Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

Τίτλος εργασίας: «Πειραματική μελέτη της χρήσης φωσφονικών ενώσεων ως πρόσθετα σε κλίνκερ και τσιμέντο Πόρτλαντ.» / «Laboratory study of phosphonic compounds as additives in clinker and portland cement»

Τριμελής εξεταστική επιτροπή

1. Γεώργιος Χρηστίδης, καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ (Επιβλέπων)

2. Μιχαήλ Γαλετάκης, καθηγητής σχολής ΜΗΧΟΠ

3.Κωνσταντίνος Δημάδης, επικ. καθηγ. Χημείας, Παν/μιο Κρήτης

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην πειραματική μελέτη της χρήσης φωσφονικών ενώσεων ως πρόσθετα σε κλίνκερ και τσιμέντο Πόρτλαντ. Η εργασία χωρίζεται σε 3 Κεφάλαια. Στο Κεφάλαιο 1 βρίσκεται η αποτύπωση των ορισμών του τσιμέντου Πόρτλαντ και του κλίνκερ τσιμέντου. Παρουσιάζονται επίσης, το νομικό πλαίσιο που συνοδεύει το αντικείμενο του τσιμέντου Πόρτλαντ καθώς και οι διάφορες κατηγορίες του. Ακολουθεί η περιγραφή της παραγωγικής διαδικασίας του κλίνκερ με έμφαση στα διάφορα στάδια τα οποία λαμβάνουν χώρα κατά τη προετοιμασία του κλίνκερ όπως η παραγωγή πρώτων υλών, η θραύση τους, η προ-ομογενοποίηση, ο προσδιορισμός της σύνθεσης του ξηρού μείγματος, η ομογενοποίηση, οι χημικές διαδικασίες που σχηματίζουν τη κρυσταλλική δομή του κλίνκερ και η άλεση του. Επιπλέον, το θεωρητικό μέρος περιλαμβάνει την περιγραφή της φωσφονικής ένωσης η οπαία χρησιμοποιείται, τον χημικό της τύπο και τις εφαρμογές που έχει σε διαφορετικούς τομείς της βιομηχανίας. Ακολουθεί το Κεφάλαιο 2 στο οποίο παρουσιάζεται το πειραματικό μέρος της εργασίας. Το πειραματικό μέρος αποσκοπεί στην παρουσίαση της πειραματικής μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε. Αρχικά παρουσιάζεται αναλυτικά η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την προετοιμασία του υλικού (κλίνκερ). Στην επόμενη ενότητα περιγράφεται η μέθοδος παρασκευής κυβικών δοκιμίων κλίνκερ και τσιμέντου Πόρτλαντ. Η ενότητα περιλαμβάνει τις αναλογίες κλίνκερ/τσιμέντου νερού και υδατικού διαλύματος φωσφονικού προσθέτου, την παρασκευή των υδατικών διαλυμάτων και τον εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε. Μετά την παρασκευή τους, τα δοκίμια αφέθηκαν να ωριμάσουν για διαφορετικές χρονικές περιόδους σε θάλαμο κατάλληλων συνθηκών. Επιπλέον στο πειραματικό μέρος περιγράφεται η δοκιμή μονοαξονικής θλίψης στην οποία τοποθετήθηκαν τα δοκίμια για τον προσδιορισμό της μοναξονικής αντοχής. Δείγματα τα οποία συλλέχθηκαν από τα θραύσματα των δοκιμίων έπειτα του περάματος της μονοαξονικής θλίψης μελετήθηκαν με τη μέθοδο της περιθλασιμετρίας ακτίνων-Χ (XRD) με σκοπό την ποιοτική ταυτοποίηση των φάσεων. Το κεφάλαιο 3 εστιάζει στα αποτελέσματα του πειραματικού μέρους, στην ερμηνεία τους και την εξαγωγή συμπερασμάτων. Συγκεκριμένα, τα αποτελέσματα της μοναξονικής θλίψης παρουσιάστηκαν με δύο μορφές διαγραμμάτων με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης του HEDP στη διαμόρφωση των αντοχών των δοκιμίων. Οι μεταβολές στην αντοχή μεταξύ των διαφορετικών σειρών δοκιμίων αποδίδονται στην προσθήκη HEDP και συνδέονται με τις κρυσταλλικές φάσεις που αναπτύχθηκαν στα κονιάματα. Οι κρυσταλλικές φάσεις στη συνέχεια παρουσιάστηκαν σε διαγράμματα τα οποία επιβεβαίωσαν τις μακροσκοπικές παρατηρήσεις. Μελετώντας τις μεταβολές των κρυσταλλικών φάσεων εξετάσθηκε η διαδικασία της ενυδάτωσης η οποία φαίνεται πως έχει ανασταλεί καθώς τα προϊόντα της ενυδάτωσης δεν εμφανίζονται στους χρόνους που αναμένονται. Για την εξήγηση της δράσης του HEDP υπολογίστηκε επίσης ένας εμπειρικός δείκτης ενυδάτωσης ο οποίος επιβεβαιώνει την αναστολή της ενυδάτωσης.  

Abstract

This thesis focuses on the experimental investigation of the use of phosphonic compounds as additives in clinker and Portland cement. The thesis is divided into three chapters. Chapter 1 sets out the definitions of Portland cement and cement clinker. It also presents the legal framework governing Portland cement and its various classifications. This is followed by a description of the clinker production process, with emphasis on the individual stages involved in clinker preparation, such as raw-material production, crushing, pre-homogenization, determination of the dry-blend composition, homogenization, the chemical reactions that form the clinker’s crystalline phases, and final grinding. Additionally, the theoretical section includes an overview of the phosphonic compound used, its chemical formula, and its applications across different industrial sectors. Chapter 2 details the experimental portion of the thesis. It describes the methodology followed. First, the procedure for preparing the material (clinker) is presented in detail. The next section outlines the method for casting cubic specimens of clinker and Portland cement. This section specifies the ratios of clinker/cement to water and to the aqueous solution of the phosphonic additive, the preparation of those solutions, and the equipment used. Once cast, the specimens are allowed to cure for various periods in a climate-controlled chamber. The experimental section also describes the uniaxial compression test applied to the specimens in order to determine their compressive strength. Samples collected from the fracture surfaces after testing are examined by X-ray diffraction (XRD) to perform qualitative analysis of the crystalline phases. Chapter 3 focuses on the experimental results, their interpretation, and the derivation of conclusions. Specifically, the uniaxial compression data are presented in two types of graphs to study the effect of HEDP on the strength development of the specimens. Variations in strength among the different specimen series are attributed to the addition of HEDP and correlated with the crystalline phases formed in the mortars. These crystalline phases are then illustrated in plots generated from the qualitative XRD data, corroborating the macroscopic observations. By examining the crystalline structure, the hydration process is found to be inhibited, as the expected hydration products do not appear within the anticipated timeframes. To explain HEDP’s mode of action, an empirical index was also calculated, confirming the inhibition of hydration.

Λέξεις κλειδιά (Ελληνικά): κλίνκερ, τσιμέντο Πόρτλαντ, αναστολή ενυδάτωσης, επιβραδυντικό πρόσθετο, φωσφωνικό πρόσθετο HEDP
Λέξεις κλειδιά (Αγγλικά): clinker, Portland cement, hydration inhibition, retarding additive, phosphonic additive HEDP