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

74 Graf Gennemsnitlige afvigelser af massen af ureagerede vand, sammenlignet med Power s formel. Fra de 2 skiver i midten af prøveemnerne, skive 5 og 6. V/c-forhold på 0,55: Det ses på graf at afvigelsen for prøverne med v/c-forhold 0,55 afviger mest og at den stiger meget, jo flere døgn prøverne har ligget i klimateltet. Ved brug af Power s formel, fås en meget højere masse af ureageret vand i forhold til, hvad der er beregnet. Efter 4 døgn, er der en afvigelse på ca. 22 %, som må siges at være voldsomt meget. Dette giver god mening, da Power s formel kun virker på lukkede systemer, dvs. der ikke kan ske udtørring af prøverne. Da 0,55 har det største fugttab, og derfor ikke betegnes som et lukket system, er det forståeligt at afvigelserne er store, og stiger jo længere udtørringstiderne er. V/c-forhold på 0,45: Det ses på graf at prøverne med v/c-forholdet på 0,45 passer bedre med Power s formel end 0,55 prøverne gjorde. Dette skyldes at 0,45prøverne taber mindre fugt til omgivelserne og derfor passers Power s regel om et lukket system. Igen ses det at forskellen er mindst ved 0 døgns udtørring og så stiger jo længere udtørringstiden er. V/c-forhold på 0,35: Det ses på graf at Power s formel passer for alle tider i klimateltet og den varierer ikke mere end ca. 2 %. Her er forskellen dog negativ, dvs. at den beregnede masse af det ureagerede vand er større end den, beregnet via Power s formel. Dette burde ikke forekomme da Power s formel er et helt lukket system, og i forsøges er der stadigvæk lidt fugttab. Der er i Power s formel ikke taget højde for det super plastificerende stof, der er tilføjet 0,35 prøverne. Dette stof får prøverne til at hydratiserer bedre og hurtigere. 67

75 4.6 Bestemmelse af vægtprocent ureageret vand i betonen Bestemmelsen af hydratiseringsgraden over tid sker ved et anden grads polynomium dannet over 4 gennemsnitspunkter i Excel. Dette er selvfølgelig tilknyttet store usikkerheder. Hydratiseringsgraden over tid for de forskellige v/c-forhold kan ses i de 3 følgende funktioner. α 0,35 (t) = 0,0028 t 2 + 0,0227 t + 0,5059 α 0,45 (t) = 0,0006 t 2 + 0,0238 t + 0,4638 α 0,55 (t) = 0,0028 t 2 + 0,0376 t + 0,4739 Bestemmelsen af vand-tørstofforholdet bestemmes ved samme metode som hydratiseringsgraden og kan ses i de 3 følgende funktioner. u 0,35 (t) = 0,0002 t 2 0,0053 t + 0,2063 u 0,45 (t) = 0,0049 t 2 0,0376 t + 0,2985 u 0,55 (t) = 0,0084 t 2 0,0645 t + 0,3632 Ved kombination af formlerne 2.7.1, og i afsnit 2.7. kan vægtprocenten over tid bestemmes. Resultaterne af disse kan ses i graf over de 4 første døgn. Ved nærmere udregninger kan bilag 5 ses. 68

76 v/c- Graf Vægt-% for massen af ureagerede vand i betonen for forhold 0,35, 0,45 og 0,55. Graf viser funktionerne for vægtprocenten af det ureagerede vand tilbage i beton for v/c-forholdene 0,35, 0,35 og 0,55. Grafen bygger på forskellige antagelser. Værdier bestemmes 2/5 inde i prøven, efter den svenske norm. Blandingsrecepten er fundet er fundet fra [15]. Det præcise blandingsforhold kan ses i bilag 1 faneblad: Vægt-%. De begrænsede udtørringstider gør at grafernes forløb ikke er helt præcist. 69

77 5 Diskussion I følgende afsnit diskuteres resultaterne fra kapitel 4. Kapitlet vil indeholde: udtørring i klimateltet, vandtørstofforhold, hydratiseringsgrad, sammenligning med Power s formel, sammenligning med en tidligere rapport[4], diskussion af valgte metoder og forslag til videre undersøgelser. 5.1 Udtørring i klimatelt Under opbevaring i klimateltet afgiver prøverne vand til omgivelserne under hydratiseringen. Mængden af vand, der forsvinder til omgivelserne, styres af flere forskellige faktorer. Det må antages at udtørringsfladen, hvorfra vandet forsvinder, er af samme størrelse på de forskellige prøver, selvom der reelt kan være små forskelle, som dog ikke tillægges nogen signifikant betydning. Rumtemperaturen og luftfugtigheden må også antages at være konstant, selvom der er vist at der er mindre variationer, se bilag 1 faneblad: Klimatelt. En af de interessante ting under opbevaringen i klimateltet, er hvor meget vand der bliver afgivet til omgivelserne, da dette kan have en afgørende rolle ude på byggepladsen. Det er ekstremt vigtigt ved bebyggelse med beton og organiske materialer, at der ved starten er ligevægtstilstand. Således kan der undgås fugtskader. Ifølge [13] skal man ved pålægning af trægulv direkte på betonen kræve en vægt-% af vand på mellem 2-4%, alt efter hvilket slags træ der bruges. I klimateltet var en gennemsnitlig temperatur på 24 C og en relativ luftfugtighed på 74 %, hvilket har enorm betydning for hydratiseringshastigheden og fugtafgivelsen. I [13] oplyses at udtørringstider ved 5 C mere end tredobles i forhold til ved 20 C. Som det ses på graf falder fugtafgivelsen med tiden for alle tre v/c-forhold. Dette fald må forventes at fortsætte med tiden indtil en ligevægtssituation opnås. Vandafgivelsen er, naturligvis, langt lavere ved v/c-forhold på 0,35, da det meste vand i denne situation bliver brugt til hydratisering. Ved at se på fugtprofiler kan vandmængden studeres nærmere. Det ses på graf 4.1.1, som forventet, at 0,55 prøverne har tabt mest vand. Derefter er det 0,45 og til sidst 0,35. Det ses for alle tre v/c-forhold at prøverne har tabt mest vand fra 0 til 1 døgns udtørring. Dette skyldes at jo mere fugtige prøverne er, jo nemmere afgiver de vand. Prøverne med v/c-forhold på 0,35 har kun mistet omkring 1 % af dens vægt i løbet af de 4 døgns udtørring, hvor 0,45 har tabt 4,5 % og 0,55 har tabt 10 %. På grafen ses også at vægttabet aftager, jo længere tid der går. F.eks. har 0,55 mistet 1,5 % fra 1 til 2 døgns udtørring og igen 1,5 % fra 2 til 4 døgns udtørring. Udtørringen for v/c-forholdet på 0,55 halveres altså per døgn. Samme tendens ses også hos de to andre v/c-forhold, her dog nærmere en 1/3 per døgn for 0,45 og 0,35. Vægttabet efter 0 døgns udtørring i klimateltet er sat til 0 % for alle tre v/c-forhold. Dette er ikke helt korrekt, da prøverne sandsynligvis er udtørret lidt mens de blev afformet, pakket ind og vejet. Dette er dog så lille en del, at det ikke er målbart. 70

78 5.2 Vand-tørstofsforhold Ved at studere de forskellige vand-tørstofsforhold nærmere, kan fugtindholdet over tid for de forskellige v/c-forhold bestemmes. Som nævnt, er der krav fra SBI 224 [13], om at vægtprocenten af ureageret vand skal være mellem 2-4 %, inden man kan påbegynde byggeri med træ. Dette kan ikke aflæses direkte ud fra vand-tørstofsforholdet, men en tendens kan dog tolkes. Ved at nærstudere spredningen for de forskellige v/c-forhold ses det at målepunkterne varierer inde for 2,5 %, hvilket er en ganske lille spredning. Kun ved v/c-forhold på 0,55 og ingen udtørring, se graf , er der en betydelig spredning på op imod 6 %. Dette skyldes at prøverne i denne situation har mest vand at fordampe og derfor at mere følsom over for, hvor hurtigt de forskellige arbejdsprocesser bliver gennemført, såsom vejning. Der er dog ingen af værdierne fra grafen som tyder på fejl. Ved det lave vandindhold bruges en langt større andel af vandet til hydratisering og derfor er der ikke meget vand tilbage til fordampning. Som det ses i graf er hydratiseringsgraden også højere ved det lave v/c-forhold ved 0 døgns udtørrings, hvilket kan skyldes tilsætning af det plastificerende stof, som medfører at en større andel af vandet har reageret med cementen. Som nævnt i afsnit bevirker tilsætning af et plastificeringsstof i cementpastaen at vandmolekylerne spredes i blandingen. Dette kan give en forklaring på, hvorfor hydratiseringsgraden er højere ved 0,35 end 0,45 og 0,55. Det lave vandindhold gør at prøverne bliver mere tætte, dvs. der ikke er så mange kanaler, hvor i vand kan transporteres fra midten ud til enderne. Dette ses også på graferne , og , hvor faldet i vand-tørstofforholdet over de 4 døgn i enderne er på henholdsvis 5 %, 12 % og 16 %. Selvom hydratiseringsgraden stiger med v/c-forholdet, modsvarer dette ikke det store fald i vand-tørstofsforholdet. Det ses tydeligt på graferne, at fordampningen er langt mere markant ved v/c-forholdene 0,45 og 0,55 end ved 0,35. Dette kan ses ved at grafen har større hældning ved enderne, og hermed er en del vandet forsvundet via fordampning. Ser man på graf ses det at de fugtprofiler nærmer sig hinanden og især 0,45 og 0,55 ligger utrolig tæt, med en variation på 2 % af u fra hinanden. Helt ude ved enden varierer de tre blandinger med blot 1 % af u, og faktisk ligger 0,55 under 0,45. Dog så tæt at det ikke kan konkluderes at 0,55 vil fortsætte med at ligge nederst. Der er dog en tendens til at 0,55 vil lægge sig nederst med 0,45 i midten og 0,35 øverst. Dette kan dog ikke konkluderes i dette forsøg, da det kræver længere udtørringstider. En logisk forklaring på at 0,55 vil overhale de to andre blandinger er at der under fordampning er skabt flere kanaler til fordampning af vandet. Generelt er vand-tørstofforholds resultaterne som forventet og lægger sig tæt op ad tidligere undersøgelser[3],[4]. Der er altså ingen overraskende opdagelser og resultaterne må dermed forventes at være ganske pålidelige. Den mest interessante betragtning må dog være udviklingen ved lavt v/c-forhold, hvor manglen på vand gør at grafen får en langt mindre hældning. 71

79 5.3 Hydratiseringsgrad Den gennemsnitlige hydratiseringsgrad stiger for alle prøverne fra 0 til 4 døgns udtørring. Den er højest for prøverne med v/c-forholdet på 0,35 efter 0 døgn, men stiger derefter meget langsommere end de andre prøver. 0,55 prøverne stiger hurtigst efter 0 døgns udtørring og overhaler 0,35 s hydratiseringsgrad efter 2 døgns udtørring, hvor 0,45 s hydratiseringsgrad først overstiger 0,35 s hydratiseringsgrad efter 4 døgns udtørring. Dette giver god mening da 0,55 prøverne har mest vand at hydratiserer med. Hydratiseringsgraden for prøverne der var 0 døgn til udtørring i klimateltet, viser at prøverne med v/cforhold på 0,35 var hydratiseret meget mere end de 2 andre prøver til 0 døgns udtørring, se graf Dette skyldes højst sandsynligt det plastificerende stof, der kun var tilsat prøverne med v/c-forhold på 0,35. Dette medvirker at cementen, som er tilsat det plastificerende stof, ikke klumper og dermed blander sig i langt højere grad med vandet, hvilket får hydratiseringsgraden til at stige meget i starten af hydratiseringsprocessen. Det ses på graferne , , og at den gennemsnitlige hydratiseringsgrad gennem hele prøven stiger mest, til den højeste hydratiseringsgrad, for prøverne med v/c-forhold på 0,55 under 4 døgns udtørring i klimateltet. Efterfølgende kommer prøverne med et v/cforhold på 0,45. Prøverne med v/c-forholdet 0,35 stiger klart mindst. Hydratiseringsgraden for 0,55- prøverne stiger fra 0,476 til 0,575, 0,45-prøverne stiger fra 0,465 til 0,565 og 0,35-prøverne stiger fra 0,505 til 0,551. Dette skyldes at 0,55-prøverne har mest vand i sig og prøverne kan derfor nemmere hydratisere optimalt. Det ses på graferne , og at hydratiseringsgraden for 0,55- og 0,45-prøverne stiger meget fra 1 til 2 døgns udtørring i klimateltet. Dette er lidt svært at forklare, men skyldes at hydratiseringsgraden afhænger af mange faktorer, som også afhænger af tiden. Det er muligt at processerne er lidt tid om at komme i gang. Ifølge figur i teoriafsnittet burde den største ændring i dette allerede ske inden for de første 36 timer efter støbningen. For 0,55- og 0,45-prøverne sker der også en markant stigning i hydratiseringsgraden ved timer efter støbningen. Da hydratisering af betonen er en avanceret proces, kan det være svært at pin pointe en præcis grund til dette. På graferne 4.4.1, , og kan hældningen for de forskellige prøvers hydratiseringsprofil ses. Hældningen på graf for de 3 typer v/c-forhold med 0 døgns udtørring i klimateltet, hælder minimalt mod midten af prøverne, dvs. den er højest i enderne. Dette burde ikke ske da hydratiseringsprofilerne forventes at være vandrette eller have en minimal hældning mod enderne, og ikke mod midten. Denne tendens kan skyldes at prøverne har nået at karbonatisere lidt i enderne. Dette kan være sket mens prøverne blev skåret til, pakket ind og vejet. Det ses i rapporten[3], hvor der ikke var brugt klimatelt, at prøverne havde en utrolig høj hydratiseringsgrad i enderne pga. enderne var karbonatiseret. Så det kunne godt tyde på at karbonatisering i enderne er grunden til at hydratiseringsprofilerne hælder lidt mod midten. Tendensen ses for 0,55-prøverne helt op til 2 døgns udtørring i klimateltet. Her er hydratiseringsgraden i enderne ikke faldet endnu, da der stadig er nok vand i enden til at det går ud over hydratiseringsgraden. Derimod er 0,35-prøverne blevet så tørre i enderne at hydratiseringsgraden er begyndt at falde allerede efter 1 døgn i klimateltet. Dette ses først for 0,45- og 0,55-prøverne efter 4 døgns udtørring i klimateltet og klart mindst for 0,55. Så selvom man kan se en udtørring i fugtprofilerne i prøverne allerede efter 1 døgns udtørring, påvirker det først hydratiseringsgraden når vandtørstofforholdet er kommet under et bestemt niveau. Dette niveau tyder på at være omkring et vandtørstofforhold på 20 %. 72

80 5.4 Massen af ureageret vand / Power s formel Ved bestemmelsen af massen af det ureagerede vand, er der tilknyttet en masse usikkerheder. Første store usikkerhed er at Power s formler bygger på et lukket system uden tab til omgivelserne. Dette er selvfølgelig ikke korrekt, da der er tab af vand til omgivelserne i form af fordampning. Forskellen mellem den beregnede masse og den målte, er klart størst ved 0,55, hvor afvigelsen er op imod 22 %. Dette er hvad man kunne forvente, da der, som tidligere vist, er en langt højere grad af fordampning. Den målte masse bliver altså langt mindre, end den beregnede masse for det lukkede system. Det samme gælder for v/cforholdet på 0,45 hvor den maksimale afvigelse bliver tæt ved 10 %. Ser man på v/c-forholdet på 0,35, ligger vægten af massen for det ureagerede vand konsekvent lidt over den beregnede masse, dog blot nogle få procent. Dette kan skyldes at Power s formler ikke tager højde for brugen af et plastificerende stof. Det plastificerende stof giver en højere hydratisering i starten af processen og på formel , ses det at højere hydratiseringsgrader, giver lavere beregnede masser. Ved vurdering af pålideligheden af Power s formler ses det at de passer nogenlunde over de første 4 døgn, dog stiger usikkerheden ved længere tids udtørring. 5.5 Bestemmelse af vægtprocent ureageret vand i betonen Bestemmelse af vægtprocenten af vand i betonen er yderst interessant, da den giver mulighed for at vurdere forsøgene i forhold til virkeligheden. Som det ses af graf er der en tydelig tendens til at 0,35 ligger under 0,45 og med 0,55 øverst, hvilket selvfølgelig også var forventeligt. Vægtprocenten er her allerede nede på cirka 3 % efter et døgn, hvilket gør det muligt at bygge på allerede der. 0,45 er først under de maksimale 4 % efter et døgns udtørring og 0,55 skal op på 3 døgns udtørring før den er under de maksimale 4 % [13]. Ser man på graferne for 0,45 og 0,55 ser det ud som om de når et minimum ved 4 døgns udtørring, hvilket selvfølgelig ikke er korrekt, da prøverne vil blive ved med at udtørre indtil en ligevægtssituation er opnået. Da der kun er målinger for 0-4 døgns udtørringer er dette forklaringen på tendensen. Det kunne altså være interessant med målinger udover de 4 døgn således at grafer kunne bestemmes helt ned til 2 %. Valget af hvor langt inde i prøven vægtprocenten skal bestemmes, har også vigtig betydning, ligesom blandingsrecepten har afgørende betydning 5.6 Sammenligning med Sverri s rapport Der sammenlignes her med resultaterne introduceret i teoriafsnittet 2.7.3, udarbejdet af Sverri, og resultaterne fundet i nærværende projekt, for prøver med et v/c-forhold på 0,45. Forskellen på de 2 forsøgsrækker er den relative luftfugtighed og temperatur i klimateltet. Ved Sverri s projekt var luftfugtigheden på 54 % og temperaturen på 20 C, hvor de i nærværende projekt er på henholdsvis 74 % og 24 C. Derudover er der også forskel på temperaturen i det roterende varmeskab, som i Sverri s projekt var ca. 25 C, og i nærværende projekt er ca. 40 C. Ved sammenligning af 4 døgns udtørring, er der ikke et tilsvarende forsøg i Sverri s projekt derfor benyttes der resultater for 2 døgns curing og 3 døgns udtørring. Derudover er der ikke nogen forsøgsmæssige forskelle. Dog skal det nævnes at der i Sverri s projekt kun var en person til at udføre forsøgene, hvor der i nærværende projekt er 2 personer. Dette burde have stor 73

81 betydning, da forsøgene er meget følsomme over for den tid, prøverne er under behandling og uden for klimateltet Sammenligning med vand-tørstofforhold fra Sverri s projekt Her sammenlignes de 2 projekters fundne vand-tørstofforhold. Først i en samlet graf for prøvens gennemsnitlige vand-tørstofforhold og derefter fugtprofiler for hver af de 4 udtørringstider. Der er lavet en samlet graf for det gennemsnitlige vand-tørstofforhold gennem hele prøven for begge projekter. Graf Sammenligning af vand-tørstofforholdet med Sverri s rapport. Det ses på graf at vand-tørstofforholdet for 0 døgns udtørring fundet under nærværende projekt er meget højere end for Sverri s projekt. Forskellen er ca. 4 %, hvilket må siges at være pænt meget. Da prøverne aldrig når ind i klimateltet, har denne ingen indvirkning. Den eneste forklaring er at prøverne fra Sverri s projekt har nået at udtørre meget mere. Dette kan være sket under behandlingen af prøveemnerne, da der i Sverri s projekt kun var 1 person til forsøgene, hvor der i nærværende projekt var 2 personer. Bearbejdningen må altså forventes at være gået hurtigere. Dette er den eneste forklaring der giver mening og den underbygges også når der sammenlignes med resultaterne fra Power s formel i afsnit Ved sammenligning af 1 og 2 døgns udtørring i klimateltet, ligger resultaterne tæt på hinanden, dog er nærværende projekts vand-tørstofforhold markant højere end resultaterne fra Sverri s projekt. For 4 døgns udtørring i klimateltet er vand-tørstofforholdet ca. det samme for begge projekter. Dette kan skyldes at prøver fra Sverri s projekt har curet i 2 døgn og været til udtørring i 3, hvor prøverne i nærværende projekt har curet i 1 døgn og har været til udtørring i 4 døgn. Der har altså været et døgn mere med udtørring i nærværende projekt hvilket gør at resultaterne nærmer sig hinanden. 74

82 Graf Sammenligning af vand-tørstofforholdet med Sverri s rapport for 0 døgns udtørring i klimateltet. Graf Sammenligning af vand-tørstofforholdet med Sverri s rapport for 1 døgns udtørring i klimateltet. Graf viser at der er stor forskel i prøvernes vand-tørstofforhold, ligesom graf viste. Hældningen for de 2 fugtprofiler minder meget om hinanden. Graf viser at prøvernes vand-tørstofforhold ligger tættere på hinanden ved 1 døgns udtørring, end de gjorde ved 0 døgns udtørring. Hældningen for de 2 fugtprofiler minder meget om hinanden, dog hælder den mere ved fugtprofilet for Sverri s projekt. Dette giver god mening da den relative luftfugtighed var markant lavere ved Sverri s projekt i forhold til nærværende projekt. Graf Sammenligning af vand-tørstofforholdet med Sverri s rapport for 2 døgns udtørring i klimateltet. Graf Sammenligning af vand-tørstofforholdet med Sverri s rapport for 4 døgns udtørring i klimateltet. Graf viser at prøvernes vand-tørstofforhold ligger endnu tættere på hinanden ved 2 døgns udtørring og at de begge er faldet lidt. Graf viser at vand-tørstofforholdet i midten af prøven ved 4 døgns udtørring er højere for Sverri s projekt. Dette kan skyldes at prøven har curet i 1 døgn mere end dem i nærværende projekt og derfor ikke udtørrer så nemt. 75

83 5.6.2 Sammenligning med hydratiseringsgraden fra Sverri s projekt Her sammenlignes de 2 projekters fundne hydratiseringsgrad. Først i en samlet graf for prøvens gennemsnitlige hydratiseringsgrad og derefter hydratiseringsprofiler for hver af de 4 udtørringstider. Der er lavet en samlet graf for den gennemsnitlige hydratiseringsgrad gennem hele prøven for begge projekter. Graf Sammenligning af hydratiseringsgraden med Sverri s rapport. Graf viser at hydratiseringsgraden for nærværende projekt er en del lavere end for Sverri s projekt. Forskellen er mindst ved 0 døgns udtørring og stiger løbende mod 4 døgns udtørring, hvor den er meget stor. Det er ikke ligetil at forklare, hvorfor der er forskel på hydratiseringsgraden for de 2 projekter. Det ville give mere mening hvis det var nærværendes projekts resultater der var højere, da temperaturen i det roterende varmeskab var 15 C højere end ved Sverri s projekt. Derudover var den relative luftfugtighed og temperatur også højere i klimateltet, hvilket burde få hydratiseringsgraden til at stige. Der er åbenbart andre faktorer der har haft større indvirkning på hydratiseringsgraden. Dette kunne være at der var forskel på cementen der blev brugt. Ikke typen, der begge gange var WHITE AALBORG, men at der blev brugt cement fra to forskellige poser cement. Der kunne også være en forskel i forsøget, enten under støbningen eller behandlingen af prøverne efter varmeskabet. Dette er ikke til at finde ud af da forsøgsgennemgangen for Sverri s projekt ikke er særligt detaljeret. Dette kunne også være fordi der kun har været 1 person til at udfører forsøgene i Sverri s projekt. Dette kunne gøre at prøverne her været ude af klimateltet for længe og derfor er nået at karbonatiserer lidt, som så vil give en højere målt hydratiseringsgrad. 76

84 Graf Sammenligning af hydratiseringsgraden med Sverri s rapport for 0 døgns udtørring i klimateltet. Graf Sammenligning af hydratiseringsgraden med Sverri s rapport for 1 døgns udtørring i klimateltet. På graf ses det at hydratiseringsprofilerne her har samme hældning, der går lidt op ved enderne. Dette kunne tyde på at der i Sverri s projekt er sket lidt karbonatisering i enderne. På graf ses det at hydrationsprofilet fra Sverri s projekt er begyndt at få en hældning mod enderne, pga. udtørring i enderne. Dette giver god mening da den relative luftfugtighed i Sverri s projekt var lavere, og derfor udtørrer prøverne nemmere i enderne. Graf Sammenligning af hydratiseringsgraden med Sverri s rapport for 2 døgns udtørring i klimateltet. Graf Sammenligning af hydratiseringsgraden med Sverri s rapport for 4 døgns udtørring i klimateltet. Graf viser igen at prøverne fra Sverri s projekt er udtørret meget mere i enderne end i nærværende projekt. I graf minder hældningen for de 2 hydratiseringsprofiler mere om hinanden, dog er den stadig lidt stejlere for Sverri s projekt. Det ses også at hydratiseringsgraden for Sverri s projekt stiger mere og hurtigere, jo længere tid prøverne udtørrer Sammenligning med Power s formel fra Sverri s projekt Forskellen mellem det målte ureagerede vand og det ureagerede vand fundet vha. Power s formel, sammenlignes nu for det nærværende og Sverri s projekt. Se tabel for forskelsprocenterne. 77

85 Forskel på masse af ureageret vand i forhold til Power's formel Dage Sverri's Nærværende [%] [%] 0 8,50 1,06 1 7,73 7,78 2 9,12 9,71 4 4,54 9,57 Tabel Forskel på massen af ureageret vand. Det ses at for 0 døgns udtørring er forskellen en del større for Sverri s projekt end for nærværende projekt. Dette kan skyldes at fugtprofilet for 0 døgns udtørring for Sverri s projekt er meget lavt, og dermed tyder på at den har nået at udtørre meget inden vand-tørstofforhold er målt. For 1 og 2 døgns udtørring er forskelsprocenterne næsten helt ens. Dette giver meget god mening da prøverne her har nået at udtørre lidt. Forskellen for udtørring efter 4 døgn i klimateltet, er mindst for Sverri s projekt. Dette giver også mening, da prøverene har curet et døgn mere end for prøverne i nærværende projekt. Dette gør at vand procenten i midten af prøven ikke faldet lige så hurtigt, for prøver der har kun har curet i 1 døgn. 5.7 Valgte metoder Der er i nærværende projekt arbejdet med AALBORG WHITE cement, som har været god til produktion af homogene prøver. Dog kan der være tilknyttet visse usikkerheder ved klinkesammensætningen og fugtigheden af denne. Nærmere undersøgelse af den præcise sammensætning kunne derfor være interessant, således at den præcise sammensætning af cementen kendes. Der er valgt at undgå CO 2 indvirkning under udtørring ved at opbevare prøverne i et klimatelt. Den metode har vist sig glimrende til at undgå CO 2 indvirkning, jævnfør [4]. Det er dog aldrig helt muligt at undgå CO 2 ved transport fra en destination til en anden. En mulighed er udbygning af teltet, så vejning og afhugning kan foregå inde i teltet. Den relative luftfugtighed og temperaturen er heller ikke helt konstant. Dette kunne løses ved tætning af klimateltet og styring af temperaturen. Bestemmelse af vand-tørstofforholdet og hydratiseringsgraden er gjort ved tørring og brænding med kvalificerede resultater. Dette vurderes at være en let metode. Et problem med denne metode kan være at en prøve kun kan bruges en gang til en tidsbestemmelse. Det er altså nødvendigt med en hel masse prøver. Det har dog vist sig prøver med samme v/c-forhold og tørringstid ikke varierer nævneværdigt, og derfor er det ikke nødvendigt med mange gentagelser. Der er arbejdet med cylinderformede prøver med længden 50mm og en diameter på 14mm. Størrelsen af disse er på mange måder fornuftig, idet den er nem at producere, afhugge og transportere. Det er dog svært at bestemme hydratiseringsgraden helt ude i enden af prøven. En metode til at bestemme dette kunne være ved produktion af prøvelegemer med langt større dimensioner, således at mindre lag kunne skrabes af enden (1mm). Hermed ville langt mere præcise fugt- og hydratiseringsprofiler kunne bestemmes. 78

86 5.8 Forslag til videre undersøgelser Der er i nærværende projekt konkluderet at tilsætningen af et plastificerende stof øger den helt tidlige hydratiseringsgrad. Det kunne derfor være interessant at undersøge blandinger med og uden tilsætning af plastificerende stof, for at se hvilken betydning det har, udover bedre bearbejdelighed. På mange byggepladser bruges varmelegemer til udtørring af betonen i nødsituationer. Det kunne være meget interessant at undersøge hvor meget effekten er af disse, kontra de ekstra omkostninger. Bestemmelse af hydratiseringsgraden helt ude i enden af prøven, kunne også være interessant, således af det blev muligt at bestemme nogle mere nøjagtige hydratiseringsprofiler. Dette kunne gøres ved produktion af prøveemner med større dimensioner. 79

87 6 Konklusion I følgende afsnit opridses der de vigtigste betragtninger fra nærværende rapport. 6.1 Udtørring i klimateltet I denne undersøgelse ses tydeligt at vægttabet klart er størst for prøverne med v/c-forhold 0,55, og falder så markant ved de lavere v/c-forhold. Det ses at det største vægttab sker i starten af udtørringstiderne og efter 1 døgns udtørring halveres vægttabet ca. for hvert døgn der går. Vægttabet fra 0 til 4 døgns udtørring for prøverne med v/c-forhold på 0,55 er ca. 10 %, hvor den for prøverne med v/c-forhold på 0,35 er 1/10 del mindre, nemlig ca. 1 %. Dette viser at man, ved at sænke v/c-forholdet, kan mindske vægttabet betydeligt, og, ved at bruge plastificerende stoffer, kan øge hydratiseringsgraden. 6.2 Vand-tørstof forhold Ud fra resultaterne ses at vand-tørstofforholdet falder for alle typer v/c-forhold som funktion af udtørringsperioden i klimateltet. Alle prøverne udtørrer mest i enderne og ændringen er klart størst i de tidligere stadier af udtørringen. Det ses tydeligt at 0,55-prøverne udtørrer hurtigere end de andre og ender med kun at ligge lidt over 0,45-prøvernes fugtprofil. 0,35-prøverne skiller sig ud fra de andre prøver ved næsten ikke at falde i vand-tørstofforhold i midten af prøverne. Dog ses også at den største forskel på de 3 blandinger er vand-tørstofforholdet i midten af prøverne, som ligger med det højeste v/c-forhold øverst og det laveste nederst. Ude i enderne har prøverne stort set samme vand-tørstofforhold efter 4 døgns udtørring. Hovedkonklusionen på bestemmelsen af vand-tørstofforholdet, må være at når v/c-forholdet kommer langt nok ned, bliver prøverne så tørre at de i midten næsten ikke mister noget fugt. Hældningen mod enderne bliver også mindre stejl jo lavere v/c-forholdet er, så ved at bruge et lavt v/c-forhold og plastificerende stoffer, fås en cementpasta der er meget tørrere og har en langsommere udtørringstid, som næsten går hen og bliver selvudtørrende. 6.3 Hydratisering Hydratiseringsgraden vokser for alle prøverne med udtørringstiden og bliver med tiden for alle prøverne højst i midten, og mindst i enderne pga. udtørring. Derudover ses det at prøverne med et v/c-forhold på 0,35 hydratiserer voldsomt de første 24 timer, hvor prøverne ligger i det roterende varmeskab. Dette skyldes højst sandsynligt det plastificerende stof der er tilføjet. Efter hydratiseringsgraden ved 0 døgns udtørring stiger prøverne med højt v/c-forhold klart mest, og ender med at overhale prøverne med det plastificerende stof efter 2 og 4 døgns udtørring. Det ses at udtørringen i enderne først går ud over hydratiseringsgraden for prøverne med lavt v/c-forhold, og først påvirker prøver med v/c-forhold på 0,55 ved 4 døgns udtørring. Dette skyldes nok at selv om der er mindre vand i enderne end i resten af prøverne allerede efter 1 døgn i klimateltet, er der stadig nok til at det ikke går ud over hydratiseringsgraden. 80

88 6.4 Masse af ureageret vand / Power s formel Massen af det ureagerede vand er fundet eksperimentelt og ved beregninger. Forskellen mellem de masser giver de forventede resultater: Forskellen mellem den målte masse og den beregnede masse øges, jo længere tid prøverne har udtørret. Dette er tilfældet da Power s formel kun virker for lukkede systemer, og der i nærværende projekt er en masse vand der fordamper. Prøverne med v/c-forhold på 0,35 passer meget godt, men giver en højere målt masse af vandet i forhold til den beregnede masse. Dette skyldes at Power s formel heller ikke tager højde for brugen af plastificerende stoffer, som ændrer selve strukturen af cementpastaen og dermed de input der indgår i Power s formler. Så Power s formel passer kun for prøver der ikke er udtørret og ikke indeholder plastificerende stoffer. Og bliver derfra mere og mere upræcist, jo længere prøverne har været til udtørring, og jo højere start vandtørstofforholdet har været. 6.5 Sammenligning med Sverri s rapporter Ved sammenligningen med Sverri s resultater ses det at fugtprofilerne er meget højere for prøverne i nærværende projekt i forhold til prøverne med samme v/c-forhold og udtørringstid for Sverri s projekt. Dette kan skyldes at prøverne i Sverri s projekt var udsat for et andet klima i klimateltet. Dette kan også skyldes at Sverri s prøver har nået at udtørre meget mere under forsøgene. Dette kunne også være en forskel i støbningen, men med så store forskelle tyder det ikke på det. Hydratiseringsgraden er konsekvent noget højere for alle Sverri s udtørringstider end for nærværende projekt. Der er ikke nogen forklaring på dette, andet end at der har været en fejl i forsøgsgangen i et af de to projekter, eller at prøverne i Sverri s projekt har nået at karbonatisere lidt og dermed har fået en højere målt hydratiseringsgrad. 6.6 Valgte metoder Det konkluderes at de valgte metoder til bestemmelse af vand-tørstofforhold og hydratiseringsgraden er ganske enkle og præcise. Variation på de forskellige prøver er ganske lille og det kan derfor overvejes om antallet af prøveemner til hver variation skal skæres ned f.eks. fra 4 til 2. Bestemmelsen af vandtørstofforholdet og hydratiseringsgraden helt ude i enderne kunne være spændende, da det ville give mere præcise tendenser. Dette kræver at der produceres prøveemner i væsentlig større dimensioner. Det kunne også være ideelt at lave mere af arbejdet, såsom afhugning og vejning, i klimateltet for at undgå CO 2 indvirkning. Dog tyder resultaterne på at CO 2 indvirkningen ingen betydning har eller er ekstrem lille. I Sverri s projekt[4] vises det ved et forsøg at klimateltet er CO 2 frit. Men i dette forsøg er prøverne ikke udenfor telt til behandling, dette gør at det endnu ikke vides om karbonatisering foregår i prøverne. 81

89 7 Litteraturliste [1] Rasmussen L. H., Ebbe S. S. (2008). Moisture transport and sorption in cement based material measurement and theoretical analysis. DTU BYG. [2] Nederveen T., Riveére A. (2008). Fugttransport og sorption i cementbaserede materialer målinger og teoretisk analyse. DTU BYG. [3] Juel-Hansen, L., Hansen, T. (2009). Hydratisering og udtørring af nystøbt cementpasta. Laboratoriet for bygningsmaterialer, BYG DTU. [4] Absalonsen, S. (2010). Hydratisering og udtørring af nystøbt cementpasta i kuldioxid frit miljø. DTU BYG. [5] Høybye, J. L. og Lauersen, N. (2011). Forberedende øvelser vedr. hydratisering og udtørring af nystøbt beton. DTU BYG. [6] Hedenblad G. (1995). Drying of construction moisture in concrete. Fuktgruppen vid Lunds Tekniska Högskola, Lund, Sweden, 1 st edition. ISBN [7] Herholdt, A. D., Justesen, C. F., Nepper-Christensen, P., Nielsen, A. (1985). Beton-Bogen 2. udgave. Cementfabrikkernes tekniske Oplysningskontor, Aalborg Portland. [8] Mindess, S., Young, J. F., Darwin, D. (2003). Concrete 2nd ed. Pearson Education. [9] Gottfredsen, F. R., Nielsen, A. (2006). Bygningsmaterialer - Grundlæggende egenskaber. Polyteknisk Forlag. [10] Johannesson, B. (2009). Twelve Lectures in Concrete Technology. Laboratoriet for bygningsmaterialer, BYG-DTU. [11] Nyt Teknisk forlag. (2008). Bygningsingeniørernes materialer uddrag af Materialebogen. [12] Johannesson, B. (2009). Structual Development During Hydration of Cement According to Power's Formulas, 2nd draft. Laboratoriet for bygningsmaterialer, BYG-DTU. [13] Møller, Eva B. (2010). Vejledning og håndtering af fugt i byggeriet. Statens Byggeforskningsinstitut, SBi Aalborg Universitet. [14] Danmarks metrologiske instituts hjemmeside ( ). [15] Aalborgportlands hjemmeside ( ). 82

90 8 Symbolforklaring Symbol Enhed Fysisk størrelse/betegnelse C [-] CaO, Calciumoxid S [-] SiO 2, Siliciumoxid A [-] Al 2 O 3, Aluminiumoxid F [-] Fe 2 O 3, Jernoxid M [-] MgO S [-] SO 3, Svovloxid H [-] H 2 O, Vand C 3 S [-] Tricalsiumsilikat, 3CaO SiO 2 C 2 S [-] Dicalsiumsilikat, 2CaO SiO 2 C 3 A [-] Tricalsiumaluminat, 3CaO Al 2 O 3 C 4 AF [-] Tetracalsiumaluminatferrit, 4CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CH [-] Calciumhydroxid, CaO H 2 O MH [-] Magnesiumhydroxid, MgO H 2 O C 3 S 2 H 8 [-] Calciumsilikathydrat-gel, cementgel, C-S-H-gel CS H 2 [-] Rågips, CaO SO 3 2H 2 O C 6 AS 3 H 32 [-] Ettringit, 6CaO Al 2 O 3 3SO 3 32H 2 O C 4 AS H 12 [-] Monosulfat, 4CaO Al 2 O 3 SO 3 12H 2 O C 3 AH 6 [-] Tricalciumhydroaluminat, 3CaO Al 2 O 3 6H 2 O CaSO 4 ½H 2 O [-] Anhydrat CaSO 4 [-] Calciumsulfat m 0 [g] massen af den fugtige prøve m 105 [g] vægten af knust prøveemne efter tørring ved 105 C m 1050 [g] vægten af knust prøveemne efter brænding ved 1050 C m cement,105 [g] massen af cement efter tørring ved 105 C m cement,1050 [g] massen af cement efter brænding ved 1050 C m c [g] massen af cement m w [g] massen af vand m uw [g] massen af ureageret vand m tot [g] samlede masse af vand og cement n m c [g] massen af cement reageret med vand n m w [g] massen af vand reageret med cement ρ w [kg/m 3 ] densitet af vand n ρ w [kg/m 3 ] Det kemisk bundne vands massefylde ρ c [kg/m 3 ] densitet af cement ρ dry [kg/m 3 ] densitet af den tørre prøve Ρ concrete [kg/m 3 ] densitet af betonen w s [kg/m 3 ] mængden af vand pr m 3 beton u [vægt-%] cementpastaprøvens vand-tørstofforhold u concrete [vægt-%] betonens vand-tørstofforhold 83

91 α [-] hydratiseringsgrad r n [-] en enhed reageret vand i forhold til en enhed reageret cement r w/c [-] vand cement forholdet Corr loss [-] den andel som m 1050 skal korrigeres med k [-] andelen af cementpastaen i betonen p gel [-] Porøsitet af dannede cement hydrater P tot [-] volumenandel af totale porøsitet comp [-] volumenandel af gelfaststof P gel P gel [-] volumenandel af gelvand P cap [-] volumenandel af kapillarporer * P uw [-] volumenandel af ureageret vand i poresystemet P air [-] volumenandel af luftfyldte kapillarporer * P uc [-] volumenandel af uhydratiseret cement P cap.w [-] volumenandel af kapillarvand V [m 3 ] volumen af cementpastaen t [s] tiden 84

92 Appendiks A Regneeksempel af masserne for den våde, tørrede og brændte prøve (m 0,m 105,m 105,k og m 1050 ) Idet følgende beregnes massen af den våde, tørrede og brændte prøve for P Data til beregning kan ses i bilag 1, faneblad: 0,35, 0,45 og 0,55. Massen af den våde prøve regnes ved: m 0 = m samlet m skål Her er m 0 massen er af den våde prøve, m samlet er massen af både den våde prøve og skålen og m skål,105 er massen af skålen som bruges til tørring. m samlet er målt til g og m skål,105 er målt til g. Det giver: Den tørrede prøve regnes ved: m 0 = = m 105 = m 105,samlet m skål,105 Her er m 105 massen er af den tørrede prøve og m 105,samlet er massen af både prøven og skålen efter tørring. m 105,samlet er målt til g. Det giver: Den tørrede knuste prøve regnes ved: m 105 = = m 105,k = m 105,k,samlet m skål,1050 Her er m 105 massen er af den tørrede prøve efter den er blevet knust, m 105,k,samlet er massen af både prøven og skålen efter tørring og knusning og m skål,1050 er massen af skålen som bruges til brænding. m 105,k,samlet er målt til g og m skål,1050 er målt til g. Det giver: Massen af den brændte prøve regnes ved: m 105,k = = m 1050 = m 1050,samlet m skål2 Her er m 1050 massen er af den brændte prøve og m 1050,samlet er massen af både prøven og skålen efter brænding. m 1050,samlet er målt til g. Det giver: m 1050 = =

93 Appendiks B Regneeksempel af vand-tørstofforholdet (u) I det følgende regnes vand-tørstofforholdet for P Dataene til beregning kan ses i bilag 1, faneblad: 0,45 Vand-tørstofforholdet findes ved sætning u = m 0 m 105 m 105 Her er m 0 massen af den våde prøve, m 105 massen af den tørrede prøve og m 0 er målt og det giver: u = = 27, 39% 86

94 Appendiks C Regneeksempel af glødetab (korr glødetab ) I det følgende regnes glødetabet for første prøve, ses på bilag 1 faneblad: Glødetab. Glødetabet findes ved sætning Og giver: corr loss = 1 + m cement,105 m cement,1050 m cement,1050 corr loss = =

95 Appendiks D Regneeksempel af hydratiseringsgraden (α) I det følgende regnes hydratiseringsgraden for P Se bilag 1 faneblad: 0,45. Hydratiseringsgraden findes ved sætning α(t) = m 105 m 1050 corr loss r n m 1050 corr loss Her er det gennemsnitlige glødetab fundet til 1,0100 og r n er bestemt til 0,236 hvilket giver: α(t) = , =

96 Appendiks E Regneeksempel af massen af ureagerede vand (m uw ) I det følgende regnes massen af det ureagerede vand vha. Power s formel og sammenlignes med det målte for P Se bilag 1 faneblad: Power0,45. Massen af det ureagerede vand findes ved sætning m uw = r w/c α(t) m 0 r w/c + 1 Her er v/c-forholdet 0,45, hydratiseringsgraden er bestemt til 0,4900 og den samlede masse er 1,1237. Det giver: m uw = ( ) ( ) = Procentafvigelse fra målt data: % afvigelse = m uw (m 0 m 105 ) m uw Mængden af vand som ikke bundet til cementen findes ved opvarmning til 105 C. Prøvens vægt efter tørring ved 105 C er g hvilket giver en procentafvigelse på: % afvigelse = ( ) = 6. 75% 89

97 Appendiks F Regneeksempel af vægt % af vand i beton vand (u beton ) I det følgende regnes vægt % for prøverne med v/c-forhold på 0,35. se bilag 5. De 3 formler beskrevet i teoriafsnittet 2.7: ρ tør = 1 + rn α(t) rw c ρ w + 1 ρ c w p = u ρ tør k u beton = ρ beton Formlerne kombineres og ligningen for vægt % af vand i beton kan findes: w p u 1 + rn α(t) rw c + 1 k ρ u beton = w ρ c ρ beton K som er andelen af cementpastaen i betonen beregnes på følgende måde: k = ρ w + ρ c ρ w + ρ c + ρ t = 0,215 Hydratiseringsgraden for prøverne med v/c-forhold på 0,35, findes i Excel ved at lavede en tendens linje ved hjælp af de 4 hydratiseringsgrader for de 4 forskellige udtørringstider i klimateltet, se på bilag 1 faneblad: Vægt-%. α 0,35 (t) = 0,0028 t 2 + 0,0227 t + 0,5059 u 0,35 (t) = 0,0002 t 2 0,0053 t + 0,2063 Ved at indsætte følgende værdier beskrevet i resultatafsnittet får en funktion der viser hydratiseringsgraden for 0 til 4 døgns udtørring i klimateltet: u 0,35 (t) 1 + 0,2361 α 0,35 (t) 0,35 u beton (t) = , ,25 u beton (t) = 8, (1679,6960 0,9919 t 2 + 8,0417 t) (0,0002 t 2 0,0053 t ) 90

98 Appendiks G Regneeksempel af vægt % af ureageret vand i prøverne (vægt %). Til udregningen af den resterende fugt i prøverne til en bestemt udtørringstid i klimateltet. Se bilag 1 faneblad: Klimatelt. I dette eksempel ses der på P55,2. Dvs. prøverne med v/c-forhold på 0,55, der har udtørret 2 døgn i klimateltet. Prøverne har efter de 2 døgn mistet 8,49 % af sin vægt, hydratiseringsgraden er beregnet til 0,547. sætning der er udledt i teoriafsnittet bruges til beregningen. Vægt% = m w (m c r n α + vand% m tot ) m tot 100% (2.9.1) Tallene indsættes her og vægt % udregnes: Vægt% = 550 (1000 0,2361 0, ,49% 1550) = 18,67 % 91

99 Appendiks H Oversigt over bilag: Bilag 1. Bilag 2. Bilag 3. Bilag 4. Bilag 5. Samlet data AALBORG WHITE cement Droppet Power s formel Vægtprocent 92