Baustoffdesign I 3 Bindem Ettringit.ppt...

Baustoffdesign

Thomas A. BIER

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg,

BaustoffdesignEttringit und Ettringitbindemittel

Baustoffdesign

Gliederung

1- Quick setting

2- Quick setting with improved hardening

3 - Shrinkage Compensation / Rapid hardening / Rapid drying

Schwindkompensierung / Hohe Frühfestigkeiten / Schnelle Trocknung

4- Quick setting / Rapid hardening

5- Corrosion resistant

Baustoffdesign

Hydration of Ettringite

C3A.CS.12H

C3A + 3CS + 32H C3A3CS.32H (ettringite)

3CA + 3CS + 35H C3A.3CS.32H+2AH3

3CA + 9CS + 6CH + 90H 3C3A.3CS.32H

Baustoffdesign

Abkürzungen

OPC Portlandzement

CAC Kalziumaluminatzement

TRG Ternal® RG

CFL Ciment Fondu Lafarge

Zementnomenklatur für die PhasenCS Kalziumsulfat

CA Monokalziumaluminat

C3A Trikalziumaluminat

AH3 Gibbsit

CH Kalziumhydroxid

etc.

Baustoffdesign

Stabilität von Ettringit als Mineral

Ettringit kann sich in Anwesenheit vonWasser (die Grundstrukur kann dabei erhalten bleiben)

Kohlendioxid CO2

Kalziumaluminat und Feuchte (Monosulfatbildung) verändern

Deshalb ist reines Ettringit empfindlich gegenTemperatur und Temperaturzyklen

Feucht- trocken Zyklen

Karbonatisierung

Sulfatmangel und Aluminatüberschuss bei Feuchte

Baustoffdesign

In Zone A the major hydrates are Ettringite and AHx gel which is has a low crystallinity

This later phase plays an important role in the microstructurebut cannot be well characterised by classic techniques such as XRD.In pastes the reaction of Ettringite with unreacted CAC to form AFm phases appears to be sluggish

In systems with a major component of OPC, as in zone B, calcium silicate hydrate, C-S-H will be the major hydrate

Consumption of lime by CA + 2C + 3CaSO4 to form ettringite will reduce formation of Portlandite.

Formation of AHx gel is largely reduced

Hydrates formed in CAC/OPC/C$ systems

Baustoffdesign

3 CA + 3C$Hx + (38-x) H

C3A(C$)3H32 + 2 AH3

Alumina source

CAC (CA)

Lime/silica Source

OPC, C3S, CaOC-S-H+ CHAH3

C3A(C$)3H32= ettringite

ZONE B

Hydrates formed in CAC/OPC/C$ systems

Sulfate Source

anhydrite, gypsum, plaster

Baustoffdesign

• large field of stability

• calcium-alumino monosulfate is only metastable and forms only when the reaction is driven by the presence of an unstable anhydrous phase

Ettringite as part of a phase assemblage

Baustoffdesign

Eigenschaften des CAC - CS Modellsystems

Schnelles Abbinden wie in beschleunigten Portland Systemen mit folgenden zusätzlichen Eigenschaften :

Hohe Frühfestigkeit und rasche Festigkeitsentwicklung

Schnelles Trocknen

Schwindkompensation

Baustoffdesign

Basic Formulation for a Repair MortarSystem CAC - CS

Fondu Hemi Hydrate OPC

Max 75,00% 30,00% 0,00%

Min 49,00% 15,00% 35,00%

Binder CompositionWater / Solids 15,40%Water / Binder 35,70%

Silica sand 0.315 / 1 mm 18,70%Silica sand 1 / 4 mm 18,70%

Sodium Gluconate 0,10%Silca sand 0 / 0.315 mm 18,70%

Rapid Repair Mortar recipe

Binder 43,00%Lithium Carbonate 0,10%

Baustoffdesign

44,637,4

31,8 50,236,7

34,0

53,643,1

38,7

47,3

54,3

58,840,0

49,5

37,2

41,3

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

Plaster / CFL

Portland cement / ( Plaster + CFL )

44,637,4

31,8 50,236,7

34,0

53,643,1

38,7

47,3

54,3

58,840,0

49,5

37,2

41,3

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

Plaster / CFL

Portland cement / ( Plaster + CFL )

Strength for different Binder Compositions

Baustoffdesign

Influence of Lime Source

27,6

34,1

39,7 38,71,8

2,1

11,7

1,4

26,1

5,06,7

12,2

1,01,7

35,1

29,2

-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

0,045

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Plaster / Ternal RG

Hydrated lime / (Ternal RG +

Plaster )

27,6

34,1

39,7 38,71,8

2,1

11,7

1,4

26,1

5,06,7

12,2

1,01,7

35,1

29,2

-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

0,045

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

Plaster / Ternal RG

Hydrated lime / (Ternal RG +

Plaster )

Baustoffdesign

CA und CS Verbrauch für verschiedene CAC/CS/OPC Verhältnisse

104

130

138

164

186

95

28

7

96

27

19

-0,100,000,100,200,300,400,500,600,70

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70

%C$1/2H / %CAC

%O

PC /

( CA

C +

C$1

/2H

)

CA résiduelSemihydrate résiduel

Baustoffdesign

Ettringit- und Gibbsitbildung für verschiedene CAC/CS/OPC Verhältnisse

192

157

132

114

130

114

6,1

7,8

8,3

2,2

20,1

-0,100,000,100,200,300,400,500,600,70

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80%C$1/2H / %CAC

%O

PC /

( CA

C +

C$1

/2H

)

Pic(s) initial(aux) DSC:Ettringite + AH3 gel

Pic à environ 300°C: AH3 -gibbsite

Baustoffdesign

Shrinkage Kinetics in Self Levelers

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0

Joules / g or nb impulses / second

Com

pres

sive

Stre

ngth

, MPa

DSC: ettringite + amorphous phases

DRX: ettringite

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0

Joules / g or nb impulses / second

Com

pres

sive

Stre

ngth

, MPa

DSC: ettringite + amorphous phases

DRX: ettringite

Baustoffdesign

Festigkeitsentwicklung für CAC/CS/OPC

79,5

41,5

57,1

62,3621,9

43,2

36,8

53,15

72,45

72,80

60,8547,65

50,05

43,95

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

%C$1/2H / %CAC

%O

PC /

( CA

C +

C$1

/2H

)

RC 28 jours RC 3 mois

Baustoffdesign

Schwind/Quellverhalten als Funktion der CAC/CS/OPC Verhältnisse

-2-101234567

0 200 400 600 800 1000 1200 1400temps/min

mm/m

75%CAC / 25% C$ 75% CAC / 20% C$ / 5% OPC62,5% CAC / 25% C$ / 12,5% OPC 62,5% CAC / 15% C$ / 22,5% OPC50% CAC / 25% C$ / 25% OPC 50% CAC / 15% C$ / 35% OPC

Baustoffdesign

Längenänderung nach 24 Std für unter-schiedliche CAC/CS/OPC Verhältnisse

- 600- 1000- 1200

+ 5800

+ 1600

+ 1900

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60%C$1/2H / %CAC

%O

PC /

( CA

C +

C$1

/2H

) Retrait 24h,microns / mExpansion 24h,microns / m

Baustoffdesign

Funktion : Schwindkompensation

-3600

-2400

-1200

0

1200

0,01 0,1 1 10 100

Zeit (Tage)

Schw

inde

n/D

ehnu

ng (

µm/m

)

TZ/Halbhydrat/PZ

PZ/TZ/AnhydritPZ/TZ

-3600

-2400

-1200

0

1200

0,01 0,1 1 10 100

Zeit (Tage)

Schw

inde

n/D

ehnu

ng (

µm/m

)

TZ/Halbhydrat/PZ

PZ/TZ/AnhydritPZ/TZ

Baustoffdesign

-100

100

300

500

700

900

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Zeit (min)

Ausd

ehnu

ng (

µm/m

)

Schwindung/Dehnung

Kalorimetrie

I+II III

-100

100

300

500

700

900

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Zeit (min)

Ausd

ehnu

ng (

µm/m

)

Schwindung/Dehnung

Kalorimetrie

I+II III

-100

100

300

500

700

900

0 40 80 120 160 200

Zeit (min)-100

100

300

500

700

900

0 40 80 120 160 200

Zeit (min)

III

Lösungsphase

Schwindung und Hydratationfür ein Ettringitsystem

Baustoffdesign

Trocknungsschwinden und Bindemittel

1Tag 1 - 7

Tage 7 - 14Tage 14 - 28

Tage 28 - 90Tage

TZ/Halbhydrat/ PZ

PZ/TZ/ Anhydrit

PZ/TZ

PZ/TZ

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Schwindrate (µ/mTag)

Meßzeitraum

PZ/TZ/ Anhydrit

Baustoffdesign

Funktion : Schnelle Trocknung

0

4

8

12

16

20

0 8 16 24 32 40 48

Zeit (Stunden)

Feuc

hteg

ehal

t nac

h de

r CM

Met

hode

(%)

Keine Trocknung

Trocknung in 9 mm Schicht


PZ/TZ

TZ/Halbhydrat/PZ

0

4

8

12

16

20

0 8 16 24 32 40 48

Zeit (Stunden)

Feuc

hteg

ehal

t nac

h de

r CM

Met

hode

(%)

Keine Trocknung



PZ/TZ

TZ/Halbhydrat/PZ

Baustoffdesign

The action of Ettringite: Rapid drying through rapid crystallisation of hydrates

0

4

8

12

16

20

24

0 6 12 18 24 30 36 42 48time in hours

% o

f wat

er

0

4

8

12

16

20

24

0 6 12 18 24 30 36 42 48time in hours

% o

f wat

er

Evaporation / Absorption

Crystallised water

Residual moisture

CAC Based self leveller3 mm thickness

OPC CAC CaSO45 % 20 % 7-8 %

CAC Based self leveller3 mm thickness

OPC CAC CaSO45 % 20 % 7-8 %

Time saving

Baustoffdesign

Performance in the CAC - CS - OPC commercial product systems

Self Levelers with rapid drying and also :

High early strength and fast strength development

Shrinkage compensation

Baustoffdesign

Example of self levelers

Laboratory SLU (3% Resin)

20°C - 70%HR 20°C - 50%HRunder water after 7 days at

20°C - 70%HR

time Compressive Strength

Size variations Compressive Strength


Size variations

1 day 20,1 780 18 580 - -7 days 28,2 580 - - 28,2 580

28 days 30,2 420 36,8 -77 27,9 56742 days 31 370 - - - -

3 months 36 287 38,5 -107 36,5 5876 months 28,8 240 32,5 -100 - -

1 year 27,3 230 34,3 -100 43 - 2 years 25,4 230 - - - -

Laboratory SLU w/o Resin

20°C - 70%HRunder water after 7 days at

20°C - 70%HR

time Compressive Strength


Size variations

1 day 26,5 333 - -7 days 38,4 -33 38,4 -33

28 days 29,5 -177 34,2 26742 days 21 -220 - -

3 months 15,8 -293 41,5 2936 months - -520 - -

1 year 13,3 -620 38,7 -

2 years 12,6 -620 - -

Baustoffdesign

Untersuchungen an einer Ettringit-Spachtelmasse

Baustoffdesign

Karbonatisierungsfortschritt in einem Ettringit System

Baustoffdesign

Porengrössenverteilung für ein Ettringit System nach unterschiedlicher Lagerung

Baustoffdesign

Stabilität eines komplexen Ettringit Systems mit Zusatzmittel und Polymer

Baustoffdesign

Stabilität eines Ettringitsystems ohne Kunst-stoff aber niedrigem Wasseranspruch

Strength evolution of a Rapid mortar

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6 8 10 12 14Time (months)

20°C-50%HR 20°C-95%HR

Under water Outside

Cycles

Baustoffdesign

Evolution of hydrated phases in Rapid Repair Mortar n°1,

under water at 20°C

Repair mortars: material stability despite phase transformation

Baustoffdesign

Evolution of hydrated phases in Rapid Repair Mortar n°120°C - 50%HR

Some examples


Baustoffdesign

Evolution of hydrated phases in Rapid Repair Mortar n°1, Thermal cycles


Baustoffdesign I 3 Bindem Ettringit.ppt...

Documents

Transcript of Baustoffdesign I 3 Bindem Ettringit.ppt...