Basic HTML Version
13
Keramický zpravodaj 28 (6) (2012)
Přímé metody
Test Franttini se běžně používá jako přímá metoda, která
spočívá v tom, že se nechá reagovat v suspenzi cement
CEM I s pucolánem. Chemickou analýzou se pak stanoví
obsah hydroxidu vápenatého ve vodní suspenzi a porovná
se s obsahem hydroxidu vápenatého v nasyceném rozto-
ku stejné alkality. Pucolanita se posuzuje podle toho, zda
koncentrace hydroxidu vápenatého v suspenzi je nižší nebo
vyšší než koncentrace v nasyceném roztoku. Z této me-
tody vychází i norma ČSN EN 196-5 [13]. Zjednodušenou
metodou Franttiniho testu je metoda nasyceného roztoku
hydroxidu vápenatého [10], kdy se nechá reagovat pucolán
s nasyceným roztokem Ca(OH)
2
místo s cementem.
Test Chapelle slouží pro určení relativní schopnosti puco-
lánů reagovat s Ca(OH)
2
. Jedná se o reakci definované-
ho množství pucolánu s přesně definovaným množstvím
Ca(OH)
2
po dobu 16 hodin. Reakce probíhají za zvýšené
teploty v parotěsně uzavřené nádobce a výsledek zkoušky
je uváděn jako množství Ca(OH)
2
zreagované s 1 g pucolá-
nového materiálu [14].
Kreshkova metoda pro určování množství amorfního oxi-
du křemičitého je velmi rychlou titrační metodou. Titrace
se provádí ve vodném roztoku glycerinu hydroxidem
barnatým [15].
Stanovení pucolánové aktivity silikátových materiálů podle
Brandštetra je metodou termochemickou. Princip spočívá
v tom, že se do reakčního roztoku, tvořeného zředěnou silnou
minerální kyselinou, vpraví nejprve navážka tuhého vzorku
v práškové formě, pak zředěná kyselina fluorovodíková a na-
konec roztok rozpustné draselné soli, přičemž se po každém
přídavku změří teplotní impuls, který odpovídá vyvinutému
teplu a vyhodnotí se podle kalibračních grafů. Kalibrace se
provádí navážkami čistého amorfního oxidu křemičitého.
Nepřímé metody
Nepřímé metody jsou založeny na měření fyzikálních veličin
souvisejících s pucolánovou reakcí. Jednou z možností je
využití termické analýzy, kdy se produkty pucolánové reakce
sledují z hlediska úbytku hmotnosti v důsledku jejich rozkla-
du při rostoucí teplotě [16]. Jiná metoda využívá stanovení
mechanických vlastností zkušebních těles, v nichž je část
cementu při definovaném složení směsi nahrazena puco-
lánem, využívá se také měření vodivosti vodní suspenze
pucolánu s hydroxidem vápenatým [17].
Cihelný střep
Keramika je definována jako anorganický nekovový mate-
riál, ve vodě prakticky nerozpustný, obsahující krystalické
látky (cca 30 %). Vyrábí se keramickým výrobním způsobem
z minerálních surovin s převládající složkou jílových mine-
rálů, vytvarované a vypálené na vysokou teplotu (většinou
nad 800 °C). Výpalem procesem slinování nastává zpevnění
mikrostruktury střepu [18].
Jílové minerály jsou krystalické látky s vrstevnatou struk-
turou, v níž se střídají vrstvy tetraedrů SiO
4
a oktaedrů
AlO
6
. Kromě jílových minerálů keramické suroviny mohou
obsahovat i jiné minerály, např. krystalické i nekrystalické
modifikace SiO
2
, živce, zeolity, uhličitany, oxidy nebo hydro-
xidy železa a hliníku, nekrystalické jílové minerály ze skupiny
alofánu a organické příměsi. Nejvýznamnějšími jílovými
minerály z hlediska keramické technologie jsou kaolinit, illit,
chlorit, montmorillonit a halloysit.
Výpal je tepelné zpracování keramického materiálu, který
je spojen s fyzikálními pochody i chemickými reakcemi.
Zvýšená teplota umožňuje zvýšenou pohyblivost atomů
a dalších základních stavebních látek, její difúzi i chemické
reakce v pevné fázi. Dále umožňuje jejich modifikační pře-
měny, rekrystalizaci i růst nově vzniklých krystalů, tvorbu
kapalné fáze, zhutňování a slinování materiálu [19].
Při výpalu keramických surovin dochází k dehydrataci jílo-
vých minerálů. Kaolinit se mění na metakaolinit při teplotě
450 až 600 °C. Metakaolinit se při teplotě 950 až 1050 °C
mění na mullitovou fázi a cristobalit.
Pucolánová aktivita cihelného střepu
Keramické suroviny vypálené na teplotu 600 až 900 °C
získávají pucolánovou aktivitu. Po výpalu obsahuje cihel-
ný střep bezvodé hlinitokřemičitany, a dále složky, které
se výpalem nezměnily a byly přítomny v surovině, resp.
v surovinové směsi, jako je oxid křemičitý, oxid hlinitý, ana-
tas, muskovit ap. V důsledku výpalu a ztráty vody dochází
ke zhroucení krystalické mřížky za vzniku metastabilních
amorfních fází.
Obsahují-li jílové složky převážně jílový minerál kaolinit,
který při výpalu mezi teplotami 500 až 600 °C přechází
na metakaolinit, může docházet ke třem různým reakcím
s hydroxidem vápenatým za vzniku produktů C
4
AH
13
,
C
3
AH
6
, C
2
ASH
8
a CSH.
AS
2
+ 6 CH + 9 H
→
C
4
AH
13
+ 2 CSH
Metakaolinit + vápno + voda
→
tetrakalciumaluminát hyd-
rát + tobermorit (CSH1)
AS
2
+ 5 CH + 3 H
→
C
3
AH
6
+ 2 CSH
Metakaolinit + vápno + voda
→
trikalciumaluminát hydrát
+ tobermorit (nebo CSH1)
AS
2
+ 3 CH + 6 H
→
C
2
ASH
8
+ CSH
Metakaolinit + vápno + voda
→
gehlenit + tobermorit
(nebo CSH1)
Jestliže teplota výpalu přesáhne 900 °C, mohou být amorfní
fáze opět přeměněny do nových stabilních sloučenin – mul-
lit, tridymit, které již s hydroxidem vápenatým za běžných
teplot nereagují. Takto vypálený cihelný střep ztrácí pucolá-
novou aktivitu [1,2].
Pucolánovou aktivitu cihelného střepu ovlivňují různé fyzi-
kálně-chemické vlastnosti, jako je obsah skelné fáze, celko-
vý obsah oxidu křemičitého, velikost zrna, specifický povrch
a v neposlední řadě kvalita primárních surovin [16].
Ranganath et al. [20] zkoumali pucolánovou aktivitu po-
pílku na základě velikosti částic. Velikost částic popílku je
jedním z parametrů, který má zásadní vliv nejen na jeho
pucolánovou aktivitu, ale i na vlastnosti čerstvé i ztvrdlé
malty. Popílek obsahující částice o velikosti pod 20 µm má
větší měrný povrch, a tím dosahuje i vyšší reaktivity, naopak
popílek s velikostí částic 75 až 150 µm vykazuje nižší hod-
noty. Lze předpokládat, že podobné závěry, lze vztáhnout
i na pucolánovou aktivitu cihelného střepu.
Příprava zkušebních těles a provedené zkoušky
Na výrobu zkušebních těles byly použity dva druhy cihlář-
ských zemin, označené A a B, které se v praxi používají
pro výrobu pálených zdicích tvarovek. Zkušební tělesa
o rozměrech 20×50×100 mm byla vyrobena z plastického
těsta o deformačním poměru 0,7 podle Pfefferkorna (ČSN
72 1073). Výlisky byly následně vysušeny při teplotě 40
°C. Výsušky byly vypáleny podle ČSN 72 1565-4 [21] na