Vratislav Tydlitát, Pavel Tesárek, Robert Černý VYUŽITÍ KALORIMETRIE K POPISU HYDRATAČNÍCH PROCESŮ NĚKTERÝCH STAVEBNÍCH HMOT Vratislav Tydlitát, Pavel Tesárek, Robert Černý ČVUT v Praze, Stavební fakulta

Úvod • Proces tvorby tuhých látek → Chemické reakce spojené s vytvářením pevných struktur stavebních konstrukcí jsou reakce anorganických maltovin s vodou • Výroba prefabrikátů – (za zvýšené teploty) - vývoj hydratačního tepla - rychlost růstu mechanických pevností materiálů v tlaku a v tahu za ohybu roste s teplotou

Kontrola výroby Je účelné znát hydratační tepla: Sádrové výrobky 80-140 kJ/kg, doba tuhnutí cca hodina Beton v masivní konstrukci - (400 kg/m3 cementu) až 300 kJ/kg, zvýšení teploty za 1 den až o 20 K (tj. na 45 °C) - možnost vzniku trhlin Významná je absolutní hodnota hydratačního tepla a rychlost hydratační reakce Nehašené vápno (CaO) 1705 kJ/kg Vysokopevnostní cementy s amorfním SiO2 a metakaolinem

Stanovení hydratačních tepel Rozpouštěcí kalorimetrie ČSN 72 2118 od 1989 Langevandtův semiadiabatický kalorimetr (1933) • měří vzrůst teploty hydratující betonové směsi Modernější typ SAK 02 (až 6 současných měření) • velké nároky na stabilitu teploty laboratoře • měří pouze zvýšení teploty, diferenčně • několika měsíční kalibrace • výpočet hydrat. tepla podle měrných tepel složek podle EN 169-9 (Prüfverfahren für Zement - Teil 9: Hydratatinswärme - Teiadiabatisches Verfahren, 2004)

SAK 02 (pro jediný kanál)

Kalorimetry tepelného toku Calvet (pracoviště ČSAV v ČR) (1956) • náročný na obsluhu a vysoká cena Mčedlow – Pertossjan a kol. (1969) • termosloupy – měď/konstantanové termočlánky • 2 členy – měření tepelného toku diferenčně Oliew a Winker (1981) • kalorimetr tepelného toku, diferenční

Tydlitát, Šefc, Doktor – 1985, kalorimetr cementů KC 01 • hydratační tepla a průběh vývoje hydratačního tepla portlandských a směsných cementů • teplota měření 25 - 40 °C • nízká teplotní setrvačnost Termosloupová čidla tepelného toku

Kalorimetr KC 01

Navážka a dávkování vody - 1-2 g cementu v měděné nádobce na vzorek - pro měření byl používán vodní součinitel 1

osmikanálový kalorimetr tepelného toku TAM Air – osmikanálový kalorimetr tepelného toku Parametry kalorimetru TAM Air /16/ Počet kanálů 8 Teplota měření 5/15 – 90 °C Termostat vzduchu +/-0,02 °C Citlivost 4 mW Přesnost +/-20 mW Během 24 hodin Drift <40 mW Odchylka <+/-10 mW Chyba < +/-23 mW Požadovaná stabilita teploty laboratoře +/- 1 °C

TAM Air – detaily

TAM Air – popis funkce osmikanálový kal. blok vnitřní komora – nerez snímač dat s pamětí teplotní regulace hliníková podpěrná deska ventilátor teplota regulovaná Peltierovými články vnější izolovaný plášť

TAM Air – kalorimetrické dvojče zátka – odběr tepelného toku druhotný odběr. tep. toku referenční vzorek B měřený vzorek A kalibrační topné těleso primární odběr tepla Seebeckovy snímače tepelného toku

TAM Air – směšovací ampule Pro cement s vodou – ruční míchání Pro kapalné systémy – motorové míchání V ampuli cement a ve stříkačkách voda se vytemperují a následně se smíchají

TAM Air – příprava vzorku cementu • Externí míchání 3 minuty • v/c = 0,4 (25 g cement a 10 g H2O) • Injekční stříkačka • Uzavřené 20 ml skleněné ampule – pasta 4 až 6 g (vzorek A) • Porovnávací ampule 4 až 6 g H2O (vzorek B) • Oba vzorky připraveny těsně po sobě a poté vloženy současně do kalorimetru • Teplota měření 20 ± 0,1 °C

Závěr • normové metody měření hydratačního tepla zaostávají za současnými požadavky výzkumu • měření hydratace sádrových pojiv není normováno • užívá se precizní izotermická kalorimetrie • možnosti nových přístrojů otevírají široké pole dalšího poznání průběhů hydratačních procesů Předložená práce byla vytvořena za podpory grantu MPO ČR FT-TA3/005.