 4-8mm [kg] Sten 8-11mm [kg] SAP [g] SAP/c 035REF 16,565 4,607 25,974 4,988 20,098 0,000 0, , SAP2_ 13,804 4,248 21,087 4,063 16,339 27,609 0, ,00200 vers2 035SAP6_ 14,909 5,446 21,573 4,179 16,785 89,452 0, ,00600 vers2 035glas2 13,804 4,166 21,359 4,163 16,702 glas svarende til SAP/c= ,35000 GLAS SAP1 14,909 4,392 23,159 4,484 18,052 7,632 0, , SAP2 14,909 4,348 23,150 4,510 18,066 15,265 0, , SAP4 14,909 4,056 23,486 4,478 18,028 30,529 0, , SAP6 14,909 4,081 23,465 4,473 18,001 45,794 0, , SAP6 13,868 4,757 23,108 4,475 18,012 44,158 0, , SAP4 15,409 5,046 25,855 4,979 20,096 32,710 0, , SAP2 13,868 4,527 23,290 4,485 18,102 14,719 0, , SAP1 15,409 4,994 25,940 5,002 20,083 8,177 0, , REF 15,409 4,973 25,974 4,988 20,098 0,000 0, , SAP6_ 13,804 5,656 19,094 3,686 14,835 82,826 0, ,00600 vers2 050SAP6 12,170 5,304 23,074 4,475 18,042 41,215 0, , SAP4 12,170 5,381 22,997 4,502 18,039 27,476 0, , SAP2 12,170 5,368 23,016 4,506 18,054 13,738 0, , SAP1 12,170 5,466 22,968 4,482 18,040 6,869 0, , REF 13,522 5,583 25,951 5,004 20,092 0,000 0, , SAP2_ 13,804 6,422 18,210 3,512 14,115 27,609 0, ,00200 vers2 050SAP6_ 14,909 7,810 18,470 3,578 14,371 89,452 0, ,00600 vers2 Tabel 8.1. Viser mængden af materialer brugt under støbning af betoncylindre. Side 65

66 Recept Rapid cement [kg] Vand [kg] SAP μm [g] SAP/c 035REF 0,2209 0,0773 0,0000 0, SAP1 0,2209 0,0774 0,1131 0,344 0, SAP2 0,2209 0,0775 0,2261 0,338 0, SAP2_ 0,2209 0,0828 0,4417 0,350 0,00200 vers2 035SAP4 0,2209 0,0777 0,4523 0,326 0, SAP6 0,2209 0,0779 0,6784 0,314 0, SAP6_ 0,2209 0,0939 1,3252 0,350 0,00600 vers2 040REF 0,2055 0,0822 0,0000 0, SAP1 0,2055 0,0823 0,1090 0,394 0, SAP2 0,2055 0,0824 0,2181 0,388 0, SAP4 0,2055 0,0826 0,4361 0,375 0, SAP6 0,2055 0,0828 0,6542 0,363 0, SAP6_ 0,2209 0,1049 1,3252 0,400 0,00600 vers2 050REF 0,1803 0,0901 0,0000 0, SAP1 0,1803 0,0902 0,1018 0,494 0, SAP2 0,1803 0,0903 0,2035 0,487 0, SAP2_ 0,2209 0,1160 0,4417 0,500 0,00200 vers2 050SAP4 0,1803 0,0905 0,4071 0,474 0, SAP6 0,1803 0,0907 0,6106 0,461 0, SAP6_ 0,2209 0,1270 1,3252 0,500 0,00600 vers2 Tabel 8.2. Viser mængden af materialer brugt under støbning af cementpastaprøver. Side 66

67 8.4 Resultater fra den friske beton Figur 8.4. Viser sætmål, luftindhold ved pressurmetermetoden, frisk densitet, dato samt tidspunkter for alle støbninger. Side 67

68 8.5 Temperaturforhold i lokale for hærdning Ved hjælp af en Tinytag datalogger er temperaturen blevet målt i det lokale hvor de støbte betoncylindre og cementpastaprøver har været opbevaret under den forseglede hærdning. Dataloggeren har været sat til at foretage en måling hver eneste time og resultaterne fremgår af figur ,00 C 20,00 C 15,00 C 10,00 C 5,00 C 0,00 C Temperatur Figur 8.5. Temperaturforløb som funktion af datoen i klimarummet, hvor de støbte cylindre samt cementpastaprøver blev opbevaret. Intervallet mellem måling er en time Diskussion Der er lavet databehandling på resultaterne i Excel, hvor middelværdien er fundet til 21,56 C og spredningen til 0,84 C. Der lægges mærke til at variationen i temperaturen er størst i starten af måleperioden og dette kan umiddelbart forklares ved to ting. I marts og april måned blev der udført flest støbninger og dermed var der oftere behov for adgang til klimarummet, hvormed temperaturen i det tilstødende lokale kan have påvirket temperaturen i klimarummet. Endvidere blev klimarummet benyttet af andre projektstuderende, som skulle have adgang til deres prøver og prøvningsudstyr. Generelt må en middeltemperatur på 21,56 C betragtes som acceptabel da DS/EN [2] angiver hærdetemperaturen til 20 C ±2 C. Side 68

69 8.6 Indledende forsøg til hydratiseringsgradsforsøg 12,00 Brænding af cementpulver m cementpulver [g] 11,50 11,00 10,50 10,00 9,50 9,00 m cem.pulver før brænding m cem.pulver efter 1. brændingm cem.pulver efter 2. brænding Cementpulverbrænding 3 Cementpulverbrænding 2 Cementpulverbrænding 1 m cem.pulver før brænding m cem.pulver efter 1. brænding m cem.pulver efter 2. brænding 11,73 11,40 11,40 10,75 10,45 10,45 9,459 9,194 9,193 Figur 8.6. Viser ændring i masse [g] under brænding af cementpulver. Der er foretaget to brændinger. Med henblik på at sikre fuld afgang af CO 2 og hydratvand samt evt. kemisk bundet vand fra forhydratiseret cement foretages to brændinger af tre individuelle cementpulverprøver. Masserne fremgår af figuren og skemaet. Brændetiderne er hhv. 1 time og 9 minutter samt 1 time og 14 minutter. Da det middeltabet under 2. brænding er ca. 0,02 % af massen efter 1. brænding, vurderes det, at 1. times brænding er tilstrækkelig. Side 69

70 11,0 Brænding af rent sand 10,5 m rent sand [g] 10,0 9,5 9,0 8,5 m sand før brænding m sand efter 1. brænding m sand efter 2. brænding Brænding af rent sand 3 Brænding af rent sand 2 Brænding af rent sand 1 m sand før brænding m sand efter 1. brænding m sand efter 2. brænding 9,301 9,141 9,137 9,283 9,062 9,060 10,50 10,32 10,32 Figur 8.7. Viser ændring i masse [g] under brænding af rent sand. Der er foretaget to brændinger. For at skåne platindiglerne mod fastbrændte rester af SAP, etableres et leje af sand, hvor SAP-partiklerne kan ligge og brænde. Da sand afgiver fugt og evt. CO 2, såfremt sandet er kalkholdigt, skal sandet brændes på forhånd ved 1050 C for at undgå ukontrolleret glødetab fra sandet når SAPen brændes. Der er udført to brændinger med tre individuelle digler. Den første brænding har varet 1 time, mens den anden har varet 1 time og 10 minutter. Masserne fremgår af tabellen og figuren, og da middelændringen af masse fra 1. til 2. brænding er ca. 0,03 % i forhold til massen efter 1. brænding, må 1 times brænding anses for at være tilstrækkelig. Side 70

71 m SAP [g] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Brænding af SAP m SAP før brænding m SAP efter 1. brænding m SAP efter 2. brænding Brænding af SAP 3 Brænding af SAP 2 Brænding af SAP 1 m SAP før brænding m SAP efter 1. brænding m SAP efter 2. brænding 0,5887 0,0708 0,0705 0,5347 0,0637 0,0627 0,8646 0,1000 0,0999 Figur 8.8. Viser ændring i masse [g] under brænding af SAP. Der er foretaget to brændinger. Efter brændingen af sandet, kan videre glødetab i forbindelse med SAP-brænding med stor sikkerhed tilskrives SAPen. Igen er der forsøgt med 3 digler, hvor SAPen er brændt i to omgange. Middelglødetabet under 2. brænding er 0,7 % af SAP-massen efter 1. brænding. 1 times brænding er fortsat nok. Det gennemsnitlige tab pr. gram SAP er 0,8816 [g/g], og derfor efterlades en SAP-rest på 0,1184 g pr. gram SAP før brænding. Den anvendes i forbindelse med beregning af hydratiseringsgraderne. Side 71

72 m cementpasta [g] 8,40 8,20 8,00 7,80 7,60 7,40 7,20 7,00 6,80 6,60 6,40 6,20 Test af brændetid for cementpastaprøver m cem.pasta før brænding m cem.pasta efter 1. brænding m cem.pasta efter 2. brænding Cementpastaprøve 2 Cementpastaprøve 1 m cem.pasta før brænding m cem.pasta efter 1. brænding m cem.pasta efter 2. brænding 7,510 6,364 6,359 8,225 7,049 7,045 Figur 8.9. Viser ændring i masse [g] under brænding af cementpastaprøver. Der er foretaget to brændinger. For at sikre at alt kemisk bundet vand, CO 2, hydratvand og evt. SAP afgår fra cementpastaprøverne efter en times brænding, er der udført endnu en brænding. Brændetiden for første brænding er 1 time og 1 minut, og tilsvarende for anden brænding er den 1 time og 9 minutter. Middeltabet under 2. brænding er ca. 0,06 % af prøvens masse efter 1. brænding. Også her er 1 times brænding nok Bestemmelse af gipsindhold: Under brænding af cementpulver sker et massetab. Ud fra tre forskellige målinger er der fundet en middelværdi på 0,0281 g pr. g cementpulver (spredningen er 6, ). Dette tab er udgjort af både CO 2, hydratvand fra gips og muligvis en smule vand fra præhydratiseret cement. Aalborg Portland oplyser at Rapid cement indeholder 4 wt % kalkfiller. Eksempelvis kan massen af kalkfiller i en 25 kg sæk findes ved at multiplicere 25 kg med 0,04. Det blev oplyst ved en telefonsamtale med en af virksomhedens medarbejdere. Når CaCO 3 afgiver CO 2 og bliver til CaO sker der et massetab på 43,97 wt %. I forhold til cementpulveret er det 0,0176. I de indledende forsøg afgav 1 g cementpulver 0,0281 g. Det betyder, at 0,0281-0,0176 = 0,0105 g af massetabet må være hydratvand. 0,0105 g vand svarer til 0, mol vand, idet 0,0105g/(18 g/mol) = 0, mol vand. Den korresponderende stofmængde CaSO 4 2H 2 O svarer til 0,000581/2 = 0, mol CaSO 4 2H 2 O. Da Side 72

73 molarmassen for CaSO 4 2H 2 O er 172,17 g/mol svarer det til 0,0501 g CaSO 4 2H 2 O pr. gram cementpulver. I vægtprocent bliver det 5 wt %. Side 73

74 8.7 Valg af skæremaskine Som forberedelse til NT BUILD 492 skulle de støbte betoncylindre skæres i 50mm høje emner. Der er i betonstøberiet på DTU Byg adgang til forskellige betonsave, der alle sammen har et fordybende mønster på klingens rand, som sikrer at klingen kan ekspandere frit. Med disse save skal prøven fastholdes ved håndkraft, ligesom fremdriften af klingen foregår ved håndkraft. Det frygtedes derfor at der ville komme revner i overfladen af prøven, hvis ikke den kunne fastholdes ordentligt. Hypotetisk kunne friktion mellem klinge og beton give revner, hvis klingen ikke bevægede sig med konstant hastighed. Derfor blev en automatisk sav af typen Discotom-60/-65 valgt til at skære emner med. Det blev senere besluttet at lave en epoxyimprægnering af en skæreflade fra hver af de to save for at sammenligne betonens eventuelle revnedannelse Resultater af epoxyimprægnering Figur 8.10 og 8.11 viser ved toppen af billedet den skæreflade som den respektive sav har lavet. Siderne på figurerne angiver således den overflade der har været i kontakt med støbningen i løbet af det første hærdedøgn. Siderne er således ikke interessante at kigge på i forhold til valg af sav. Diameteren af hvert emne er 100mm. Figur Resultat af epoxyimprægnering af emne skåret med betonsav i betonstøberi Diskussion Figur Resultat af epoxyimprægnering af emne skåret med Discotom-60/-65. Som det fremgår af figurerne ses der ingen signifikant forskel på brugen af de to save. Det ses dog at der en Side 74

75 udbredt mængde revner i begge emner, og at nogle af disse revner er forekommende i selve tilslagsmaterialet. Dette er ikke umiddelbart forventeligt da tilslagsmaterialet er granit, hvilket er en relativt hård bjergart i sammenligning med eksempelvis flint, men det er heller ikke til at sige om disse få sten har haft revnedannelse inden skæring der kommer af forarbejdningen af tilslagsmaterialet. Der forekommer også revner som ikke er i selve tilslaget, men hvor kommer de fra? Det er ikke umiddelbart til at sige, men der spekuleres i to muligheder. Enten er det en uundgåelig del af det at emnerne skæres i stykker, og giver dermed en systematisk fejl i alle forsøg. Udtørringen af prøven kan også have skabt revnedannelse i overfladen af emnet, men dette ses der ikke nærmere på i projektet, da det under alle omstændigheder er en uundgåelig del af forsøgsgangen. Side 75

76 8.8 Fasefordeling jf. Powers model Vha. Powers model, de beregnede hydratiseringsgrader samt kendskab til cementpastaernes vand-, cementog SAP-indhold, kan fasefordelingerne beregnes. De pågældende formler ses i afsnit 2.3. Fasestørrelse 1,0000 0,9000 0,8000 0,7000 0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0,0000 Fasefordeling i REF cementpastaprøver 0,35 7 0, , ,40 7 0, , ,50 7 0,50 14 Figur Volumenmæssig fasefordeling for cementpastaprøver uden SAP, ved alle tre terminer. 0,50 28 V ureageret cement 0,2144 0,2067 0,1934 0,1782 0,1658 0,1476 0,1365 0,1227 0,0973 V faststofgel 0,3959 0,4075 0,4278 0,4005 0,4193 0,4471 0,3817 0,4026 0,4413 V gelvand 0,1563 0,1609 0,1689 0,1581 0,1655 0,1765 0,1507 0,1589 0,1742 V kapillarvand 0,1813 0,1713 0,1536 0,2105 0,1941 0,1700 0,2809 0,2627 0,2292 V kemisk svind 0,0521 0,0536 0,0563 0,0527 0,0552 0,0588 0,0502 0,0530 0,0581 Side 76

77 Fasestørrelse 1,0000 0,9000 0,8000 0,7000 0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0,0000 Fasefordeling i SAP1 cementpastaprøver 0,35 7 0, , ,40 7 0, , ,50 7 0, ,50 28 V ureageret cement 0,2133 0,2004 0,1975 0,1794 0,1667 0,1547 0,1349 0,1156 0,0971 V faststofgel 0,3970 0,4167 0,4210 0,3982 0,4175 0,4358 0,3837 0,4131 0,4413 V gelvand 0,1567 0,1645 0,1662 0,1572 0,1648 0,1720 0,1515 0,1631 0,1742 V kapillarvand 0,1807 0,1637 0,1599 0,2128 0,1960 0,1802 0,2794 0,2539 0,2295 V kemisk svind 0,0522 0,0548 0,0554 0,0524 0,0549 0,0573 0,0505 0,0544 0,0581 Figur Volumenmæssig fasefordeling for cementpastaprøver for blandede (se mere herom i resultatafsnittet) med en tilnærmet SAP/c-tilsætning på 2, ved alle tre terminer. Side 77

78 Fasefordeling i SAP2 cementpastaprøver 1,0000 0,9000 0,8000 0,7000 Fasestørrelse 0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0,0000 0,35 7 0, , ,40 7 0, , ,50 7 0, ,50 28 V ureageret cement 0,2081 0,2018 0,1946 0,1779 0,1687 0,1486 0,1371 0,1196 0,0980 V faststofgel 0,4044 0,4140 0,4249 0,4000 0,4140 0,4447 0,3801 0,4066 0,4395 V gelvand 0,1596 0,1634 0,1677 0,1579 0,1634 0,1755 0,1500 0,1605 0,1735 V kapillarvand 0,1746 0,1664 0,1568 0,2116 0,1994 0,1728 0,2828 0,2598 0,2312 V kemisk svind 0,0532 0,0545 0,0559 0,0526 0,0545 0,0585 0,0500 0,0535 0,0578 Figur Volumenmæssig fasefordeling for cementpastaprøver for blandede (se mere herom i resultatafsnittet) med en tilnærmet SAP/c-tilsætning på 2, ved alle tre terminer. Side 78

79 Fasefordeling i SAP4 cementpastaprøver Fasestørrelse 1,0000 0,9000 0,8000 0,7000 0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0,0000 0,35 7 0, , ,40 7 0, , ,50 7 0, ,50 28 V ureageret cement 0,2116 0,2052 0,1966 0,1770 0,1611 0,1528 0,1375 0,1194 0,1029 V faststofgel 0,3981 0,4078 0,4208 0,4005 0,4246 0,4373 0,3786 0,4062 0,4313 V gelvand 0,1571 0,1610 0,1661 0,1581 0,1676 0,1726 0,1495 0,1603 0,1702 V kapillarvand 0,1808 0,1724 0,1611 0,2117 0,1908 0,1798 0,2846 0,2607 0,2389 V kemisk svind 0,0524 0,0537 0,0554 0,0527 0,0559 0,0575 0,0498 0,0534 0,0567 Figur Volumenmæssig fasefordeling for cementpastaprøver for blandede (se mere herom i resultatafsnittet) med en tilnærmet SAP/c-tilsætning på 4, ved alle tre terminer. Side 79

80 Fasefordeling i SAP6 cementpastaprøver 1,0000 0,9000 0,8000 0,7000 Fasestørrelse 0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0,0000 0,35 7 0, , ,40 7 0, , ,50 7 0, ,50 28 V ureageret cement 0,2107 0,1926 0,1850 0,1774 0,1576 0,1506 0,1350 0,1177 0,1020 V faststofgel 0,3985 0,4259 0,4375 0,3990 0,4291 0,4397 0,3816 0,4080 0,4318 V gelvand 0,1573 0,1681 0,1727 0,1575 0,1694 0,1736 0,1506 0,1611 0,1704 V kapillarvand 0,1811 0,1574 0,1472 0,2136 0,1875 0,1783 0,2825 0,2596 0,2389 V kemisk svind 0,0524 0,0560 0,0576 0,0525 0,0565 0,0579 0,0502 0,0537 0,0568 Figur Volumenmæssig fasefordeling for cementpastaprøver for blandede (se mere herom i resultatafsnittet) med en tilnærmet SAP/c-tilsætning på 6, ved alle tre terminer. Side 80

81 Fasefordeling i SAP2_vers2 cementpastaprøver 1,0000 0,9000 0,8000 0,7000 Fasestørrelse 0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0,0000 0,35 7 0, , ,50 7 0, ,50 28 V ureageret cement 0,1938 0,1872 0,1678 0,1241 0,1205 0,0986 V faststofgel 0,4011 0,4111 0,4407 0,3830 0,3885 0,4217 V gelvand 0,1583 0,1623 0,1739 0,1512 0,1534 0,1665 V kapillarvand 0,1940 0,1853 0,1597 0,2913 0,2865 0,2577 V kemisk svind 0,0528 0,0541 0,0580 0,0504 0,0511 0,0555 Figur Volumenmæssig fasefordeling for cementpastaprøver for 0,35, 0,40 og 0,50 med SAP/c på 2, ved alle tre terminer. Side 81

82 Fasefordeling i SAP6_vers2 cementpastaprøver 1,0000 0,9000 0,8000 0,7000 Fasestørrelse 0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0,0000 0,35 7 0, , ,40 7 0, , ,50 7 0, ,50 28 V ureageret cement 0,1646 0,1588 0,1394 0,1460 0,1312 0,1201 0,1118 0,1051 0,0852 V faststofgel 0,3985 0,4074 0,4368 0,3859 0,4083 0,4252 0,3696 0,3799 0,4100 V gelvand 0,1573 0,1608 0,1724 0,1523 0,1612 0,1678 0,1459 0,1500 0,1619 V kapillarvand 0,2271 0,2194 0,1939 0,2650 0,2456 0,2309 0,3241 0,3151 0,2889 V kemisk svind 0,0524 0,0536 0,0575 0,0508 0,0537 0,0559 0,0486 0,0500 0,0540 Figur Volumenmæssig fasefordeling for cementpastaprøver for 0,35, 0,40 og 0,50 med SAP/c på 6, ved alle tre terminer. Side 82