Hydratisering og udtørring af nystøbt cementpasta med forskellige v/c-forhold

Transkript

1 Hydratisering og udtørring af nystøbt cementpasta med forskellige v/c-forhold Janus Loke Høybye Niklas O. Lauersen s s Vejleder: Björn Johannesson Bachelor projekt Juni 2011 DTU BYG Danmarks Tekniske Universitet

2

3 Forord Denne rapport er produktet af vores afgangsprojekt for diplomuddannelsen, udført som et 20 ECTS points bachelor projekt ved sektionen for Byggematerialer på BYG DTU, ved Danmarks Tekniske Universitet. Projektet er udarbejdet i perioden fra februar til juni Vejlederen ved projektet har været Lektor Björn Johanneson, som har været en stor hjælp gennem hele projektet. Derudover vil vi også gerne takke Lektor Kurt Kielsgaard Hansen, Ebba Schnell og Rolf Henriksen for uundværlig hjælp, og Camilla Engstøm Jensen takkes for korrekturlæsning og kommentarer til projektet. Danmarks Tekniske Universitet, juni 2011 Janus Loke Høybye Niklas O. Lauersen I

4 Sammendrag Beton er et materiale bestående af cement, sand, sten og vand. Under hydratiseringen dannes C-S-H-gel, som giver betonen sin styrke og egenskaber. Under denne proces bindes vandet til cementen, så vandet i porerne forsvinder med tiden. I de fleste situationer transporteres vandet også ud gennem betonen til fordampning ved de åbne sider. Mængden af ikke kemisk bundet vand i betonen, er af stor betydning da dette kan føre til fugtskader f.eks. ved installation af trægulv. Formålet med projektet er at analysere cementpastaprøver under endimensional udtørring til 3 forskellige v/c-forhold. Prøvernes vand-tørstofforhold og hydratiseringsgrad bestemmes og sammenlignes. Der laves prøver med v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55, som efter støbning lægges til udtørring i klimatelt. Klimateltet er CO 2 -frit og dermed bliver prøverne ikke udsat for indvirkning af CO 2, således at karbonatisering undgås, hvilket kan give problemer ved bestemmelse af hydratiseringsgraden. Samtidig giver klimateltet muligheder for at følge temperaturen og styre den relative luftfugtighed, som har gennemsnitsværdier på 24 C og 74 %. Efter udtørring, tørres prøverne ved 105 C i 6 døgn, hvorefter vandtørstofforholdet bestemmes. Tilslut brændes prøverne ved 1050 C og hydratiseringsgraden kan bestemmes. Vand-tørstofforholdet falder for alle typer v/c-forhold som funktion af udtørringsperioden i klimateltet, og vand-tørstofforholdet er lavest ude ved de åbne ender. Vand-tørstofforholdet falder med faldende v/cforhold, men efter 4 døgns udtørring er forholdet næsten identisk ude i de åbne ender ved de tre v/cforhold. Hydratiseringsgraden stiger med tiden, men klart mest inden for det første døgn, hvor prøverne er i roterende varmeskab, hvilket også er forventet fra teorien. Prøverne med v/c-forhold på 0,35 har ved starten højest hydratiseringsgrad, men bliver med tiden overhalet af 0,45 og 0,55. Efter 4 døgns udtørring er hydratiseringsgraden ved 0,35 lavest. At hydratiseringsgraden er højest for 0,35 ved 0 døgns udtørring kan skyldes tilsætning af plastificerende stof som ikke forekommer i de to andre v/c-forhold. Massen af ureageret vand er beregnet ved Power s formler og sammenlignet med målte resultater. Afvigelsen stiger, helt som forventet, med øget v/c-forhold og udtørringstid. Der er bestemt en tilnærmet værdi af vægtprocenten, af det ureagerede vand i betonen, således at ventetiden kan bestemmes, til hvornår installation af f.eks. trægulv kan påbegyndes. Bestemmelsen har store usikkerheder, men viser hvornår vægtprocenten er under 4 %, hvor installation af f.eks. trægulv kan påbegyndes. Det er den efter 0 døgn ved v/c-forhold på 0,35, efter 1 døgn ved v/c-forhold på 0,45 og efter 3 døgn ved v/c-forhold på 0,55. Resultaterne for prøverne med v/c-forhold på 0,45 er sammenlignet med et lignende projekt, lavet ud fra de samme metoder. De to reporters resultater ligger for the meste tæt, men nogle resultater er langt fra hinanden. Grunden til dette kan ikke fastslås, da der i støbning af cementpasta er mange faktorer der spiller ind. II

5 Abstract Concrete is a material consisting of cement, sand, stone and water. Under the hydration process C-S-H-gel is created, which gives the concrete its strength and abilities. Under this process the water is bound to the concrete, so the water in the pores disappears whit time. In most situations water is also transported through the concrete to evaporation at the open ends. The amount of water not chemically bound to the concrete, is of great importance, because extra water can lead to moisture damage for example at installation of wooden floors. The purpose with this project is to analyze cement paste samples under one-dimensional drying to 3 different w/c-ratios. The samples water-solids ratio and degree of hydration is determinated and compared. Samples with w/c-ratio on respectively 0,35, 0,45 and 0,55 is made, and after casting is put to drying in a climate tent. The climate tent is free of CO 2 and because of that, the samples are not exposed to the impact of the CO 2, and by using a climate tent carbonation is prevented. Carbonation can give problems with the provision of the degree of hydration. Another bonus by using a climate tent, is that the temperature can been seen throughout the hole process and the relative humidity controlled after desire. The average values of the temperature and the relative humidity is 24 C and 74 %. After drying, the samples are desiccated at 105 C for 6 days, and the water-solids ratio can now be decided. At last the samples are burned at 1050 C and the degree of hydration can be decided. The water-solids ratio drops for all types of the w/c-ratio, as a function of the drying period in the climate tent, and the water-solids ratio is at the lowest at the open ends of the samples. The water-solids ratio decreases with decreasing w/c ratio, but after 4 days the water-solids ratio is almost the same at the open ends, for all types w/c ratio. The degree of hydration increases with time, but clearly the most within the first day, where the samples are in the rotating incubator, which is expected from theory. The samples with w/c ratio on 0,35 has in the beginning the highest degree of hydration, but is in time overtaken by the 0,45 and 0,55 samples. After 4 days of drying in the climate tent, the degree of hydration is at the lowest for the 0,35 samples. That the degree of hydration is highest for 0,35 samples at 0 days of drying, may be due to the addition of the plasticizing agent, which does not occur in the other two w/c ratios. The mass of unreacted water I calculated by using Power s formulas and compared the measured results. The deviation increases, as expected with increased w/c ratios and drying periods. There is calculated an approximated value of the weight percentage, of the unreacted water in the concrete, so that the minimum waiting time before installation of example wooden floor can be terminated. The provision has large uncertainties, but show when the weight percentage is under 4 % where installation of wooden floors can be initiated. The weight percentage is under 4 % after 0 days with w/c ratio 0,35, after 1 day with w/c ratio on 0,45 and after 3 days with w/c ratio on 0,55. The results for the samples with w/c ratios on 0,45 is compared with a similar project made after the same methods. The two reports result is mostly close to each other, but other results are very far apart. The reason to this is unknown, since there in casting of cement paste at many factors that come into play. III

6 1 INDLEDNING INTRODUKTION FORMÅL KORT GENNEMGANG AF FREMGANGSMÅDEN KORT GENNEMGANG AF METODEN TEORI KEMISK SAMMENSÆTNING VARMEUDVIKLING UDTØRRING AF CEMENTPASTA HYDRATISERING AF NYSTØBT CEMENTPASTA GLØDETAB MASSE AF UREAGERET VAND / POWER S FORMEL BESTEMMELSE AF VÆGTPROCENT UREAGERET VAND I BETONEN SAMMENLIGNING MED ANDRE PROJEKTER SIMPEL BEREGNING AF DET UREAGEREDE VAND I PRØVERNE FORSØGSGENNEMGANG FORSØGSOVERSIGT STØBNING KLIMATELT FUGTPROFILET HYDRATISERINGSGRAD GLØDETAB MASSE AF UREAGERET VAND / POWER S FORMEL FORSØGSRESULTATER UDTØRRING I KLIMATELTET VAND-TØRSTOFFORHOLD GLØDETAB HYDRATISERINGSGRAD MASSEN AF UREAGERET VAND / POWER S FORMEL BESTEMMELSE AF VÆGTPROCENT UREAGERET VAND I BETONEN DISKUSSION UDTØRRING I KLIMATELT VAND-TØRSTOFSFORHOLD HYDRATISERINGSGRAD MASSEN AF UREAGERET VAND / POWER S FORMEL BESTEMMELSE AF VÆGTPROCENT UREAGERET VAND I BETONEN SAMMENLIGNING MED SVERRI S RAPPORT VALGTE METODER FORSLAG TIL VIDERE UNDERSØGELSER KONKLUSION UDTØRRING I KLIMATELTET VAND-TØRSTOF FORHOLD HYDRATISERING IV

7 6.4 MASSE AF UREAGERET VAND / POWER S FORMEL SAMMENLIGNING MED SVERRI S RAPPORTER VALGTE METODER LITTERATURLISTE SYMBOLFORKLARING APPENDIKS A APPENDIKS B APPENDIKS C APPENDIKS D APPENDIKS E APPENDIKS F APPENDIKS G APPENDIKS H V

8 1 Indledning 1.1 Introduktion Rapporten er udarbejdet med det formål at undersøge udtørringen og hydratiseringsgraden for cementpastaprøver med forskellige v/c-forhold i et CO 2 frit miljø. Der er arbejdet med en bestemt relativ luftfugtighed, til forskellige udtørringstid. Der er tidligere udarbejdet rapporter hvor udtørringen og hydratiseringsgraden er fundet for samme type cement, uden variation af v/c-forholdet. Disse rapporter er udarbejdet uden at tage højde for karbonatisering i enderne, som gør at resultaterne ikke blev helt korrekte. Dette sker da CO 2 binder noget vand i prøverne, hvilket giver problemer med at bestemme hydratiseringsgraden ved brændingsmetoden. Der er kun udarbejdet en rapport tidligere hvor der er taget højde for karbonatiseringen, som vil blive brugt til sammenligning af resultaterne. Oversigt over tideligere projekter: Juni 2008: Moisture transport and sorption in cement based material measurement and theoretical analysis [1]udarbejdet af Lars Hagsted Rasmussen og Sebastian Schjelde Ebbe. Dette er den første rapport i rækken af tideligere rapporter. Formålet med rapporten var at evaluere fugtdiffusionen i cementpastaen ved brug af computersimulation for herefter at sammenligne med forsøg. Derudover blev forskellen mellem virgin prøver og dried-resaturated prøver testet. Der blev i forsøgene brugt 2 typer cement og forskellige typer super plastificerende stoffer. Alle med v/c-forhold på 0,40. Forsøgene blev udarbejdet med 18 år gamle prøver, i et kammer med ca. 19 C og en relativ luftfugtighed på 60 %. Derudover blev der lavet kop forsøg for at finde fugtdiffusionen ved de lave fugtprocenter. Der blev her testet både for karbonatiseret og ikke karbonatiserede prøver for at evaluere vigtigheden ved karbonatisering. Der blev i rapporten konkluderet at det var muligt at finde fugtprofilet for cementpastaprøverne ved hjælp af en computersimulation. Dog er denne metode meget begrænset til materialet, som skal kunne opdeles til veldefinerede stykker og det konkluderes at dette er meget svært at gøre i virkeligheden. Det konkluderes også at udtørringen afhænger meget af den relative luftfugtighed. Det ses også at karbonatisering har en stor indflydelse på fugtdiffusionen. Der er i dette projekt lavet test for ialt 16 prøver. December 2008: Fugttransport og sorption i cementbaserede materialer målinger og teoretisk analyse [2] Udarbejdet af Tim Nederveen og Alice Rivière. I denne rapport findes en fugtledningsfunktion og adsorptionsisoterm for 18 år gamle cementpastaprøver ved hjælp af praktiske forsøg og computersimulation. Det konkluderes at det lykkes at bestemme en fugtledningsfunktion og adsorptionsisoterm for de 18 år gamle cementpastaprøver. Der er i dette projekt lavet test for ialt 22 prøver. December 2009: Hydratisering og udtørring af nystøbt cementpasta [3] udarbejdet af Lise Juel-Hansen og Thor Hansen. Denne rapports formål er at finde udtørringen og hydratiseringsgraden for nystøbte cementpastaprøver for udvalgte curingstider og udtørringstider ved endimensionel udtørring af cylinder formet cementpastaprøver. Der er tidligere udført lignende udtørringsforsøg for velhydratiserede cementpastaprøver, men ingen hvor prøver fra samme støbning og under samme klimatiske forhold undersøges til forskellige curingstider. Det konkluderes i denne rapport at vand-tørstofforholdet falder med udtørringstiden og med øget curingstid, mindskes dette fald, da en større del af vandet når at reagere, frem 1

9 for at fordampe, hvilket var forventet. Hydratiseringsgraden måles, og resultaterne er ikke som forventet, da hydratiseringsgraden ikke konsekvent stiger med tiden. Det konkluderes derfor at forsøgsmetoden er brugbar til videre forsøg, hvis det formås at undgå karbonatisering. Fejlen resulterer i at der fås en meget højere hydratiseringsgrad i hele prøven, især i enderne. Der arbejdes her med cementtypen AALBORG WHITE og et v/c-forholdet på 0,45. Der er i dette projekt lavet test for ialt 30 prøver. Juni 2010: Hydratisering og udtørring af cementpasta i kuldioxid frit miljø [4] udarbejdet af Sverri Absalonsen. Denne rapport minder meget om den fra december 2009, dog med den store forskel at prøverne her opbevares i et CO2 frit klimatelt. Dette medfører at der undgås karbonatisering og dermed findes den korrekte hydratiseringsgrad. Derudover holdes den relative luftfugtighed konstant. Der arbejdes her med forskellige curingstider og mange forskellige udtørringstider. Her konkluderes at metoden giver de forventede resultater. Det ses at det meste af hydratiseringen og udtørringen sker i løbet af de første par døgn. Derefter går begge processer meget langsomt. V/c-forholdet der bruges her, er 0,45, og cement typen er AALBORG WHITE cement. Der er i dette projekt lavet test for ialt 36 prøver. Juni 2011: Hydratisering og udtørring af nystøbt cementpasta med forskellige v/c-forhold nærværende rapport. Den bygger videre på rapporten fra juni 2010, men der laves her målinger for 3 forskellige v/cforhold 0,35, 0,45 og 0,55. Derudover laves der forsøg med kun 1 døgns curing til 4 forskellige relative, korte udtørringstider da det er her der foregår størstedelen af hydratiseringen og udtørringen. Der vælges også at bruge en højere relativ luftfugtighed, der passer med den, der er i Danmark i sommer halvåret på ca. 75 %. Der er i dette projekt lavet test for ialt 48 prøver. Rapporten Hydratisering og udtørring af nystøbt cementpasta med forskellige v/c-forhold forsøgsmæssige fremgangsmåde er udarbejdet i et forprojekt[5], hvor mange forskellige støbemetoder blev undersøgt. Støbemetode med de mest homogene prøver, er valgt til dette projekt. Forprojektet har også givet en masse erfaring, som har hjulpet meget til støbningen af ens homogene prøver. Derudover har det hjulpet meget på arbejdshastigheden, som medvirker til at prøverne befinder sig i kortest mulig tid uden for klimateltet. Problemet ved dette er at prøverne uden for klimateltet kan karbonatisere og derved kommer der en fejl i målingen af hydratiseringsgrad, som fejlagtigt stiger jo mere prøven når at karbonatisere. Den anden ulempe ved at have prøverne uden for klimateltet i for lang tid, er at de udtørrer hurtigt og til en ukendt relativ luftfugtighed. Udtørringen går især hurtigt for de fugtige prøver, med v/cforhold på 0,55. Dette medfører fejl i de målte vand-tørstofforhold. Grunden til at det er vigtigt at kende hydratiseringsgraden til forskellige tidspunkter for cementpasta med forskellig v/c-forhold, er at kende betonens styrke som stiger i forhold til tiden, så bæreevnen kendes og uheld undgås. Det er vigtigt at kende udtørringen i forhold til tiden, da der sker mange fugt skader, f.eks. ved at lægge trægulv på en for fugtig beton. Dette koster dansk byggeri en masse penge og tid til udbedring af skaderne. Det vides ikke præcist hvor meget det koster, men en undersøgelse fra Sverige viser at de bruger ca. 3 milliarder SEK om året på reparationer af fugtrelaterede skader på beton konstruktioner[6]. Ved at kende de forskellige udtørringstider og hydratiseringsgrader, kan der vælges det v/c-forhold og den udtørringstid, der passer bedst til det enkelte byggeprojekt. I rapporten ses der hovedsageligt på, hvilke forskelle der er ved de forskellige v/c-forhold, om fugtproblemerne kan kommes til livs ved bare at skifte til et andet v/c-forhold, og hvilke konsekvenser det har for hydratiseringsgraden, styrken og prisen. 2

10 1.2 Formål Hovedformålene ved rapporten: At få brugbare og ensformige resultater med lav spredning, for udtørrings- og hydratiseringsprofiler, efter 1 døgns curing ved 0, 1, 2 og 4 udtørrings døgn i klimateltet og ved v/c-forhold 0,35, 0,45 og 0,55. At finde fugttabet mellem de forskellige udtørringstider, dvs. hvor meget fugt prøverne taber fra 0 døgns til 1, 2 og 4 døgns udtørring. At sammenligne udtørrings- og hydratiseringsprofiler fra et v/c-forhold på 0,45, med Sverri s projekt[4] og forklare evt. forskelle. At kunne sammenligne resultaterne fra de tre forskellige v/c-forhold og forklare ulemperne og fordelene ved de tre. 1.3 Kort gennemgang af fremgangsmåden Der udstøbes cylinderformet prøver. Enderne hugges af i enderne så prøverne ender med at blive 50 mm lange. De cylinderformede prøver forsegles nu på de krumme sider, så der kun kan ske endimensionel udtørring, dvs. prøverne ses som 2 prøver symmetrisk fra midten. Prøverne lægges i et CO 2 frit klimatelt, i udvalgte udtørringstider, og hvor den relative luftfugtighed kan kontrolleres. Derefter deles prøverne op i skiver på 5 mm, så udtørringen og hydratiseringsgraden gennem prøven kan findes. Der kan nu laves fugtprofiler og hydratiseringsprofiler for alle prøverne. For en mere detaljeret gennemgang af fremgangsmåden se afsnit Kort gennemgang af metoden Forsøgsmetoderne, er identisk for alle forsøgene. Da forskellige forsøgsmetoder kan have indvirkning på resultaterne, hvilket ikke er ønsket. Der støbes med v/c-forhold 0,35, 0,45 og 0,55. Ialt støbes der 6 gange, hver gang med 2 typer af hver slags v/c-forhold. Der støbes i teflonforme og der støbes 16 prøveemner af gangen. 8 af hver slags til 0, 1, 2 og 4 døgns udtørring i klimateltet. Det giver i alt 96 cylinderformede prøver, der hver indeholder 2 prøver da den cylinderformede prøve er symmetrisk fra midten. Dette giver 192 prøver, 8 af hver slags. Disse prøver kommer i klimateltet, som er CO 2 frit. Den relative luftfugtighed holdes gennemsnitlig på 74 % og temperaturen ligger gennemsnitligt på 24 C. For en mere detaljeret gennemgang af metoden se afsnit 3. Herefter udvælges de 4 mest homogene prøver til videre bearbejdning. De hugges i skiver på 5 mm og kommes i varmeskab ved 105 C i 6 døgn. Derefter knuses prøverne til stykker på 1-3 mm og brændes i en ovn i 2,5 timer ved 1050 C. Mellem hvert skridt vejes prøverne. Udtørringen og hydratiseringen kan nu findes for alle prøver. Det giver i alt 480 skiver der skal tørres, knuses og brændes. Glødetallet findes ud fra et gennemsnit af 6 rene cementprøver der tørres og brændes. I alt blev der foretaget ca målinger for at komme frem til resultaterne i nærliggende rapport. Der laves 4 prøver af hver slags, så der fås et mere præcist gennemsnit, det gør også at der er mulighed for at smide en prøve væk, hvis der sker en fejl under forsøgene. 3

11 2 Teori I denne del af rapporten vil der blive gennemgået den vigtigste del af teorien omkring hydratisering af beton. Først gennemgås cementen kemiske sammensætning samt de vigtigste reaktioner. Efterfølgende gennemgås varmeudviklingen, udtørringen og beregning af hydratiseringsgraden. Herefter redegøres for Power s formler, som kan beskrive de forskellige volumenandele i cementpastaen ved at kende hydrationsgraden, som bygger på et lukket system. Til sidst gennemgås Sverri s projekts resultater. Teorien er skrevet over kilderne [7],[8],[9],[10], [11] og [12]. Cement er, inden for byggeteknikken, den fælles betegnelse for alle hydrauliske bindemidler, altså pulverformet bindemiddel som opbygger styrke under reaktion med vand. Det mest udbredte bindemiddel i verden er portlandcement. Det var Joseph Aspdin der i 1824 tog patent på portlandcementen og navnet Portland stammer fra ligheden med en bygningssten fra byen Portland i England. Fremstilling af cementen foregår ved brænding og delvis smeltning af en homogen blanding, som primært består af calcium-, silicium-, aluminium- og jernforbindelser. Brændingen sker ved temperaturer på omkring 1400 til 1600 C [7]. Ved brænding sker de vigtigste kemiske reaktioner hvor der dannes klinker, hvor hovedparten er calciumsilikater. Den kemiske sammensætning har afgørende betydning for egenskaber som hærdningstid og styrkeudvinding. Det er altså muligt, med mindre variationer i klinkesammensætningen at opnå specielle brugsegenskaber. 2.1 Kemisk sammensætning Den kemiske sammensætning af cement bliver ofte beskrevet med oxider, som er ladnings neutrale kovalente forbindelser mellem oxygen og et andet grundstof. For nemheds skyld forkortes disse oxider til et enkelt symbol som ses i tabel En typisk sammensætning kan også ses i tabellen [7]. Navn Oxid Symbol Vægt % Calciumoxid CaO C 65 Siliciumoxid SiO 2 S 22 Aluminiumoxid Al 2 O 3 A 4 Jernoxid Fe 2 O 3 F 3 Magnesiumoxid MgO M 1 Svovltrioxid SO 3 2,5 Tabel Forkortelse af oxider. De vigtigste klinkemineraler, samt en typisk sammensætning, kan ses i tabel I det følgende gennemgås de enkelte klinkematerialer samt nogle af cementens sekundære komponenter. Det er dog ikke helt korrekt at se på de enkelte dele hver for sig, da de indvirker på hinanden i forhold til hydratiseringen. Da det kan antages at virkningen mellem komponenterne er begrænset til et minimum, kan man med fordel se på de enkelte komponenter hver for sig [8]. Navn Symbol Vægt % Tricalciumsilikat C 3 S 55 Dicalciumsilikat C 2 S 20 Tricalciumaluminat C 3 A 7 Tetracalciumaluminatferrit C 4 AF 9 Tabel Klinkesammensætning. 4

12 2.1.1 Tricalciumsilikat (C 3 S) C 3 S er hovedkomponenten i moderne Portland cement og indholdet ligger ofte over 50 % [7]. C 3 S danner ved reaktion med vand calciumsilikathydrater og calciumhydroxid. Reaktionen kan ses i sætning C 3 S + 11H C 3 S 2 H 8 + 3CH ( ) Processen er exoterm, det vil sige at den afgiver energi. (ca. 500kJ/kg) [7]. Dette er en moderat mængde i forhold til de øvrige klinkermineralers hydratiseringsvarme. Dannelsen af C-S-H gelen sker ikke med den præcise støkiometri som ses ovenfor. F.eks. varierer C/S forholdet mellem 1.5 og 2.0 [7]. Den reaktion, hvor klinkermineraler reagerer med vand og danner hydrater kaldes hydration. C 3 S har en væsentlig betydning for cementpastaens styrkeudvikling. Især i det tidlige stadige, da C 3 S reagerer væsentlig hurtigere end C 2 S. Ved fuld hydratisering af C 3 S bindes ca. 25 vægtprocent [7] vand i de dannede hydrater. Hydratiseringsprodukterne er bestandige overfor sulfat ioner Dicalciumsilikat (C 2 S) C 2 S har samme reaktionsprodukter som C 3 S, og reaktionen mellem C 2 S og vand kan ses i sætning C 2 S + 9H C 3 S 2 H 8 + CH ( ) Generelt minder C 2 S meget om C 3 S og danner også samme slutprodukter. Den dannede C-S-H gel er ligesom ved C 3 S ikke med den præcise støkiometri som ses ovenfor. Forskellen mellem C 2 S og C 3 S er, at C 2 S reagerer langsommere og afgiver mindre varme. Dermed har C 2 S mere betydning for den senere styrkeudvikling. Der kan regnes med en energiafgivelse på 260 kj/kg og ved fuld hydratisering bindes ca. 21 vægtprocent vand [7] Tricalciumaluminat (C 3 A) Indholdet af C 3 A ligger normalt under 15 % [7]. Det reagerer meget hurtigt med vand og har altså indvirkning på den tidlige styrkeudvikling, men begrænset indvirkning på den senere styrkeudvikling. Problemet med C 3 A er at det størkner meget hurtigt, inden for få minutter, hvilket giver problemer når der arbejdes med cementpastaen. For at undgå dette tilsættes gips (CS H 2 ), som reagerer med C 3 A og dermed forsinker den hurtige afbinding, så der undgås flash set. C 3 A reagerer med gipsen og danner ettringit (C 6 AS 3 H 32 ). Reaktionen kan ses i sætning C 3 A + 3CS H H C 6 AS 3 H 32 ( ) Det molarer forhold mellem gips og C 3 A er det som styrer hvorvidt ettringit forbliver eller bliver omdannet til monosulfoaluminat. Hvis alt gipsen er opbrugt, reagerer C 3 A nemlig med ettringit og danner monosulfoaluminat reaktionen kan ses i sætning C 3 A + C 6 AS 3 H H 3C 4 AS H 12 ( ) 5

13 Under dannelse af ettringit dannes en hinde om C 3 A, som standser diffusion. Denne hinde nedbrydes igen under dannelse af monosulfoaluminat. Når monosulfoaluminatet kommer i kontakt med en ny type af sulfat ioner kan det danne ettringit igen. Dette er basis for sulfatangreb på portlandcementen. Reaktionen kan ses i sætning C 4 AS H CS H H C 6 AS 3 H 32 ( ) Er indholdet af C 3 A mindre end 5 % kan cementen anses for at være sulfatbestandig [7]. Hvis der ingen gips er tilføjet til cementen vil C 3 A reagerer udelukkende med vand. Reaktionen kan ses i sætning C 3 A + 21H C 4 AH 13 + C 2 AH 8 2C 3 AH 6 + 9H ( ) Denne reaktion er yderst kritisk og kan føre til flash set [8]. Ved mindre mængder af gips vil der stadig være C 3 A tilbage efter alt gipsen er opbrugt. Denne kan så reagere med monosulfoaluminattet og danne to stabile hydrater, som kan ses i sætning C 4 AS H 12 + C 3 A + CH + 12H 2C 3 A(CS, CH)H 12 ( ) C 3 A s reaktionsprodukter har et højt indhold af hydratvand, og binder mellem [7] vægtprocent vand, alt efter hvilke reaktioner der finder sted. Også varmeudviklingen er ganske høj, ca. 870 kj/kg [7] Tetracalciumaluminatferrit (C 4 AF) Dette er betegnelsen af en mængde calciumaluminatferritter som har den gennemsnitlige sammensætning C 4 AF. C 4 AF er ikke nær så hurtig til at reagere som C 3 A, og har ikke særlig stor betydning for styrkeudviklingen. Mængden af C 4 AF er, som hovedregel, mindre end 15 % [7]. C 4 AF reagerer sjældent så hurtigt at der er mulighed for flash set og ved tilsætning af små mængder af gips, bliver reaktionen forsinket betydeligt. Hydratiseringsprocessen kan ses i sætning og C 4 AF + 3CS H H C 6 (A, F)S 3 H 32 + (F, A)H 3 ( ) C 4 AF + C 6 (A, F)S 3 H H 3C 4 (A, F)S H 12 + (F, A)H 3 ( ) Alt efter hvilke reaktionsprodukter der bliver dannet, bindes der mellem vægtprocent vand og der frigives 420kJ/kg [7]. Indholdet af jernforbindelser i klinkemineralet er det der giver cementen sin normale grå farve. Ved at undgå jern-, chrom- og manganforbindelser, kan der fremstilles en helt hvid cement. 6

14 2.1.5 Fri Kalk (Fri CaO) Det meste af kalken er bundet til de sure oxider SiO 2, Al 2 O 3 og Fe 2 O 3 i klinkemineralerne. Der er kun nogle få procent, som ikke er bundet. Det kaldes fri kalk og kan reagerer med vand. Se sætning C + H CH ( ) Denne reaktion giver, under hydratiseringen, anledning til ekspansion. Det kræver dog en betydelig mængde før dette er et problem og er normalt ikke noget der har skadelig virkning Magnesiumoxid (MgO) MgO har næsten samme kemiske egenskaber som CaO, men ikke meget kalk binder sig til de sure oxider, kun op imod 2 % [7]. Den overskydende magnesiumoxid, som efter brænding får krystallisk struktur og kaldes periklas, reagerer med vand. Se sætning M + H MH ) Denne reaktion ekspanderer ligesom ved CaO, og da reaktionen foregår langsomt, kan revnedannelse ske mange år efter støbning. Dette er først et problem hvis mængden af MgO overstiger 5 vægtprocent. I Danmark er der en grænse for indholdet af MgO på 3 % [7]. Ved brug af havvand er det vigtig at medtage mængden af Mg 2+ -ioner i havvandet i beregningen Alkaliforbindelser De fleste cementer indeholder alkaliforbindelser, som er natrium- og kaliumforbindelser, som stammer fra råmaterialerne. Andelen af alkaliforbindelser bestemmes til dels af typen af råmaterialer, og til dels af brændingsmetoden, og er dog normalt kun på nogle få procent [7]. Et øget alkaliindhold medfører en acceleration i den tidlige hydratisering men derimod en lavere sluttelig styrke. Ved fugtigt miljø kan alkaliforbindelserne give anledning til revnedannelse. Den samlede andel af alkaliforbindelser omregnes som ækvivalent Na 2 O. Der kan også komme tilskud af alkaliforbindelser fra støbevandet Mineralske tilsætninger Ved at tilføre cementen nogle uorganiske materialer kan cementens egenskaber forbedres eller der kan spares på cementen. Ved at tilsætte ikkereaktive bjergarter og mineraler, såsom granit, kalksten og kvarts, kan der spares på cementen uden at nedsætte betonens egenskaber. Ved at tilsætte materialer, som er reaktive i et vandigt miljø, kan cementens egenskaber forbedres. Forbedringen beskrives ved en aktivitetsfaktor, som beskriver effektiviteten i forhold til det rene cements endelige slutstyrke. Som eksempler kan nævnes puzzolaner, flyveaske og mikrosilica. Fælles for dem alle er at de kan reagere med calciumhydroxid og danne et svært opløseligt bindemiddel. Tilsætning af flyveaske medfører større bearbejdelighed, langsommere varme- og styrkeudvikling samt eventuelt højere langtidsstyrke. Tilsætning af mikrosilica medfører en kraftig forøgelse af trykstyrken i betonen. 7

15 2.1.9 Plastificeringsstof Ved at tilsætte et plastificeringsstof til cementpastaen kan opnås en tilstrækkelig bearbejdelighed ved lave v/c-forhold, uden reducering af styrke- og deformationsegenskaberne. Dette kan også opnås ved luftindblanding, men dette har dog mindre heldig indvirkning på førnævnte egenskaber. Så er bearbejdelighedsforbedringen det primære, er tilsætningen af plastificeringsstof at foretrække. Der skelnes mellem normale plastificeringsstoffer med vandbesparelser på 5 % og super plastificeringsstoffer med en vandbesparelse på % [8]. Et incitament til brug af plastificerende stoffer kan være at opnå en besparelse af cementen kontra tilslaget uden reducering af egenskaberne og dermed opnå en økonomisk gevinst. Alternativt kan det også tilsættes for at opnå en ekstra stærk beton eller for at reducerer varmeudledningen. Det plastificerende stof bryder den sammenkobling der sker i den tidelig fase af vandet, og dermed opnår cementpastaen en højere bearbejdelighed. Dette sker ved at de negativt ladede organiske molekyler neutraliserer de overfladespændinger som fastholder en del af vandet. Hermed er alle vandmolekyler spredte i cementpastaen og kan bidrage til en sænkelse af viskositeten og dermed øge bearbejdeligheden. Derudover øger det også hydratiseringsgraden i de tidlige faser. Dvs. ved mindre en 1 døgn efter støbningen, derefter vil stigningen i hydratiseringsgraden falde, da der ikke er tilstrækkeligt med vand i prøverne, i forhold til hvis det var brugt mere vand i prøverne i stedet for at bruge det plastificerende stof Vand Der stilles visse krav til at det vand, som skal bruges til støbning ikke indeholder en for stor mængde skadelige stoffer. Almindeligt brugsvand kan uden betænkeligheder bruges til støbning. Derimod skal man være mere opmærksomhed ved brug af hav- og søvand. Saltindholdet bør således ikke overstige 3,5 %, og surhedsgraden bør altid overstige en ph-værdi på 4 [7]. Ved for lav ph-værdi kan denne hæves ved tilsætning af kalk. Sulfater og sulfider kan både have en reducerende og forbedrende virkning på styrken. Det er bevist, at hvis den samlede mængde af sulfater og sulfider ikke overstiger henholdsvis 3g og 5g pr. kg. vand, har den ingen betydning for styrkeudviklingen [7]. Indholdet af chlorider i vandet har ved mindre mængder, under 20 g pr. kg. vand, en accelererende effekt på hærdningen, og dermed en forøgelse af den tidlige styrke. Ved anvendelse af spændt armering i betonen bør mængden være under 0,5 % af betonens cementindhold, da dette ellers kan virke korroderende på stålet. 2.2 Varmeudvikling Under hydratiseringen bliver varme afgivet ved exoterme reaktioner. Det har vist sig at der lineær fordeling mellem hydratiseringsgraden og varmeudviklingen. Det er altså muligt at måle hydratiseringsgraden ud fra hvor meget energi der er afgivet til omgivelserne. De enkelte klinkemineraler har følgende gennemsnitlige varmeudvikling, se sætning [7]. Klinkemineral C 3 A C 3 S C 2 S C 4 AF Varmeafgivelse 870 J/g 500 J/g 260 J/g 420 J/g Tabel Varmeudviklingen. 8

16 Som det ses, er det reaktionerne med C 3 A og C 3 S som dominerer varmeudviklingen. Varmeudviklingen under hydratiseringen kan ses på figur Figur Varmeudviklingen under hydratiseringen [8]. I det første stadie sker der en kemisk kontrolleret opløsning af ioner. Dette stadie forløber indenfor 15 minutter [8]. Herefter indtræffer dormant perioden hvor hydratiseringsprocessen er sat i stå. Dette skyldes at der er dannet en skal af C-S-H-gel rundt omkring C 2 S og C 3 S og der rundt om C 3 A er dannet ettringit. Dette stadie kan tage mellem 2-4 timer og under perioden dannes ingen nye hydrationsprodukter [8]. Dette medfører at cementpastaen forbliver plastisk og er dermed bearbejdelig. I tredje og fjerde stadie bliver skallerne omkring cementkornene nedbrudt og der dannes C-S-H-gel i lange fibre. Cementpastaen mister sin formbarhed og sætter sig, samtidig med at porøsiteten falder. Den tidlige styrke er nu dannet. Sidste stadie indtræffer efter timer og det er her den sene styrke opbygges. Hydratiseringen foregår langsommere da der ikke længere er så meget plads. Dette stadie kan forsætter i mange år frem. 9

17 2.3 Udtørring af cementpasta Mens hydratiseringsprocesserne forløber, hvor vand bindes i cementpastaen, kan der også ske udtørring ved de åbne sider. Størrelsen af denne udtørring styres af mange forskellige faktorer. Det som styrer udtørringen er: - Konstruktionens størrelse og form - Vandindholdet - Fugttransporthastigheden - Overfladens art - Omgivende klima (temperatur, relativ luftfugtighed og lufthastighed) Vand-tørstofforholdet, også kaldet fugtbrøken, beskriver vandindholdet i et materiale i forhold til materialets masse i tør tilstand og kan ses i [9]. u = m 0 m 105 m 105 (2.3.1) hvor u er vand-tørstofforholdet m 105 m 0 prøvens masse i tør tilstand prøvens masse i fugtige tilstand 10

18 2.4 Hydratisering af nystøbt cementpasta Hydratiseringshastigheden har stor betydning ude på byggepladsen, da den bestemmer hvornår betonen har tilstrækkelig styrke til at kunne afbindes. Cementens klinkesammensætning har stor betydning for hydratiseringshastigheden, men også cementens finhed og temperaturen har betydning for forløbet. Forskellige tilsætningsstoffer kan også regulere forløbet inden for visse rammer. Som tidligere nævnt har C 3 A stor betydning for den tidlige styrke, mens C 2 S og C 4 AF har en langsom styrkeudvikling. Øget finhed (m 2 /kg) giver også en højere styrkeudvikling. Også temperaturen har betydning for hydratiseringshastigheden, som øges væsentligt ved stigning i temperaturen, som det ses i figur Figur Hydratiseringshastigheden som funktion af tiden ved forskellige temperaturer [7]. Hydratiseringsgraden er forholdet mellem den mængde af cementen som er hydratiseret kontra den samlede mængde og beskrives således: α = Masse af omsat cement Masse af oprindelig cement (2.4.1) hvor α Hydratiseringsgraden Strukturdannelse Ved starten af reaktionen mellem cement og vand frigøres ioner fra cementkornenes overflade og danner en overmættet opløsning. Herfra udfældes hydratiseringsprodukterne som små krystaller af kolloide eller grovere dimensioner. Da disse reaktioner foregår tæt ved cementkornene vil dette efterhånden bryde den direkte kontakt mellem vand og uhydratiseret cement. Vandet må nu diffundere gennem skorpen hvilket medfører at dannelsen af hydratiseringsprodukter forløber langsommere og langsommere indtil den går helt i stå. Der er tre grunde til at hydratiseringsprocessen stopper. - Alt uhydratiseret cement er opbrugt (fuldt hydratiseret) - Ikke mere pore volumen - Ikke mere vand Udviklingen ved de forskellige v/c-forhold kan ses på figur Her ses det at, ved et v/c-forhold på under 0.41 bliver blandingen ikke fuldt hydratiseret. Lige netop her, er alt vandet opbrugt. 11

19 Figur Hydratiseringsgrader for forskellige v/c-forhold [10]. Cementpastaen består i hydratiseringsprocessen af uhydratiserede cementpartikler og C-S-H-gel. Den porøse C-S-H-gel består her af gelfaststof og gelvand. En simplificering af porestrukturen i cementpasta kan ses på figur Gelvandet er ikke kemisk bundet til cementen men kan alligevel ikke reagere med det uhydratiserede cement. Processen går således i stå hvis alt kapilarvand er opbrugt eller fordampet. I cementpastaen snakkes der om tre forskellige slags porestørrelser: - Gelporer: Fine hulrum i C-S-H-gelen, der har størrelsesorden 0,5-2,0 nm - Kapilarporer: Hulrum mellem de oprindelige cementpartikler, der ikke er udfyldt af C-S-Hgel. Hulrummene har en størrelsesorden på 2,0 nm 5,0 μm - Makroporer: Porer der er væsentligt større end cementpartiklerne 12

20 Figur Simplificeret porestruktur i cementpasta [10]. Overgangen fra kapilarporer til gelporer sker under hydratiseringen og beskrives ved Power s formler beskrevet i afsnit Kemisk svind Kemisk svind sker under hydratiseringsprocessen da hydratiseringsprodukterne fylder mindre end det cement og vand der bliver omsat. Under afbindingen vil volumenformindskelsen af det ydre volumen ligge på størrelsesordenen 1 % [11]. Efter afbinding bevirker det kemiske svind i en forseglet cementpasta, at de største porer i cementpastaen tømmes for vand og fyldes med vanddamp. Volumenreduktionen efter afbinding er til gengæld helt nede på ca. 0,1 % [11] Gelporøsitet Da hydratiseringsprodukterne er mere end 1 % større end det brugte vand og cement, må dette overskydende volumen placeres et andet sted. Dette sker i kapillarporrerne som bliver udfyldt med hydratiseringsprodukterne. Dette sker løbende gennem hydratiseringsprocessen hvilket giver en faldende porøsitet over tiden Vand Der findes tre forskellige former for vand i cementpastaen. Der er fysisk fastholdt, fysisk bundet og kemisk bundet vand. Fysisk fastholdt vand, er det vand som endnu ikke har været i kontakt med cementen. Det findes i kapillarporerne og kaldes derfor også for kapillarvand. Under reaktion med cementen kan det blive fysisk eller kemisk bundet. Fysisk fastholdt vand kan også fordampe til omgivelserne. Fysisk bundet vand, er det vand der findes i gelporerne og kaldes derfor gelvand. Det er ikke kemisk bundet til cementen og kan derfor fordampe ved temperaturer under 105 C. Det til trods, kan det fysiske vand ikke bidrage til hydratiseringen. 13

21 Kemisk bundet vand, er det vand der har reageret med cementen og er blevet en integreret del af C-S-Hgelen. Det kemisk bundne vand kan ikke fordampe ved 105 C, men bindingerne mellem molekylerne kan brydes ved en temperatur på 1050 C. 2.5 Glødetab Forholdet mellem mængden af vand der er bundet og mængden af cement kaldes r n og kan udtrykkes ved: r n = m w n m c n (2.5.1) hvor r n forholdet mellem bundet vand og cement m w n m c n mængden af vand bundet til cementen mængden af bundet cement Størrelsen af r n kan bestemmes vha. sætning r n = 0,24 C 3 S + 0,21 C 2 S + 0,40 C 3 A + 0,37 C 4 AF (2.5.2) Denne formel bygger på hvor stor en vægtprocent vand de forskellige klinkematerialer binder [7]. I nærværende projekt er arbejdet med AALBORG WHITE cement, hvis klinkesammensætning kan ses på figur Sammensætningen kan ses af bilag 2. Symbol Vægt % C 3 S 71 C 2 S 20 C 3 A 5 C 4 AF 1 Figur Klinkesammensætningen for AALBORG WHITE cement. Ved anvendelse af følgende vægtprocent findes det, at der i gennemsnit bindes 236,1 gram vand per kilo cement. Ved bestemmelse af hydratiseringsgraden tørres prøverne ved 105 C og brændes ved 1050 C. Efter tørring ved 105 C fordamper alt ikke kemisk bundet vand. Ved brænding ved 1050 C brydes de kemiske bindinger mellem cement og vand og det kemiske vand fordamper. Mængden af det kemiske vand findes dermed ved subtraktion af de to mængder. Ved omskrivelse af 2.4.1, fås: α = m 105 m 1050 m 1050 r n (2.5.3) hvor m 105 Massen af prøven efter tørring ved 105 C m 1050 Massen af prøven efter brænding ved 1050 C 14

22 Denne formel tager ikke højde for at cementen under brænding ved 1050 har et glødetab. Her forsvinder en mindre mængde af cementen som støvpartikler hvilket giver et for højt vægttab. Samtidig er der bundet en mindre mængde vand i gipsen som ikke bidrager til hydratiseringen. I AALBORG WHITE cement er der ca. 2 % gips, se bilag 2. Molekyleformen af gips er: CaSO 4 2H 2 O (2.5.4) Ved 40 C brydes den første del af bindingen med vand. Der er dog stadig en mindre mængde vand i cementen som først fordamper ved 680 C og derfor bidrager til et for højt vægttab. Processen ser således ud: CaSO 4 2H 2 O 40 CaSO 4 ½H 2 O 680 CaSO 4 (2.5.5) Summen af de vægttabene angiver det samlede glødetab. Dette kan bestemmes ved brænding af ren cement. Vægten før og efter bestemmes og det samlede glødetab kan nu beregnes ved sætning Corr loss = 1 + m cement,105 m cement,1050 m cement,1050 (2.5.6) Denne korrektion ganges hermed på m 1050 således at vægttabet kun er det vand som er bundet til cementen. Hydratiseringsgraden efter korrektion for glødetab findes ved sætning α = m 105 m 1050 corr loss r n m 1050 corr loss (2.5.7) 2.6 Masse af ureageret vand / Power s formel Følgende afsnit af skrevet udelukkende på baggrund af [12]. Den velansete amerikanske betonforsker T.C. Powers har udledt nogle formler, som beskriver hydratiseringsforløbet i cementpastaen og den kapillærer udvikling i materialet, et eksempel kan ses i figur Formlerne bygger på et lukket system, altså at der intet tab er til omgivelserne, hvilket i praksis selvfølgelig ikke er helt korrekt. I det tidlige stadie af støbningsprocessen, de første 3-4 døgn, er Power s modeller ganske præcise [12]. Dette skyldes at de frie sider ofte under de første døgn, er forseglede. Dermed undgås for hurtig tørring og revnedannelse. Ydermere er en signifikant mængde af betonen hydratiseret, α = 0,6-0,7. 15

23 2.6.1 Total porøsitet Den totale porøsitet for cementpasta og dens udvikling med tiden kan beskrives ved sætning P tot (t) = hvor P tot (t) er den totale porøsitet Figur Den kapillærer udvikling i betonen. r w/c ρ w r n α(t) ρ w n r w/c + ρ w ρc ( ) r w/c ρ w n ρ w ρ c α(t) er vand-cementforholdet er vands massefylde er det kemisk reagerede vands massefylde er cements massefylde er hydratiseringsgraden Gelfaststof Gelfastoffet er den volumenandel af vand der er reageret med cement. Gelfaststoffet har en porøsitet på ca som ofte er fyldt med gelvand. Der regnes med at cementen har 0,23 g kemisk bundet vand per gram cement. Volumenandelen af gelfaststoffet kan findes vha. sætning ρ w α(t) 1 + rn comp ρ P gel (t) = c ρn w r w/c + ρ ( ) w ρc hvor comp P gel er volumen andelen af gelfaststof [-] 16

24 2.6.3 Gelporer Som nævnt før er det normalt gelvand i gelporerne. Dette gelvand er blot svagt bundet og Powers formel tager ikke højde for at gelvandet kan reagere med det ikkehydratiseret cement. Volumenandelen af gelporerne kan findes vha. sætning α(t) 1 + rn ρ w p gel ρ c ρn w 1 p gel P gel (t) = r w/c + ρ ( ) w ρc hvor P gel er volumenandelen af gelporer p gel er den porøsitet dannet i cementhydrater Kapilarporer Kapilarporøsiteten er totalporøsiteten minus gelporøsiteten if. sætning P cap (t) = P tot (t) P gel (t) = r w/c α(t) ρ w r n ρ c + ρ n w p gel ρ n w ρ c 1 p gel r w/c + ρ ( ) w ρc hvor P cap er volumenandelen af kapilarporer Ureageret vand Volumen af det ureagerede vand i porerne findes vha. sætning P uw (t) = r w/c r n α(t) r w/c + ρ w ( ) ρc Luftfyldte kapilarporer Under hydratiseringen dannes små luftfyldte kapilarporer hvilke beskrives som indre volumenformindskelse af cementpastaen. Volumenandelen af disse porer kan findes vha. sætning r n 1 ρ w P air (t) ρw n α(t) = P tot P uw = r w/c + ρ ( ) w ρc hvor P air er volumenandelen af luftfyldte pore 17

25 2.6.7 Uhydratiseret cement Den del af cementen der ikke reagerer med vand kaldes uhydratiseret cement. Den totale volumen af ureageret cement kan udregnes med sætning P uc (t) = ρ w ρc (1 α(t)) r w/c + ρ w ρc ( ) hvor P uc er volumenandelen af ureageret cement Vandfyldte kapilarporer Det volumen i kapilarporerne som ikke er fyldt med luft, er fyldt med vand. Volumen af det vand findes vha. sætning P cap.w = r w/c α(t) ρ w r n ρ c + ρ w n p gel ρ w n ρ c 1 p gel r w/c + ρ w ρc + r n 1 ρ w ρw n ( ) Sammenhæng Der kan i nærværende projekt regnes med følgende konstanter: r n = 0,2361, ρ c = 3160 kg m 3, ρ w = 1000 kg m 3, ρ w n = 1333 kg m 3, p gel = 0,26 Det giver følgende formler ved indsættelse af materiale konstanter se bilag 4. Total porøsitet: P tot (t) = r w/c α(t) r w/c ( ) Gelfaststof: comp α(t) P gel = r w/c ( ) Gelporøsitet: P gel = α(t) r w/c ( ) Kapilarporer: P cap = r w/c α(t) r w/c ( ) 18

26 Ureageret vand: P uw = r w/c α(t) r w/c ( ) Luftfyldte Kapilarporer P air = α(t) r w/c ( ) Ureageret cement: P uc = (1 α(t)) r w/c ( ) Kapilar vand: P cap,w = r w/c α(t) r w/c ( ) Massen af ureageret vand Massen af det ureagerede vand kan nemt måles og beregnes. Ved brug af Power s formler kan massen beregne vha. sætning m uw = ρ w V P uw ( ) hvor V er det samlede volumen Her kan det samlede volumen beregnes ved sætning : V = m c ρ c + m w ρ w ) hvor m tot er den totale massen af prøven m c m w er massen af cement er massen af vand Massen af cement og vand kan skrives som r w/c = m w m c, m tot = m w + m c m c = m tot r w/c + 1, m w = r w/c m tot r w/c ) 19

27 Ved kombination af sætning ( ),( ) og ( ) kan massen af det ureagerede vand skrives som sætning ( ): m uw = ρ w m tot r w/c + 1 ρ c + r w/c m tot r w/c + 1 ρ w r w/c r n α(t) r w/c + ρ w ρc ) Ved indsættelse af tidligere nævnte konstanter i Maple se bilag 4 fås sætning ( ): m uw = r w/c α(t) m tot r w/c ) 2.7 Bestemmelse af vægtprocent ureageret vand i betonen Ved at arbejde med beton og organiske materialer, såsom træ, er det nødvendigt at vandindholdet ikke er for højt således at der forekommer fugtskader. Ifølge [13] skal vægtprocent ligge på mellem 2-4 % alt efter hvilke materialer der arbejdes med. Vægtprocessen bestemmes 2/5 inde i prøven efter den svenske norm. Fugtprocenten i betonen kan beregnes ud fra vand-tørstofforholdet, først er der dog vigtigt at kende blandingsrecepten. Der kan regnes med at tilslaget, som består af sten og sand, har en densitet på 2650 kg/m 3. Mængden af vand per m 3 kan findes ved formel w s = u ρ dry k (2.7.1) hvor ρ dry densitet af den tørre masse k andelen af cementpastaen i betonen Herefter kan vægtprocenten af vand i betonen bestemmes ved formel u concrete = w p ρ concrete (2.7.2) hvor ρ concrete densitet af betonen Her kan den tørre densitet bestemmes ved Power s teorier, dog med en hvis usikkerhed, og bestemmelsen sker ved formel

28 ρ tør = 1 + rn α(t) rw c ρ w + 1 ρ c (2.7.3) Bestemmelsen af vægtindholdet af vand er forbundet med store usikkerheder ved Power s formel. Samtidig har stor betydning hvilken blandingsrecept der vælges af betonen. 21

29 2.8 Sammenligning med andre projekter I det følgende afsnit gennemgås tidligere projekter omkring bestemmelse af fugt og hydratiseringsprofiler af nystøbt cementpasta Målinger af Sverri Absalonsen I følgende gennemgås tidligere projekt af Sverri Absalonsen omkring bestemmelse af hydratiseringsgraden. Sverri Absalonsen har i bachelorprojektet Hydratisering og udtørring af nystøbt cementpasta i kuldioxid frit miljø fra juni 2010 bestemt fugt- og hydratiseringsprofiler ind gennem prøveemner. Metoden afviger ikke nævneværdigt fra nærværende projekt. Prøveemner og cement er ens og der er arbejdet med et v/cforhold på 0,45. Afvigelse fra nærværende projekt er lavere temperatur ved hærdning i roterende varmeskab, sat til 25 C og i nærværende til 40 C. Samtidig har der også været højere luftfugtighed og temperatur i CO 2 frit klimatelt. Udtørrings- og curingstider for projektet [4] er vist i tabel Curing tid (døgn) Udtørringstid (døgn) 0, 1, 2, 3, 28 og 56 0, 1, 2, 3 og 56 0, 1, 2, 3 og 56 0 og 56 Tabel Viser curingstider og udtørringstider for de støbte prøveemner [4]. Da der i nærværende projekt kun er arbejdet med én døgns curing og op til 4 døgns udtørring er det kun disse resultater der er relevante at sammenligne Karbonatisering Under projektet er bevist at teltet er CO 2 frit, og der kan dermed bestemmes hydratiseringsprofilerne uden hensynstagen til CO 2 indvirkning. Hvis der sker karbonatisering bliver hydratiseringsgraden for høj. Dette skyldes at CO 2 reagerer med Ca(OH 2 ) og dermed øger m 105 men forsvinder igen som gas ved m Ca(OH) 2 (s) + CO 2 (aq) CaCO 3 (s) + H 2 O (g) CaO (s) + CO 2 (g) [4] 1050 C ( ) 22

30 2.8.3 Vand-tørstofsforhold Som forventet falder vand-tørstofsforholdet med tiden og stiger ind igennem prøven. Figur Fugtprofiler for prøveemner med 1 døgns curing til forskellige udtørringstider [4]. På figur ses fugtprofilerne for prøveemner med 1 døgns curing og forskellige udtørringstider. De tre øverste fugtprofiler (01C00, 01C01 og 01C02) kan direkte sammenlignes med nærværende projekt Fugtprofil, u 35.0 Fugtprofil, u Vand-tørstofforhold, u [%] C03A-14 a 02C03A-14 b Middel Poly. (02C03A-14 a) Poly. (02C03A-14 b) Poly. (Middel) Vand-tørstofforhold, u [%] C03B-14 a 02C03B-14 b Middel Poly. (02C03B-14 a) Poly. (02C03B-14 b) Poly. (Middel) Normerede dimension, א = x/l [-] Normerede dimension, א = x/l [-] Figur Fugtprofil for prøveemne 02C03A-14 [4]. Figur Fugtprofil for prøveemne 02C03B-14 [4]. 23

31 På figur og ses fugtprofilerne for prøveemner med 2 døgns curing og 3 døgns udtørring. Disse resultater kan med god tilnærmelse sammenlignes med nærværende projekts resultater ved 1 døgns curing og 4 døgns udtørringstid Hydratiseringsgrad For prøver der er udtørret i længere tid, er der en tendens til at hydratiseringsgraden falder ud gennem prøven. Dette kan skyldes manglen på vand ude i enderne, da vandet her har været fordampet. Figur Hydratiseringsprofilerne for prøveemner med 1 døgns curing til forskellige udtørringstider [4]. På figur ses hydratiseringsprofilerne for prøveemner med 1 døgns curing og forskellige udtørringstider. De tre nederste hydratiseringsprofiler (01C00, 01C01 og 01C02) kan direkte sammenlignes med nærværende projekt. 24

32 Hydratiseringsgrad, α [-] Hydratiseringsprofil, y = x x α C03A-14 a 02C03A-14 b Middel Poly. (02C03A-14 a) Poly. (02C03A-14 b) Poly. (Middel) Hydratiseringsgrad, α [-] Hydratiseringsprofil, y = x x α C03B-14 a 02C03B-14 b Middel Poly. (02C03B-14 a) Poly. (02C03B-14 b) Poly. (Middel) Normerede dimension, א = x/l [-] Figur Hydratiseringsprofil for prøveemne 02C03A- 14 [4] Normerede dimension, א = x/l [-] Figur Hydratiseringsprofil for prøveemne 02C03b- 14 [4]. På figur og ses hydratiseringsprofilerne for prøveemner med 2 døgns curing og 3 døgns udtørringstid Målinger fra forprojekt Der er udført forprojekt med det formål at undersøge den optimale støbemetode. Her er undersøgt porøsiteten af prøverne ved forskellige støbemetoder. Samtidig er temperatur i roterende varmeskab undersøgt og temperaturen og den relative luftfugtighed i klimatelt er også testet. For nærmere beskrivelse se [5]. 2.9 Simpel beregning af det ureagerede vand i prøverne. Vægt % af vandet i prøverne kan beregnes ud fra kendskab til v/c-forholdet, hydratiseringsgraden og udtørringen, der er forgået i klimateltet. Det vides at hvert gram AALBORG White cement kan hydratiserer med 0,2361 gram vand når hydratiseringsgraden α er 1. Tallet er også kaldet r n. Derved vides det hvor meget vand der er bundet i prøverne, når hydratiseringsgraden kendes. Derudover er vægttabet for prøverne, mens de har ligget i klimateltet beregnet. Da det originale v/c-forholdet for alle prøverne kendes vides det også hvor meget vand og cement der er i prøverne. Den vand der brugt til hydratisering kan også findes da hydratiseringsgraden kendes og derudover kendes den mængde af fugt prøven har tabt vist ved vand%. Derved kan det resterende ureagerede vand i prøverne findes som % af hele prøven, se sætning 2.9.1: Vægt% = m w (m c r n α + vand% m tot ) m tot 100% (2.9.1) 25

33 3 Forsøgsgennemgang Dette afsnit handler om forsøgene, der er lavet i nærværende projekt til bestemmelse af hydratiseringsgraden og udtørringen. I følgende gennemgås de forskellige delforsøgs udførelse, som er fulgt nøje, for at få præcise og brugbare resultater Det indeholder en oversigt over alle forsøgene og en præcis gennemgang af hver enkelt forsøgstype. Forsøgene går ud på først at finde udtørringen efter en tur klimateltet for hver cementpastaprøve, i alt 98 cementpastaprøver. Dernæst findes vand-tørstofs forholdet og hydratiseringsgraden for hver enkelt skive, i alt 480 skiver. Derudover bruges der 6 prøver af WHITE AALBORG cement, direkte fra posen, til at finde glødetabet, som skal bruges til at finde den korrekte hydratiseringsgrad. Cement typen WHITE AALBORG anvendes, da den også er brugt i de tidligere rapporter. Dette gør det nemmere at sammenligne resultaterne. Derudover har WHITE AALBORG en meget lys, næsten helt hvid, farve, hvilket gør det nemmere at se om prøverne er homogene, og om der er klumper eller luftbobler i cementpastaen. I bygge verdenen anvendes den i sær i trafikken og andre steder hvor der ønskes et lyst miljø. Hele forsøgsprocessen tager udgang i rapporten Forberedende øvelser vedr. hydratisering og udtørring af ny støbt cementpasta som er udarbejdet i 5 ECTS points kurset Projekteringspraktik af Niklas O. Lauersen og Janus Loke Høybye. Rapporten tog udgangspunkt i hvilken støbeteknik, der skaber de mest homogene cementpastaprøver. Der støbes på mange forskellige måder, med forskellige typer vand og med brug af forskellige blandings metoder. Den metode der viste sig at give de mest homogene prøver, er blevet brugt til at lave alle forsøgene i denne rapport. For at få en idé om forsøgene, kommer her en kort beskrivelse af hele processen og de vigtigste tal og værdier: Cementpastaen blandes i et bestemt v/c-forhold med vand ca. 22 C (stuetemperatur). Det hele blandes sammen til blandingen er homogen. Blandingen hældes i støbeformene på 14 mm i diameter ad 3 omgange. De kommer på et rystebord efter hver opfyldning. Prøverne forsegles ved hjælp af gummipropper og kommes i et roterende varmeskab, som er sat til at holde en stabil temperatur på 40 C. Her ligger de i 24 timer, hvorefter de afformes, hugges i 50 mm stykker, se figur 3.2 for forklaring, og de krumme sider forsegles med vandtæt aluminiumstape, dvs. de stadigvæk er åbne i begge ender. se billede 3.1. Billede mm prøveemne pakket ind i aluminiumstape på de krumme sider. Prøverne lægges i klimateltet og ligger der i enten 0, 1, 2 og 4 døgn. Klimateltet er lufttæt og luftfugtigheden kan styres ved hjælp af CO 2 frit luft, der pumpes ind og en befugter. Temperaturen ligger gennemsnitligt på 24 C og den relative luftfugtigheden ligger på 74 % se bilag 1 faneblad: Klimatelt. Dog er der store usikkerheder ved måling af den relative luftfugtighed. Herefter tages prøverne ud og de hugges i 10 skiver på ca. 5 mm hver. De kommes i glas og lægges i et varmeskab på 105 C i 6-7 døgn. Skiverne tages ud og vand-tørstofs-forholdet kan findes, da skiverne er blevet vejet før og efter de har været i varmeskabet. 26

34 Skiverne tages herefter ud af glassene og knuses i stykker på 1-3 mm. De kommes i skåle og brændes ved 1050 C i 2,5 timer. Herefter tages de ud og nu kan hydratiseringsgraden findes da de er vejet inden og efter brændingen. Et regneeksempel af masserne for den våde, tørrede og brændte prøve (m 0,m 105,m 105,k og m 1050 ) kan ses på appendiks A. I et andet forsøg puttes ubearbejdet cement i varmeskab ved 105 C og brændes herefter i 2,5 timer ved 1050 C. Dette gøres for at kunne finde glødetabet under brændingen. For nemmere at kunne identificere de forskellige prøver laves en notering der fortæller alt om et prøveemne. Nedenfor ses hvad hvert enkelt led af notationen betyder og kan være. Hvert led kan være det der står indenfor parenteserne, de er i figur 3.1 beskrevet mere præcist: 1. led står for prøve og der vil altid stå P. Figur Angivelse af prøvernes nummerering. 2. led fortæller hvilket v/c-forhold der er tale om, der arbejdes med 3 forskellige v/c-forhold 0,35, 0,45 og 0, led viser hvor mange døgn prøven har ligget i klimateltet, det er enten 0, 1, 2 eller led indikerer hvilken prøve nr. det er, det går fra 1-4, da der altid laves 4 ens prøver af hver type. 5. led er en betegnelse for hvilken skive der er tale om. Alle prøveemnerne deles op i 10 dele på ca. 5 mm stykket. Prøveemnerne er symmetriske om midten, dvs. at hvert prøveemne indeholder to ens prøver. Så skive 1 og 10 er begge ende skiver og er ens, dvs. at de to prøver går fra 1-5 og fra 10-6 og burde give ens resultater. Dette er illustreret på figur 3.2: 27

35 Figur 3.2 Illustration af opdelingen af prøveemnerne. For at komme med et eksempel ses her på: P45,2,3,7. Indikationen fortæller at der er tale om en cementpastaprøve med v/c-forhold på 0,45, prøven har ligget i klimateltet i 2 døgn, det er prøve nr. 3 ud af i alt 4 prøver og det er skive nr. 7. som kan ses på figur Forsøgsoversigt Der støbes over 6 omgange. Hver gang støbes der med samme v/c-forhold. Af planlægningsmæssige årsager støbes prøverne til udtørringstiderne 0 og 4 døgn sammen og 1 og 2 døgn sammen. På tabel ses de forskellige støbningsdatoer og slutdatoer, hvor forsøgene fra denne støbning er færdige. v/cforhold 0,35 0,45 0,55 Døgn i Støbning start slut Støbning start slut Støbning start slut klimatelt [-] [dato] [dato] [-] [dato] [dato] [-] [dato] [dato] Tabel Oversigt over støbningernes start dato og slut datoen for forsøgs rækken. Ved hver støbning blev der af 2 blandinger, lavet 16 prøver med samme v/c-forhold. De 16 prøver deles op i 2 typer udtørringer f.eks. 1 døgns og 2 døgns, dvs. 8 af hver. Alle 8 kommes i klimateltet, men efter klimateltet udvælges de 4 mest homogene prøver og de andre gemmes til evt. senere brug. De 4 mest homogene prøver er valgt efter hvilke der så mest homogene ud, dvs. dem der har færrest luftbobler og andre mærker i overfladen. Ved denne metode fås 4 ens prøver. Da prøverne er symmetriske omkring midten fås der 2 fugt- og 2-hydratiseringsprofiler fra hver prøve. Der er lavet en lille oversigt, der viser hvordan prøverne deles op og hvor mange prøver der er i alt, se tabel

36 v/c-forhold 0,35 0,45 0,55 [v/c] Tid i klimateltet [dage] Cylinderformet prøver på 50 mm [stk] Skiver på 5 mm [stk] Knuste skiver på 1-3 mm [stk] I alt per v/c-forhold [stk] I alt for alle v/c-forhold 480 [stk] Tabel Antal prøver for hvert v/c-forhold. Det tilføjes at pga. fejl og andre problemer blev 2 støbninger lavet om efter hele processen var lavet. Dvs. der blev kasseret resultater fra 2 støbninger, (32 prøveemner, 160 skiver) der var tørret, knust og brændt, resultater af disse kan stadig ses i bilag 3, faneblad: Droppet. 29

37 3.2 Støbning Der støbes efter erfaringer fået fra en tidligere udarbejdet rapport Forberedende øvelser vedr. hydratisering og udtørring af nystøbt cementpasta. Der støbes efter den metode, der gav de mest homogene prøver Luftfrit vand For at få en så homogen prøve som muligt, skal der bruges vand, der ikke indeholder nogen fremmede stoffer, samt så lidt luft som muligt. Dette gøres ved at bruge demineraliseret vand, en eksikator og et undertryk svarende til vands damptryk. Dette lades stå i 2-3 timer. (eller indtil der ikke kommer flere bobler og de synlige bobler er fjernet). Vandet hældes dernæst forsigtigt i et drop for at sikre at der ikke kommer for meget luft i det igen. Billede Lufttæt beholder til opbevaring af cementen Blanding og omrøring Umiddelbart inden blandingen opmåles cementen og vandet. Cementen er opbevaret i en lufttæt beholder, se billede og hældes langsomt i en skål under udluftning. Vandet hældes forsigtigt i et bæger for at undgå for meget omrøring. Ved blanding af cementpasta med v/c-forhold på 0,35 tilsættes plastificerende stoffer til at øge bearbejdeligheden. Der tilsættes 1 af cement mængden. I støbningerne, hvor det plastificerende stof tilføres, er det vigtigt at der konstant omrøres da denne blanding har det med at skille. Dette er ved støbningen den eneste ulempe når der anvendes plastificerende stoffer. Ellers er der kun fordele, da cementpastaen bliver meget let at arbejde med, og der fås flottere, stærkere og mere homogene prøver. Efter cementen er blandet godt sammen med vandet, hældes hele blandingen langsomt ned i vakuumblanderen, se billede Vakuumblanderen køres i ca. 3 min, hvorefter der røres rundt med dejskraberen for at få mast eventuelle cementklumper. Vakuumblanderen kommer ca. op på et undertryk på 23 bar, hvis den er lukket ordenligt. Der blandes nu igen, i 3 min og blandingen er nu så godt som homogen. Billede Vakuum cementpasta blander Udstøbning Cementpastaen hældes forsigtigt over i en plastikpose, som forsegles, således at der ikke er noget luft i posen. De 8 nummererede forme ligger klar med en gummiprop i den ene ende, se billede , og fyldes op fra nr. 1 til nr. 8. Der laves et lille hul i det ene hjørne af posen, så cementpastaen let kan hældes/mases ned i formene. Formen fyldes en 1/3 del op og Billede mm teflonforme med tilhørende propper. 30

38 rystes på rystebordet indtil der ikke fremkommer nogle synlige bobler fra cementpastaen, dette kan tage op til 1 min. Dette gøres i alt 3 gange indtil formen er fyldt op til ca. 5 mm fra toppen. Derefter mases en gummiprop i indtil cementpastaen kommer ud af det lille hul i midten af proppen, som så forsegles med en lille prop. Der bruges en prop med et lille hul i for at undgå at der kommer luft i formen. Formene kommer nu i det roterende varmeskab og tiden noteres. Den samme støbning laves igen og prøve nr. 9 til nr. 16 kommer i det roterende varmeskab Roterende varmeskab Det roterende varmeskab har 16 prøver i sig af gangen, se billede , det er sat til 40 C, da det ved denne temperatur er muligt at holde en stabil temperatur på ± 2 C [5]. Det er valgt at bruge et roterende varmeskab fremfor et normalt varmeskab, da prøverne på denne måde tørre mere uniformt og der ikke kommer et hulrum i toppen, hvor lidt luft har lagt sig. Prøverne ligger i det roterende varmeskab i 24 timer Af formning Efter 24 timer tages prøverne ud og afformes en ad gangen fra nr. 1-8 eller Guillotinen, som skal bruges til at hugge prøverne i stykker, gøres klar og aluminiumstapen, prøver skal pakkes ind i, skæres til. Dette gøres inden prøverne afformes for at minimere den tid prøverne er udsat for CO 2 og for at undgå at prøverne udtørrer. Gummipropperne fra prøve nr. 1 fjernes og prøven afformes nu forsigtigt ved hjælp af et lufttryksstempel, se billede Billede Roterende tørreskab med plads til 16 prøver, der ligger der ved 40 C i 24 timer. Tapen rulles tæt og lige rundt om prøverne omkring midten. Tapen er præcis 50 mm, så det passer godt hvis prøverne hugges over i hver ende, hvor den stikker ud af tapen, se billede Prøven med tape på vejes nu, nummereres og kommes i en luft tæt pose. Inden knuden på posen strammes bruges en vakuumpumpe til at suge alt luften ud af posen, så den sidder tæt rundt om prøven. Dette gøres nu for de resterende 7 prøver. De 8 prøver bæres hen til klimateltet og kommes forsigtigt ind i det. Billede Lufttryks-stempel til af formning af prøverne. Billede Prøveemnet uden tape, med tape og afhugget langs tapen til 50mm. 31

39 3.3 Klimatelt Klimateltet bruges til at opbevare prøveemnerne i. Det kan holde en bestemt luftfugtighed og sørger for at prøverne ikke bliver udsat for CO 2, se billede Dog kan temperaturen ikke styres, så den varierer lidt, hvilket får luftfugtigheden til at variere en smule. Klimateltet virker ved at være næsten helt lufttæt. Der går to slanger ind i det, som tilfører ren, tør CO 2 fri luft ind i teltet, se billede Den ene slange føres ned i en beholder, som er halvt fyldt med vand, og ind under en porøs sandsten. Det medvirker til at luften der pustes ind under stenen vil forbinde sig med vandet og fugtig luft vil stige op af stenen. Ved at justerer de 2 slangers lufttilførsel, kan en hvilken som helst relativ luftfugtighed opnås. Ved hele tiden at pumpe luft ind i klimateltet opnås et lille overtryk, der medvirker til at holde CO 2 holdigt luft fra lokalet ude af teltet, da teltet ikke er 100 % lufttæt. Dog varierer luftfugtigheden når vandet med tiden forsvinder, så når der hældes nyt på, er det bedst at fylde vand på lidt af gangen, så vandstanden i beholderen altid er den samme, samt sørge for at vandet, der hældes i, har rumtemperatur. Billede Klimateltet. Målet var at have en gennemsnitlig relativ luftfugtighed på omkring 75 %. 75 % er valgt da det ca. er det den gennemsnitlige relative luftfugtighed i Danmark i sommer halvåret [14]. Det havde nok Billede Ren CO2 fri luft med ventiler til justering af luftfugtigheden. været mere optimalt hvis temperaturen også kunne styres, da den i sommer halvåret gennemsnitlig er ca. 13 C [14] og klimateltets gennemsnitstemperatur er 24 C, se bilag 1 faneblad: Klimatelt. Prøverne ligger i klimateltet i 0, 1, 2 og 4 døgn, og de forskellige dataer logges for at for at holde øje med at temperaturen og den relative luftfugtighed er stabile under hele perioden, se bilag 1 faneblad: Klimatelt. Efter prøveemnerne har været i klimateltet vejes de og der kan nu bestemmes, hvor meget vægt de har tabt, mens de har været i klimateltet. 3.4 Fugtprofilet Fugtprofilet findes ved at dele de 50mm lange prøveemner op i 10 skiver på 5mm. Dette gøres lige efter de er taget ud af klimateltet og gøres så hurtigt som muligt for at undgå at skiverne udtørrer og udsættes for CO 2. Selve udhugningerne sker ved hjælp af en guillotine, se billede 3.4.1, som kan hugge prøverne ud i 5 mm brede skiver. De vejes nu i rengjorte glasskåle, og nummereres, se billede Skiverne kommes i varmeskab ved 105 C i minimum 6 døgn. Der sørges for kun at Billede Guillotine til afhugning af prøverne. 32

40 håndtere glasskålene med pincet eller handsker, for at undgå fedtfinger eller andet på dem. Efter 6 døgn tages prøverne ud og vejes med det samme. Vandtørstofforholdet findes for hver af de 10 skiver, og ved hjælp af dette kan der laves 2 fugtprofiler da prøverne er symmetriske fra midten og ud. Se resultaterne på bilag 1 faneblad: 0,35, 0,45 og 0, Hydratiseringsgrad Skiverne knuses lige efter de er blevet vejet, og hældes i rengjorte skåle. Skiverne knuses manuelt med en morter lignende aggregat. Stykkerne skal være mellem 1-3mm for at minimere tiden de skal brændes, så derfor er det nemmest at knuse dem manuelt, se billede Skålende der bruges er rengjort og brændt ved 1050 C i 30 min for at sikre at de er helt rene. Skålene er lavet til at kunne klare disse høje temperaturer, dog sker det at et par stykker af dem går i stykker. De skal dermed håndteres meget forsigtigt, se billede Efter skålene er fyldt op, vejes de igen og sættes forsigtigt ind i 1050 C ovnen og brændes i 2,5 time. Da der i alt skal brændes 480 prøver og der max kan være 20 inde i ovnen af gangen, kan der på en dag brændes 40 prøver. Dvs. der i alt skal brændes i 12 dage, for at opnå det ønskede antal resultater. Når skålene håndteres ind og ud af 1050 C ovnen er det vigtigt at der bruges sikkerheds-maske og vanter, da selve strålingsvarmen er ekstremt høj. Når prøver tages ud skal de stå i ca. 15 min og køle ned, før de kan rykkes rundt igen. Skålene med de knuste skiver vejes nu igen, og ud fra resultaterne kan hydratiseringsprofilerne laves, se bilag 1 faneblad: 0,35, 0,45 og 0,55 for målinger og resultater. Billede Prøveemne hugget i 10 skiver og lagt i nummereret afvejet glasskåle. Billede Skiver i gang med at bliver knust til 1-3 mm stykker. Billede Rengjorde og forbrændte skåle de knuste prøver hældes op i og brændes. 3.6 Glødetab Glødetallet er en korrektionsfaktor til hydratiseringsgraden, som varierer mellem cementtype og hver enkelt pose cement. En del af glødetabet kommer fra cementens gips indhold, da vandet der er bundet til gipsen forsvinder når cementen brændes. Resten af glødetabet kommer fra en del af cementen som forsvinder når cementen brændes i ovnen ved 1050 C. Selve forsøget gøres ved at tage 6 rene cementprøver fra den samme cement der er brugt til de andre forsøg. Prøverne kommes i varmeskabet ved 33

41 105 C i 6 døgn, se billede 3.6.1, og derefter kommes de i 1050 C ovnen i 2,5 timer. Både før og efter tørring og brænding vejes prøverne Ud fra disse resultater, cementens sammensætning og teorien fra afsnit 2.5, kan glødetabet findes, se bilag 1 faneblad: Glødetab, for måledata, beregninger og resultater. 3.7 Masse af ureageret vand / Power s formel Der beregnes ved hjælp af teorien fra afsnit 2.6, mængden af det ureagerede vand i prøverne for alle skiverne, se bilag 1 faneblad: Power0,35, Powe0,45 og Powe0,55, for alle beregningerne og resultaterne. Disse resultater sammenlignes med de målte hydratiseringsgrader for de samme prøver og der findes en % afvigelse mellem de to beregningsmetoder. Billede Varmeskab med prøverne til beregning af glødetabet på øverste hylde. 34

42 4 Forsøgsresultater I dette afsnit vil alle resultaterne gennemgås og forklares løbende. Der vil lægges vægt på graferne og henvises til Excel-arkene, hvor alle resultaterne og udregningerne står. Forsøgende er udarbejdet efter forsøgsbeskrivelsen fra kapitel 3 og med udregningerne udledt i teoriafsnittet kapitel 2. Der vil i dette afsnit blive brugt forskellige betegnelser. Der er her en kort gennem gang af de mest hyppige betegnelser for at undgå evt. misforståelser. Betegnelser: Med I enden af prøven, menes der den åbne ende af prøverne, dvs. ved skive 1 og skive 10 se figur 4.1. Det er den side af prøven hvor vandet kan udtørre fra, og da prøven er symmetrisk fra midten, er det begge ender af prøven der er åbne. Med i midten af prøven menes der skive 5 og 6. se figur 4.1. Her sker der minimal udtørring og prøven vil her normalt altid være fugtigst. I graferne der viser fugtprofilerne og hydratiseringsprofilerne, er hvert punkt i grafen et gennemsnit af 2 værdier fra samme Figur 4.1 Illustration af betegnelser og opbygning af grafer. prøveemne. F.eks. er gennemsnitsværdien for skive 1 og 10 fundet og udgør et punkt(det første) af i alt 5 punkter af enten fugtprofilet eller hydratiseringsprofilet. Se figur 4.1. Der bliver også brugt betegnelser som f.eks.: har en spredning i u(vand-tørstofforholdet) på tilnærmelsesvis 1 %. Med dette menes der ikke at spredningen er 1 % af u, men derimod at spredningen er y-aksens værdi som for fugtprofilerne er u(vand-tørstofforholdet) i % og for hydratiseringsprofilerne er α som er enhedsløst. Dvs. at når spredningen i u er på 1 % så varierer værdien i y-aksen med 1 % f.eks. fra 25 % til 26 %. 4.1 Udtørring i klimateltet Prøverne er før og efter udtørring i klimateltet vejet og måledataene ses på bilag 1 faneblad: Klimatelt. Mens der har været prøver i klimateltet har sensorer logget temperaturen og luftfugtigheden se bilag 1 faneblad: Klimatelt. I tabel er der lavet et gennemsnit af disse data, som fortæller maksimum, minimum, spredningen og gennemsnittet af temperaturen og den relative luftfugtighed. 35

43 Fakta fra klimateltet Temperatur Relativ Luftfugtighed [ C] [%] Maximum 25,13 76,91 Minimum 23,87 71,52 Spredning 1,26 5,39 Gennemsnit 24,33 74,11 Tabel Relevante info om temperaturen og den relative luftfugtighed i klimateltet. Vægten, prøverne har tabt, bruges til at bestemme hvor meget hver prøve har tabt i % af sin vægt, mens den har ligget i klimateltet. Da prøverne kun indeholder cement og vand kan antages, at den tabte vægt kun er vand. Tallene i tabel er beregnet ud fra et gennemsnit af 8 ens prøver, se bilag 1 faneblad: Samlet. Gennemsnitlig vægttab i % Dage v/c-forhold Vægttab Vægttab Vægttab Vægttab [%] [%] [%] [%] 0,35 0,00 0,60 0,73 1,05 0,45 0,00 2,97 3,62 4,51 0,55 0,00 6,98 8,49 10,01 Tabel Gennemsnitlig vægttab i klimateltet. Det ses I tabel 4.1.2, af værdierne for 1, 2 og 4 døgn at prøverne taber mest vægt den første døgnn, og derefter væsentligt mindre de efterfølgende døgn. Tallene fra tabellen er plottet i graf 4.1.1, så vægttabet nemmere kan ses. 36

44 Graf gennemsnitlige vægttab for forskellige udtørringstider med forskellige v/c-forhold. I graf ses det hvordan vægttabet for prøverne stiger. Fra 0 til 1 døgn i klimateltet stiger de meget, så mindre fra 1 til 2 døgn og endnu mindre per døgn for 2 til 4 døgn. Det ses som forventet, at vægttabet er størst for prøverne med v/c-forhold på 0,55. Det ligger på ca. 10 % efter 4 døgn. For prøverne med v/cforhold på 0,45 er vægttabet efter 4 døgn ca. 4,5 %, som er mere end en halvering i forhold til v/c-forhold 0,55. For prøverne med det laveste v/c-forhold på 0,35 er vægttabet efter 4 døgn i klimateltet ca. 1 %. Det er ca. 1/10 i forhold til v/c-forhold 0,55 og en mindre end en ¼ af prøverne med v/c-forhold på 0,45.. Det ses også at vægttabet for alle 3 slags v/c-forhold fra 1 til 2 til 4 døgn i klimateltet har en tendens til at stige lineært, når døgnene i klimateltet fordobles dette er ikke sikkert det vil forsætte sådan hvis vægttabet måltes for 8 døgn, 16 døgn og videre. Ud fra vægttabet og kendskabet til v/c-forholdet og hydratiseringsgraden kan procenten af ureageret vand, der er tilbage i prøven tilnærmelsesvis beregnes ved hjælp af formlerne fra afsnit 2.9. På bilag 1 faneblad: Klimatelt, ses resultaterne af beregningerne. Vægt % af det ureagerede vand i prøverne er ikke det samme som vand-tørstofforholdet, som er massen af ureageret vand divideret med massen af cement. Vægt % af det ureagerede vand i prøverne er massen af det ureagerede vand divideret men massen af hele prøven. Der omregnes til dette, da det er via vægt % af ureageret vand i beton, man fast sætter hvornår en beton er tør nok at bygge på. Der fæs her meget høje %, da der i cementpastaprøverne kun er vand og cement og ikke også tilslag, som der er i beton. Tilslaget ville få vægt % af det ureagerede vand til at falde drastisk da den totale massen af prøven ville stige og massen af ureageret vand ville forblive det samme. Der er senere i rapporten lavet en overslagsregning af vægt % af ureageret vand hvis prøverne havde indhold tilslag. På tabel ses den resterede vægt % i prøverne, for de tre v/c-forhold efter 0, 1, 2 og 4 døgns udtørring i klimateltet. I appendiks G er vist et regneeksempel for en prøves vægt % af ureageret vand. 37

45 Tallene fra tabel sættes ind i graf Vægt % af u reageret vand i prøven beregnet via vægttabet i klimateltet Døgn v/c-forhold Vægttab Vægttab Vægttab Vægttab [%] [%] [%] [%] 0,35 17,09 16,15 15,80 15,24 0,45 23,46 20,19 18,97 17,33 0,55 28,23 20,94 18,67 16,73 Tabel Vægt % af ureageret vand tilbage i prøverne efter udtørring i klimateltet. Graf Vægt % af ureageret vand, tilbage i prøverne, til forskellige udtørringstider og med forskellige v/c-forhold. Det ses på graf at vægt % af vand, tilbage i prøverne falder løbende for alle typer v/c-forhold. Det falder klart mest for 0,55 prøverne og 0,45 og 0,55 prøverne ender ca. på det samme efter 4 døgns udtørring. 0,35 ligger stadig lidt under de andre efter 4 døgn og er næsten ikke faldet i vægt % vand efter fra de 0 til 4 døgns udtørring. Pga. beregningsmetoden, som ikke tager højde for at det vand der forsvinder/fordamper fra cementens blandes og til den færdige prøve vejes, inden den kommer i klimateltet. Derudover kan der også være en fejl ved hydratiseringsgraden, der bruges til at finde det vand, der har bundet sig til prøven. Derfor svinger værdierne i denne graf nok med et par % af de aktuelle værdier. 38

46 4.2 Vand-tørstofforhold I dette afsnit bruges teorien fra afsnit 2.3 til udregningen af vand-tørstofforholdet. Forsøgene er lavet ud fra metoden beskrevet i afsnit 3.4. Der vises grafer for de forskellige udtørringstider i klimateltet, dvs. 0, 1, 2 og 4 døgns udtørring for v/c-forhold på 0,35, 0,45 og 0,55 i nævnte rækkefølge. Til sidst i afsnittet samles graferne og vand-tørstofforholdet kan sammenlignes på tværs af v/c-forholdene. Et udregnings eksempel af vand-tørstofforholdet kan ses i appendiks B. Som tidligere nævnt laves 4 prøver til hver variant af v/c-forhold og udtørringstid. Disse 4 prøver plottes i en graf, hvor hvert punkt i grafen er et gennem snit af to målepunkter, da hver prøve er symmetrisk fra midten og derfor har to ens punkter. I en tilhørende graf for hver variant er spredningen vist for de 4 prøvers målepunkter og en fælles graf er plottet. Graferne viser de åbne ender af prøverne i venstre side af grafen og 5 punkter ind til midten af prøven dvs. 25 mm inde, som er i højre side af grafen. Graferne har i y- aksen u (vand-tørstofforholdet) og i x-aksen den relative længde fra enden til midten af prøven Prøver med v/c-forhold på 0,35 Se bilag 1 faneblad 0,35 for alle målepunkter, resultatberegning og grafer. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,35, som har været 0 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Fugtprofil for prøverne P35,0,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på Graf , ligger med en spredning i u på tilnærmelsesvis 1 % og har samme hældning. Kun prøve nr. P35,0,4 ligger lidt under de andre, med en lidt mindre hældning, men er dog stadig meget tæt på de andre. Spredning vist på Graf viser at spredningen er størst i enden og midten af prøverne, men de varierer med lidt over 1 % af u. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,35, som har været 1 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. 39

47 Graf Fugtprofil for prøverne P35,1,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på graf , ligger inde for 1 % af u fra hinanden og har samme hældning i fugtprofilerne. P35,1,4 ligger lidt over de andre 3, men kun med 1 % af u, så det er ikke betydeligt. Graf viser at spredningen er størst i enderne og falder ind mod midten af prøven, men varierer ikke mere end ca. 2 % af u. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,35, som har været 2 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Fugtprofil for prøverne P35,2,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på graf , ligger inden for 1 % u fra hinanden og har samme hældning af fugtprofilerne. Graf viser at spredningen er størst i enderne og falder ind mod midten af prøven, men varierer ikke mere end lidt over 1 % af u. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,35, som har været 4 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. 40

48 Graf Fugtprofil for prøverne P35,4,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på graf ligger næsten oven i hinanden og har samme hældning af fugtprofilerne. P35,4,4 ligger dog lidt under de andre men ikke noget betydeligt. Graf viser at spredningen er størst i midten af fugtprofilet og falder ud mod enden, og ind mod midten af prøven, men varierer ikke mere end 2 % af u. Samlet graf for vand-tørstofforholdet for prøver med v/c-forhold på 0,35, som har været i klimateltet i 0, 1, 2 og 4 døgn se bilag 1 faneblad: Samlet. Graf Samlet graf for prøver med v/c-forhold på 0,35. Graf viser, som forventet, at u falder for prøverne jo længere de har ligget i klimateltet, og at hældninger mod enden af prøven også stiger. P35,1 og P35,2 ligger meget tæt på hinanden, hvor det var forventet at der ville være lidt større forskel på dem. U i midten af prøverne, i højre side af grafen, falder ca. 1,5 % efter de 4 døgn i klimateltet, hvor u i enderne falder med ca. 5 % efter de 4 døgn i klimateltet. 41

49 4.2.2 Prøver med v/c-forhold på 0,45 Se bilag 1 faneblad: 0,45 for alle målepunkter, resultatberegning og grafer. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,45 som har været 0 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Fugtprofil for prøverne P45,0,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på Graf , ligger med en spredning på tilnærmelsesvis 1 % af u og har ca. samme hældning. Det var dog forventet at fugtprofilerne ville være mere vandrette, da der ikke burde være sket udtørring ved enderne. Spredningen vist på Graf viser at spredningen er mindst i enden og midten af prøverne, men de varierer op til ca. 2 % af u. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,45 som har været 1 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Fugtprofil for prøverne P45,1,1-4. Graf Spredning for graf

50 Fugtprofilerne for de 4 prøver på Graf ligger næsten lige oven i hinanden og har tilnærmelsesvis samme hældning. Spredning vist på Graf viser at spredningen er højst i enden, men den variere kun med op til ca. 2 % af u. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,45 som har været 2 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Fugtprofil for prøverne P45,2,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på Graf ligger tæt på hinanden og har samme hældning. Spredning vist på Graf viser at spredningen er højest i enden. Den varierer med ca. 2,5 % af u. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,45 som har været 4 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Fugtprofil for prøverne P45,4,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på Graf ligger oven i hinanden og har tilnærmelsesvis samme hældning. Spredning vist på Graf viser at spredningen er mindst i midten af prøven. Den varierer med ca. 2 % af u. 43

51 Samlet graf for vand-tørstofforholdet for prøver med v/c-forhold på 0,45, som har været i klimateltet i 0, 1, 2 og 4 døgn se bilag 1 faneblad: Samlet. Graf Samlet graf for prøver med v/c-forhold på 0,45. Graf viser, som forventet, at u falder for 0 til 4 døgn i klimateltet, og, som forventet, bliver hældningen mod enderne større, jo længere tid prøverne har ligget i teltet. Ved 0 døgns udtørring, forventes grafen at være helt vandret. Det er den næsten også, men der kan dog fornemmes en lille hældning fra midten mod enden. Dette kan evt. skyldes at formene ikke er helt tætte eller prøven når at tørre lidt, inden den hugges ud. Forskellen i midten af prøverne er fra 0 til 4 døgn i klimateltet ca. 5 % i u. Forskellen i enderne for 0 til 4 døgn i klimateltet er ca. 13 % i u Prøver med v/c-forhold på 0,55 Se bilag 1 faneblad: 0,55 for alle målepunkter, resultatberegning og grafer. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,55 som har været 0 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. 44

52 Graf Fugtprofil for prøverne P55,0,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på Graf , ligger temmelig plant og varierer med 3 % af u. Det ses at på prøve P55,0,3, at den i 3 punkt fra enden, er meget lavere end alle de andre punkter. På bilag 1 faneblad: 0,55, ses det at prøven var ganske lille og derfor har været meget påvirkelig. Afvigelsen er dog ikke så stor at det vurderes at der skal se bort fra målepunktet. Spredning vist på Graf viser at spredningen i u er mindst i enden og midten af prøverne, men varierer med op til 6 % af u. Dette er relativt meget i forhold til de andre prøver, men dog også forventeligt, da disse prøver har indeholdt langt mere fugt. Forskellen kan skyldes utætte propper eller at prøverne har nået at udtørrer inden de blev vejet. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,55 som har været 1 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Fugtprofil for prøverne P55,1,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på graf , ligger inden for 2 % af u fra hinanden og alle 4 har tilnærmelsesvis samme hældning af fugtprofilet. P55,1,4 ligger lidt under de andre 3, men kun med 1 % af u, og er dermed ikke betydeligt. Graf viser at spredningen er det samme gennem prøverne og varierer ikke mere end 3 % af u. 45

53 Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,55 som har været 2 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Fugtprofil for prøverne P55,2,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på Graf ligger tæt på hinanden og har tilnærmelsesvis samme hældning. Spredning vist på Graf viser at spredningen i u er højest i enden, hvor den varierer med omkring 3 % af u. Fugtprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,55 som har været 4 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Fugtprofil for prøverne P55,4,1-4. Graf Spredning for graf Fugtprofilerne for de 4 prøver på Graf ligger lige oven i hinanden og har tilnærmelsesvis samme hældning. Spredning vist på Graf viser at spredningen i u er mindst i midten af prøven. Den varierer med ca. 3 % af u. 46

54 Samlet graf for vand-tørstofforholdet for prøver med v/c-forhold på 0,55, som har været i klimateltet i 0, 1, 2 og 4 døgn se bilag 1 faneblad: Samlet. Graf Samlet graf for prøver med v/c-forhold på 0,55. Graf viser, som forventet, at u falder for 0 til 4 døgn i klimateltet og, som forventet, bliver hældningen mod ender større, jo længere tid prøverne har ligget i teltet. 0 døgns forventes at være helt vandret, som den næsten også er. Forskellen i midten af prøverne er fra 0 til 4 døgn i klimateltet ca. 9 % af u. Forskellen i enderne for 0 til 4 døgn i klimateltet er ca. 16 % af u Sammenligning af fugtprofiler med forskellige v/c-forhold I de 4 følgende grafer, sammenlignes prøver med samme udtørringstid ved forskellige v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55. De gennemsnitlige værdier for vand-tørstofforholdet gennem hele prøven ses i tabel Gennemsnitlig vand-tørstofforhold for hele prøven v/c-forhold 0,35 0,45 0,55 Døgn [%] [%] [%] 0 20,7 30,0 36,8 1 19,6 25,7 29,1 2 19,5 24,0 26,8 4 18,6 22,3 23,4 Tabel Oversigt over gennemsnitlig vandtørstofforhold gennem prøverne. 47

55 Samlet graf for vand-tørstofforholdet for 0 døgn i klimateltet, med v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55 se bilag 1 faneblad: Samlet v-c. Graf Samlet graf for 0 døgn i klimateltet for v/c forhold på 0,35, 0,45 og 0,55. På graf , ses det, som forventet, at fugtprofilet er tilnærmelsesvis vandret for alle 3 slags v/c-forhold og at prøverne med v/c-forholdet på 0,55 har det største vand-tørstofforhold. Derefter kommer 0,45 og til sidst 0,35. 0,55 er faldet til ca. 37 %, der er et fald på 18 % fra den originale blanding. 0,45 er faldet til ca. 30 %, som er et fald af u på 15 % og 0,35 er faldet til ca. 21 %, som giver et fald af u på 14 %. Samlet graf for vand-tørstofforholdet for 1 døgn i klimateltet med v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55 se bilag 1 faneblad: Samlet v-c. 48

56 Graf Samlet graf for 1 døgn i klimateltet for v/c forhold på 0,35, 0,45 og 0,55 På graf , ses det at fugtprofilet for 0,55 og 0,45 har tilnærmelsesvis samme hældning, og at 0,35 s fugtprofil ikke hælder lige så meget. Fugtprofilet er faldet mest for 0,55, derefter 0,45 og fugtprofilet for 0,35 er næsten ikke ændret, det er kun blevet lidt tørre i enderne. Samlet graf for vand-tørstofforholdet for 0 døgn i klimateltet med v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55 se bilag 1 faneblad: Samlet v-c. Graf Samlet graf for 2 døgn i klimateltet for v/c forhold på 0,35, 0,45 og 0,55. 49

57 På graf , ses det at 0,55 igen er faldet mest og at P35,2 næsten har samme fugtprofil som for P35,1. Hældningerne er for alle v/c-forhold blevet lidt stejlere og det totale vand-tørstofforhold er faldet lidt. Samlet graf for vand-tørstofforholdet for 0 døgn i klimateltet med v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55 se bilag 1 faneblad: Samlet v-c. Graf Samlet graf for 4 døgn i klimateltet for v/c forhold på 0,35, 0,45 og 0,55. På graf ses det at alle prøverne næsten har samme vand-tørstofforhold i enderne, men at hældningen så stiger markant mere for 0,45 og endnu mere for 0,55 ind mod midten af prøven. det ses at 0,55 er faldet ca. 13,4 % af u, at 0,45 er faldet ca. 7,6 % af u og 0,35 er faldet ca. 2,1 % af u, fra 0 døgns vand-tørstofforhold til 4 døgns vand-tørstofforhold Vægt % vand tilbage i prøverne Ud fra vand-tørstofforholdet, laves tabel , der viser vægt % af det ureagerede vand, der er tilbage i prøverne: Vægt % af u reageret vand i prøven beregnet via vandtørstofsforholdet Døgn v/c-forhold Vægttab Vægttab Vægttab Vægttab [%] [%] [%] [%] 0,35 17,13 16,40 16,30 15,66 0,45 23,05 20,42 19,35 18,20 0,55 26,88 22,52 21,08 18,98 Tabel Vægt % ureageret vand tilbage i prøverne efter udtørring i klimateltet. 50

58 Tallene fra tabel indsættes i graf , der gør det nemmere at se vægt % af det ureagerede vand, der er tilbage i prøverne for de forskellige v/c-forhold til de 4 udtørringstider: Graf Vægt % af det ureagerede vand, tilbage i prøverne, til forskellige udtørringstider og forskellige v/c-forhold. Graf viser vægt % af det ureagerede vand, der er tilbage i prøverne, efter de har været 0, 1, 2 og 4 døgn til udtørring i klimateltet. Vægt % af det ureagerede vand i prøverne er ikke det samme som vandtørstofforholdet, som er massen af ureageret vand divideret med massen af cement. Vægt % af det ureagerede vand i prøverne er massen af det ureagerede vand divideret men massen af hele prøven. Der omregnes til dette, da det er via vægt % af ureageret vand i beton, man fast sætter hvornår en beton er tør nok at bygge på. Der fås her meget høje %, da der i cementpastaprøverne kun er vand og cement og ikke også tilslag, som der er i beton. Tilslaget ville få vægt % af det ureagerede vand til at falde drastisk da den totale massen af prøven ville stige og massen af ureageret vand ville forblive det samme. Graf viser at vægt % af det ureagerede vand i prøverne, er som forventet højest ved 0 døgns udtørring og af de 3 typer er 0,55 højest, præcis som forventet. Det ses på grafen at 0,55 falder meget i løbet af de 4 døgns udtørring. 0,45 falder lidt mindre og under efter 4 døgns udtørring at have næsten samme vægt % af ureageret vand i sig. Dette kunne tyde på at prøver med højt v/c-forhold er mere porøse og derfor har nemmere ved at udtørrer. 0,35 prøverne er næsten ikke gået ned i vægt % af ureageret vand i prøverne, dette kunne tyde på at der ikke sker nogen udtørring og at grunden til vægt % er faldet, er at noget af vandet har bundet sig til prøven under hydratiseringsprocessen, som man ved senere målinger, ved stiger. 51

59 4.3 Glødetab Glødetabet er beregnet ud fra teorien fra afsnit 2.5 med måledataene fra bilag 1 faneblad: Glødetab, hvor beregningerne også står. Glødetabet er beregnet ud fra 6 prøver AALBORG WHITE cement der er varmet ved 105 C i 6 døgn og brændt ved 1050 C i 2,5 timer. Prøve nr. Vægttab i % efter 105 C Vægttab i % efter 1050 C Glødetab resultater % gips i AALBORG WHITE MOL i CaSO4 Det ses på tabel at glødetabet for de 6 cementprøver ligger meget tæt på hinanden. På bilag 1 faneblad: Glødetab, ses det at prøvernes vægt varierer fra 2 til 5 gram. Glødetabet kommer fra gipsen der er i cementen, som beregnes via cementens sammensætning, og fra resultaterne i brændingsforsøget. Et eksempel på udregningen af glødetabet kan ses i appendiks C. MOL i ½H2O Korrektion kun for gipsen Samlet (1+Korrigeret glødetab) [%] [%] [%] [M] [M] [-] [-] 1 0,3851 0,1028 1, ,5051 0,0680 1, ,4100 0,0839 1, ,1416 9,0076 0, ,3009 0,1449 1, ,3153 0,1188 1, ,2674 0,1995 1,0099 Gennemsnit 0,3640 0, ,0100 Tabel Beregning af det korrigeret glødetab for AALBORG WHITE cement. 52

60 4.4 Hydratiseringsgrad I dette afsnit bruges teorien fra afsnit 2.4 til udregningen af hydratiseringsgraden. Forsøgende er lavet ud fra metoden beskrevet i afsnit 3.5. Der vises først grafer for hvert antal døgn i klimateltet, dvs. 0, 1, 2 og 4 døgn, for v/c-forhold på 0,35, 0,45 og 0,55. Til sidst i afsnittet samles graferne, og hydratiseringsprofilerne kan sammenlignes på tværs af v/c-forholdet. Et eksempel på udregning af hydratiseringsgraden kan ses i appendiks D. Som tidligere nævnt, laves 4 prøver til hver variation af v/c-forhold og udtørringstid. Disse 4 prøver plottes i en graf, hvor hvert punkt i grafen er et gennem snit af to målepunkter, da hver prøver er symmetrisk fra midten og derfor har to ens punkter. I en tilhørende graf for hver variation er spredningen vist for de 4 prøvers målepunkter, og en fælles graf er plottet. Graferne viser de åbne ender af prøverne i venstre side af grafen og så 5 punkter ind til midten af prøven dvs. 25 mm inde, som er i højre side af grafen. Graferne har i y-aksen α (hydratiseringsgraden) og i x-aksen den relative længde fra enden til midten af prøven Prøver med v/c-forhold på 0,35 Se bilag 1 faneblad 0,35 for alle målepunkter, resultatberegning og grafer. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,35, som har været 0 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P35,0,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at prøverne er meget ens. De er som forventet vandrette. Dog skiller P35,0,2 sig ud ved at have en lavere hydratiseringsgrad i midten af prøven. Graf viser spredningen, som varierer med op til 0,03 af hydratiseringsgraden. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,35, som har været 1 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. 53

61 Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P35,1,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at 2 af prøverne er meget ens og vandrette. De 2 andre hælder lidt og har derfor en lidt lavere hydratiseringsgrad ude ved enderne. Dette var forventet da enderne er udtørret og der derfor er mere vand i midten der kan bruges til hydratisering. Graf viser spredningen, som varierer med op til ca. 0,03 af hydratiseringsgraden, hvilket ikke er særligt meget. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,35, som har været 2 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P35,2,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at alle af prøverne er meget ens og har samme hældning mod enderne, som forventet. P35,2,3 har en lidt højere hydratiseringsgrad end de 3 andre prøver, ca. 0,02 højere. Da det ikke er meget over de andre, kan dette nok bare være et tilfælde. Graf viser spredningen, som varierer med op til ca. 0,04 af hydratiseringsgraden, og som er meget ens gennem prøverne. 54

62 Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,35, som har været 4 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P35,4,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at 3 af prøverne er meget ens og har samme hældning mod enderne, som forventet. P35,4,4 har ca. den samme hydratiseringsgrad som de 3 andre prøver, men har ikke samme hældning, som den ellers burde pga. udtørring i enden. Graf viser spredningen, som varierer med op til næsten. 0,05 af hydratiseringsgraden. Dette skyldes at små variationer over tid bliver tydeligere og tydeligere. Som beskrevet i teorien er hydrationsprocessen yderst kompleks, og da fordelingen af vand og cementkorn aldrig er helt homogen, kan det give store udsving. Samlet graf for hydratiseringsgraden for prøver med v/c-forhold på 0,35, som har været i klimateltet i 0, 1, 2 og 4 døgn se bilag 1 faneblad: Samlet. Graf Samlet graf for prøver med v/c-forhold på 0,35. 55

63 På graf ses det som forventet, at hydratiseringsgraden stiger jo længerer tid prøverne ligger i klimateltet. Det ses også at hældningen stiger, som forventet, da enderne hydratiserer langsommere pga. prøverne er mere udtørret der. I midten af prøverne varierer hydratiseringsgraden fra 0 til 4 døgn med ca.0,055 og i enderne varierer den ca. med 0,040. Det ses også at prøverne hydratiserer meget i starten, og at det så går langsommere og langsommere Prøver med v/c-forhold på 0,45 Se bilag 1 faneblad 0,45 for alle målepunkter, resultatberegning og grafer. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,45, som har været 0 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P45,0,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf viser at alle prøverne er meget ens og at de alle er næsten vandrette, som forventet. Graf viser spredningen, som varierer med ca. 0,03 af hydratiseringsgraden. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,45, som har været 1 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. 56

64 Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P45,1,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at prøverne P45,1,1 og P45,1,3 er meget ens, og at de har den forventede hældning. P45,1,2 og P45,1,4 har tilnærmelsesvis samme hældning, men den er det modsatte af hvad der var forventet. Det er ikke ligetil at forklare hvorfor de ser sådan ud. Det er nok bare et tilfælde, og det er meget lidt de hælder. Graf viser spredningen, som varierer med lidt under 0,04 af hydratiseringsgraden. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,45, som har været 2 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P45,2,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at de 4 prøver har meget ens hydratiseringsgrad. Men kun 2 af dem har den forventede hældning. Nemlig P45,2,2 og P45,2,3. P45,2,4 er helt vandret og P45,2,1 har modsat hældning end forventet. Graf viser spredningen, som varierer med lidt mere end 0,03 af hydratiseringsgraden. 57

65 Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,45, som har været 4 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P45,4,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at de 4 prøver har tilnærmelsesvis samme hældning, og at hydratiseringsgraden varierer med kun 0,03. Graf viser spredningen, som varierer relativt meget, ca. 0,05 af hydratiseringsgraden. Samlet graf for hydratiseringsgraden for prøver med v/c-forhold på 0,45, som har været i klimateltet i 0, 1, 2 og 4 døgn se bilag 1 faneblad: Samlet. Graf Samlet graf for prøver med v/c-forhold på 0,45. På graf ses det, som forventet, at hydratiseringsgraden stiger jo længerer tid prøverne ligger i klimateltet. Det ses også at den forventede hældningen først fremkommer ved P45,4 og at prøverne til de 3 58

66 andre tider har vandrette hydratiseringsprofiler. Dette kan skyldes at udtørringen først bliver så stor at det går ud over hydratiseringsgraden, ved 4 døgns prøverne. I midten af prøverne varierer hydratiseringsgraden fra 0 til 4 døgn med ca.0,110, og i enderne varierer den ca. med 0,090. Det ses også på grafen at prøverne hydratiserer mere jævnt og ser ikke ud til at hydratiserer langsommere, jo længere de har ligget i klimateltet Prøver med v/c-forhold på 0,55 Se bilag 1 faneblad 0,55 for alle målepunkter, resultatberegning og grafer. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,55, som har været 0 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P55,0,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at prøverne er næsten ens. De er dog ikke helt vandrette som forventet. Kun P55,0,3 er vandret. Graf viser spredningen, som varierer med op til ca. 0,03 af hydratiseringsgraden, dog højst i enderne. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,55, som har været 1 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. 59

67 Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P55,1,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at prøverne er næsten ens. De hælder dog lidt den forkerte vej, i forhold til, hvad der var forventet. Graf viser spredningen, som varierer med lidt mere ind 0,05 af hydratiseringsgraden. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,55, som har været 2 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P55,2,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at prøverne er næsten ens. De hælder lidt den modsatte vej, af hvad der var forventet. Dette kan skyldes at prøverne endnu ikke er så tørre, at det går ud over hydratiseringsgraden. Graf viser spredningen, som varierer med lidt mere ind 0,06 af hydratiseringsgraden, som er i overkanten. Hydratiseringsprofiler for prøver med v/c-forholdet 0,55, som har været 4 døgn i klimateltet og spredningen for alle målepunkterne. 60

68 Graf Hydratiseringsprofil for prøverne P55,4,1-4. Graf Spredning for graf Hydratiseringsprofilerne for de 4 prøver på graf , viser at de alle har den tilnærmelsesvis samme hældning mod enderne, hvilket også var forventet. Der er lidt forskel i hydratiseringsgraden for P55,4,1 og P55,4,2, som er lidt lavere end de 2 andre. Dette kan skyldes placeringen i klimateltet, men dette burde ikke forårsage en så stor forskel. Graf viser spredningen, som varierer med lidt mere ind 0,06 af hydratiseringsgraden, hvilket er i overkanten. Samlet graf for hydratiseringsgraden for prøver med v/c-forhold på 0,55, som har været i klimateltet i 0, 1, 2 og 4 døgn se bilag 1 faneblad: Samlet. Graf Samlet graf for prøver med v/c-forhold på 0,55. På graf ses det, som forventet, at hydratiseringsgraden stiger jo længerer tid prøverne ligger i klimateltet. Det ses også at den forventede hældningen. Først fremkommer ved P55,4 og at prøverne til de 3 andre tider har hældninger der er modsat i forhold til den for P55,4. Dette kan skyldes at prøverne har 61

69 nået at karbonatisere i enderne og derfor har en beregnet hydratiseringsgrad, der er lidt højere end den reelle hydratiseringsgrad. Dette kan skyldes, at udtørringen først der, bliver så stor, at det går ud over hydratiseringsgraden ved 4 døgns prøverne. Samtidig kan prøverne under behandlingen og målingerne, have karbonatiserer lidt i enderne. I midten af prøverne varierer hydratiseringsgraden fra 0 til 4 døgn med ca.0,110, og i enderne varierer den ca. med 0,090. Det ses også på grafen at prøverne hydratiserer mere jævnt og ser ikke ud til at hydratiserer langsommere, jo længere de har ligget i klimateltet Sammenligning af hydratiseringsprofiler med forskellige v/c-forhold I de 4 følgende grafer sammenlignes samme antal hydratiseringsdøgn i klimateltet for prøver med de forskellige v/c-forhold. De gennemsnitlige værdier for hydratiseringsgraden gennem hele prøven kan ses i tabel Gennemsnitlig hydratiseringsgrad for hele prøven v/c-forhold 0,35 0,45 0,55 Døgn [-] [-] [-] 0 0,505 0,465 0, ,525 0,484 0, ,538 0,519 0, ,551 0,565 0,575 Tabel Oversigt over gennemsnitlig hydratiseringsgrad gennem prøverne. Samlet graf hydratiseringsgraden for 0 døgn i klimateltet, med v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55 se bilag 1 faneblad: Samlet v-c. Graf Samlet graf for 0 døgn i klimateltet for v/c forhold på 0,35, 0,45 og 0,55. 62

70 På graf ses det som forventet, at hydratiseringsprofilerne næsten er vandrette for alle 3 slags v/cforhold. Det ses at P35,0 er hydratiseret mest. Derefter kommer P55,0 og til sidst P45,0. Det fornemmes at alle 3 hydratiseringsprofiler hælder lidt mod midten. Dette burde ikke ske, men det kan skyldes at prøverne har karbonatiseret en smule i enderne, hvilket får den beregnede hydratiseringsgrad til at stige. Det er kun lidt, dvs. kun 0,005, den stiger fra midt til enderne, og det har dermed ikke rigtig har nogen betydning. Samlet graf hydratiseringsgraden for 1 døgn i klimateltet, med v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55 se bilag 1 faneblad: Samlet v-c. Graf Samlet graf for 1 døgn i klimateltet for v/c forhold på 0,35, 0,45 og 0,55. På graf , ses det, som forventet, at hydratiseringsprofilerne næsten er vandrette for alle 3 slags v/cforhold. Det ses at P35,0 er hydratiseret mest. Derefter kommer P55,0 og til sidst P45,0. Det fornemmes at P55,1 og P45,1 hydratiseringsprofiler hælder lidt mod midten, ligesom på graf Kun P35,1 hælder mod enden, som forventes, pga. udtørring i enderne og dermed mangel på vand til at hydratiserer. Samlet graf hydratiseringsgraden for 2 døgn i klimateltet, med v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55 se bilag 1 faneblad: Samlet v-c. 63

71 Graf Samlet graf for 2 døgn i klimateltet for v/c forhold på 0,35, 0,45 og 0,55. På graf , ses at det stadig kun er prøverne med et v/c-forhold på 0,35 der har den forventede hældning. Det ses også at P55,2 har overhalet P35,2 mht. hydratiseringsgraden. Den hydratiserer hurtigere, da den indeholder mere vand. P45,2 er kommet tættere på P35,2, men mangler stadig lidt, for at overhale den mht. hydratiseringsgraden. Samlet graf hydratiseringsgraden for 4 døgn i klimateltet, med v/c-forhold på henholdsvis 0,35, 0,45 og 0,55 se bilag 1 faneblad: Samlet v-c. Graf Samlet graf for 4 døgn i klimateltet for v/c forhold på 0,35, 0,45 og 0,55. 64

72 På graf , ses at de 3 hydratiseringsprofiler har fået næsten samme hældning mod enderne. Det ses at P55.4 er hydratiseret mest, dernæst kommer P45,4 og P35. Der er en forskel mht. hydratiseringsgraden i midten af prøverne, for P55,4 og P35,4, på ca. 0,026 af hydratiseringsgraden. For samme slags prøver ved 0 døgn var P35 hydratiseret mest, men blev overhalet af først P55 og derefter P45. 65

73 4.5 Massen af ureageret vand / Power s formel Teorien bag Power s formel er beskrevet i afsnit 2.6 Og forsøgs beskrivelsen kan ses i afsnit 3.7. Alle beregningerne og dataene kan ses i bilag 1 faneblad: Power0,35, Power0,45 og Power0,55. Tabel viser gennemsnittet af afvigelsen mellem den målte og beregnede masse. Det er kun massen af det ureagerede vand, i midten af prøverne, der sammenlignes med. Se figur Tabel Viser de 2 skiver i midten af prøven, der bruges til sammenligning med resultaterne fra Power s formel. Figuren viser de to skiver, skive nr. 5 og 6, der er brugt til sammenligningen med Power s formel. De er fra midten af prøven hvor udtørrings er mindst, og derfor er tættest på Power s kriterier om et lukket system. Dette gøres, da der med tilnærmelsesvis kan ses på det som et lukket system uden tab til omgivelserne, hvilket Power s formel bygger på. Dette giver et gennemsnit for hvert punkt, for 8 ens beregnede afvigelser. På appendiks E kan ses et regneeksempel af massen af ureageret vand. Afvigelser i % iforhold til Power's formel Døgn v/c-forhold Vægttab Vægttab Vægttab Vægttab [%] [%] [%] [%] 0,35-1,29-0,62-1,35-1,21 0,45 1,06 7,78 9,71 9,57 0,55 5,36 16,19 18,29 21,95 Tabel Afvigelser for massen af ureageret vand i midten af prøverne i forhold til hydratiseringsgraden fundet via Power s formel. Det ses tydeligt i tabellen at Power s formel passer bedst for lave v/c-forhold eller for korte udtørringstider. Tallene fra tabel er også indsat i graf 4.5.1, hvilket gør det er nemmere at sammenligne afvigelserne. 66