Pigment tlenku żelaza i hydratacja cementu: wpływ na czas wiązania i wytrzymałość

W skrócie: Pigment tlenku żelaza to drobny proszek, a drobne proszki konkurują z wszystkimi innymi składnikami mieszanki betonowej o wodę i dodatki. W większości zakładów wpływ na czas wiązania oraz wytrzymałość po 28 dniach jest niewielki i błędnie przypisywany pigmentowi, podczas gdy prawdziwa przyczyna leży gdzie indziej. Przygotuj jedną mieszankę kontrolną i jedną barwną, używając tego samego cementu, tej samej stosunku woda/cement oraz tych samych warunków dojrzewania, a następnie porównaj czas wiązania i wyniki próbek sześciennych. Ta jedna para mieszanki odpowiada na pytanie, które naprawdę zadaje klient.

Zakład betonowy zmienia kolor w piątek, a próbki sześcienne dają niskie wyniki we wtorek. Najpierw oskarża się pigment, ponieważ jest jedynym elementem, który widocznie się zmienił. Czasem to uzasadnione. Często jednak nie jest.

To właśnie tak wygląda proces mieszania po dodaniu barwnika.

Pigment stanowi drugi proszek w przepełnionym układzie

Ziarno cementu ulega hydratacji i w tym procesie pochłania wodę oraz wydziela ciepło. Tlenek żelaza(III) (Fe2O3) nie ulega ani hydratacji, ani wydzielaniu ciepła. Jest chemicznie obojętny w układzie cementu portlandzkiego, dlatego jego barwa utrzymuje się przez dziesięciolecia.

To, co faktycznie wprowadza, to powierzchnia. Pigment w typowej dawce stosowanej do betonu barwionego całkowicie zawiera dużą liczbę bardzo drobnych cząstek. Te cząstki mają tendencję do pochłaniania wody – i to właśnie w momencie, gdy mieszanka nadal jest plastyczna. Skutkiem jest zwykle niewielki wzrost zapotrzebowania na wodę oraz mieszanka o większej sztywności przy tej samej osiadłości.

Istnieje drugi efekt, który często zaskakuje zakłady betonowe. Drobnopowierzchniowe cząstki pigmentu mogą pochłonąć część dodatku powietrzującego lub redukującego ilość wody jeszcze przed dotarciem go do cementu. Dawkę podaną na karcie wsadu nadal znajdziemy w bębnie – ale jej skuteczność jest mniejsza.

Pierwszym objawem jest zmiana czasu wiązania

Ustawienie to zdarzenie cieplne i chemiczne. Trykalcykowy krzemian wapnia (C3S, główna faza nadająca wytrzymałość cementowi portlandzkiemu) rozpoczyna reakcję, a zaprawa staje się sztywna. Wszelkie czynniki spowalniające dostęp wody do ziaren cementu przesuwają tę krzywą w prawo.

W praktyce barwiona mieszanka często ustawia się nieco później niż mieszanka kontrolna. Opóźnienie o dziesięć lub dwadzieścia minut jest powszechne i zwykle niegroźne. Istotne jest, czy przesunięcie jest spójne oraz czy zmienia się ono wraz ze wzrostem dawki pigmentu.

Rozstrzyga to dwie metody. Igła Vicata (ASTM C191, test penetracji na zaprawie) daje w laboratorium jednoznaczną liczbę. Metoda oporu penetracji (ASTM C403, sonda wciskana w przesiewaną zaprawę) lepiej sprawdza się w rzeczywistej mieszance zawierającej kruszywo. Każda z tych metod, wykonana zarówno na próbce kontrolnej, jak i na barwionej próbce pochodzącej z tej samej partii cementu, wskazuje wielkość przesunięcia.

Oddzielenie pigmentu od wszystkiego innego

Utrata wytrzymałości ma wiele przyczyn. Wahań partii cementu, wilgotności kruszywa, tolerancji dawkowania, dojrzewania oraz temperatury układania betonu – wszystkie te czynniki wpływają na wynik. Jeśli zmienisz jednocześnie pigment i skład mieszanki, nic nie dowiesz się o wpływie pigmentu.

Zachowaj uczciwość prób kontrolnych. Ten sam zbiornik cementu, ta sama sterta kruszywa, ten sam stosunek wody do cementu (w/c, masa wody podzielona przez masę cementu), ta sama partia dodatków. Zmień wyłącznie pigment. Wykonaj walce z obu mieszanki, dojrzewaj je obok siebie i badaj wytrzymałość po 7 i 28 dniach zgodnie z normą ASTM C39.

Jeśli mieszanka z pigmentem osiąga niższą wytrzymałość niż próbka kontrolna zarówno po 7, jak i po 28 dniach, a różnica się powiększa, to efekt jest rzeczywisty i pierwszym czynnikiem do sprawdzenia jest dawka pigmentu. Jeśli wyniki obu próbek mieszczą się w granicach naturalnego rozrzutu Twoich własnych badań, pigment nie jest przyczyną problemu – należy wtedy zbadać proces dojrzewania i wilgotność.

Bądź też szczery co do rozrzutu. Dwa cylindry nie stanowią dowodu. Zakłady betonowe, które dyskutują o pół megapaskala przy pojedynczych kostkach, zazwyczaj dyskutują o szumie.

Trzy rzeczy, które są ważniejsze niż kolor

Dawkowanie pigmentu według masy, a nie łyżką. Pigment zważony z dokładnością do kilograma w partii o objętości 2 metrów sześciennych jest w porządku. Pigment dodawany łopatą nie jest – a różnice w kolorze, które się pojawiają, są zwykle błędnie przypisywane dostawcy.

Czas dyspersji. Pigment wprowadzony na końcu cyklu i opróżniony trzydzieści sekund później nigdy się nie rozprasza prawidłowo. Powstają smugi, a mieszanka zachowuje się inaczej niż ta przetestowana w laboratorium. Zapewnij pełny czas mieszania i obserwuj proces opróżniania.

Zawsze utrzymuj odpowiednie warunki dojrzewania. Betony barwione ocenia się po powierzchni, a właśnie na powierzchni najpierw widać efekty dojrzewania. Płyta barwiona, która wysycha zbyt wcześnie, wygląda plamisto i jest błędnie interpretowana jako wada pigmentu. Zazwyczaj takiej wady nie ma.

Miejsce, w którym zakład popełnia błąd, to niemal zawsze właśnie tutaj – w tych trzech punktach – a nie w bębnie z pigmentem.

Badanie, które odpowiada na pytanie w jednym pomiarze.

1. Użyj numeru partii cementu, który rzeczywiście będzie używany w produkcji, i zachowaj mieszanki kontrolną oraz badawczą na tej samej partii.
2. Zdefiniuj stosunek woda-cement oraz dawkę dodatku chemicznego na papierze przed rozpoczęciem pracy i zapisz docelową wartość osiadania.
3. Przygotuj mieszankę kontrolną bez pigmentu. Wylej próbki w cylindrach i wykonaj pomiar czasu zaczynania wiązania metodą Vicata lub metodą wgłębiania.
4. Przygotuj mieszaninę z pigmentem w dawce produkcyjnej. Użyj tego samego cementu, tych samych kruszyw oraz tego samego stosunku woda-cement. Wylej próbki w cylindrach i wykonaj pomiar tak samo jak wcześniej.
5. Zanotuj wartość osiadania dla obu mieszanek. Jeśli zapotrzebowanie na wodę się zmieniło, zapisz, o ile zmieniła się ilość wody lub dodatku chemicznego potrzebna do przywrócenia docelowej wartości osiadania.
6. Rozbij próbki w cylindrach po 7 i 28 dniach. Wyniki przechowuj razem z dokumentacją partii, a nie w czyimś osobistym notatniku.
7. Jeśli w produkcji stosuje się więcej niż jedną dawkę pigmentu, powtórz badanie dla najwyższej dawki z zakresu. Efekt jest zależny od dawki.
8. Zachowaj próbę partii pigmentu (zatwierdzoną próbkę przechowywaną do porównania) razem z próbą partii cementu, aby w przyszłym roku mieć dowody w przypadku sporu.

Co dostawca pigmentu jest wobec Ciebie winien

Dostawca pigmentu nie może powiedzieć Ci, jak jego produkt zachowuje się w Twoim mieszaczu. Może poinformować Cię, z czego się składa, oraz zapewnić tę samą partię produktu w kolejnych zamówieniach, dzięki czemu Twoje testy pozostają wiarygodne.

Produkujemy pigmenty tlenkowe żelaza od 26 lat, wytwarzając odcienie czerwone (Fe2O3), żółte (α-FeOOH), czarne (Fe3O4), brązowe oraz złożone odcienie zielone i niebieskie przeznaczone dla betonu, zaprawy, asfaltu, powłok, tworzyw sztucznych i gumy. Minimalna wielkość zamówienia wynosi 1 tonę (1000 kg); próbki do testów można pobrać z tej samej partii produkcyjnej, do której odnosi się oferta, wraz z numerem partii i certyfikatem analizy.

Jeśli próbujesz osiągnąć określoną czasową lub wytrzymałościową wartość dla barwionej mieszanki, prześlij nam projekt mieszanki oraz partię cementu, którą aktualnie stosujesz. Dostosujemy partię pigmentu do tej mieszanki, aby jedyną zmienną w Twoim teście była ta, którą zamierzałeś badać.

Kontakt: [email protected] | +86-13400211655