---

A.3.2 Specific properties of calcium aluminate cement pastes, mortars and concretes

Soundness measured according to EN 196-3 is less than the minimum sensitivity of the measur­ing device and for this reason there is no specifi­cation for soundness in this European Standard. In addition, the absence of significant quantities of dead burned lime, magnesia or sulfate, means that late expansion is not to be expected in cal­cium aluminate cement.

The total heat of hydration of calcium aluminate cement is in the range of 400 J/g to 500 J/g. It is liberated much more rapidly than with a Portland cement. A maximum temperature of 70 °С to 80 °С can be attained in mass concrete within 6 h.

The variation of the absolute volume of the paste due to hydrate formation is greater than for Portlandcements (Le Chatelier contraction).

Usually, shrinkage in air, after setting, develops earlier than in Portland cement mortars and con­cretes,but attains very similar values at 28 days.

For these reasons, appropriate curing measures should be applied to prevent early cracking (see A.4.3)

A.3.3 Protection of the reinforcement

The pH of the pore solution, around 12, together with the very low solubility of AI(OH)₃ in the pH range 4 to 11, lead to a satisfactory protection of the reinforcement provided that a dense structure of the hardened paste is achieved, and main­tained after conversion. For this reason, it is rec­ommended for structural applications, to keep the total W/C ratio not greater than 0,40 (see A.2.2)

.

В агресивному середовищі (в основному: хлорид, сульфід, СО₂), ущільнення і товщина захисного шару бетону повинні бути достат­німи, щоб уникнути зниження рівня pH поблизу арматури, що може призвести до зниження її захищеності.

Рекомендовану товщину захисного шару бе­тону вказано у таблицях 4-2 EN 1992-1-1:2004 (див. А.8 [3]).

А.3.4 Набуття міцності

Через процес конверсії, описаний у А.2.2, набуття міцності при гідратації за низької чи високої температури відбувається по-різному. На рисунку А.2 показано відмінності у набутті міцності впродовж 10 років.

In an aggressive environment (mainly: chloride, sulfide, CO₂), compaction and the thickness of the concrete cover shall be sufficient to avoid a drop of the pH value near the reinforcement, which could lead to the loss of protection.

The recommended thickness of the concrete co­ver is as stated in Tables 4-2 of EN 1992-1-1:2004 (see A.8 [3]).

A.3.4 Strength development

O

Рисунок A.2 - Типове набуття довготривалої міцності (водоцементне відношення = 0,40;
вміст цементу: 400 кг/м³)

Figure А.2 - Typical long term strength development (Total W/C = 0,40; cement content:400 kg/m³)

Key:

1 Initial hydration at 20 °С for 2 days, then protected out door conditions

2 Initial hydration at 70 °С for 2 days, then protected out door conditions

Y Cube compressive strength (MPa)

X Time in year (Log scale)

Познаки:

1 - початок гідратації при 20 °С протягом 2 діб, потім - захищені зовнішні умови

2 - початок гідратації при 70 °С протягом 2 діб, потім - захищені зовнішні умови

Y - кубикова міцність при стиску, МПа

X - час у роках (логарифмічна шкала)

wing to the conversion process described in A.2.2, strength develops differently when hydration occurs at low or high temperature. Fig­ure A.2 illustrates these differences in strength development over a period of 10 years.Бетон у конструкціях з невеликими перерізами за температури 20 °С залишається у мета­стабільному стані протягом кількох років і по­казує дуже високу міцність. З часом за рахунок прогресуючого процесу конверсії міцність знижується до мінімально стабільного рівня, характерного для запроектованого складу суміші. Після конверсії міцність стабілізується або навіть трохи збільшується, якщо продов­жується процес гідратації.

У бетонних конструкціях з великими перері­зами, в яких температура 75 °С може бути легко досягнута, конверсія відбувається швид­ко, а міцність буде залишатись стабільною впродовж тривалого часу.

При проектуванні враховують лише мінімаль­ну міцність після конверсії. Метод для визна­чення мінімальної міцності вказано у А.7.

На рисунку А.З показано критичний вплив во­доцементного відношення на рівень міцності при стиску до та після конверсії (див. А.8 [1] [2] [4] [5] [10] та [11]). Можна побачити, що міцність після конверсії неможливо визначити на основі міцності до конверсії, оскільки спів­відношення між ними не є постійним. Саме тому міцність після конверсії виступає єдиним допустимим значенням міцності при проекту­ванні. Як і для будь-якого бетону, необхідно дотримуватися установленого водоцементно­го відношення під час виготовлення, щоб до­могтися заданих властивостей. На рисунку А.З показано вплив відхилу від запроектованого водоцементного відношення.

На рисунку А.4 показано вплив водоцемент­ного відношення на пористість цементного тіста до та після конверсії (А.8 [12]). Оскільки пористість відіграє важливу роль у довговіч­ності бетону та збільшується із збільшенням водоцементного відношення, важливо дотри­муватися установленого водоцементного від­ношення, щоб досягти запроектованої міцності та довговічності.

Concretes of small cross sections maintained at or around 20 °С remain in their metastable form for several years, showing very high strength. Overtime, with the progression of the conversion process,strength will decrease to a minimum sta­ble level, characteristic of the mix design. Once conversion iscompleted, the strength will remain stable, or even increase slightly if further hydration takes place.

In concrete structures with large cross section, in which a temperature of 75 °С can easily be reached,conversion takes place rapidly and the strength will remain stable over time.

For design purposes, only the minimum strength after conversion must be considered and a method for estimating this minimum strength is given in A.7.

Figure A.3 shows the critical influence of the W/C ratio on the compressive strength level before and after conversion (A.8 [1] [2] [4] [5] [10] and [11]). It can be seen that converted strength cannot be estimated from the unconverted strength, since the ratio between the two is not constant. This is why the converted strength is the only relevant strength value for design purposes. As for any concrete, the specified W/C ratio should be ad­hered to during concrete production to achieve targeted properties. Figure A.3 shows the influ­ence of a deviation from the specified W/C ratio.

Figure A.4 shows the influence of the W/C ratio on porosity of neat cement paste, before and after conversion (A.8 [12]). Because porosity plays a major role in durability of concrete, and increases with the W/C ratio, it is important to adhere to the specified W/C ratio to achieve both design strength and durability

.

Познаки:

Y - кубикова міцність при стиску, МПа

X - водоцементне відношення

О - Georges (1990) - до конверсії

• - Georges (1990) - після конверсії

• - Neville (1994) - до конверсії

• - Neville (1994) - після конверсії

О - Robson (1962) - до конверсії

• - Robson (1962) - після конверсії

• - BRE (1968) - до конверсії

• - BRE (1968) - після конверсії

Key:

Y Compressive Strength on cubes (MPa) X Total Water/Cement Ratio

О Georges (1990) - Before conversion

• Georges (1990) - After conversion

• Neville (1994) - Before conversion

• Neville (1994) - After conversion

О Robson (1962) - Before conversion

• Robson (1962) - After conversion

• BRE (1968) - Before conversion

BRE (1968) - After conversio

nРисунок A.3 - Залежність міцності при стиску САС бетону до та після конверсії від
водоцементного відношення

Figure А.З - Relation between total water/cement ratio and compressive strength of CAC
concrete before and after conversio

n

Key:

Y Porosity by mercury in trusion (%)

X Water/Cement Ratio

1 Before conversion

2 After conversion

Познаки:

Y - пористість (за методом ртутної порометрії), %

X - водоцементне відношення

1 - до конверсії

2 - після конверсії

Рисунок A.4 - Залежність пористості тіста САС від водоцементного відношення

FigureA.4 - Relation between water/cement ratio and porosity of neat CAC paste

A.3.5 Хімічна стійкість

Хімічний склад кальцієво-алюмінатного це­менту, а також той факт, що гідроксид кальцію не виділяється при гідратації, дозволяє добре ущільненому бетону, який виготовлено з цим цементом, протистояти багатьом агресивним речовинам (див А.6.3). Однак висока порис­тість та водопроникність, що виникає внаслі­док конверсії бетону із завищеними водоце- ментними відношеннями або неякісної уклад­ки, можуть стати причиною вразливості до впливу лугів чи сульфатів. У таких випадках вільні луги (К та Na) з заповнювачів, води чи середовища (наприклад, портландцементного пористого бетону) можуть мігрувати в САС бетон. При наявності СО₂ у повітрі можуть утворюватися лужні карбонати, які можуть викликати реакцію, відому як лужний гідроліз, що призводить до втрати цілісності цементної матриці.

Природні сульфати, наприклад, що є у ґрунто­вих водах чи гіпсовому камені, можуть мігру­вати до таких бетонів або розчинів і спричи­нити руйнування під впливом дії сульфату.

A.3.5 Resistance to chemical attack

The specific chemical composition of calcium aluminate cement, and the fact that calcium hy­droxide is not released during hydration, allows properly compacted concretes made with this ce­ment to resist many aggressive agents (see A.6.3). However if the porosity or permeability is high, as a result of conversion in concretes made with unsatisfactorily high W/C ratios, or poor workmanship during placing, they may become vulnerable to attack by alkalis or sulfates. In such cases releasable alkalis(K and Na) originating from either the aggregates, the mixing water or the environment (for example porous Portland ce­ment concrete) can migrate into the CAC con­crete. In the presence of atmospheric CO₂, alkali carbonates may form, which may trigger the reac­tion known as alkaline hydrolysis with carbon­ation, and lead to the loss of integrity of the cement matrix.

Similarly, sulfates from the environment, e.g. from sulfated ground waters or gypsum plaster, may migrate into such concretes and mortars and this could lead to disruptive sulfate attack

.A.4 Виробництво бетону на основі кальцієво-алюмінатного цементу А.4.1 Вибір заповнювачів

Використовувати лише заповнювачі, що від­повідають вимогам стандарту на заповнювачі для бетону (див. EN 12620; див. А.8 [6]) чи для розчину (EN 13139; див. А.8 [7]). Уникати заповнювачів, що містять піски з вільними лугами, особливо сланці та породи, які містять слюду та польові шпати.

Для досягнення установленого водоцемент­ного відношення важливо звернути увагу на водопоглинання заповнювача та фактичний вміст в ньому вологи.

А.4.2 Приготування бетонної суміші

А.4.2.1 Загальні положення

Приготування САС бетону відбувається за такою самою технологією, як і звичайного бетону. Слід дотримуватися зазначених нижче спеціальних рекомендацій.

А.4.2.2 Чистота обладнання

Уникати контакту з залишками інших типів цементу чи бетону або вапна, щоб уникнути прискореного затвердіння. Обладнання по­винно бути чистим і вільним від будь-якого затверділого бетону. Силос для зберігання цементу необхідно спорожнити та очистити перед прийманням кальцієво-алюмінатного цементу.

А.4.2.3 Вміст цементу

Оптимальний вміст цементу залежить від типу заповнювачів, їх максимальних розмірів, водо­цементного відношення, бажаної легкоукла- дальності та установлених вимог до міцності. Рекомендовано мінімальний вміст цементу 400 кг/м³ для досягнення достатньої легко- укладальності при водоцементному відношен­ні не більше 0,40 без використання добавок.

А.4.2.4 Вода для замішування

Вода для замішування повинна бути чистою і відповідати EN 1008 (див. А.8 [8]). Не можна використовувати оборотну воду. Не викорис­товувати морську воду для приготування САС бетону, оскільки вона уповільнює тужавлення.

A.4 Production of calcium aluminate cement concrete

A.4.1 Choice of the aggregates

Use only aggregates meeting the standard re­quirements for aggregates in concrete (see EN 12620;see A.8 [6]) or, in mortar (EN 13139; see A.8 [7]). Avoid aggregates containing sands with releasable alkalis, particularly schists and rocks containing micas and feldspars.

In order to achieve the specified W/C ratio, it is es­sential to give proper care to the aggregates' wa­ter absorption and actual moisture content.

A.4.2 Mixing the concrete

A.4.2.1 General

The normal concreting techniques used for com­mon cement concrete also apply to CAC con­crete. The specific recommendations hereunder are of particular importance.

A.4.2.2 Cleanliness of the equipment

Avoid any contact with residues of other types of cement or concrete, or with lime, so as to prevent an accelerated set. The equipment should be clean and free from any hardened concrete. The silo usedto store the cement should be entirely emptied and cleaned before receiving the calcium aluminate cement.

A.4.2.3 Cement content

The optimum cement content depends on the type of aggregates, their maximum size, the W/C ratio, the desired workability, and the specified strength requirements. In order to achieve satis­factory workability with a total W/C < 0,40 without admixture, a minimum cement content of 400 kg/m³ is recommended.

A.4.2.4 Mixing water

It is essential that the mixing water is clean and conforms to EN 1008 (see A.8 [8]) with the addi­tional requirement that the use of recycled water is not permitted. Sea water causes retardation of the setting time and should not used in CAC con­crete.

A.4.2.5 Водоцементне відношення

Як показано на рисунках А.З та А.4, міцність та потенційна довговічність після конверсії знач­но зменшуються зі збільшенням водоцемент­ного відношення. Потрібно враховувати цей факт при проектуванні САС бетону. Рекомен­дують водоцементне відношення не більше 0,40 для несучих конструкцій. Для ненесучих конструкцій водоцементне відношення може перевищувати 0,40, за якого може бути досяг­нуто необхідний рівень міцності та довговіч­ності.

А.4.3 Укладання та витримування

Як і для будь-якого бетону, для бетону на основі кальцієво-алюмінатного цементу важ­ливо забезпечити потрібне ущільнення. Для цього використовують відповідні методи ущільнення (наприклад, глибинний вібратор). Дуже важливо, щоб опалубка була чистою. Уникати втрат цементного молока.

Необхідно запобігати висиханню поверхні бетону, використовуючи відповідний спосіб тверднення. Оскільки гідратація кальцієво- алюмінатного цементу відбувається швидше ніж портландцементу, температура бетону при твердненні часто є вищою, тому необхідно брати до уваги можливість термічного тріщи- ноутворення. Необхідно також дотримуватися усіх вимог щодо правильного витримування під час тверднення. Залежно від типу конст­рукції слід застосовувати необхідні методи витримування згідно з сучасними технологіч­ними вимогами.

А.5 Добавки

Зазвичай для будівельних робіт використову­ють бетон, виготовлений з кальцієво-алюмі­натного цементу, без добавок. Потрібної лег- коукладальності досягають завдяки високому вмісту цементу та ущільненню, а також обох факторів - високому вмісту цементу та низь­кому водоцементному відношенню.

Можливо використовувати добавки до САС бетону, щоб змінити властивості бетонної суміші та/або затверділого бетону. Однак добавки, зазначені у EN 934-2 (А.8 [12]) та рекомендовані для використання у звичайних цементах за EN 197-1, можуть мати інший ефект з кальцієво-алюмінатним цементом. Необхідно провести попередні випробування

A.4.2.5 Water/cement ratio

As illustrated in Figures A.3 and A.4, the strength and potential durability after conversion signifi­cantly decrease as W/C ratio increases. This fact should be properly considered when designing CAC concrete. For structural applications, a total W/C ratio not greater than 0,40 is recommended. For non structural applications, appropriate con­verted strength and durability may be obtained with a total W/C ratio above 0,40.

A.4.3 Placing and curing

As for every kind of concrete, it is important to en­sure good compaction of the concrete made with calcium aluminate cement. Appropriate methods of compaction should be used (e.g. vibrating pok­ers).

It is essential that the formwork is clean. Take care to avoid any loss of laitance.