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Il Cemento, 89, 4, pp. 195-208, 1992-10
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Influenza delle soluzioni di cloruro di sodio e di cloruro di magnesio
sulla durabilita delle malte contenenti carbonato di calcio : Influence of
magnesium and sodium chloride solutions on durability of mortar
containing calcium carbonate
Feldman, R. F.; Ramachandran, V. S.; Beaudoin, J. J.
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Influence of magnesium and
sodium chloride solutions on
durability of mortar containing
calcium carbonate
Feldman, R.F.; Ramachandran, V.S.; Beaudoin, J.J.
NRCC-35974
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Il Cemento, 89(4), pp. 195-208, October-92The material in this document is covered by the provisions of the Copyright Act, by Canadian laws, policies, regulations and international agreements. Such provisions serve to identify the information source and, in specific instances, to prohibit reproduction of materials without written permission. For more information visit http://laws.justice.gc.ca/en/showtdm/cs/C-42
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1. INTRODUZIONE
II calcare ad elevato tenore in calcio
e
largamente usato nella tecnologia del calcestruzzo.E
un ingrediente essenziale nella produzione del clinker di cemento. Viene anche usato come aggregato, sia fine che grossolano, nel calcestruzzo. Sono stati fatti dei tentativi per cercare di sostituire nei cementi, in par-te o in toto, il gesso col carbonato di calcio. II carbonato di calcio finemente macinato puo essere aggiunto in quantitil limitata al cemento portland. La normativa canadese CSA CAN3 - A.5.M83, ad esempio, consente un'aggiunta fino al 50Jo di carbonato di calcio nel cemento portland normale Tipo 10 ed in quello ad alta resistenza iniziale Tipo 30. Un'aggiunta di carbonato di calcio al cemento portland in-fluenza non solo Ia cinetica di idratazione delle singole fasi rna anche Ia presa e le proprietil meccaniche [I ,2]. Si forma-no anche nuovi composti con le fasi allumiforma-nose ede
stato provato l'ingresso di piccole quantitil nelle fasi idrate di sili-cato di calcio [3-5]. Anche see stato svolto un lavoro consi-derevole sull'effetto espletato dal carbonato di calcio sui processi chimico-fisici decorrenti nella pasta cementizia, scar-sa attenzionee
stata rivolta agli studi concernenti gli aspetti della durabilita a lungo termine. In un precedente lavoro sie
trovato che Ia malta contenente carbonato di calcio, a se-guito di un'esposizione all'acqua di mare, mostra un'espan-sione maggiore e moduli inferiori rispetto alia malta di riferimento priva di carbonato [6]. Questo lavoro esamina l'effetto delle soluzioni di cloruro di sodio e di cloruro dirna-INFLUENZA DELLE SOLUZIONI Dl CLORU·
RO Dl SODIO E Dl CLORURO Dl MAGNE·
SIO SULLA DURABILITA DELLE MALTE
CONTENENTI CARBONA TO Dl CALCIO
INFLUENCE
OF
MAGNESIUM AND
SO·
D/UM CHLORIDE SOLUTIONS ON DURA·
BILITY OF MORTAR CONTAINING
CALCIUM CARBONATE
R.F. Feldman, V.S. Ramachandran, J.J. Beaudoin
1. INTRODUCTION
High calcium limestone is used in large amounts in concrete
technology. It
isan essential ingredient in the manufacture
of cement clinker. It is also used as a coarse or fine aggregate
in concrete. Attempts have also been made to partially or
wholly replace gypsum with calcium carbonate in cements.
Finely ground calcium carbonate may be added in small
amounts to portland cement. The Canadian Standard CSA
CAN3-A.5. M83, for example, a/lows addition of up to 5o/o
calcium carbonate in Type 10 normal portland cement and
Type 30 high early strength portland cement.
Addition of calcium carbonate to portland cement influences
not only the kinetics of hydration of the individual phases
but also the setting and mechanical properties [1,2]. New
compounds are also formed with the aluminate phases and
there is evidence that a small amount enters the calcium
sili-cate hydrate phase [3-5]. ·Although a considerable amount
of work has been carried out on the effect of calcium
car-bonate on the physico-chemical processes occurring in the ce,
ment paste, only meagre attention has been directed to the
studies pertaining to the long term durability aspects. In an
earlier work it was found that mortar containing calcium
car-bonate, after exposure to sea water, . exhibits higher
expan-sion and lower moduli than the reference mortar containing
no carbonate [6]. This paper examines the effect of sodium
and magnesium chloride solutions on mortar containing
DURABILITA DELLE MALTE 196
gnesio sulle malte contenenti carbonato di calcio (0-150Jo, sia grossolano che finemente macinato) in termini di variazione di lunghezza e di modulo di elasticitil per tempi di esposizio-ne fino ad un anna. Nellavoro si
e
fatto ricorso alia tecnica non-distruttiva sviluppata da Feldman e Ramachandran [7].2. PARTE SPERIMENTALE Materia II
Cementa: si
e
usato del cementa portland normale di Tipo 10 avente Ia seguente composizione chimica: Si02 = 19,83%; Al20 3=
4,18%; Fe20 3=
3,20"7o; CaO=
60,06%; MgO=
4,09%; Na20=
0,45%; K20=
0,89%;so
3=
3,93%; calce Iibera = 1,15% e perdita per calcinazione = 1,53%. La composizione mineralogica era Ia seguente: C3S = 49,93%; C2S=
19,18%; C3A=
5,66% e C.y\F=
9,74%.Sabbia: si
e
fatto uso di una sabbia per calcestruzzo di labo-ratorio. II modulo di finezza era 2,38. L'analisi per setaccia-tura, a seconda della maglia del setaccio (mm) e della percentuale ponderale di passante (in parentesi), era Ia se-guente: 5 (10); 2,5 (93,9); 1,25 (79,4); 0,62 (67 ,5); 0,32 (17,15); 0,14 (3,37).Carbonato di calcio: Si sono usati due tipi di carbonato di calcio. Un tipo era carbonato di calcio ottenuto per precipi-tazione, fornito dalla Anachemia. Esso presentava una su-perficie specifica di 6,88 m2/g, determinata col metoda di assorbimento di azoto. II secondo tipo di carbonato
e
stato ottenuto per macinazione di calcare ad una finezza superio-re a ＱＵｾｴｭＮ＠ Lo sviluppo superficiale determinato col metoda all'azoto era di 2,25 m2/g. L'analisi granulometricae
stata eseguita con un analizzatore particellare Sedigraph. II range particellare (diametro) per i1 materiale precipitato era ＱＭＵｾｴｭＮ＠Le particelle del materiale da macinazione erano comprese nel campo 1-40 I'm.
Soluzioni di prova: Si sono usate tre soluzioni cui esporre i provini. Una era una soluzione satura di calce, usata come riferimento, e le altre erano soluzioni di cloruro di sodio (20 g/1) e di cloruro di magnesia (40 g/1).
Pr8parazlone del provlnl
Gli impasti in malta sono stati preparati con rapporti ac-qua/cemento di 0,42 e di 0,60. II rapporto cemento/sabbia per tutti gli impasti era 1:2,75. Le aggiunte in carbonato di calcio (macinato e precipitato) erano pari a 0; 2,5; 5 e 15% per peso di cementa. Per gli impasti con a/c = 0,42 conte-nenti 5o 15% di carbonato di calcio si
e
usato del superflui-dificante (tipo melammina) .. Le quanti til erano 0,4 e I% per peso di cemento, rispettivamente. I cilindri in malta (diame-tro 76,2 per. 152,4 mm), dopo confezionamento, sono stati stagionati per 7 giorni a! 100% di umiditil relativa (R.H.).cium carbonate (0-15%, coarse or finely ground) in terms of the length and modulus of elasticity changes up to a year. The non-destructive technique developed by Feldman and Ra-machandran was used in this work [7].
2. EXPERIMENTAL Materials
Cement: Type 10 normal portland cement having the follo-wing chemical composition was used: Si02 = 19,83%, Al203
=
4,18%, Fe203=
3,20%, GaO=
60,06%, MgO=
4,09%, Nap
=
0,45%, Kp=
0,89%, S03=
3,93%,/ree lime=
1,15%, and loss on ignition=
1,53%. The minera-logical composition was as follows: C3S = 49,93%, C2S = 19,18%, CjA = 5,66%, ｃｾｆ＠ = 9,74%.Sand: A laboratory concrete sand was used. The fineness mo-dulus was 2,38. Sieve analysis according to sieve size (mm) and weight percentage passing (in brackets) was as follows: 5 (100); 2,5 (93,9); 1,25 (79,4); 0,63 (67,5); 0,32 (17,15); 0,14 (3,37).
Calcium Carbonate: Two types of calcium carbonate were used. One type was a precipitated carbonate supplied by Ana-chemia. It had a surface area of 6,88 m2!g determined by the nitrogen adsorption method. The second type was obtai-ned by grinding limestone to particle size finer than 15 I'm. Nitrogen surface area was 2,25 m2!g. Particle size analysis was performed using a Sedigraph particle size analyzer. The particle size range (diameter) for the precipitated material was 1-51'm. The ground material had particles in the range 1-40 p.m.
Test solutions: Three solutions were used for the exposure ojspecimens. One was a saturated lime solution used as a reference and the others were solutions of sodium chloride (20 g/1) and of magnesium chloride (40 g/1).
Specimen preparation
Mortar mixes were prepared at water-cement ratios of 0,42 and 0,60. The cement: sand ratio for all mixes was 1: 2, 75. Calcium carbonate additions (ground and precipitated) we-re added in amounts of 0, 2,5, 5 and 15% by weight of ce-ment. Superplasticizer (melamine type) was used for mixes at w!c = 0,42 containing 5 or 15% calcium carbonate. The
amounts were 0,4 and 1% by weight of cement respectively. Mortar cylinders (0 76,2
x
152,4 mm) were cast for each mix and cured/or 7 days at 100% RH. Cylinders from each mix were then sliced to produce 6 mm thick discs. The discs.•
ｾｾ＠
I cilindri di ogni impasto venivano quindi tagliati cosi da ri-cavarne dei dischi spessi 6 mm. Prima della !oro immersione nelle soluzioni, i dischi venivano stagionati aliOOo/o di R.H. per altri 7 giorni. I punti di riscontro Demec in acciaio inos-sidabile sono stati posizionati a 50,8 mm dalla superficie del campione per permettere le misure di variazione di lunghez-za. I punti di riferimento sono stati inseriti in fori di trivella-zione e fermati con adesivo epossidico. Oltre ai provini a disco, sono stati confezionati dei cubi in malta (50,8 mm) per le misure di resistenza a compressione a 14 giorni.
Metodi di prova
I dischi in malta sono stati collocati in bagni separati conte-nenti o Ia soluzione di calce ole soluzioni cloridriche. Le mi-sure di deformazione e di variazione di lunghezza sono state eseguite a numerosi intervalli fino ad un anno. Le misure di deformazione sono state effettuate su dischi caricati central-mente e poggiati lungo il bordo su punti disposti a 120°. I carichi applicati usando una macchina da saggio Instron non superavano il 35% di quelli di cedimento. II modulo di ela-sticita
e
stato calcolato usando i dati di deformazione e Ia teoria del piatto elastico [8]. Le misure di variazione di lun-ghezza si sono ottenute con un calibro di deformazione mec-canica di Demec. La pill piccola divisione sui calibro corrisponde ad una deformazione di 2 x 1D--'%.Le misure di resistenza a compressione dei cubi di malta so-no state eseguite secondo Ia so-norma ASTM C 190. 3. RISULTATI
Modulo dl elastlclta
ESPOSIZIONE ALLA SOLUZIONE Dl CLORURO Dl SODIO
Le figure I e 2 presentano i risultati dei cambiamenti nei mo-duli per le malte contenenti, rispettivamente, CaC03 da ma-cinazione e da precipitazione. In ogni figura Ia linea scura si riferisce alia malta di riferimento, priva di carbonato, ed esposta alia soluzione di calce e di cloruro. In genere, i cam-pioni preparati con rapporti acqua/cemento di 0,42 e di 0,60 e contenenti CaC03 macinato presentano moduli simili a quelli del campione equivalente privo di CaC03 (fig. 1). L'aggiunta dellS% di CaC03 da precipitazione riduce il mo-dulo in modo sostanziale nei provini preparati con entrambi i rapporti a/c ed esposti alia soluzicine di calce e·di cloruro; una diminuzione sostanziale si osserva anche nella malta pre-parata con un rapporto a/c di 0,60 e contenente 5% di CaC03.
ll campi one di riferimento come quelli contenenti carbonato di calcio da macinazione mostrano incrementi nel modulo col tempo di esposizione a! Ca(OH)z o a! NaCI (fig. 1). Risul-tati in precedenza ottenuti hanno mostrato pen'> che le mi-scele contenenti CaC03, per esposizione all'acqua di mare, sviluppavano nel tempo resistenze inferiori [6]. In genere, per
197 DURABILITY OF MORTAR
were cured at 100% RH for an additional 7 days prior to im-mersion in the solutions. Stainless steel Demec gauge refe-rence points were positioned 50,8 mm apart on the specimen surface for length change measurements. The reference points were inserted in pre-drilled holes and secured with epoxy adhesive. In addition to the disc specimens, mortar cubes (50,8 mm) were cast for compressive strength determinations at 14 days.
Test methods
Mortar discs were placed in separate baths containing either lime solution or chloride solutions. Deflection and length change measurements were made at several time intervals up to I year. Deflection measurements were made on discs loa-ded at the midpoint and supported along the edge at points 120° apart. Loads applied using an Instron testing machine did not exceed 35% of the failure loads. The modulus of ela-sticity was calculated using the deflection data and elastic pla-te theory [8]. Length change measurements were obtained with a Demec mechanical strain gauge. The smallest division on the gauge corresponds to a strain of 2
x
Ur3%. Compressive strength measurements of mortar cubes were performed according to ASTM CI90.3. RESULTS Modulus of elasticity
EXPOSURE TO SODIUM CHLORIDE SOLUTION
Figs I and 2 present the results of the changes in moduli for mortars containing ground and precipitated CaC03 respec-tively. In each of these figures the dark line refers to the re-ference mortar containing no carbonate and exposed to lime or chloride solution. Generally, samples prepared at both 0,42 and 0, 60 water: cement ratios and containing ground CaC03 show similar moduli with respect to the equivalent sample containing no Caco3 (Fig. I). Addition of I5% precipita-ted CaC03 reduces the modulus substantially in specimens prepared at both wlc ratios and exposed to lime or chloride solution; a substantial decrease is also observed in mortar pre-pared at a wlc ratio of 0,6 and containing 5% CaC03.
The reference as well as the samples containing ground cal-cium. carbonate showed increased modulus with time of exposure to Ca(OH)i or NaCl (jig. I). However, earlier re-sults showed .that cement mixtures containing CaC03 and exposed to sea water developed lower strengths with time [6]. In general at w/c of 0,42, with or without the inclusion of
DURABILITA DELLE MALTE
;
5 2 0 ... a-o-
2,5 --¢-- 5 --ir-15 Ca(OH)2 sol'n, W/C = 0,42 Ca(OH)2 so1'n, W/C "' 0,6 100 200 . 300 400 0 198 o-·-·0 --- t:.···f:, NaCI sol'n, W/C = 0,42 NaCI sof'n, W/C = 0,6 100 200 300 400Giorni di esposlzlone ｾ＠ Days exposed ·
1 - Effetto del carbonato dl calclo da macinazione sui modulo di elasticit& delle malte esposte al cloruro di sodio
1 ｾ＠ Effect of ground calcium carbonate on modulus of elasticity of mortars
exposed to sodium chloride
a/c
=
0,42, con o senza l'aggiunta di CaC03 macinato, i campioni esposti al Ca(OH)z danno degli aumenti nel mo-dulo maggiori di quelli dei campioni esposti alia soluzione di NaCI. I campioni preparati con un a/c di 0,60 presentano aumenti simili nei moduli a seguito dell'immersione neUe due soluzioni, rna i valori sono inferiori a quelli dei campioni pre-parati con un a/c di 0,4.I campioni contenenti CaC03 da precipitazione presentano degli andamenti simili a quelli dei campioni contenenti CaC03 macinato e le differenze nei valori fra i vari campioni sono maggiori (fig. 2). II modulo, specialmente per un a/c di 0,42, aumenta col tempo per i campioni esposti alia solu-zione di calce. Le pendenze delle curve di fig. 2 indichereb-bero che nella soluzione di cloruro di sodio !a velocita di crescita del modulo dei campioni
e
pili bassa di quella dei campioni esposti al Ca(OH)z. II campione contenente il15'7odi CaC03 mostra una netta diminuzione del modulo per en-trambi i rapporti acqua/cemento ed un modulo quasi nullo dopo alcuni giorni di esposizione al NaCI.
il cementa 4/1992 5 • ｾ＠
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ｾ＠ 1! ｾ＠ 2 0 ···t;··· ····'
CaC0 3,"1o ... o -o-2,5 --¢--5 --t:r-15 Ca(OH)2 sol'n, W/C = 0,42..
. Ji.i Ca(OH)2 sol'n, W/C = 0,6 !00 200 300 NaCI sol'n, W/C = 0,42 .o-·-o----0 ,¢···¢··· ,1')'' ¢ 00 400Giorni di esposlzlone -Days exposed
2 · Effetto del carbonato di calcio da precipitazione.sul modulo dl elastlcita delle malte esposte al cloruro di sodlo
2 - Effect of precipitated calcium carbonate on modulus of elasticity of mortars exposed to sodium chloride
ground CaC03, samples exposed to Ca (OHh attain larger
increases in modulus than those exposed to NaG/ solution.
Samples prepared at a w
Ic of
0,6, exhibit similar increases
in moduli in the two solutions, but the values are less than
those prepared at w/c of
0,4.Samples containing precipitated CaC0
3yield broadly
simi-lar trend as samples containing ground CaC0
3but the
dif-ferences in values among the samples are larger (fig. 2).
Modulus, especially at wlc of
0,42increases with time for
samples exposed to lime solution. The slopes of the curves
in fig. 2 would indicate that in sodium chloride solution the
rate of increase of modulus of samples is lower than those
exposed to Ca(OHh- The sample containing 15% CaC0
3di-splays a drastic reduction in modulus at both water: cement
ratios and has almost zero modulus after a few days of
exposure to NaCI.
ｾＮ＠
f
3ｾ＠
j
2Ca(OH)2 sol'n, W/C = 0,42 MgCI2 sol'n, W/C = 0,42
b
5.•
.
ｾ＠i
4 '6 ｾ＠ '8"'
3 2Ca(OH)2 sol'n, W/C = 0,6 Mg Cl2 $OI'n, W/C = 0,6
0 100 200 300 400 0 100 200 300 400
Giornl dl esposlzlone • Days exposed
3 ｾ＠ Effetto del carbonato di calcio da macinazione sui modulo di elasticita delle malte esposte al cloruro di magneslo
3 ｾｅｦｦ･｣ｴ＠ of ground calcium carbonate on modulus of elasticity of mortars
exposed to magnesium chloride
ESPOSIZIONE ALLA SOLUZIONE Dl CLORURO Dl MAGNESIO
Le figure 3 e 4 presentano i risultati circa le variazioni nel modulo, perle malte contenenti da 0 a! 15'7o di CaC03 da macinazione e da precipitazione, rispettivamente. Tutti i cam-pioni preparati con un a/c di 0,42 mostrano un incremento nel modulo col tempo di esposizione a! Ca(OHh o a! MgCl2, con quelli esposti a! Ca(OHh presentanti i valori piil alti. Qualitativamente, i risultati della esposizione a! MgC!2 so-no simili a quelli concernenti l'esposizione alia soluzione di NaCI. I campioni preparati con un rapporto a/c di 0,60 si comportano un po' differentemente da quelli preparati con un rapporto di 0,4. I campioni contenenti carbonato di cal-cio da macinazione e preparati con un a/c di 0,6 mostrano un incremento seguito da una diminuzione nel modulo dopo un'esposizione alia soluzione di MgCl2 compresa tra 200 e
300 giorni; maggiore
e
il contenuto di CaC03, minoree
il modulo. II campione di riferimento peri> presenta un incre-mento del modulo col tempo se esposto alia calce o a!cloru-199 f ｾ＠ 5
j
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2,5-<>-
5 --tr-15 Ca(OH)2 sol'n, W/C = 0,42 Ca(OH)2 sol'n, W/C = 0,6 100 200 300 400 0 DURABILITY OF MORTAR MgCI2 sol'n, W!C = 0,42 Mg Cl2 sol'n, W/C = 0,6 100 200 300 400Glorni dl esposizlone -Days exposed
4 ｾ＠ Effetto del carbonato di calcio da precipltazlone suJ modulo di elasticita delle malte esposte al cloruro di magnesio
4- Effect of precipitated calcium carbonate on modulus of elasticity of mor-tars exposed to magnesium chloride
EXPOSURE TO MAGNESIUM CHLORIDE SOLUTION
Figs. 3 and 4 represent the results of the changes in modulus for mortars containing 0 to 15%, ground and precipitated calcium carbonate respectively. All samples prepared at a w/c of 0,42 show increase in modulus with time of exposure to Ca (OHh or MgC/2, those exposed to Ca (OHh exhibiting
higher values. Qualitatively, results for MgC/2 exposure are
similar to those exposed to NaG/ solution. The samples pre-pared at a w I c ratio of 0, 6 behave somewhat differently from
those prepared at a wlc ratio of 0,4. Samples containing ground calcium carbonate and prepared at a w/c of0,6 show an increase followed by a decrease in moduli after exposure to MgC/2 solution between 200 and 300 days; the higher the CaC03 content, the lower is the modulus. The niference
sam-ple however, exhibits increase in modulus with time whether exposed to lime or magnesium chloride (fig. 3). Comparison of effects due to exposure of the samples containing ground calcium carbonate to the solution of sodium chloride and
DURABILITA DELLE MALTE 200
ro di magnesio (fig. 3). II confronto degli effetti dovuti all'e-sposizione dei campioni contenenti carbonate eli calcio da ma-cinazione alia soluzione di cloruro di sodio e a quelia di cloruro di magnesio mostra un andamento simile per un a/c di 0,42. Un attacco molto piu severo avviene (come eviden-ziato dai moduli che sono inferiori) nei campioni preparati con un a/c di 0,60 quando esposti alia soluzione di MgCI2 (fig. I e 3).
L'esposizione a! MgClz dei campioni contenenti carbonate di calcio da precipitazione (fig. 4) comporta sui moduli ef-fetti similari a quelli dei campioni con carbonate di calcio da macinazione, con Ia differenza che sono piu intensi. I cam-pioni preparati con un rapporto acqua/ cemento di 0,42 e contenenti CaC03 da precipitazione mostrano un compor-tamento differente da quello dei campioni con CaC03 da macinazione, alcuni dei quali presentano un modulo piu alto. Quelli pero contenenti CaC03 precipitate, esposti al MgClz e con un rapporto acqua/solido di 0,6, hanno tutti dei moduli molto piu bassi del riferimento.
E
aliora evidente che le miscele contenenti CaC03 da precipitazione sono at-taccate dal MgCI2 molto piu severamente. I risultati indica-no che i moduli soindica-no in genere sfavorevolmente influenzati piu dalia presenza di MgCI2 che da quelia di NaCI. (fig. 2 e 4). I campioni preparati pero con un a/c di 0,6 e senza car-bonate di calcio mostrano un comportamento simile quan-do esposti alia soluzione di NaCI o a quelia di MgC!2.0,3 0 0,2 0 0,10
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it cementa 4/1992
gnesium chloride show a similar trend at a wlc of 0,42. A much more severe attack occurs (evidenced by lower modu-li) on samples prepared at a wlc of 0,60 and exposed to MgCl2 solution (figs I and 3).
Exposure of samples containing precipitated calcium car-bonate to MgCl2 (fig. 4) results in similar effects on the moduli as for the samples containing ground calcium carbo-nate except that they are more intense. Samples prepared at a water/cement ratio of 0,42 and containing precipitated CaC03 show somewhat different behaviour from those with ground CaC03, some samples containing ground CaC03 exhibiting higher modulus. However, those containing pre-cipitated CaC03 and exposed to MgCl2 at a water/solid ratio of 0, 6 have all much lower moduli than the reference. It is thus obvious that the mixtures containing precipitated CaC03 are much more severely attacked by MgC12. The re-sults indicate that moduli are generally more adversely
af-fected in the presence of MgCI2 than in NaCI (figs. 2 and 4). Howev,er, the samples prepared at a wlc of 0,6 contain-ing no calcium carbonate show similar behaviour on expo-sure to NaCI or MgC12 solution.
5- Effetto del carbonato di calcio da macinazione sull'espansione delle malte esposte a NaCI
5 -Effect of ground calcium carbonate on expansion of mortars exposed to NaC/
Varlazlone dl lunghezza
ESPOSIZIONE ALLA SOLUZIONE Dl CLORURO Dl SODIO
I risultati delle misure di variazione di lunghezza degli stessi campioni su cui sono state eseguite le misure dei moduli so-no presentati in fig. 5 e 6 per aggiunte, rispettivamente, di carbonato di calcio da macinazione e da precipitazione. L'aggiunta del carbonato di calcio da macinazione riduce i valori di espansione rispetto a! riferimento, privo di carbo-nato, per entrambi i valori di a/c, a seguito dell'esposizione alia soluzione di calce, mentre nel corso dell'esposizione a! NaCI i valori di espansione aumentano leggermente per un a/c di 0,42 ma rimangono costanti per un a/c di 0,60 (fig. 5). I campioni contenenti 5-15"7o di carbonato di calcio da precipitazione mostrano dei valori di espansione, per un a/c di 0,42, maggiori rispetto a! riferimento, a seguito dell'espo-sizione alia soluzione di Ca(OH)z mentre per un a/c di 0,60 l'espansione
e
ridotta. Con alcune eccezioni, i valori del mo-dulo in genere decrescono all'aumentare dell'esposizione. L'esposizione alia soluzione di NaCI comporta un aumento di espansione per entrambi i valori di a/ c e per tutte le ag-giunte in carbonato di calcio da precipitazione comprese nel-l'intervallo 5-15"7o. In genere un'espansione maggiore si riscontra quando il rapporto a/ce
di 0,42. L'espansionee
alta (ca. 30"7o) ed ha luogo prematuramente coll5"7o dicar-;!< <i 0,30 0,20 0,10 ﾷｾ＠ 0
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-0,05 ｾ＠ 0,30 ｾ＠ﾷＮｯＮｾ＠
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ｾ＠Ca(OH)2 sol'n, W/C = 0,42 NaCI sol'n, W/C = 0,42
ＭｾﾷﾷﾷｵﾷﾷﾷﾷｯＮＭ ... il. ,t. ... ｾﾷ＠
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-<> ｾｾ＠Ci(OH)2 sol'n, W/C = 0,6 NaCI sol'n, W/C = 0,6 100 200 300 400 0 100 200 300 400
Giornf di esposizione ｾｄ｡ｹｳ＠ exposed
201 DURABILITY OF MORTAR
Length change
EXPOSURE TO SODIUM CHLORIDE SOLUTION
The results of length change measurements/or the same sam-ples for which moduli measurements were carried out are pre-sented in figs. 5 and 6 for the additions of ground and precipitated calcium carbonate respectively. ·
Addition of ground calcium carbonate reduces expansion values with respect to the reference containing no carbonate at both w!c ratios on exposure to lime solution, but the expansion values increase somewhat at a w!c o/0,42 andre-main the same at w/c of 0,60 during exposure to NaCI (jig. 5). Sizmples containing 5-15% precipitated calcium car-bonate exhibit large expansion values at a w!c of 0,42 com-pared to the reference on exposure to Ca(OHh solution but at the w!c o/0,60 the expansion is reduced. With some ex-ceptions modulus values generally decrease as the expansion
increases.
Exposure to NaCI solution results in increased expansion at both wlcfor all precipitated calcium carbonate additions in the range 5-15 o/o. Greater expansion generally occurs at w/ c o/0,42. Expansion is high (about 0,30%) and takes place at earlier times with 15% carbonate, the value for 5,0%
addi-tion being 0,25%. There is practically no expansion at an
6 ｾ＠ Effetto del carbonato dl calclo da preclpitazlone sulla espansione delle malte esposte al NaCI
6 ｾ＠ Effect of precipitated calcium carbonate on expansion of mortars ･ｸｰｯｾ＠
sed to NaC/
DURABILITA DELLE MALTE 202
bonato, mentre
e
pari allo 0,25% per un'aggiunta del 5o/o. Per un'aggiunta in carbonate del 2,5% non si riscontra in pratica alcun fenomeno espansivo. II confronto coni risul-tati dei moduli (fig. 2) mostra una prevista, netta riduzione per un'aggiunta del 15% rna un.aumento nei moduli per un'aggiunta del 5%, per un a/c di 0,42.Nellavoro precedente [6]
e
stato osservato che I'acqua di mare ha un effetto maggiore sull'espansione anche perle aggiunte pit\ basse in carbonato rna anche i valori del riferimento so-no alti. L'influenza delle aggiunte in carbonate rispetto a!riferimento
e
molto piil marcata per i campioni esposti a! NaCI. In genere, l'espansione dei campioni esposti all'acqua di mare o a! cloruro sodicoe
maggiore quando il carbonate di calcic viene inglobato nell'impasto.ESPOSIZIONE ALLA SOLUZIONE Dl CLORURO Dl MAGNESIO I risultati delle misure di variazione di Iunghezza per i cam-pioni contenenti CaC03 ed esposti alla soluzione di MgCI2 sono graficati in fig. 7 e 8. L'esposizione alla soluzione di MgClz comporta un aumento dell'espansione in tutti i cam-pioni, per ogni valore di a/c quando confrontata con quella dei campioni esposti alla soluzione di Ca(OH)z (fig. 7). In genere, questi risultati sono in accordo con le misure dei mo-duli ove i valori sono o minori di quelli misurati per l'esposi-zione a! Ca(OHh o pit\ bassi col tempo di esposizione, come
e
evidente peri campioni preparati con un ale di 0,6 e conte-nenti aggiunte di carbonate (fig. 3).0,3 0 0,2 0 0,10 ｾ＠
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0 w ,20 0,10 0 CaCO;,,% 1--+-0 -o-2,5-<>--o
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Ca(OH)2 sol'.n, W/C = 0,42 MgCI2 sol'n, W/C :::: 0,42
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f4/
Ｇ＼ｙｾ＠ Ｍｾｾ＠ --o--Ca(OH)2·sol'n, W/C 1 = 0,6 Mg Cl2 sol;n, W/C = 0,6 100 200 300 400 0 100 200 3QO 400Glorni dl esposlzione - Days exposed
IJ oemento 4/1992
addition o/2,5% carbonate. Comparison with the moduli
results (fig. 2) shows an expected drastic reduction for 15%
addition but an increase in moduli for 5% addition at w/c
of
0,42.In the previous work [6] it was observed that sea-water had
a greater effect on expansion even at the lower carbonate
ad-ditions but the values for the reference was also high. The
influence of carbonate additions relative to the reference is
much larger for samples exposed to NaG/. Generally
expan-sion of samples exposed to sea water or sodium chloride is
greater when precipitated calcium carbonate was
incorpora-ted in the mix.
EXPOSURE TO MAGNESIUM CHLORIDE SOLUTION
The results of length change measurements for the samples
containing CaC03 and exposed to MgCl2 solution are
plot-ted in figs.
7and 8. Exposure to MgC12 solution increased
expansion of all samples at both w/c's compared to those
exposed to Ca
(OHhsolution (fig. 7). Generally, these
re-sults agree with the moduli measurements where the values
are either less than those measuredfor Ca
(OHhexposure
or lower with exposure time, as is evident for samples
prepa-red at wlc of
0,6with carbonate additions (fig.
3).7 ｾ＠ Effetto del carbonato dl calclo da macinazione sulla espanslone delle malte esposte al cloruro dl magnesio
7 - Effect of ground calcium carbonate on expansion of mortars exposed to magnesium chloride
In genere, Je espansioni osservate nei campioni esposti aile soluzioni di MgCI2 sono maggiori di quelle dei campioni esposti alia soluzione di NaCI (fig. 6 e 8) rna inferiori a quel-Je notate con acqua di mare [6]. I campioni contenenti car-bonato di calcio da precipitazione in quantita superiore a! 2,5"1o e preparati con un a/c di 0,42 mostrano un aumento dell'espansione a seguito di una esposizione ad una soluzio-ne di Ca(OH)2 (fig. 8). L'espansiosoluzio-ne relativa a! CaC03 da macinazione
e
anche maggiore.L'esposizione alia soluzione di MgCI2 provoca incrementi maggiori nell' espansione sia rispetto a! riferimento che a! Cam-pione contenente un'aggiunta di carbonato di calcio da mad-nazi one ed esposto a! Ca(OH)2. La espansione
e
anche maggiore di quella osservata per gli stessi campioni esposti al-Ia soluzione di NaCI (fig. 6) ed in alcuni casi all'acqua di mare [6]. Le misure dei moduli peri campioni contenenti carbona-to di calcio da precipitazione sono generalmente inferiori, nei !oro valori, quando l'espansionee
piu alta (fig. 4 e 8).4. DISCUSSIONE
II cementa idratato in presenza di CaC03 ed esposto ad una soluzione di cloruro sodico puo risultare costituito da com-posti numerosi e di tipo complesso che vengono a dipendere dalla quantita e dalla superficie specifica del carbona to,
dal-. 0,3 0 0,2 0 0,10 <!< § ﾷｾ＠ 0
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ｾ＠ 0,30f
0,20 0,10 0 CoC03,% ....,._0 i -D-2,5ｾ＠
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ｾ＠ ｾ＠ｃｾＨｏｈＩＲ＠ sol'n, W/C = 0,42 MgCI2 sol'n, W/C = 0,42
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Ca(OH}2 sol'n, W!C = 0,6 M 1g Cl2 sol'n, ｾＯｃ＠ = ＰｾＶ＠ 100 200 300 400 0 100 200 300 400ClllornJ dl esposlzlone • DaYs exposed
203
DURABILITY OF MORTARGenerally expansions observed for samples exposed to
MgC/
2solutions are greater than those exposed to NaG/
solution (figs. 6 and 8), but lower than those exposed to
sea-water [6]. Samples with precipitated calcium carbonate
in amounts greater than
2,5%and prepared at wlc of
0,42show increased expansion on exposure -to Ca(OHh
solu-tion (fig. 8). The expansion relative to ground CaC03 is
also higher.
Exposure to MgC/
2solution, causes major increases in
ｾ･ｸｰ｡ｮｳｩｯｮ＠
both with respect to the reference and the sample
containing the ground carbonate addition, and exposed to
Ca(OH)]. The expansion is also greater than that observed
for the same samples exposed to NaG/ solution (fig. 6) and
in some instances to sea-water [6]. Moduli measurements for
the samples containing precipitated CaC03 are generally
lo-wer when the expansion is higher (figs. 4 and 8).
4. DISCUSSION
Cement hydrated in the presence of CaC03 and exposed to
chloride solution may consist of several complex compounds
depending on the amount and the surface area of the
carbo-nate and its concentration, the type of cation associated with
8 ｾ＠ Effetto del carbonato dl calclo da precipitazione sulla espanslone delle malte esposte al cloruro di magneslo
8 ｾＭｅｦｦ･｣ｴ＠ of precipitated calcium carbonate On expansion of mortars ･ｸｰｯｾ＠
sed to magnesium chloride
DURABILITA DELLE MALTE 204
Ia sua concentrazione, dal tipo di catione associate con Io ione cloruro, dal tempo di esposizione del cementa all'acqua prima di essere esposto alia soluzione cloridrica e dal tempo di esposizione della pasta cementizia alia soluzione cloridri-ca. I maggiori composti che possono formarsi a 14 giorni nella pasta di cementa prima dell'esposizionealla soluzione di
clo-ruro sono:
1. i1 silicate di calcio idrato (con possibile associazione di car-bonate);
2. l'idrossido di calcio;
3. i1 solfoalluminato idrato a basso/alto tenore in calcio (an-che con una certa sostituzione AI-Fe);
4. i1 carboalluminato idrato a basso/alto tenore in calcio. Dopo esposizione aile soluzioni cloridriche si possono for-mare, a seconda della concentrazione e del tempo di espo-sizione al cloruro, altri composti come cloroalluminati idra-ti a basso/alto tenore in calcio, CSH contenente cloruro, legato o chemiassorbito, e thaumasite (CaC03 · CaS04 ·
· CaSi03H20).
A causa delle complesse reazioni coinvolte non
e
facile spie-gare le variazioni di modulo e di Junghezza che avvengono nelle varie miscele in termini di formazione di prodotti di reac zione. Si possono comunque formulare alcune osservazioni di carattere generate.I risultati di resistenza a compressione per tutti i campioni stagionati ad umido per 14 giorni sono stati presentati in pre-cedenza [6). In genere Je resistenze sono negativamente in-fluenzate dal1'aggiunta del15o/o di carbonate di calcio da pre-cipitazione. I risultati delle misure di variazione di lunghez-za e di modulo di Young durante l'esposizione alia soluzio-ne di Ca(OHh confermano questa osservaziosoluzio-ne. In alcuni casi di aggiunta di carbonate di calcio, specialmente peri li-velli pili bassi di carbonate di calcio da precipitazione e per tutti i livelli di carbonate di calcio da macinazione, i valori del modulo di elasticita incrementano e quelli di espansione diminuiscono.
E
stato osservato che l'aggiunta di CaC03 au-menta Ia velocita di reazione delc
3s
e che i prodotti di rea-zione si formano nei punti di nuclearea-zione del CaC03 e cia puo alterare le resistenze [3, 14].E
stato in precedenza mo-strato che Ia reazione tra C3A e CaC03 per Ia formazione di carboalluminato di calcio puo dar luogo a sistemi pill re-sistenti [15). In presenza di maggiori quantita di CaC03, spe-cialmente col tipo da precipitazione, rimarra del carbonate libero in eccesso che non ha reagito con i composti del ce-mento. Esso agira da diluente e senza sviluppo di resistenze. Anche per livelli in eccesso di carbonate si verifichera una pili intensa accelerazione della fase silicatica ede
noto che, in genere, ogni volta che si verifica una forte accelerazione della fase silicatica, Ia resistenza sara bassa al progredire della idratazione [16).II campione privo di carbonato ed idratato in presenza di Ca(OHh presenta un aumento del modulo col tempo, per entrambi i rapporti a/c (fig. 1-4). II modulo del campione idratato con un rapporto a/c di 0,42
e
pili alto perch<! Iapo-il cemento 4/1992
the chloride ion, the time of exposure of the cement to water before it is exposed to the chloride solution and the time of exposure of the cement paste to the chloride solution. The major compounds that may be formed at 14 days in the ce-ment paste before exposure to chloride solution are as follows:
I. calcium silicate hydrate (some carbonate may also be as-sociated with it);
2. calcium hydroxide;
3. high/low calcium sulfoaluminate hydrate (also with so-me replaceso-ment of AI by Fe);
4. low/high calcium carboaluminate hydrate.
After exposure to chloride solutions additional compounds such as low/high chloroaluminate hydrates, CSH contain-ing bound or chemisorbed chloride and thaumasite (CaC03-CaS04·CaSiOsH20) may form depending on the concentration and time of exposure to chloride.
Because of the complex reactions that are involved it is not easy to explain the modulus and length changes occurring in various mixtures in terms of the formation of reaction pro-ducts. Some general observations may however, be made. Compressive strength results for all the samples moist cured for 14 days were presented previously [6]. In general strengths are negatively affected by the addition of 15% of precipita-ted calcium carbonate. The results of Young's modulus and length change measurements during exposure to Ca(OHh solution confirm this observation. In some instances of ad-dition of calcium carbonate, especially at lower levels of pre-cipitated calcium carbonate and at/levels of ground calcium carbonate, modulus of elasticity values are enhanced and expansion values are decreased. It has been observed that ad-dition of CaC03 enhances the rate of hydration of CsS and the hydration products are also formed on the nucleating sites of CaC03 and this may affect the strengths [3, 14]. It has been shown previously that reaction between C3A and CaC03 to produce calcium carboaluminate can produce
.
'
stronger bodtes [15]. In the presence of larger amounts of CaC03, especially with the precipitated material, excess free carbonate will remain that has not interacted with the cement compounds. It will act as a diluent and does not develop strength. Also at excess levels of carbonate more intense ac-celeration of the silicate phase will occur and it is known that in general, whenever a large acceleration occurs with the sili-cate phase, the strength will be low as the hydration progres-ses [16].The sample containing no carbonate and hydrated in the presence of Ca(OHh exhibits increase in modulus with time at both w/c ratios (figs 1-4). The modulus of the sample hydrated at a wlc ratio of0,42 is higher because the porosity
rosita della pasta
e
min ore e di conseguenza migliora illega-me interparticellare. La espansione col tempo e l'effetto di stabilizzazione a tempi piu lunghi potrebbe spiegarsi coli' au-menlo di formazione nella pasta di CSH e di Ca(OH)z nel periodo iniziale e con le minori quantita che si formano aile pili lunghe stagionature. L'esposizione della pasta (priva di carbonate) aile soluzioni cloridriche com porta un generale aumento del modulo col tempo di idratazione rna a un annoe
inferiore a quello dell'esposizione al solo Ca(OH)z. Alcune delle cause che portano alia diminuzione del modulo ed all'aumento dell'espansione nelle soluzioni cloridriche sono: a) formazione di cloroalluminati con legami piu debo-li e formazione di cloroalluminati per reazione dell'ettringi-te col cloruro che dedell'ettringi-termina effetti di scollegamento [9]; b) l'ettringite diventa solubile nelle soluzioni di cloruro, con indebolimento della matrice; c) l'aumento di solubilita del-l'idrossido di calcio nella soluzione cloridrica disturba Ia strut-lura consolidata della pasta [10]; d) Ia cattura di cloruro, da parte della fase CSH puo comportare una dimiuuzione nella forza di legame [II]; e) Ia fase ettringitica modificata, con-tenente fino al 5o/o di silice e 0,2% di cloruro, puo portare a basse resistenze [12]; f) il modulo piil basso specialmente in presenza di una soluzione di MgCI2 puo essere provocato dalla incrementata solubilita del cloroalluminato e dalla in-terazione del cloruro con Ia fase CSH [7, 13].L'aumento del modulo non comporta necessariamente limi-tate variazioni di lunghezza. Cio sta ad indicare che Ia forza di legame puo in alcuni casi essere piil forte nel prodotto che ha espanso. Inoltre, una bassa espansione puo non sempre risultare in un modulo alto. Per queste ragioni
e
importante che nelle ricerche di questo tipo vengano controllati sia lo sviluppo del modulo che le variazioni di lunghezza. Le variazioni di lunghezza e di modulo che avvengono neUe miscele contenenti CaC03 da precipitazione esposte a solu-zioni cloridriche sono come ordine di grandezza molto piil alte di quelle dei campioni contenenti CaC03 da macinazio-ne. Cio puo essere attribuito aile piil alte velocita di reazione con l'elevata superficie specifica del carbonate. Le malte pre-stagionate per 14 giorni prima della esposizione aile solu-zioni cloridriche non hanno lo stesso modulo o Ia stessa resistenza a compressione. In genere, i moduli delle paste do-po esdo-posizione a! cloruro per un anno saranno minori o mag-giori del riferimento a seconda dei valori che avevano a 14 giorni. Questoe
vero se Ia pastae
idratata in acqua di calce o in una so1uzione cloridrica. Resisteuze piil basse ed espan-sioni piil alte vengono osservate nei campioni esposti a solu-zioni cloridriche.E
evidente che una volta formatasi Ia matrice con legami deboli, l'ulteriore idratazione e le ulte-riori interazioni non possono compensare totalmente il bas-so valore del modulo, comee
chiaro per le paste con i piil alti rapporti a/c. Si puo osservare anche che Ia soluzione di MgCI2 ha un'azione distruttiva maggiore di quella di NaCI. II riferimento, come anche Ia malta contenente carbonato di calcio, mostrano una diminuzione del modulo aile piu lun-ghe stagionature per esposizione alla soluzione di cloruro di205 DURABILITY OF MORTAR
of the paste is lower and consequently improves the inter-particle bonding. The expansion with time and the plateauing effect at longer times could be explained by the increased formation of the C-S-H and Ca(OH)] in the paste at earlier times and lower amounts formed at longer times. Exposure of the paste (containing no carbonate) to the chloride solu-tions results in an overall increase in modulus with time of hydration but at one year is less than that exposed only to Ca(OH)J.
Some of the causes leading to the decrease in modulus and increase in expansion in chloride solutions are: a) Formation of chloroaluminates with weaker bonds and the formation of chloroaluminates by reaction of ettringite with chloride leading to debonding effects [9]; b) Ettringite becomes solu-ble in chloride solutions and weakens the matrix; c) The in-creased solubility of calcium hydroxide in chloride solution disturbs the consolidated structure of the paste {10]; d) the intake of chloride by the C-S-H phase may involve decrease in bonding stn!ngth [11]; e) Modified ettringite phase con-taining up to 5% silica and 0,2% chloride may lead to low strengths [12]; f) The lower modulus especially in the pre-sence of MgCI2 solution may be caused by increased
solubi-lity of chloroa/uminate and chloride interaction with the C-S-H phase [7, 13].
The increase in modulus does not necessarily result in low length changes. This indicates ihat the bonding strength may in some instances may be stronger in the expanded product. In addition, low expansion may not always result in high mo-dulus. For these reasons it is important that in investigations of this type both modulus development and length change should be monitored.
The modulus and length changes that occur in mixtures con-taining precipitated CaC03 and exposed to chloride solutions are much higher in magnitude than those containing ground CaC03• This may be attributed to the higher rates of
reac-tion with the high surface area carbonate. The mortars prec cured for 14 days prior to exposure to the chloride solutions do not have the same modulus or compressive strength. Ge-nerally the moduli of pastes after exposure to chloride for one year will be lower or higher than the reference, depen-ding on the values at 14 days. Although the modulus may increase with time, the value continues to be lower than that of the reference at longer times if the modulus is lower at 14 days. This is true whether the paste is hydrated in lime or chlorides. Lower strengths and higher expansions are ob-served in samples exposed to chloride solutions. It appears that once the initial matrix is formed with weak bonds, fur-ther hydration and interactions cannot fully compensate for low modulus, as is evident for pastes made at higher wlc ra-tios. It can also be observed that MgC/2 solution has a mo-re destructive action than that of NaG/. The mo-refemo-rence as well as the mortar containing calcium carbonate show a decrease in modulus at longer times when exposed to magnesium chlo-ride solution (fig. 3). It is possible other samples containing
DURABILITA DELLE MALtE 206
magnesio (fig. 3).
E
possibile che altri campioni contenenti CaC03, aventi modulo simile a quello del riferimento alia scadenza di un anno, mostrino una decrescita nel modulo ol-tre questa scadenza.Una piu accentuata riduzione nel modulo e valori di espan-si,one piu alti in paste contenenti carbonato esposte a solu-zioni cloridriche sono da porsi in relazione non solo ai valori iniziali a 14 giorni rna anche aile interazioni susseguenti. Ta-lune delle situazioni possibili sono di seguito elencate. 1. I dati di solubilita del prodotto indicano che il cloroallu-minato
e
piu stabile del carboalluminato [17]. La formazio-ne dei cloro-alluminati a spese dei carboalluminati puo indebolire Ia struttura del cemento proprio con Ia formazio-ne del cloroalluminato dalla ettringite [9].2. II Mg del MgC12 puo sostituire il Ca nella fase CSH ed aumentare Ia porosita e diminuire il modulo [18].
3.
E
nota Ia formazione di una serie di soluzioni solide a par-tire dal C3A · CaC03 · 11 H20 per sostituzione del Ca col Mg ede
possibile che cio comporti basse resistenze [19]. 4.E
nota l'esistenza di un'ettringite modificata contenente Si02 e CJ- e capace di ridurre Ia resistenza meccanica della matrice.E
possibile che tale complesso si formi anche con Ia fase carboalluminosa in presenza di cloruro.5. Se il carboalluminato viene convertito a cloroalluminato in presenza di soluzioni di cloruro si veri fica una diminuzio-ne diminuzio-nella densita con possibilita quindi di espansiodiminuzio-ne e di mo-dulo basso [20].
6. In presenza di taumasite nella pasta, Ia sua stabilita al-l'azione dei cloruri puo influenzare il modulo e le variazioni di lunghezza.
7. Gli aumentati cambiamenti di lunghezza ed i moduli piu bassi nella soluzione di MgC12 possono essere provocati dal-l'interazione del cloruro con Ia fase CSH, dal prodotto sostituito formatosi col carboalluminato e dalle condizioni di pH piu basso che possono aumentare Ia solubilita dei composti.
5. CONCLUSION!
I. Per esposizione a soluzioni di NaCI o di MgC!2, il
modu-lo di elasticita di campioni di malta cementizia contenente carbonate sia macinato che precipitate diminuisce, mentre l'espansione aumenta, rispetto ai valori riscontrati per espo-sizione ad una soluzione di Ca(OH}z.
2. Gli effetti deleteri di maggiore entita si osservano col car-bonate di calcio precipitate piu che con quello macinato. 3. Gli effetti dannosi sono piu intensi con le so1uzioni di MgCI2 che con quelle di NaCI.
4. Si osserva una riduzione nel modulo di elasticita ed un aumento nella espansione nei campioni di malta contenenti un 'aggiunta di carbonate di calcio da macinazione limitata a! 2,5o/o per una esposizione alia soluzione di MgCJ2.
II cemento 4/1992
GaG03, exhibiting similar modulus to that of the reference at about a year, may eventually show decreased modulus beyond this period.
A larger reduction in modulus and higher expansion values in pastes containing carbonate occurring on exposure to chlo-ride solutions is related not only to the initial values at 14 days but also on subsequent interactions. Some of the possi-bilities are enumerated below.
1. The solubility product data indicate that chloroalumi-nate is more stable than carboalumichloroalumi-nate [17]. The formation of chloroaluminates at the expense of carboaluminates may weaken the cement structure just as the formation of chlo-roaluminate from ettringite [9].
2. The Mg from MgG/2 may replace Gain the G-S-H phase and increase the porosity and decrease the modulus [18]. 3. A solid solution series is known to form in G3A · GaG03 11 H20 by substitution of Ga by Mg and it is possible that this would lead to low strengths [19].
4. A modified ettringite containing Si02 and G/- is known to exist and that it may reduce the strength of the matrix. It is possible that such a complex also may form with the car-boaluminate phase in the presence of chloride.
5. If carboaluminate is converted to chloroa/uminate in the
presence of chloride solutions there is a decrease in the den-sity and thus there is a possibility of expansion and low mo-dulus [20].
6. If thaumasite is present in the paste, its stability to the action of chlorides may influence the modulus and length changes.
7. The increased length changes and lower modulus in the MgG12 solution may be caused by the interaction of chlori-de with the G-S-H phase, substituted product formed with the carboaluminate, and lower pH conditions that may in-crease the solubility of compounds.
5. CONCLUSIONS
1. Modulus of elasticity of cement mortar samples contain-ing both ground and precipitated carbonate is reduced and expansion increased upon exposure to NaG/ or MgG12 solu-tions, relative to values obtained on exposure to Ga(OHh solution.
2. Larger magnitude of deleterious effects are observed with precipitated calcium carbonate than with ground carbonate. 3. Detrimental effects are more intense with MgGI2 solution than those with NaG/ solution.
4. Reduction in modulus of elasticity and increased expan-sion are observed with mortar samples containing as low as 2,5% ground calcium carbonate and exposed to MgG/2 solution.
5. Gli effetti deleteri sono dipendenti dal rapporto a/c,
dal-la finezza del carbonato e daldal-la sua concentrazione. 6. La principale causa degli effetti dannosi espletati dal car-bonato da precipitazione rispetto a quello piu grossolano puo essere ascritta all'aumentata velocitil di reazione e all'incre-mento delle quantitil di prodotti formatisi in un dato periodo. 7. II controllo continuo delle variazioni di lunghezza e di mo-dulo costituisce una tecnica non distruttiva abbastanza buo-na per valutare Ia durabilitil delle malte esposte a differenti soluzioni.
•
• •
Gli Autori ringraziano G.M. Polomark per l'assistenza pre-stata nelle prove sperimentali.
Novembre 1991
207 DURABILITY OF MORTAR
5. Deleterious effects are dependent on the wlc ratio,
car-bonate fineness and its concentration.
6. The major cause of the deleterious effects of the
precipi-tated carbonate relative to the coarser carbonate can be
explained by the increased rate of reactions and increase in
the amounts of products formed at a particular period.
7.
Continuous monitoring of length and modulus changes
is a reasonably good non-destructive technique to assess the
durability of mortars exposed to various solutions.
•••
The authors thank G.M. Polomarkfor the experimental
as-sistance.
Novemb{!r, 1991
Institute for Research in Construction, National Research Council of Canada M Ottawa, Canada KIA OR6.
Su questo artlcolo it aperta Ia dlscussione fino al 30 Giugno 1993. Discussion on this Paper Is open until 30th June 1993.
BIBLIOGRAFIA - REFERENCES [1] MAYFIELD L.L: « Limestone additions to portland cement: an old conM
troversy revisited », Cement Caner. Aggreg. 10 (1988) 3-8. [2] SoROKA 1., SEITER N .. : « The effect of fillers on strength of cement
mortars ». Gem. and Goner. Res., 7 (1977) 449-456.
(3] RAMACHANDRAN V.S., CHUN-MEIZ.: «Dependence on the fineness of calcium carbonate on the hydration behavior of tricalcium silicate »,
Durabil, Mater., 4 (1986) 45-66.
[4] BENSTED J.: «Some hydration investigations involving portland
｣･ｭ･ｮｴｾ･ｦｦ･｣ｴ＠ of calcium carbonate substitution of gypsum », World
Cern. Tech., 11 (1980) 395-406.
{5] RAMACHANDRAN V.S., CHUN-MEI Z.: «Thermal analysis of the 3CaO·Al20rCaS04·2H20 system», Thermochim. Acta, 106 (1986) 273-282.
(6] RAMACHANDRANV.S., FELDMAN R.F., BEAUDOIN J.J.: «Influence of SeaMwater solution on mortar containing calcium carbonate )), Mat. and Structures, 23 (1990) 712-717.
(7] FELDMAN R.F,, RAMACHANDRAN V.S.: «New accelerated methods for predicting durability of cementitious materials >), in Proceedings, 1 st International Conference on Durability of Building Materials and ｃｯｩｮｾ＠
ponents, STP 691, Philadelphia, USA (American Society for Testing, 1980) pp. 313-325.
DURABILITA DELLE MALTE
208
[8] TIMOSHENKO 8.: « Theory of Plates and Shells)) (McGraw-Hill, New
York, 1940) p. 295.
[9] ARYA
c.;
Bl,!ENFELD N.R •• NEWMAN J.B.: ((Factors influencing chloride-binding in concrete». Cem. and Cone. Res., 20 (1990) 291-300. [10] FELDMAN R.}",, RAMACHANDRAN V.S.: «Length changes in calcium hydroxide depleted pOrtland cement pastes », II Cemento, 86 (1989)87-95. .
[11] l'RAETEBERO A., RAMAcHANDRAN V .S.: « The microstructural and
har-dening behavior of tricalcium silicate pastes in the presence of calcium
chloride», J. App. Chem. Biotech., 24 (1974) 157-170.
[12] CoNJEAU M.L.: « Mechanism of sea water attack on cement mortar », A mer. Cone. Jnst., SP No. 65 (1980) 39-62.
[13] PAGEC.L., VENNESLAND 0.: «Pore solution composition and chlori-de binding capacity of silica fume cement pastes )>,Mat. and Constrn.,
16 (1983) 19-25.
[14] SoROKA I., STERN N.: «Calcareous fil1ers and the compressive strength of portland cement)), Cement and Concr. Res., 6 (1976) 367R376.
(15] FELDMAN R.F., RAMACHANDRAN V.S., SEREDA P.J.: ((Influence of CaC03 on the hydration of 3Ca0 ·Al203 )>, J. A mer. Ceram Soc., 48
(1965) 25-30.
[16] RAMACHANDRAN V.S.: «Calcium Chloride in Concrete» (Applied Science Publishers, London, U.K., 1976), p. 216.
[17] ZHANG F., ZHOU Z., ZDNOHAN: « Solubility product of ettringite )), 7th International Congr. on Cement Chemistry, Vol II, Paris (1980)
88-93.
[18] COLE W.F.: «A crystalline hydrated magnesium silicate formed in the breakdown of a concrete sea wall», Nature, 171 (1953) ＳＵＴｾＳＵＵＮ＠
[19} « Guide to compounds of interest in cement and concrete research )),
Highway Res. Board, Special Report 127 (1972) p. S3.
[20] TAYLOR H.F.W.: «Cement Chemistry)> (Academic Press, London,
U.K., 1990) p. 475.
Influenza delle soJuzionl di cloruro di sodio e di cloruro di magnesio suJia durabiiUB delle malte contenenti carbonato di calclo -Riassunto - Dischi di
malta di cementa portland normale contenente CaC03, sia precipitate che macinato, in quantita pari a 0;2,5;5 e 15o/o sana stati prestagionati per 14
gior-ni, con rapporti acqua/cemento di 0,42 o di 0,60 e quindi esposti all'azione di soluzioni di calce, di cloruro di sodio e di cloruro di magnesia. A varie scadenze, sino ad un anna, si sono misurati Ia lunghezza ed il modulo di elasticitA. In genere i campioni contenenti carbonate macinato in minori quantitA (stagionati con un rapporto a/c di 0,42) quando esposti all'azione del NaCl mostravano moduli ed espansioni pill alti nel confronto con i provini di ｲｩｦ･ｲｩｾ＠
menta stagionati in acqua di calce. Le espansioni erano maggiori nei campioni contenenti carbonato da precipitazione. II modulo era inferiore e l'espansione piU accentuata nella maggior parte dei campioni contenenti CaC03 da precipitazione quando esposti alia soluzione di MgCI2•
Influence of magnesium and sodium chloride solutions on durability of mortar containing calcium carbonate-ｓｹｮｯｰｳｩｳｾ＠ Normal Portland cement mortar discs containing both precipitated and ground CaC03 in amounts of 0, 2,5, 5 and 150Jo were ｰｲ･ｾ｣ｵｲ･､＠ for 14 days at water: cement ratios of 0,42 or 0,60 and exposed to lime, sodium chloride and magnesium chloride solutions. The length and modulus of elasticity measurements were determined at different times, up to one year. Generally the samples containing ground carbonate in lower amounts (cured at a w/c ratio of 0,42) and exposed to NaCI exhibited higher modulus and larger expansions than the reference specimens cured in lime water. The expansions were larger in samples containing precipitated carbonate. Modulus was lower and expansion higher, in most samples containing precipitated CaC03 and exposed to MgC12 solution.
Influence des solutions de clorure de sodium et de clorure de magnesium sur Ia durabilite des maltes contenant carbonate de calcium -Rdsume- Uncertain
nombre de plaques de malte de ciment portland contenant CaC03, soit precipite soit broye, en quantites C:gales de 0, 2,5, 5 et 15% ont ete prCstockCs ｰ･ｮｾ＠
dant 14 jours avec un rapport eau/ciment de 0,42 au de 0,60 et puis exposes a I' action de solutions de chaux, de clorure de sodium et de clorure de magne-sium. A differentes CchCances et jusqu'A un an, on a ｭ･ｳｵｮｾ＠ Ia longueur et le module de compression. Les Cchantillons contenant carbonate broye en quantites plus petites (stockC:s avec un rapport e/c de 0,42) ayant ete exposes
a
!'action du NaCl montraient des modules d'expansion plus eieves par rapport aux. C:chantillons auxquels on fait reference et qui ant ete stockes en eau de chaux. Les expansions etaient plus grandes dans les Cchantiflons contenant carbonate de precipitation. Le module etait infC:rieur et ]'expansion plus accentuee dans la plus part des Cchantillons contenant CaC03 de precipitation et ayant eteexposes
a
Ia solution de MgC12•Einfluss der Natriumchlorld- und MagneslumchlorldiOsung auf die Calciumcarbonat entbaltenden MOrtel -Zusammenj'assung - MOrtelplatten aus
Port-landzement, die niedergeschlagenes sowie gemahlenes CaC03 in gleichen Anteilen enthalten, d.h. 0; 2,5, S und 15o/o sind 14 Tage lang in einem Verh!Utnis von Wasser/Zement von 0,42 oder 0,60 vorgelagert worden und sind dann der Aktion der Kalk -, Natriumchlorid und der MagnesiumchloridlOsung ｡ｵｳｧ･ｾ＠
setzt worden. Zu verschiedenen Fristen und bis zu einem Jahr ist die Lange und das Kompressionsmodul gemessen worden. Die gemahlenen und in Kleine-ren Mengen (in einem Verhtiltnis von W /Z 0,42 gelagerten) Carbonat enthaltenden Proben zcigten, als sie der NaCl-Aktion ausgesetzt worden, hOhere Module und Expansion gegeniiber der Bezugsproben, die in Kalkwasser gelagert worden sind. Die Expansionen waren hOher in den niedergeschlagenem Carbonat entha1tenden Proben. In den meisten niedergeschlagenen CaC03 enthaltenden Proben war das Modul niedriger und die Expansion hOher nach-dem sie der MgC12 -LOsung ausgesetzt worden sind.
