Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Monosulfoaluminate“

Fluoride-containing alkali-free setting accelerators are a common type of admixture used in tunnel shotcrete but few studies in the literature focus on the effect of their fluoride compounds on the setting and hardening properties of accelerated cement paste under low environment temperatures. Tunnel shotcrete in cold regions or winter construction periods would be obviously influenced by low environment temperatures, especially for its fast setting and quick support applications. The objective of this work is to evaluate the early age hydration behavior of different accelerated cement pastes under 20 °C and 5 °C environment temperatures. In this study, setting time measurement, early age strength development, hydration ion leaching concentration, isothermal calorimetry, X-ray diffraction, and ESEM were performed on cement systems prepared with a non-fluoride alkali-free accelerator (aluminum sulfate solution with over 60% solid content) and a designed fluoride-containing alkali-free setting accelerator (aluminum sulfate and fluoride compound). The results showed that the fluorides obtained in alkali-free accelerators promote C3S dissolution and massive ettringite needles together with monosulfoaluminate (AFm) hydrate formation, thus leading to a quicker setting effect and low sensitivity to low environment temperatures than in non- fluoride groups. However, the rate of mechanical strength development of cement pastes hydrated within 24 h was decreased obviously when fluorine-containing alkali-free accelerator was used. This phenomenon is mainly related to the crystallization of thin-plate shape calcium fluoride (CaF2) formations and promoted conversion of ettringite to monosulfoaluminate hydrate in the accelerating period, thus weakening the denseness of C-S-H gel and inhibiting alite further hydration.

The concentrations of Ca, Al, Si, Na, K, SO42- and pH value in the pore solution of Portland cement were measured during the first 28 days of hydration at room temperature. A thermodynamic analysis of the elemental concentrations was used to predict saturation indices of various solid phases known to form in normal cement system. During the first 4 h the composition of pore solution is dominated by K+, Na+, SO42-and OH-. Large and rapid changes in the concentrations of Ca2+, SO42- and hydroxyl occurred between 4 h and 24 h, and thereafter the pore solution is essentially one of alkali hydroxides. Portlandite and calcium monosulfoaluminate was slightly supersaturated after the first few hours. Saturation indices calculations for ettringite and C-S-H indicate the high levels of supersaturation until 28 days.

AbstractWhen exposed to aggressive environments containing chlorides, the chlorine ion partially binds to the usual Portland cement mortar and changes its mineralogy. Chlorine ions entering the system displace sulfate from the monosulfoaluminate. Such systems form Kusel's salt at low chloride concentrations and Friedel's salt at higher concentrations. Unbound chloride ions remain dangerous for reinforcing steel, which diffuse deep into the concrete and destroy the passivating layer on the reinforcement. To assess the protective properties of concrete in relation to metal reinforcement, it is proposed to investigate the process of displacement of the diffusion front in cement composites of various compositions. It is also important to study changes in such characteristics as porosity and filtration properties, which significantly affect the penetration depth of an aggressive medium. The study of the structure, mineral and chemical composition is carried out in layers.

Eggshells are one of the solid wastes in the world and are considered hazardous according to European Commission regulations. The utilization of solid wastes, like eggshells, will help create a sustainable environment by minimizing the solid wastes that are disposed into the environment. The utilization of eggshell powder in cement also helps to reduce the carbon dioxide emissions from cement factories by reducing clinker production. In this study, the effect of eggshell powder on the hydration of cement products was investigated using X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), and scanning electron microscopy (SEM). Pastes were made with 10% and 20% eggshell powder and examined for 1, 14, and 28 days of hydration. The addition of eggshell powder transformed ettringite to monosulfoaluminate and to monocarboaluminate. In 20% eggshell powder, the formation of monocarboaluminate was detected in the early stages and accelerated the hydration reaction. The CaCO3 from the eggshells reacted with the C3A and changed the hydration products of the pastes. The addition of eggshell powder provided nucleation sites in the hydration products and accelerated cement hydration.

Le ciment Portland ordinaire (OPC) est un ciment communément employé dans la construction. Bien qu'il présente plusieurs avantages, sa production émet une quantité considérable de CO₂ dans l'air. Le ciment sulfoalumineux (CSA) est l'une des alternatives à plus faible impact environnemental proposées. En comparaison au clinker de l'OPC, la température nécessaire pour la fabrication du clinker de CSA ainsi que le taux d'émission de CO₂ sont réduits. Le CSA est caractérisé par un faible retrait et une montée en résistance rapide. Comme pour le ciment Portland, la durabilité d'un béton armé à base de ciment sulfoalumineux peut être affectée par la carbonatation. Cette réaction qui est l'une des causes majeures de la corrosion des armatures, est un des phénomènes étudiés en vue de prédire la durée de vie d'un ouvrage en béton armé. Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour la caractérisation de la carbonatation des matériaux cimentaires, par exemple : la diffraction des rayons X, l'analyse thermogravimétrique, et le test de pulvérisation de la phénolphtaléine. Cependant, ces techniques peuvent parfois être destructives et certaines d'entre elles ne permettent pas de réaliser des mesures in situ. L'objectif de cette thèse est d'étudier la carbonatation du ciment Portland et du ciment sulfoalumineux avec une technique non conventionnelle en génie civil, la spectrométrie Raman. Il s'agit d'une technique de caractérisation moléculaire, non destructive, adaptée aux analyses in situ et permettant un suivi dans le temps des phénomènes de dégradation des matériaux cimentaires. En faisant la comparaison avec les approches conventionnelles, cette technique a été appliquée à l'étude des pâtes de ces ciments et de certaines phases cimentaires, au cours de leur carbonatation, en utilisant des dispositifs qui ont permis un suivi au cœur du matériau, de manière in situ et non destructive. Il a été possible, grâce à cette approche, de détecter le début de carbonatation, à une profondeur donnée du matériau, et quelques modifications minéralogiques associées. Il a également été possible de mesurer expérimentalement la cinétique de cette réaction dans le cas des ciments sulfoalumineux
Portland cement is a commonly used cement in construction. Despite its advantages, its production releases high amounts of CO₂. To reduce the environmental impact of this material, many solutions were proposed. Among these, calcium sulfoaluminate (CSA) cement. It can be considered as a sustainable alternative to the ordinary Portland cement (OPC), as CSA clinker production requires a lower firing temperature and produces less CO₂ than the OPC clinker. As with OPC, CSA cement is also concerned by carbonation. This reaction, which is one of the major causes of reinforcement corrosion, is one of the phenomena studied in order to predict the service life of a reinforced concrete structure. Many techniques can be used for the characterisation of cementitious materials carbonation, such as X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, and measurement of carbonation depth using phenolphthalein indicator. However, these techniques can sometimes be destructive and some of them cannot be used for in situ measurements. The aim of this work is to study the carbonation of OPC and CSA cements by means of Raman spectroscopy, which is an unconventional technique in civil engineering. This is a non-destructive molecular characterisation technique, suitable for in situ measurements, and allowing the monitoring of reactions over time. This technique was used for the study of pastes made of these cements and pastes made of some cementitious phases, during their carbonation, using devices that allowed in situ and non-destructive monitoring of the core of the material. Thanks to this approach, the detection of the beginning of carbonation at a given depth of the material as well as some corresponding mineralogical changes was possible. It was also possible to measure the kinetic of this reaction experimentally, in the case of calcium sulfoaluminate cements. Results were compared to those obtained by conventional approaches

Ce travail est une contribution à la compréhension des processus d'altération de matériaux cimentaires par des eaux de pluie et des eaux sulfatées. Il est le fruit d'une collaboration entre géochimistes et cimentiers, les bétons pouvant être considérés comme des roches. Pour les eaux de pluie, les conditions envisagées en laboratoire ont été l'altération par de l'eau sous atmosphère inerte, sous atmosphère carbonatée et de l'eau acidifiée à pH égal à 4. Les échantillons testés ont été des pâtes, des mortiers et un béton à ultra hautes performances. Concernant les eaux sulfatées, des échantillons de mortier à base de ciment Portland ordinaire et de ciment Portland résistant aux sulfates ont été immergés dans une solution de Na₂SO₄ dissous. Les zonations chimiques et minéralogiques survenues dans les échantillons altérés ont été étudiées par microscopie électronique à balayage, diffraction aux rayons X et microsonde électronique. Pour comprendre l'origine des modifications survenues dans les échantillons près expérience, nous avons adopté une approche thermodynamique à l'équilibre. Le système chimique exploré a été le système CaO-SiO₂-Al₂O₃-SO₃-CO₂-H₂O à 25°C sous une atmosphère. D'après nos résultats expérimentaux, les constituants CaO, SO₃ et CO₂ se sont comportés comme en système ouvert, et SiO₂ et Al₂O₃ comme en système fermé. Des diagrammes de phases en potentiels chimiques ont été construits avec le logiciel "Zen+K" basé sur la minimisation de l'enthalpie libre de Gibbs. Pour chaque condition d'altération expérimentée, nous proposons un cheminement dans les diagrammes permettant de retrouver les zonations. Ces cheminements sont compatibles avec des modèles existants. De plus, ils montrent l'influence de l'activité de l'eau sur la présence du monosulfoaluminate de calcium. Enfin, ce travail a validé une démarche analytique et thermodynamique applicables à des conditions d'altération plus complexes.