VYUŽITÍ KALORIMETRIE K POPISU VYUŽITÍ KALORIMETRIE K POPISU HYDRATAČNÍCH PROCESŮ HYDRATAČNÍCH PROCESŮ

NĚKTERÝCH STAVEBNÍCH HMOTNĚKTERÝCH STAVEBNÍCH HMOT

Vratislav Tydlitát,Vratislav Tydlitát,

Pavel Tesárek, Robert ČernýPavel Tesárek, Robert Černý

ČVUT v Praze, Stavební fakultaČVUT v Praze, Stavební fakulta

ÚvodÚvod•• Proces tvorby tuhých látek Proces tvorby tuhých látek → → Chemické Chemické reakce reakce spojené s vytvářením spojené s vytvářením pevných struktur pevných struktur stavebních konstrukcí jsou reakce stavebních konstrukcí jsou reakce

anorganických maltovin s vodouanorganických maltovin s vodou

•• Výroba prefabrikátů – (za zvýšené teploty)Výroba prefabrikátů – (za zvýšené teploty)

- vývoj hydratačního tepla - vývoj hydratačního tepla

- rychlost růstu mechanických pevností - rychlost růstu mechanických pevností materiálů v tlaku a v tahu za ohybu materiálů v tlaku a v tahu za ohybu

roste s roste s teplotou teplotou

Kontrola výrobyKontrola výrobyJe účelné znát hydratační tepla: Je účelné znát hydratační tepla:

Sádrové výrobky 80-140 kJ/kg, doba tuhnutí cca Sádrové výrobky 80-140 kJ/kg, doba tuhnutí cca hodina hodina

Beton v masivní konstrukciBeton v masivní konstrukci

- (400 kg/m- (400 kg/m33 cementu) až 300 kJ/kg, zvýšení cementu) až 300 kJ/kg, zvýšení teploty teploty za 1 den až o 20 K (tj. na 45 °C)za 1 den až o 20 K (tj. na 45 °C)

- možnost vzniku trhlin - možnost vzniku trhlin

Významná je absolutní hodnota hydratačního Významná je absolutní hodnota hydratačního tepla tepla

a rychlost hydratační reakcea rychlost hydratační reakce

Nehašené vápno (CaO) 1705 kJ/kgNehašené vápno (CaO) 1705 kJ/kg

Vysokopevnostní cementy s amorfním SiOVysokopevnostní cementy s amorfním SiO22 a a

metakaolinemmetakaolinem

Rozpouštěcí kalorimetrie ČSN 72 2118 od 1989Rozpouštěcí kalorimetrie ČSN 72 2118 od 1989

Langevandtův semiadiabatický kalorimetr (1933)Langevandtův semiadiabatický kalorimetr (1933)

• • měří měří vzrůst teploty hydratující betonové vzrůst teploty hydratující betonové směsi směsi

Modernější typ SAK 02 (až 6 současných měření)Modernější typ SAK 02 (až 6 současných měření)

•• velké nároky na stabilitu teploty laboratoře velké nároky na stabilitu teploty laboratoře

• • měří pouze zvýšení teploty, diferenčněměří pouze zvýšení teploty, diferenčně

• • několika měsíční kalibrace několika měsíční kalibrace

• • výpočet hydrat. tepla podle měrných tepel výpočet hydrat. tepla podle měrných tepel složek složek podle podle EN 169-9EN 169-9

((Prüfverfahren für Zement - Teil 9:Prüfverfahren für Zement - Teil 9: Hydratatinswärme - Hydratatinswärme - Teiadiabatisches VerfahrenTeiadiabatisches Verfahren, 2004), 2004)

Stanovení hydratačních tepelStanovení hydratačních tepel

SAK 02 (pro jediný kanál)SAK 02 (pro jediný kanál)

Calvet (pracoviště ČSAV v ČR) (1956)Calvet (pracoviště ČSAV v ČR) (1956)

• • náročný na obsluhu a vysoká cenanáročný na obsluhu a vysoká cena

Mčedlow – Pertossjan a kol. (1969)Mčedlow – Pertossjan a kol. (1969)

•• termosloupy – měď/konstantanové termosloupy – měď/konstantanové termočlánky termočlánky

•• 2 členy – měření tepelného toku diferenčně 2 členy – měření tepelného toku diferenčně

Oliew a Winker (1981) Oliew a Winker (1981)

• • kalorimetr tepelného toku, diferenční kalorimetr tepelného toku, diferenční

Kalorimetry tepelného toku Kalorimetry tepelného toku

Tydlitát, Šefc, DoktorTydlitát, Šefc, Doktor – 1985, kalorimetr cementů – 1985, kalorimetr cementů KC 01KC 01

• • hydratační tepla a průběh vývoje hydratační tepla a průběh vývoje hydratačního hydratačního tepla portlandských a tepla portlandských a směsných cementů směsných cementů

• • teplota měření 25 - 40 °Cteplota měření 25 - 40 °C

• • nízká teplotní setrvačnost nízká teplotní setrvačnost

Termosloupová čidla tepelného tokuTermosloupová čidla tepelného toku

Kalorimetr KC Kalorimetr KC 0101

Navážka a dávkování vodyNavážka a dávkování vody - 1-2 g cementu v měděné nádobce na - 1-2 g cementu v měděné nádobce na

vzorek vzorek

- pro měření byl používán vodní - pro měření byl používán vodní součinitel 1 součinitel 1

TAM Air – TAM Air –

osmikanálový kalorimetr tepelného tokuosmikanálový kalorimetr tepelného toku

Parametry kalorimetru TAM Air /16/Parametry kalorimetru TAM Air /16/Počet kanálůPočet kanálů 88Teplota měření Teplota měření 5/15 – 90 °C5/15 – 90 °CTermostat vzduchu +/-0,02 °CTermostat vzduchu +/-0,02 °CCitlivostCitlivost 4 4 WWPřesnost +/-20 Přesnost +/-20 WWBěhem 24 hodinBěhem 24 hodinDriftDrift <40 <40 WWOdchylka <+/-10 Odchylka <+/-10 WWChyba Chyba < +/-23 < +/-23 WWPožadovaná stabilita teploty laboratoře +/- 1 °CPožadovaná stabilita teploty laboratoře +/- 1 °C

TAM Air – detailyTAM Air – detaily

TAM Air – popis funkceTAM Air – popis funkce

osmikanálový kal. blok osmikanálový kal. blok vnitřní komora – nerezvnitřní komora – nerez

snímač dat s pamětí snímač dat s pamětí teplotní regulaceteplotní regulace

hliníková podpěrná deska hliníková podpěrná deska ventilátor ventilátor

teplota regulovaná Peltierovými články teplota regulovaná Peltierovými články vnější izolovaný plášťvnější izolovaný plášť

TAM Air – kalorimetrické dvojčeTAM Air – kalorimetrické dvojče

zátka – odběr tepelného toku zátka – odběr tepelného toku druhotný odběr. tep. toku druhotný odběr. tep. toku

referenční vzorek B referenční vzorek B měřený vzorek Aměřený vzorek A

kalibrační topné tělesokalibrační topné tělesoprimární odběr teplaprimární odběr tepla

Seebeckovy snímače tepelného toku Seebeckovy snímače tepelného toku

TAM Air – směšovací ampule TAM Air – směšovací ampule

Pro cement s vodou Pro cement s vodou – – ruční míchání ruční míchání

Pro kapalné systémy Pro kapalné systémy – – motorové míchání motorové míchání

V ampuli cement a ve stříkačkách V ampuli cement a ve stříkačkách voda se vytemperují a následně se smíchají voda se vytemperují a následně se smíchají

TAM Air – příprava vzorkuTAM Air – příprava vzorku cementucementu

•• Externí míchání 3 minutyExterní míchání 3 minuty

•• v/c = 0,4 (25 g cement a 10 g Hv/c = 0,4 (25 g cement a 10 g H22O) O)

•• Injekční stříkačka Injekční stříkačka

•• Uzavřené 20 ml skleněné ampule Uzavřené 20 ml skleněné ampule – – pasta 4 až 6 g (vzorek A) pasta 4 až 6 g (vzorek A)

•• Porovnávací ampule 4 až 6 g HPorovnávací ampule 4 až 6 g H22O (vzorek B)O (vzorek B)

•• Oba vzorky připraveny těsně po sobě a poté vloženy Oba vzorky připraveny těsně po sobě a poté vloženy současně do kalorimetrusoučasně do kalorimetru

•• Teplota měření 20 Teplota měření 20 ±± 0,1 °C 0,1 °C

• • normové metody měření hydratačního tepla normové metody měření hydratačního tepla zaostávají za současnými požadavky zaostávají za současnými požadavky

výzkumuvýzkumu

•• měření hydratace sádrových pojiv není měření hydratace sádrových pojiv není normovánonormováno

• • užívá se precizní izotermická kalorimetrie užívá se precizní izotermická kalorimetrie

• • možnosti nových přístrojů otevírají široké možnosti nových přístrojů otevírají široké pole pole dalšího poznání průběhů dalšího poznání průběhů hydratačních procesů hydratačních procesů

Závěr Závěr

Předložená práce byla vytvořena za podporyPředložená práce byla vytvořena za podporygrantu MPO ČR FT-TA3/005.grantu MPO ČR FT-TA3/005.