Calorimetric studies of special cements

Abstract

The kinetics and even the mechanism of cement reaction with water can be successfully investigated by use of microcalorimetry. In this study this method was applied to follow the hydration of the new family of portland cements containing C₁₂A₇ ^* and C₁₁A₇·CaF₂ addition as well as special cement with C₃A replacement by calcium sulphoaluminate. It has been found that C₁₁A₇·CaF₂ acted as hydration retarder. The heat evolution curves for C₁₂A₇ containing samples without CaF₂ are very similar to those for the reference portland cement samples. XRD and SEM studies confirm the results described above, relating to the retardation of alite hydration. The process is positively modified by the addition of anhydrite. In the presence of calcium sulphoaluminate (4CaO·3Al₂O₃·SO₃) the hydration at early stage occurs with the rapid formation of large amount of the ettringite phase. The calcium fluoride acts as a set retarder. The full compatibility of calorimetry with SEM and XRD results should be underlined.

Zusammenfassung

Mittels Mikrokalorimetrie kann die Kinetik und selbst der Mechanismus der Zementreaktion mit Wasser erfolgreich untersucht werden. Vorliegend wurde diese Methode zur Verfolgung der Hydratation einer neuen Reihe von Portlandzements mit Gehalt an C₁₂A₇- und C₁₁A₇CaF₂-Zusatz sowie von Spezialzement mit C₃A-Ersatz durch Calciumsulfoaluminat angewendet. Man fand, daß C₁₁A₇CaF₂ als Hydratationsbremsmittel wirkt. Die Kurven für die Wärmefreisetzung für C₁₂A₇-haltige Proben ohne CaF₂ ähneln sehr denen für die als Bezugssubstanz verwendeten Portlandzements. Röntgendiffraktions- und SEM-Untersuchungen bestätigen die obenbeschriebenen Ergebnisse bezüglich der Verzögerung der Alithydratation. Durch Zusatz von Anhydrit wird der Prozeß positiv modifiziert. In Gegenwart von Calciumsulfoaluminat (4CaO·3Al₂O₃·SO₃) erfolgt die Hydratation in frühen Schritten unter schneller Bildung einer großen Menge Ettringitphase. Calciumfluorid wirkt als Verzögerungsmittel. Die volle Übereinstimmung von Kalorimetrie mit SEM- und Röntgendiffraktionsuntersuchungen wird betont.