17.5.2 Hydratace a mikrostruktura

Přídavek SAP má zásadní vliv na hydratační proces a vývoj mikrostruktury betonu. Dochází k tomu z řady důvodů. Za prvé, počáteční absorpce SAP může změnit efektivní poměr w/b a charakteristiky rané hydratace. Za druhé, následné uvolňování vody ze SAP podporuje další hydrataci cementu, čímž vznikají další hydratační produkty a dochází ke zjemnění pórů. Za třetí, vysušený a zhroucený SAP zanechává makropóry rozptýlené v celé vytvrzené cementové pastě, což mění celkovou pórovitost a distribuci velikosti v závislosti na dávce SAP. Vzniká také rozhraní mezi SAP a matricí cementové pasty s jedinečnými mikrostrukturními vlastnostmi, které mohou mít důležité důsledky.

Mechtcherine et al. (2014) a Justs et al. (2014) pozorovali, že SAP způsobil mírné zpoždění časné hydratace, zatímco Hasholt a Jensen (2015) zaznamenali mírný urychlující účinek. V těchto případech byla přidána dodatečná voda, aby se kompenzovala absorpce SAP v čerstvé směsi. Nicméně většina studií se shoduje na tom, že SAP zvyšuje stupeň hydratace v pozdějším věku, zejména od 14 dnů, a to díky dodatečné vodě, která je k dispozici pro reakci s cementem (např. Igarashi a Watanabe, 2006; Lura et al., 2006; Justs et al., 2014). Navíc se zdá, že dlouhodobější hydratace je řízena spíše celkovým poměrem w/b než počátečním efektivním poměrem w/b (Justs et al., 2014; Reinhardt a Assmann, 2014; Hasholt a Jensen, 2015). Jinými slovy, konečný stupeň hydratace závisí na celkovém množství vody, která je v systému k dispozici, bez ohledu na to, že její část byla v raném stáří zachycena v SAP.

Zlepšená hydratace v systémech obsahujících SAP by měla vést ke snížení kapilární pórovitosti a zpřesnění distribuce velikosti pórů, zejména v pozdějším věku. Zjištění z dostupných studií se však zcela neshodují. Je tomu tak proto, že čistý účinek na strukturu pórů závisí na řadě faktorů, včetně dávkování a absorpční kapacity SAP, poměru w/b a toho, zda byla během dávkování přidána další voda ke kompenzaci absorpce SAP. Snížení kapilární pórovitosti v důsledku lepší hydratace (vnitřní vytvrzování) nebo snížení efektivního poměru w/b v důsledku absorpce SAP může, ale nemusí být dostatečné k vyrovnání zvýšení pórovitosti v důsledku tvorby makropórů. Čistý účinek závisí také na poměru w/b, protože vnitřní vytvrzování je výhodné pouze pro systémy s velmi nízkým poměrem w/b. To poukazuje na protichůdné účinky SAP na mikrostrukturu. Nejistoty při odhadu absorpce SAP v cementových materiálech, jak je uvedeno v části 17.4.3, tuto problematiku dále komplikují.

Například některé studie využívající rtuťovou intruzní porozimetrii zjistily vyšší celkovou pórovitost v maltách a betonech obsahujících SAP a entraindovanou vodu. To bylo přičítáno makrodutinám, které vznikají při vysychání SAP (Mönnig, 2005; Mechtcherine et al., 2009). Nižší celková pórovitost však byla pozorována v systémech bez entraindované vody (Mönnig, 2005; Igarashi a Watanabe, 2006), pravděpodobně proto, že efektivní poměr w/b byl snížen absorpcí SAP. Lura et al. (2008) pozorovali pomocí rentgenové tomografie snížení počtu malých kapilárních pórů v důsledku dodatečných hydratačních produktů z vnitřního vytvrzování a snížení mikrotrhlin způsobených autogenním smršťováním. Pomocí sorpce vodní páry Snoeck et al. (2015) pozorovali, že cementové pasty se SAP a bez přiváděné vody vykazují mírný pokles v rozsahu mikropórů (<2 nm) a mezopórů (2-50 nm). Cementové pasty se SAP a entrudovanou vodou nevykazovaly žádnou významnou změnu v rozsahu mikropórů, ale mírný nárůst v rozsahu větších mezopórů. Beushausen a další (2014) také nezjistili významný vliv SAP na pórovitost, což naznačuje, že vyšší počáteční dutina vytvořená SAP je kompenzována lepší mikrostrukturou z vnitřního vytvrzování.

Na obr. 17.4 jsou uvedeny některé příklady snímků zpětně rozptýlených elektronů past, malt a betonů obsahujících SAP. Je vidět, že částice SAP a makrodutiny jsou ve vytvrzené cementové pastě izolované a dobře rozložené. Makroprázdnoty se pohybují od ~10 do více než 500 μm v závislosti na počáteční velikosti suchého SAP a bobtnání (Lam, 2005; Lee et al., 2010a,b,c, 2016). Hranice makroprázdnin mají tendenci kopírovat původní tvar suchého SAP, jak bylo rovněž pozorováno pomocí rentgenové tomografie (Lura et al., 2008). Zhroucená částice SAP se může jevit jako pevná, porézní/buněčná nebo úzká prstencovitá částice. Některé vzorky vykazují mezeru mezi pastou a SAP v důsledku smrštění (Lam, 2005), zatímco u vzorků obsahujících suspenzní polymerizovaný SAP s drsnou strukturou a větším povrchem je zachována dobrá vazba (Lee et al., 2010a,b,c), jak je vidět např. na obr. 17.4F. Občas se v makrodutinách vyskytují precipitáty hydroxidu vápenatého nebo malá cementová zrna, která následně reagovala za vzniku hydratačních produktů ve vodním rezervoáru a vyplnila prostor původně obsazený nabobtnalým SAP (obr. 17.4D-F).

Cementová pasta obklopující SAP vykazuje velmi variabilní mikrostrukturu a má podobné vlastnosti jako „mezifázová přechodová zóna“ mezi agregátem a pastou a rozhraní vzduchových dutin a pasty (Scrivener et al..), 2004; Wong a Buenfeld, 2006; Wong a kol., 2011). Rozhraní obsahuje méně cementu ve srovnání se sypkou pastou vzdálenější, což je způsobeno narušeným balením částic. Bývá také velmi porézní a občas obsahuje velké nánosy hydroxidu vápenatého (obr. 17.4C,D). Tyto vlastnosti lze přičíst vysokému obsahu vody na povrchu nabobtnalého SAP, případně brzkému uvolnění absorbované vody do okolní pasty, které způsobuje přednostní srážení. Smršťování SAP při vysychání může vést k mikrotrhlinám okolní cementové pasty (Lee et al., 2010a,b,c), ale očekává se, že vlhkost uvolněná SAP podpoří další hydrataci a rozvoj mikrostruktury v okolní pastě. V maltách a betonech mají dutiny SAP velikost zrn písku a mohou se rozprostírat mezi částicemi kameniva (Lee et al., 2016), např. obr. 17.4B.

.