Low frequency dielectric behaviour of Portland cement pastes

Summary

Dielectric constants and loss tangents of a Portland cement paste were measured during and after hardening in the frequency range 60 c/s-300 kc/s.

One day after preparation two loss areas were observed; during hydration (at 20 °C; 65% R. H.) a h. f. maximum moved slowly to lower frequencies; a l. f. loss increased in magnitude during the first few days of curing, but disappeared during further hardening. Results for a cement paste cured under water for 6 weeks, showed that the h. f. maximum had come to a stop at about 10 kc/s. From the continuous shift of this maximum with temperature in passing the freezing-point it is concluded that the h. f. loss is caused by water of crystallization; the activation energy is 13 kcal/mole. The l. f. loss is believed to be caused by water in open pores. Cement exposed to air during hardening appears to have more open pores than cement hardened under water.

Zusammenfassung

Dielektrische Konstante und dielektrische Verluste von Portland-Zement Pasta wurden während und nach Aushärtung im Frequenzbereich zwischen 60 und 3.10⁵ Hz gemessen und diskutiert.

Ein Tag nach der Bereitung der Paste zeigt diese zwei Verlustgebiete. Während der Aushärtung verschiebt sich das hochfrequente Verlustmaximum nach niederen Frequenzen. Es kommt schließlich bei etwa 10⁴ Hz zum Stillstand, wie Messungen an unter Wasser ausgehärtetem Zement zeigen. Die Temperaturverschiebung dieses Maximums verläuft stetig beim Durchgang durch den Gefrierpunkt mit einer Aktivierungsenergie von 13 kcal/Mol. Aus diesen Tatsachen ergibt sich ein Deutungsvorschlag dieses Maximums: Es wird Dipolverlusten von gebundenem Kristallwasser zugeschrieben.

Das zweite, niederfrequente, Verlustgebiet erhöht sich innerhalb der ersten Tage der Aushärtung, um dann wieder zu verschwinden. Es wird als ein Maxwell-Wagner-Sillars-Maximum von in Poren absorbiertem Wasser gedeutet.