Minerální složení pojiva a degradačních produktů historických i recentních betonů

Mgr. Dalibor Všianský, Ph.D.

Doctoral thesis

Mineral composition of binder and deterioration products of historic and modern concretes

Abstract:

Disertační práce je zaměřena na minerály tvořící pojivovou složku a degradační produkty betonů. V rámci studia portlandského slínku byl prováděn experimentální výzkum polymorfie a struktury kalcium silikátů ovlivněných přítomností cizích iontů – síranových a fosfátových. Pomocí rtg-difraktometrie byla in-situ studována hydratace kalcium silikátů portlandského cementu s přídavkem TiO2. Dalším předmětem předložené práce je výzkum vápno-pucolánového pojivo antických římských přímořských betonů se zřetelem na jeho extrémní trvanlivost. Analyzováno bylo minerální složení těchto materiálů. Zvláštní pozornost byla věnována přítomnosti 11Å Al-tobermoritu a struktuře tohoto minerálu. Degradační produkty byly studovány na vzorcích betonů z druhé poloviny dvacátého století. Jednalo se o materiál tunelu z okolí Banské Štiavnice postižený zejména alkalicko-agregátovými reakcemi a železobetonovou desku a povrch konstrukce Karlova mostu. Mezi minerály vznikajícími v souvislosti se stárnutím a degradací materiálu tunelu u Banské Štiavnice byly identifikovány hydrokarbonáty sjögrenit, manasseit a sergeevite, zeolit stellerit a krystalická fáze chemismem odovídající Mg-tobermoritu. V případě hydrokarbonátů se jedná o první popis těchto minerálů z pojiva betonu. Na Karově mostě bylo kromě posouzení stavu železobetonové desky prováděno dlouhodobé monitorování minerálů tvořících výkvěty. Asociace výkvětů odrážejí změny životního prostředí. Přínos práce spočívá v rozšíření a prohloubení současných znalostí technické mineralogie silikátových materiálů.

Abstract:

The thesis deals with minerals forming binding component and deterioration products of concrete. Experimantal study of polymorphism and structure of clinker calcium silicates affected by the presence of sulphate and phosphate ions was carried on. In-situ examintion of hydration of Portland cement with the addition of nano-sized TiO2 by the means of x-ray diffractometry was conducted. Another part of the research was aimed at lime – pozzolanic binder of antique Roman seawater concretes with respect to their extreme durability. Mineral comporition of these materials was analyzed. Special focus was put on the presence and structure of 11Å Al-tobermorite. Deterioration products were studied on concrete samples from the second half of the twentieth century. The first group of samples came from a railway tunnel structute near Banská Štiavnica affected primarily by alkali-aggregate reactions. The other examined samples came from reinforced concrete slab and surface of the Charles bridge in Prague. Hydrocarbonates sjögrenite, manasseite, and sergeevite, zeolite stellerite, and crystalline phase chemically corresponding to Mg-tobermorite were identified among minerals formed due to ageing and deterioration of the structure. The above mentioned hydrocarbonates represent new records of these minerals in concrete binder. Except of evaluation of the reinforced concrete slab state, long term monitoring of efflorescence minerals' assamblages in the Chales bridge was carried on. The thesis represents a contribution to the knowledge on technical mineralogy of silicate materials.

Keywords

beton, pojivo, slínkové minerály, 11Å tobermorit, degradace, rtg-difraktometrie, mikroskopie

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 6. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 7. 9. 2012
• Supervisor: doc. RNDr. Miroslava Gregerová, CSc.
• Reader: prof. RNDr. Pavla Rovnaníková, CSc., prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geology (4-years) / Geological Sciences