Obserwacje mikrostruktury

Wyniki badań mikrostruktury przeprowadzone za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego ze spektrometrem EDS zostały przedstawione na rysunkach 79-86. Do badań mikrostruktury wybrano próbki zapraw poddanych korozji chlorkowej NaCl oraz korozji siarczanowej w roztworze MgSO4.

Wykonanie obserwacji mikroskopowych na przełamach nie daje mo liwo ci porównania ilo ci produktów między próbkami, ponadto nie daje informacji o rozmieszczeniu tych faz w kompozycie cementowym jakim jest zaprawa. Próbka przełamu nie jest równie reprezentatywna, dlatego, e miejsca styku większych ziaren piasku czy większych kryształów stanowią szczeliny krytyczne, na których zaprawa przełamuje się w uprzywilejowany sposób. Na przełamach mo na zaobserwować morfologię kryształów produktów korozji, czy te morfologię C-S-H. W związku z powy szym postanowiono dokonać obserwacji mikrostruktury i składu zapraw na zgładach (BSE). Dokonano obserwacji zapraw, idąc od krawędzi próbki do jej wnętrza. Wykonano kilkana cie zdjęć o wysokiej rozdzielczo ci dla ka dej z próbek po to, by w pracy przedstawić najbardziej reprezentatywne.

W celu przedstawienia rozkładu czynnika korozyjnego w matrycy badanych zapraw wykonano analizę pierwiastkową wzdłu linii przebiegającej od krawędzi w głąb próbki oraz mapy rozkładu pierwiastków na obserwowanym obszarze.

Na rysunku 79 zostały przedstawione zdjęcia mikrostruktury zaprawy referencyjnej „K1” poddanej działaniu roztworu NaCl. Na zdjęciu (rys. 79-a) pokazano, e, mimo korozji chlorkowej, nie ma widocznych mikrospękań. Oznacza to, e czynnik korozyjny, w postaci jonów chlorkowych, w najmniejszym stopniu wpływa na wytrzymało ć i trwało ć zapraw. Koreluje to z wynikami badania ekspansji i wytrzymało ci.

Analiza składu chemicznego EDS próbek potwierdziła obecno ć produktów korozji w postaci soli Friedela. W przypadku zaprawy normowej obszary, w których wykrystalizował uwodniony chloroglinian wapnia stanowiły du y udział obserwowanej powierzchni. W szczególno ci jest to widoczne w zewnętrznej warstwie belki, w porównaniu do zaprawy modyfikowanej perlitem ekspandowanym. Na rys. 79-b) przedstawiono zidentyfikowaną, za pomocą analizy w mikroobszarach sól Friedela ( punkty 1,2,4 i 5). Na rysunku 79-c) punkt 5 przedstawiono sól Friedela przy du ym powiększeniu. W punkcie b)-3 i c)-6 analiza EDS wykazała obecno ć fazy C-S-H z wbudowanym chlorem. W rodku próbki, nie zidentyfikowano produktów korozji w postaci soli Friedela.

W zaprawie „20%”, modyfikowanej odpadem perlitu ekspandowanego, sporadycznie obserwowano produkty korozji w postaci soli Friedela. Rysunek 80-b) przedstawia równomierny rozkład ziaren perlitu w matrycy cementowej. Podobnie jak w przypadku zaprawy normowej nie obserwuje się widocznych mikrospękań. Analiza pierwiastkowa w mikroobszarach wykazała obecno ć chloru wbudowanego w fazę C-S-H (rys. 80 c)-punkt 2 i d)-punkt 4).

113

Rysunek 79 Mikrostruktura zaprawy refere yj ej „K ” dojrzewają ej w roztworze NaCl, o serwowa a za po o ą SEM, wraz z a alizą pierwiastkową w ikroo szara h EDS

114

Rysunek 80 Mikrostruktura zaprawy z % zawartoś ią odpadu perlitowego, dojrzewają ej w roztworze NaCl, o serwowa a za po o ą SEM, wraz z a alizą pierwiastkową w ikroo szara h EDS

W celu przedstawienia rozkładu czynnika korozyjnego w matrycy badanych zapraw wykonano analizę pierwiastkową obserwowanego obszaru pokazanego na zdjęciu (rys. 81) a tak e analizę

Cl Al

115 pierwiastkową wzdłu linii przebiegającej od krawędzi w głąb próbki na głęboko ć ok. 3 mm (skala podana na zdjęciu). Nale y mieć na uwadze, e w zaprawie występują trzy rodzaje jonów chlorkowych: związane chemicznie w produktach hydratacji, zaadsorbowane na powierzchni porów kapilarnych oraz rozpuszczone w cieczy porowej. Te ostatnie biorą udział w tworzeniu produktów korozji chlorkowej [1,141]. Liczba przy pierwiastku oznacza intensywno ć (liczbę zliczeń) dla najwy szego refleksu obserwowanego dyfraktogramu a w przypadku mapy największą intensywno ć (liczbę zliczeń) badanych punktów. Analiza wyników wskazuje na zdecydowanie mniejszą koncentrację jonów Cl- dla zaprawy zawierającej w składzie perlit ekspandowany, co wiadczy o szczelnej i mniej przepuszczalnej dla czynnika korozyjnego matrycy, w przypadku zapraw modyfikowanych odpadem perlitu ekspandowanego.

Rysunek 81 Mikrostruktura zaprawy refere yj ej „K ” oraz zaprawy „ %”, dojrzewają y h w roztworze NaCl, o serwowa y h pod ikroskope ska i gowy te h iką BSE , wraz z a alizą pierwiastkową w mikroobszarach (EDS) na pokazanej mapie, oraz analizą pierwiastkową wzdłuż li ii o długoś i ok. ,

Na rysunku 82 zostały przedstawione zdjęcia mikrostruktury zaprawy „K1” poddanej działaniu roztworu MgSO4.

116

Rysunek 82 Mikrostruktura zaprawy refere yj ej „K ” dojrzewają ej w roztworze MgSO4, obserwowana pod ikroskope ska i gowy te h iką BSE , wraz z a alizą pierwiastkową w ikroo szara h EDS

S S Al

117

Rysunek 83 Mikrostruktura zaprawy z % zawartoś ią odpadu perlitowego, dojrzewają ej w roztworze MgSO4, o serwowa a pod ikroskope ska i gowy te h iką BSE , wraz z a alizą pierwiastkową w mikroobszarach (EDS)

Al

Si Al

118 Obserwacje mikrostruktury zapraw poddanych korozji siarczanowej w roztworze siarczanu magnezu wykazała silny wpływ obecno ci perlitu ekspandowanego na zmiany w mikrostrukturze zaprawy normowej „K1”. Widoczne na zdjęciu 82 i 83 liczne spękania

wiadczą o działaniu ci nienia krystalizacji produktów korozji. Spękania w zaprawie normowej tworzą wyra ną sieć przestrzenną w mikrostrukturze zaprawy. Ich udział w zaprawie normowej jest widoczny na rys. 84 (lewa strona). Analiza EDS w punkcie 1 i 2 zdjęcia 82-b) wykazała obecno ć aglomeratów gipsu, lokujących się w warstwie kontaktowej zaczyn-kruszywo. wiadczy to o reakcji jonów SO4^2- z wodorotlenkiem wapnia, lokującym się zwykle w strefie kontaktowej, z utworzeniem uwodnionego siarczanu wapnia.

Zupełnie w innym miejscu w matrycy cementowej lokują się kryształy ettringitu. Analiza mikrostruktury wykazała, e występują w rodku matrycy uwodnionych krzemianów wapnia, bli ej nieprzereagowanych ziaren cementu, co widać na zdjęciu 82-c) co potwierdza analiza pierwiastkowa w punktach 4 i 5. Mikrostruktura zapraw z odpadem perlitowym jest bardziej zwarta i nie zaobserwowano du ej liczby mikrospękań.

Analiza składu chemicznego, zarówno wzdłu linii jak i mapy odzwierciedla koncentrację pierwiastków na obserwowanych obszarach (rys. 84). Wyniki dobrze korelują z metodami oznaczania składu fazowego przedstawionymi wcze niej (dyfrakcja rentgenowska, analiza termiczna). Koncentracja jonów Mg2+ oraz SO4^2- jest zdecydowanie mniejsza w przypadku zaprawy z udziałem 20% perlitu ekspandowanego. Większa koncentracja siarki w obszarach blisko kruszywa potwierdza, e produkt korozji w postaci gipsu lokuje się w uprzywilejowany sposób w strefie kontaktu zaczyn-kruszywo. Liczba zliczeń wzdłu analizowanych linii jest o rząd większa w przypadku zaprawy normowej, co wiadczy o zaawansowanej korozji zaprawy referencyjnej.

Zaprawy z dodatkiem mielonego odpadu perlitu ekspandowanego charakteryzowały się te mniejszym udziałem portlandytu w bliskim sąsiedztwie ziaren perlitu, co potwierdza pucolanowy charakter tego materiału.

119

Rysunek 84 Mikrostruktura zaprawy refere yj ej „K ” oraz zaprawy „ %”, dojrzewają y h w roztworze MgSO4, o serwowa y h pod ikroskope ska i gowy te h iką BSE , wraz z a alizą pierwiastkową w ikroo szara h EDS a pokaza ej apie, oraz a alizą pierwiastkową

120