Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích nhiệt của xi măng Portland bị ô nhiễm kẽm oxit trộn với thiocyanate và xác định ảnh hưởng của chúng đến quá trình thủy hóa và các tính chất
Tóm tắt
Sự ô nhiễm của chất kết dính xi măng với kẽm là một vấn đề đáng kể do những ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình thủy hóa của xi măng. Các hợp chất kẽm gây ra sự gia tăng đột biến về thời gian đông kết do kéo dài thời gian cảm ứng. Cơ chế hiện được chấp nhận về ảnh hưởng này là sự hình thành các hydrate Ca(Zn(OH)3)2·2 H2O trên bề mặt của hạt xi măng, làm cạn kiệt ion Ca2+ từ dung dịch lỗ rỗng và tạo ra một rào cản khuếch tán. Các chất tăng tốc thủy hóa thường được sử dụng trong ngành công nghiệp bê tông để khắc phục thời gian đông kết kéo dài gây ra bởi nhiệt độ thấp và ô nhiễm bởi kim loại nặng. Các hợp chất này ảnh hưởng đến cả động học thủy hóa và thành phần của các sản phẩm thủy hóa. Ảnh hưởng của các hợp chất khác nhau đến cơ chế thủy hóa của xi măng có thể được nghiên cứu bằng các phương pháp nhiệt lượng học như nhiệt lượng học isoperibolic và isothermal. Quá trình thủy hóa của vật liệu đã bị ngừng lại, và các tính chất của hồ xi măng thủy hóa được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt kế vi sai, nhiễu xạ tia X và kính hiển vi điện tử quét. Một số chất tăng tốc đông kết đã được phát hiện là làm giảm đáng kể thời gian đông kết của xi măng ô nhiễm kẽm. Trong số các hợp chất thường được sử dụng trong các chất tăng tốc thương mại, hiệu quả của thiocyanates vẫn chưa được xác định. Các kết quả cho thấy thiocyanates gây ra sự thay đổi rõ rệt trong cơ chế thủy hóa của xi măng ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào nồng độ và sự hiện diện của cation cụ thể. Thiocyanate kiềm đã làm chậm đáng kể quá trình thủy hóa của OPC bị ô nhiễm kẽm. Khi sự thủy hóa của xi măng bị chậm lại hơn nữa, các đặc tính cơ học bị ảnh hưởng tiêu cực. Ngược lại, thiocyanate canxi thúc đẩy quá trình đông kết một cách hiệu quả và tác động tích cực đến cường độ nén ở nồng độ thấp. Sự khác biệt chính giữa ảnh hưởng của thiocyanate kiềm và thiocyanate canxi đối với quá trình đông kết là sự thay đổi trong hàm lượng ettringite. Muối kiềm thúc đẩy các pha AFm mà làm giảm hàm lượng ettringite, trong khi muối canxi thúc đẩy sự hình thành ettringite ở các giai đoạn đầu của quá trình thủy hóa xi măng.
Từ khóa
#xi măng Portland #ô nhiễm kẽm #thiocyanate #thủy hóa #đặc tính cơ họcTài liệu tham khảo
Gineys N, Aouad G, Damidot D. Managing trace elements in Portland cement: Part I: Interactions between cement paste and heavy metals added during mixing as soluble salts. Cement Concr Compos. 2010;32(8):563–70. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2010.06.002.
Gineys N, Aouad G, Damidot D. Managing trace elements in Portland cement: Part II: Comparison of two methods to incorporate Zn in a cement. Cement Concr Compos. 2011;33(6):629–36. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.03.008.
Tashiro C, Takahashi H, Kanaya M, Hirakida I, Yoshida R. Hardening property of cement mortar adding heavy metal compound and solubility of heavy metal from hardened mortar. Cement Concr Res. 1977;7(3):283–90. https://doi.org/10.1016/0008-8846(77)90090-4.
Yousuf M, Mollah A, Hess TR, Tsai Y-N, Cocke DL. An FTIR and XPS investigations of the effects of carbonation on the solidification/stabilization of cement based systems-Portland type V with zinc. Cement Concr Res. 1993;23(4):773–84. https://doi.org/10.1016/0008-8846(93)90031-4.
Weeks C, Hand RJ, Sharp JH. Retardation of cement hydration caused by heavy metals present in ISF slag used as aggregate. Cement Concr Compos. 2008;30(10):970–8. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2008.07.005.
Keppert M, Jerman M, Scheinherrová L, Reiterman P, Doušová B, Černý R. Influence of free and sorbed zinc on cement hydration. J Thermal Anal Calorim. 2019;138(3):1935–43. https://doi.org/10.1007/s10973-019-08200-0.
Arliguie G, Ollivier J, Grandet J. Etude de l’effet retardateur du zinc sur l’hydratation de la pate de ciment Portland. Cement Concr Res. 1982;12(1):79–86. https://doi.org/10.1016/0008-8846(82)90101-6.
Ataie FF, Juenger MC, Taylor-Lange SC, Riding KA. Comparison of the retarding mechanisms of zinc oxide and sucrose on cement hydration and interactions with supplementary cementitious materials. Cem Concr Res. 2015;72:128–36. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.02.023.
Šiler P, Kolářová I, Novotný R, Másilko J, Bednárek J, Janča M, Šoukal F. Use of isothermal and isoperibolic calorimetry to study the effect of zinc on hydration of cement blended with Fly Ash. Materials. 2020. 13(22):1996–1944. https://doi.org/10.3390/ma13225215.
Šiler P, Kolářová I, Novotný R, Másilko J, Bednárek J, Janča M, Šoukal F. Application of isothermal and isoperibolic calorimetry to assess the effect of zinc on hydration of cement blended with slag. Materials. 2019. 12(18):1996–1944. https://doi.org/10.3390/ma12182930.
Li XG, Yin XB, Ma BG, Wu B, Chen Q, Lv Y. Investigation on hydration characteristics of zinc-doped Portland cement pastes. Adv Mater Res. 2010;168–170:623–7. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.168-170.623.
Liu J, Jin H, Gu C, Yang Y. Effects of zinc oxide nanoparticles on early-age hydration and the mechanical properties of cement paste. Constr Build Mater. 2019;217:352–62. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.05.027.
Ouki S, Hills C. Microstructure of Portland cement pastes containing metal nitrate salts. Waste Manag. 2002;22(2):147–51. https://doi.org/10.1016/S0956-053X(01)00063-0.
Šiler P, Kolářová I, Novotný R, Másilko J, Pořízka J, Bednárek J, Opravil T. Application of isothermal and isoperibolic calorimetry to assess the effect of zinc on cement hydration. J Therm Anal Calorim. 2018;133(1):27–40. https://doi.org/10.1007/s10973-017-6815-1.
Fernández Olmo I, Chacon E, Irabien A. Influence of lead, zinc, iron (III) and chromium (III) oxides on the setting time and strength development of Portland cement. Cement Concr Res. 2001;31(8):1213–9. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00545-2.
Pang X, Boul P, Cuello Jimenez W. Isothermal calorimetry study of the effect of chloride accelerators on the hydration kinetics of oil well cement. Constr Build Mater. 2015;77:260–9. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.12.077.
Justnes H, Nygaard EC. Technical calcium nitrate as set accelerator for cement at low temperatures. Cement Concr Res. 1995;25(8):1766–74. https://doi.org/10.1016/0008-8846(95)00172-7.
Wise T, Ramachandran V, Polomark G. The effect of thiocyanates on the hydration of Portland cement at low temperatures. Thermochim Acta. 1995;264:157–71. https://doi.org/10.1016/0040-6031(95)02323-T.
Snellings R, Chwast J, Cizer Ö, De Belie N, Dhandapani Y, Durdzinski P, Lothenbach B. RILEM TC-238 SCM recommendation on hydration stoppage by solvent exchange for the study of hydrate assemblages. Mater Struct. 2018. https://doi.org/10.1617/s11527-018-1298-5.
Brandštetr J, Polcer J, Krátký J, Holešinský R, Havlica J. Possibilities of the use of isoperibolic calorimetry for assessing the hydration behavior of cementitious systems. Cement Concr Res. 2001;31(6):941–7. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00495-1.
Šiler P, Krátký J, Kolářová I, Havlica J, Brandštetr J. Calorimetric determination of the effect of additives on cement hydration process. Chem Papers. 2013;67(2):213–20. https://doi.org/10.2478/s11696-012-0256-x.
Mostafa N, Brown P. Heat of hydration of high reactive pozzolans in blended cements: isothermal conduction calorimetry. Thermochim Acta. 2005;435(2):162–7. https://doi.org/10.1016/j.tca.2005.05.014.
Young J, Berger R, Lawrence F. Studies on the hydration of tricalcium silicate pastes III. Influence of admixtures on hydration and strength development. Cement Concr Res. 1973;3(6):689–700. https://doi.org/10.1016/0008-8846(73)90004-5.
Ylmén R, Jäglid U, Steenari B-M, Panas I. Early hydration and setting of Portland cement monitored by IR, SEM and Vicat techniques. Cement Concr Res. 2009;39(5):433–9. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.01.017.
Pane I, Hansen W. Investigation of blended cement hydration by isothermal calorimetry and thermal analysis. Cement Concr Res. 2005;35(6):1155–64. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.10.027.
Neto JDA, De la Torre AG, Kirchheim AP. Effects of sulfates on the hydration of Portland cement: a review. Constr Build Mater. 2021. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122428.
Huang L, Yan P. Effect of alkali content in cement on its hydration kinetics and mechanical properties. Constr Build Mater. 2019. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116833.
Alarcon-Ruiz L, Platret G, Massieu E, Ehrlacher A. The use of thermal analysis in assessing the effect of temperature on a cement paste. Cement Concr Res. 2005;35(3):609–13. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.06.015.
Zhou Q, Glasser F. Thermal stability and decomposition mechanisms of ettringite at <120 °C. Cement Concr Res. 2001;31(9):1333–9. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00558-0.
Neves Junior A, Toledo Filho RD, Fairbairn ED, Dweck J. Early stages hydration of high initial strength Portland cement. J Therm Anal Calorim. 2012;108(2):725–31. https://doi.org/10.1007/s10973-012-2256-z.
Mitchell LD, Margeson JC. The effects of solvents on C–S–H as determined by thermal analysis. J Thermal Anal Calorim. 2006;86(3):591–4. https://doi.org/10.1007/s10973-006-7712-1.
Ramachandran V. Handbook of thermal analysis of construction materials. Norwich: Noyes Publications/William Andrew Pub; 2003.
Murzyn P, Malata G, Wiśniewska J, Kapeluszna E, Nocuń-Wczelik W. Characterization of 40-year-old calcium silicate pastes by thermal methods and other techniques. J Therm Anal Calorim. 2019;138(6):4271–8. https://doi.org/10.1007/s10973-019-08519-8.
Snellings R, Chwast J, Cizer Ö, De Belie N, Dhandapani Y, Durdzinski P, Lothenbach B. Report of TC 238-SCM: hydration stoppage methods for phase assemblage studies of blended cements—results of a round robin test. Mater Struct. 2018;51(4):1–5. https://doi.org/10.1617/s11527-018-1237-5.
Bullard JW, Jennings HM, Livingston RA, Nonat A, Scherer GW, Schweitzer JS, Thomas JJ. Mechanisms of cement hydration. Cement Concr Res. 2011;41(12):1208–23. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.09.011.
Švec J, Šiler P, Másilko J, Novotný R, Koplík J, Janča M, Kolářová I. Simultaneous thermogravimetric and differential thermal analysis determination of products formed during hydration of blended Portland cement doped with zinc. J Therm Anal Calorim. 2020;142(5):1749–58. https://doi.org/10.1007/s10973-020-10253-5.
Qoku E, Bier TA, Westphal T. Phase assemblage in ettringite-forming cement pastes: a X-ray diffraction and thermal analysis characterization. J Build Eng. 2017;12:37–50. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2017.05.005.
Jo D, Leonardo RS, Cartledge FK, Reales OA, Toledo Filho RD. Gypsum content determination in Portland cements by thermogravimetry. J Thermal Anal Calorim. 2016;123(2):1053–62. https://doi.org/10.1007/s10973-015-5078-y.
Valentini L, Dalconi MC, Favero M, Artioli G, Ferrari G, Scherer G. In-Situ XRD measurement and quantitative analysis of hydrating cement: implications for sulfate incorporation in C-S-H. J Am Ceramic Soc. 2015;98(4):1259–64. https://doi.org/10.1111/jace.13401.
Hesse C, Goetz-Neunhoeffer F, Neubauer J, Braeu M, Gaeberlein P. Quantitative in situ X-ray diffraction analysis of early hydration of Portland cement at defined temperatures. Powder Diffr. 2009;24(2):112–5. https://doi.org/10.1154/1.3120603.
Zajac M, Rossberg A, Le Saout G, Lothenbach B. Influence of limestone and anhydrite on the hydration of Portland cements. Cement Concr Compos. 2014;46:99–108. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.11.007.
Chaunsali P, Mondal P. Influence of mineral admixtures on early-age behavior of calcium sulfoaluminate cement. ACI Mater J. 2015. https://doi.org/10.14359/51687240.
Matschei T, Lothenbach B, Glasser F. The AFm phase in Portland cement. Cement Concr Res. 2007;37(2):118–30. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.10.010.
Christensen AN, Jensen TR, Hanson JC. Formation of ettringite, Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O, AFt, and monosulfate, Ca4Al2O6(SO4)·14H2O, AFm-14, in hydrothermal hydration of Portland cement and of calcium aluminum oxide—calcium sulfate dihydrate mixtures studied by in situ synchrotron X-ray powder diffraction. J Solid State Chem. 2004;177(6):1944–51. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2003.12.030.
Šiler P, Kolářová I, Sehnal T, Másilko J, Opravil T. The Determination of the influence of pH value of curing conditions on Portland cement hydration. Procedia Eng. 2016;151:10–7. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.393.
Brown PW, Bothe JV. The stability of ettringite. Adv Cement Res. 1993;5(18):47–63. https://doi.org/10.1680/adcr.1993.5.18.47.
Antar A, Adel A, Mona A, Noureldeen T. The C3A: gypsum system in alkali sulfate solutions. Ceram Silikáty. 2010;54(1):53–9.
Zhang Z, Han F, Yan P. Modelling the dissolution and precipitation process of the early hydration of C3S. Cem Concr Res. 2020. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106174.
Kirchheim AP, Fernàndez-Altable V, Monteiro PJ, Dal Molin DC, Casanova I. Analysis of cubic and orthorhombic C3A hydration in presence of gypsum and lime. J Mater Sci. 2009;44(8):2038–45. https://doi.org/10.1007/s10853-009-3292-3.
Seifan M, Berenjian A. Application of microbially induced calcium carbonate precipitation in designing bio self-healing concrete. World J Microbiol Biotechnol. 2018. https://doi.org/10.1007/s11274-018-2552-2.
Qudoos A, Kim H, Ryou J-S. Influence of titanium dioxide nanoparticles on the sulfate attack upon ordinary Portland cement and slag-blended mortars. Materials. 2018. https://doi.org/10.3390/ma11030356.
Jin W, Jiang L, Han L, Chen L, Yan X, Chen C. Influence of curing temperature on the mechanical properties and microstructure of limestone powder mass concrete. Struct Concr. 2021. https://doi.org/10.1002/suco.201900549.
Baquerizo LG, Matschei T, Scrivener KL, Saeidpour M, Wadsö L. Hydration states of AFm cement phases. Cem Concr Res. 2015;73:143–57. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.02.011.
Camilleri J. Mineral trioxide aggregate: present and future developments. Endod Topics. 2015;32(1):31–46. https://doi.org/10.1111/etp.12073.
Franus W, Panek R, Wdowin M. SEM investigation of microstructures in hydration products of Portland cement. Int Multidiscip Microsc Microanal Congress. 2015;164:105–12. https://doi.org/10.1007/978-3-319-16919-4_14.