Volumetric changes of cement mixtures modified with CaCO3 and CaO-based expansive additives under water and atmospheric conditioning

openaccess, Vol. 629 (01) 2025 / czwartek, 23 stycznia, 2025

Zmiany objętościowe mieszanek cementowych z mineralnymi dodatkami powodującymi pęcznienie na bazie CaCO3 i CaO w warunkach pielęgnacji wodnej i atmosferycznej

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.01.02

citation/cytuj: Błyszko J., Borucka-Lipska J. Volumetric changes of cement mixtures modified with CaCO3 and CaO-based expansive additives under water and atmospheric conditioning. Materiały Budowlane. 2025. Volume 629. Issue 01. Pages 7-15. DOI: 10.15199/33.2025.01.02

Mixtures of aluminous and Portland cements in the presence of CaO and CaCO3 can cause change in the setting time or structure. The present study focuses on the effect of expansive additives on volumetric change in cement mortars drying under low moisture conditions. Mineral fillers in combination with the cementitious binder lead to an increase in the volume of the mixture and, depending on the hardening conditions, to seal the composite structure or compensate for deformation from shrinkage. The present work aims to evaluate the effect of using mineral intumescent additives to cement by studying the expansive properties of the resulting composite during the hardening period. In this paper, the results of mortar tests with a binder modified with different expansive compositions are previewed. Depending on the moisture conditions of the maturing material, swelling was obtained, or a noticeable reduction in shrinkage compared to the reference mortar.

Mieszaniny cementów glinowego i portlandzkiego w obecności CaO i CaCO3 mogą powodować zmianę czasu ich wiązania lub struktury. Przeprowadzone badania koncentrują się na wpływie dodatków ekspansywnych na zmianę objętościową zapraw cementowych wysychających w warunkach małej wilgotności. Wypełniacze mineralne w połączeniu ze spoiwem cementowym prowadzą do zwiększenia objętości mieszanki i w zależności od warunków twardnienia do uszczelnienia struktury kompozytu lub kompensacji odkształceń w przypadku skurczu. Praca ma na celu ocenę efektu zastosowania mineralnych dodatków powodujących pęcznienie przez zbadanie właściwości ekspansywnych powstałego kompozytu w okresie twardnienia. W artykule przedstawiono wyniki testów zaprawy z udziałem spoiwa modyfikowanego różnymi kompozycjami dodaktów ekspansywnych. W zależności od wilgotności dojrzewającego materiału uzyskano pęcznienie lub zauważalną redukcję skurczu w porównaniu z zaprawą wyjściową.
expansive concrete; expansive agent; drying shrinkage; 3D printing.

beton ekspansywny; dodatek pęczniejący; skurcz od wysychania; druk 3D.
  1. Nocuń-Wczelik W, Konik Z, Stok A, Małolepszy J. Spoiwa o kontrolowanych zmianach objętości do prac naprawczych i uszczelniających. Przegląd Budowlany. 2009 (12): 32 – 6.
  2.  ASTM C 845-96, Standard specification for expansive hydraulic cement.
  3.  Król. Use of expansivemateriale in concrete repairs. Cement-Wapno-Beton 1996; 5: 177.
  4.  Król M, Tur W. Beton ekspansywny. Warszawa: Arkady; 1999.
  5.  Kurdowski W. Cement and concrete chemistry. [Place of publication not identified]: SPRINGER; 2016.
  6.  Szeląg H, Kurdowski W. Cementy specjalne dla budownictwa podziemnego. Górnictwo i Geoinżynieria. 2009; 33 (3/1): 373 – 82.
  7.  Dweck Jo, et al. Hydration of a Portland cement blended with calcium carbonate. Thermochimica Acta. 2000 (346): 105 – 13.
  8.  Kakali G, Tsivilis S,Aggeli E, Bati M. Hydration products of C3A, C3S and Portland cement in the presence of CaCO3. Cement and Concrete Research. 2000; 30 (1073-1077).
  9.  Vance K, Aguayo M, Oey T, Sant G, Neithalath N. Hydration and strength development in ternary portland cement blends containing limestone and fly ash or metakaolin. Cement and Concrete Composites. 2013; https://doi. org/10.1016/j. cemconcomp. 2013.03.028.
  10.  Ali M, Abdullah MS, Saad SA. Effect of Calcium Carbonate Replacement onWorkability and Mechanical Strength of Portland Cement Concrete. AMR 2015; 1115: 137–41. https://doi. org/10.4028/www.scientific. net/AMR. 1115.137.
  11.  Zhao H, Xiang Y, Liu J, Zhang Z, Jia R, Yao T et al. Effects of reinforcement on autogenous deformation of early-age concrete containing CaO-based expansion agent. Construction and Building Materials 2022; https://doi. org/10.1016/j. conbuildmat. 2021.126197.
  12.  Yang S, Zheng D, Poon CS, Cui H. In-situ alkali – silica reaction evolution of lightweight aggregate concretes prepared with alkali-activated cement and ordinary portland cement assessed by X-ray micro computed- -tomography. Cement and Concrete Composites. 2023; https://doi. org/10.1016/j. cemconcomp. 2023.105108.
  13.  Odler I, Colán-Subauste J. Investigations on cement expansion associated with ettringite formation. Cement and Concrete Research. 1999; https://doi.org/10.1016/s0008-8846(99) 00048-4.
  14.  Metody badania cementu – Cz. 1: Oznaczanie wytrzymałości PN-EN 196-1. Warszawa: Polski Komitet Normalizacyjny.
  15.  Polski Komitet Normalizacyjny. Metody badań zapraw do murów – Określenie konsystencji świeżej zaprawy (za pomocą stolika rozpływu) (PN-EN 1015-3: 2000): PKN.
  16.  Polski Komitet Normalizacyjny. Metody badań zapraw do murów – Określenie gęstości objętościowej świeżej zaprawy (norma PN-EN 1015- 6:2000); 2000.
  17.  Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu – Metody badań – Część 2: Oznaczanie czasu wiązania PN-EN 480-2.Warszawa: Polski Komitet Normalizacyjny.
  18.  Polski Komitet Normalizacyjny. Beton zwykły (PN-B-06250: 1988): Polski Komitet Normalizacyjny; 1988.
  19.  Sikora P, Techman M, Federowicz K, El-Khayatt AM, Saudi HA, Abd Elrahman M et al. Insight into the microstructural and durability characteristics of 3D printed concrete: Cast versus printed specimens. Case Studies in Construction Materials. 2022; https://doi.org/10.1016/j. cscm.2022.e01320.
dr inż. Jarosław Błyszko, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0002-0870-119X
dr inż. Jolanta Borucka-Lipska, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0002-5647-2993

dr inż. Jarosław Błyszko, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
ORCID: 0000-0002-0870-119X

Correspondence address: blyszko@zut.edu.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.01.02

Article in PDF file

Received: 25.10.2024. / Artykuł wpłynął do redakcji: 25.10.2024 r.
Revised: 18.11.2024 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 18.11.2024 r.
Published: 24.01.2025 / Opublikowano: 24.01.2025 r.