Korai beton műtárgyak anyagának vizsgálata és környezeti ásványtani értékelése Subosits Judit Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Ásványtani Tanszék 2010 Témavezető: dr. Weiszburg Tamás
Vázlat Bevezetés, célkitűzés A beton A cement Átalakulások a megszilárdult betonban Elvégzett vizsgálatok, ezek eredményei Következtetések, összefoglalás
Bevezetés, célkitűzés beton: az ember környezetének egyre fontosabb része, mesterségesen előállított kőzetként fogható fel régi építkezések: nem voltak a maiakhoz hasonló szabványok vizsgálat környezeti időskálán milyen folyamatok mentek végbe
A beton A beton alapanyagai: adalékanyag: kavics, homok stb. kötőanyag: cement keverővíz adalékszerek: a beton tulajdonságait javítják Magyar Betonszövetség www.beton.hu
A cement hidraulikus kötőanyag: víz alatt és levegőn is szilárdul, ezután vízben nem oldódik XIX-XX. században használt hidraulikus kötőanyagok: románcement portlandcement
A cementgyártás legfontosabb alapanyagai mészkő agyag vagy márga kötésszabályozó gipszkő Lábatlani Cementgyár, Hesz Nóra felvétele
A cementgyártás technológiája Koltai et al., 2008
Klinkerásványok 1450 C körül jönnek létre (zsugorodási hőmérséklet) trikalcium-szilikát (alit, C 3 S): 37 60 m/m% dikalcium-szilikát (belit, C 2 S): 15 37 m/m% tetrakalcium-aluminát-ferrit (C 4 AF, brownmillerit): 10 18 m/m% trikalcium-aluminát (C 3 A): 7 15 m/m%
A portlandcement kötése, szilárdulása cement + víz a klinkerszemcsék hidratálódnak, a szemcse felületétől a közepe felé haladva gélréteg alakul ki, ebből válnak ki a szilárdulás során a kristályos hidráttermékek cementkő vázszerkezete létrejött termékek: kalcium-szilikát-hidrátok (CSH-k) kalcium-hidroxid (portlandit) trikalcium-aluminátból kötésszabályozó gipszkő jelenlétében ettringit és monoszulfát (kalciumaluminát-szulfát-hidrátok), ill. kalcium-aluminát- (ferrit-)hidrátok
Betonkorrózió A megszilárdult betonban történő káros változások A típusú korrózió: lágy víz, sóoldatok hatására a beton stabilitása lecsökken B típusú korrózió: savak, lúgok hatására C típusú korrózió: a hatóanyagok térfogatnövekedéssel járó vegyületeket hoznak létre szulfátkorrózió másodlagos ettringitképződés taumazit-szulfátkorrózió (taumazit: CaCO 3 CaO SiO 2 CaSO 4 15H 2 O) oldatból vegyület kikristályosodása a beton pórusaiban D típusú korrózió: szerves vegyületek hatására
Egyéb átalakulások a betonban karbonátosodás: levegő CO 2 -ja reagál a Ca(OH) 2 -dal ph csökken acélbetét korróziója mészduzzadás: cementben lévő szabad CaO magnéziaduzzadás: szabad MgO (periklász) alkáliduzzadás: alkálifémek hatására
Vizsgálati módszerek, mintavételi pontok környezeti ásványtani módszerek: röntgenpordiffrakció és pásztázó elektronmikroszkópia mintavételi pontok: Fővárosi Vízművek bújtatóalagútja Budai Főgyűjtőcsatorna elődjének egy része Közraktárak Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Üllői úti épületegyüttese XIX.-XX. század fordulója körül épültek Google Earth
Gyűjtőcsatorna minták
Gyűjtőcsatorna röntgen-pordiffrakció eredménye: kvarc, kalcit, dolomit, földpátok, csillám, klorit, egyes mintákban amfibol, F7 -ben vaterit (CaCO 3 hex ) a vateriten, kalciton kívüli ásványok csak az adalékanyagból származhatnak SEM eredménye: (vékonycsiszolatok) ezeken kívül CSH-k, brownmillerit a dolomitszemcsék átalakulása karbonátosodás
F2 minta F4 minta F7 minta, brownmillerit átalakulása
Bújtató 9 fúrómag röntgen-pordiffrakció eredménye: itt is kvarc, kalcit, földpátok, dolomit, csillám, klorit jelent meg a legtöbb mintában + vaterit, ettringit, gipsz, brownmillerit 19,2/A jelű minta kék részében portlandit is 23,6/A jelű mintában kohósalak, itt mullit is SEM eredménye: 19,2/A-ban ettringit üregkitöltő, CSH is megjelent 23,6/A-ban a kohósalak üregeiben ettringit, trikalciumaluminát, CSH
23,6/A 23,6/A minta, 19,2/A minta, ettringit minta trikalcium-aluminát
Közraktárak röntgen-pordiffrakció: három betonminta, kvarc, kalcit, földpátok, csillám mindháromban KR1 -ben portlandit, dolomit, ettringit, gipsz KR2 -ben brownmillerit, klorit KR3 -ban duzzadó agyagásvány SEM: KR3 kötőanyaga kalcitos + CSH-k
Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Üllői úti épülete 3 betonminta és egy fa-cement kompozit röntgen-pordiffrakció és SEM eredményei: betonmintákban kvarc, kalcit, földpátok, csillám ZR1 -ben portlandit is, vakolata gipszben, kalcitban, dolomitban és talkban gazdag ZR2 -ben és ZR3 -ban dolomit és gipsz is fa-cement kompozitban kalcit, C 2 S, C 3 S, kvarc, vaterit, brownmillerit
ZR4 minta, fa-cement kompozit
Eredmények összefoglalása, következtetések I. klinkerásványok közül csak a brownmillerit jelent meg a betonokban a röntgenpordiffrakciós vizsgálatban, a kalciumszilikátok átalakulása megtörtént vaterit alakult ki a betonok többségében kalcium-szilikát-hidrátokat a SEM módszerével azonosítottunk adalékanyag-szemcsék a dolomiton kívül nem károsodtak (SEM) dolomit degradációja szilárdságcsökkenés
Eredmények összefoglalása, következtetések II. brownmillerit átalakulása nem mindenhol jutott el a szemcse belsejéig (SEM) karbonátosodásra láttunk példát (SEM) portlandit csak néhány mintában vagy a víz oldotta ki, vagy a karbonátosodás során alakult át ettringit: valószínűleg másodlagosan alakult ki üregkitöltő, de itt nem repeszti a betont (SEM)
Köszönöm megtisztelő figyelmüket! www.flickr.com Speck in Time