sprawozdanie7.1.pdf

Paulina Magdzicka gr.5 zespół nr 7, Wydział Inżynierii Lądowej

12-10-2010

Sprawozdanie z wykonania ćwiczenia komputerowego nr 7.1

Temat: Komputerowa symulacja hydratacji cementu.

Wprowadzenie

Wraz z rozwojem technik komputerowych powstają coraz to nowe programy pomagające nam zobrazować i

zrozumieć pewne zjawiska zachodzące w otaczającym nas świecie. Wykonując to ćwiczenie posługiwaliśmy się

programem „iwueczka3.4”, opracowanym w Katedrze Materiałów Budowlanych Politechniki Warszawskiej. Idea

programu została sformułowana w Państwowym Instytucie Standaryzacji Technologii (NIST) w Gaithersburgu w USA

we współpracy z Centrum Naukowo-Technologicznym Zaawansowanych Materiałów Budowlanych.

Cel: komputerowa symulacja i analiza zmian mikrostruktury podczas hydratacji cementu przebiegającej w zaczynie

cementowym z uwzględnieniem rożnych czynników wpływających na przebieg tego procesu.

Wstęp teoretyczny

Hydratacja (inaczej uwodnienie) to ogół procesów chemicznych lub fizycznych, w których związkiem chemicznym

przyłączanym do innej substancji jest woda, przy czym woda ta jest przyłączana w całości (nie powstają dodatkowo

produkty uboczne). Jest to podstawowy rodzaj reakcji zachodzącej w czasie wiązania cementu, dlatego też często

zamiast terminu „hydratacja cementu” używa się terminu „wiązanie cementu”.

Cement jest stosowany do wytwarzania zaczynów, zapraw i betonów. Najczęściej stosowanym spoiwem jest

cement portlandzki. Cement portlandzki należy do najczęściej stosowanych mineralnych spoiw hydraulicznych.

Podstawowymi surowcami stosowanymi do jego produkcji są wapienie i gliny lub margle. Najbardziej reaktywnym w

stosunku do wody składnikiem jest glinian trójwapniowy (C 3 S). Gdyby nie obecny w cemencie gips dwuwodny,

reakcje uwodnieniea glinianu zachodziłaby bardo szybko i wiązanie cementu zachodziłoby gwałtownie. W obecności

gipsu C 3 S reaguje z wodą znacznie wolniej.

Alit i belit ( krzemiany wapniowe) ulegają jednocześnie hydratacji i hydrolizie. Jako pierwszy reaguje C 3 S.

alit: 2(3CaO* SiO 2 )+6H 2 O 3CaO*2SiO 2 *3H 2 O+3Ca(OH) 2

belit: 2(2CaO* SiO 2 )+4H 2 O 3CaO*2SiO 2 *3H 2 O+Ca(OH) 2

Produktem hydratacji jest uwodniony krzemian wapniowy (tworzący tzw. Żel C-S-H, który stanowi ponad 50%

objętości utwardzonego zaczynu cementowego), a produktem hydrolizy (rozkład soli pod wpływem wody na jony)

jest portlandyt, który tworzy kryształy.

Porowatość to procentowa zawartość porów w mieszance betonowej; mniejsza porowatość mieszanki to w

ogólnym rozrachunku większa wytrzymałość betonu; na porowatość betonu ma również wpływ proces pielęgnacji.

Przebieg doświadczenia i obserwacje

Po uzgodnieniu z prowadzącym ćwiczenie składu zaczynu cementowego (zawartość cementu 100%), średnicy ziaren

(4-28*10 -6 m) oraz współczynnika hydratacji ( 0,7 ), przeprowadziliśmy 3 niezależne symulacje komputerowe

zjawiska hydratacji cementu. W każdej próbie przyjęliśmy inny współczynnik woda/spoiwo, który w kolejnych

próbach wynosił odpowiednio: 0,7, 0,65, 0,6. Ponadto przeprowadziliśmy jeszcze jedną dodatkową symulację, w

której współczynnik w/s=0,9. Po każdej symulacji drukowaliśmy nasze wyniki, aby móc zaobserwować zachodzące

zmiany. Poniższa tabela przedstawia obserwowane zmiany porowatości .

Numer próby

w/s

0,7

0,65

0,6

0,9

Porowatość betonu (%)

18-19

17-18

16-17

22-23

Porowatość

zaczynu

cementowego (%)

Jak zaobserwowaliśmy podczas symulacji w zaczynie powstaje Ca(OH) 2 . Ma on duże znaczenie dla betonu,

zwłaszcza w konstrukcjach żelbetonowych. Przez reakcję kwasu węglowego (CO 2 ) z wodorotlenkiem wapnia

(Ca(OH) 2 ) dochodzi do powstawania węglanu wapnia, czyli wapienia (CaCO 3 ). Przez to zapobiegająca korozji

zawartość wodorotlenku wapniowego w wodzie porowej kamienia cementowego spada, a w wyniku tego

pierwotna wartość pH wynosząca około 13 zostaje zachowana. Gdy wartość pH betonu spadnie poniżej 9, wtedy już

dla stali nie ma ochrony przed korozją, dlatego obecność Ca(OH) 2 jest korzystna i tak istotna.

Rysunek 1. wykres zależności porowatości od w/s

Wykres został sporządzony dla stopnia hydratacji 0,7

Wnioski

Na podstawie wykresu mogę stwierdzić, że im wyższy współczynnik woda/spoiwo, tym większa porowatość betonu,

a co za tym idzie mniejsza wytrzymałość mechaniczna betonu. Przy w/s=0,9 porowatość wynosi niemal 50%, co

sprawia, że beton jest niemal ażurowy i z pewnością nie będzie odznaczał się wysoką wytrzymałością. Wraz ze

wzrostem współczynnika w/s rośnie porowatość betonu oraz zaczynu betonowego, a zatem jego wytrzymałość i

trwałość maleje. Mikrostruktura betonu zmienia się pod wpływem czynników takich jak m.in. badany wpływ

współczynnika w/s, ale także ma na to wpływ skład zaczynu (skład spoiwa, rodzaj uziarnienia, średnice ziaren).

Niewątpliwie jednak istnieje dolna granica wartości współczynnika w/s, ponieważ im mniej wody w zaczynie tym

mniej składników ulegnie hydratacji. Z kolei im więcej wody, tym zaczyn jest rzadszy, a beton z niego powstały mniej

wytrzymały.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: