Дослідження впливу метакаоліну на процеси самозаліковування структури контактної зони бетонів на основі лужного портландцементу

Автор(и)

  • Oleksandr Kovalchuk Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037, Україна https://orcid.org/0000-0001-6337-0488
  • Oleksandr Gelevera Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037, Україна https://orcid.org/0000-0002-6285-9780
  • Vasyl Ivanychko Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037, Україна https://orcid.org/0000-0002-4384-6490

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.181501

Ключові слова:

лужний цемент, реакція «луг – заповнювач» (AAR), реакція «луг – кремнезем» (ASR), контактна зона

Анотація

Представлено результати порівняльних випробувань реакції «луг –активний кремнезем» у традиційному портландцементі та лужному портландцементі з добавкою метакаоліну. Дослідження базуються на вивченні процесів структуроутворення цементів у контактній зоні «цементний камінь – базальт».

Результати досліджень дозволяють зробити висновок, що динаміка процесу взаємодії реакції «луг – кремнезем» у цементах може мати конструктивний та деструктивний характер. Це залежить від вмісту компонентів, що здатні до активної взаємодії з лугами у присутності реакційно здатного кремнезему. Так звані «конструктивні» процеси супроводжуються зв’язуванням продуктів корозії під час формування лужних гідроалюмосилікатів. Результати досліджень було використано як основу для розробки механізму запобігання реакції «луг – активний заповнювач» у бетонах на основі лужного цементу шляхом введення до складу цементу додаткової кількості матеріалів, що містять активний алюміній, зокрема, метакаоліну.

Дослідження показали, що введення добавки метакаоліну дозволяє ефективно регулювати процеси структуроутворення у контактній зоні «цементний камінь – активний кремнезем», змінюючи характер новоутворень. Встановлено механізм протікання процесу лужної корозії активного заповнювача у присутності метакаоліну, згідно із яким метакаолін вступає у реакцію із швидкістю мікрокремнезема, забезпечуючи дуже швидке зв’язування іонів Na+ та K+. Силікатний гель лужних металів зв’язується у нерозчинні цеолітоподібні новоутворення та гібридні гідроалюмосилікати. Останні, будучи стійкими структурами, ущільнюють та зміцнюють контактну зону шляхом підвищення її мікротвердості та міцності.

Досліджено власні деформації усадки (розширення) розроблених композицій бетонів на основі традиційного та лужного портландцементів. Показано, що введення добавки метакаоліну до складу системи дозволяє зменшити показники розширення системи з 0.44 до 0.01 мм/м, забезпечуючи таким чином збереження бездефектної структури цементного каменю і бетону та підвищує довговічність бетону

Біографії авторів

Oleksandr Kovalchuk, Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Науково-дослідний інститут в’яжучих речовин і матеріалів ім. В. Д. Глуховського

Oleksandr Gelevera, Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Науково-дослідний інститут в’яжучих речовин і матеріалів ім. В. Д. Глуховського

Vasyl Ivanychko, Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037

Аспірант

Науково-дослідний інститут в’яжучих речовин і матеріалів ім. В. Д. Глуховського

Посилання

  1. Stanton, T. E. (1940). Expansion of concrete through reaction between cement and aggregate. J. Amer. Soc. Eng., 66 (10), 1781–1811.
  2. Bredsdorf, P., Idorn, G., Kjaer, A., Plum, N., Poulsen, E. (1960). Chemical reaction involving aggregate. In: Proc. IV Int. Sym. Chem. Cem. II, 749–783.
  3. Kühl, H. (1951). Zement-Chemie: Die Erhärtung und die Verarbeitung der hydraulischen Bindemittel. Vol. 3. Verlag Technik.
  4. Kovalchuk, O., Grabovchak, V., Govdun, Y. (2018). Alkali activated cements mix design for concretes application in high corrosive conditions. MATEC Web of Conferences, 230, 03007. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823003007
  5. Pluhin, O., Plugin, A., Plugin, D., Borziak, O., Dudin, O. (2017). The effect of structural characteristics on electrical and physical properties of electrically conductive compositions based on mineral binders. MATEC Web of Conferences, 116, 01013. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201711601013
  6. Runova, R., Gots, V., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O., Lastivka, O. (2018). The efficiency of plasticizing surfactants in alkali-activated cement mortars and concretes. MATEC Web of Conferences, 230, 03016. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823003016
  7. Kochetov, G., Prikhna, T., Kovalchuk, O., Samchenko, D. (2018). Research of the treatment of depleted nickel­plating electrolytes by the ferritization method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (93)), 52–60. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133797
  8. Kawamura, M., Kodera, T. (2005). Effects of externally supplied lithium on the suppression of ASR expansion in mortars. Cement and Concrete Research, 35 (3), 494–498. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.04.032
  9. Omelchuk, V., Ye, G., Runova, R., Rudenko, I. I. (2018). Shrinkage Behavior of Alkali-Activated Slag Cement Pastes. Key Engineering Materials, 761, 45–48. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.761.45
  10. Lu, D., Mei, L., Xu, Z., Tang, M., Fournier, B. (2006). Alteration of alkali reactive aggregates autoclaved in different alkali solutions and application to alkali–aggregate reaction in concrete. Cement and Concrete Research, 36 (6), 1176–1190. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.01.008
  11. Bondarenko, O., Guzii, S., Zaharchenko, K., Novoselenko, E. (2015). Development of protective materials based on glass- and slag-containing portland cement structures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (11(78)), 41–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.56577
  12. Krivenko, P., Drochytka, R., Gelevera, A., Kavalerova, E. (2014). Mechanism of preventing the alkali–aggregate reaction in alkali activated cement concretes. Cement and Concrete Composites, 45, 157–165. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.10.003
  13. Feng, X., Thomas, M. D. A., Bremner, T. W., Balcom, B. J., Folliard, K. J. (2005). Studies on lithium salts to mitigate ASR-induced expansion in new concrete: a critical review. Cement and Concrete Research, 35 (9), 1789–1796. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.10.013
  14. Alonso, M. M., Pasko, A., Gascó, C., Suarez, J. A., Kovalchuk, O., Krivenko, P., Puertas, F. (2018). Radioactivity and Pb and Ni immobilization in SCM-bearing alkali-activated matrices. Construction and Building Materials, 159, 745–754. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.11.119
  15. Runova, R. F., Kochevyh, M. O., Rudenko, I. I. (2005). On the slump loss problem of superplasticized concrete mixes. In. Proceedings of the International Conference on Admixtures - Enhancing Concrete Performance, 149–156.
  16. Stark, J., Freyburg, E., Seyfarth, K., Giebson, C., Erfurt, D. (2010). 70 years of ASR with no end in sight? (Part 2). ZKG International, 63 (5), 55–70.
  17. Krivenko, P., Petropavlovskyi, O., Kovalchuk, O., Lapovska, S., Pasko, A. (2018). Design of the composition of alkali activated portland cement using mineral additives of technogenic origin. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (94)), 6–15. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140324
  18. Borziak, O., Chepurna, S., Zidkova, T., Zhyhlo, A., Ismagilov, A. (2018). Use of a highly dispersed chalk additive for the production of concrete for transport structures. MATEC Web of Conferences, 230, 03003. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823003003
  19. Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Kruts, T., Horpynko, O., Geviuk, I. (2018). Design of Rapid Hardening Quaternary Zeolite-Containing Portland-Composite Cements. Key Engineering Materials, 761, 193–196. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.761.193
  20. Krivenko, P., Kovalchuk, O., Pasko, A. (2018). Utilization of Industrial Waste Water Treatment Residues in Alkali Activated Cement and Concretes. Key Engineering Materials, 761, 35–38. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.761.35
  21. Ramachandran, V. S. (1998). Alkali-aggregate expansion inhibiting admixtures. Cement and Concrete Composites, 20 (2-3), 149–161. doi: https://doi.org/10.1016/s0958-9465(97)00072-3
  22. Krivenko, P. V., Guzii, S. G., Bondarenko, O. P. (2019). Alkaline Aluminosilicate Binder-Based Adhesives with Increased Fire Resistance for Structural Timber Elements. Key Engineering Materials, 808, 172–176. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.808.172
  23. Kropyvnytska, T., Semeniv, R., Ivashchyshyn, H. (2017). Increase of brick masonry durability for external walls of buildings and structures. MATEC Web of Conferences, 116, 01007. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201711601007
  24. Hünger, K.-J. (2007). The contribution of quartz and the role of aluminum for understanding the AAR with greywacke. Cement and Concrete Research, 37 (8), 1193–1205. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.05.009
  25. Ramlochan, T., Thomas, M., Gruber, K. A. (2000). The effect of metakaolin on alkali–silica reaction in concrete. Cement and Concrete Research, 30 (3), 339–344. doi: https://doi.org/10.1016/s0008-8846(99)00261-6
  26. Shehata, M. H., Thomas, M. D. A., Bleszynski, R. F. (1999). The effects of fly ash composition on the chemistry of pore solution in hydrated cement pastes. Cement and Concrete Research, 29 (12), 1915–1920. doi: https://doi.org/10.1016/s0008-8846(99)00190-8
  27. Labrincha, J., Puertas, F., Schroeyers, W., Kovler, K., Pontikes, Y., Nuccetelli, C. et. al. (2017). From NORM by-products to building materials. Naturally Occurring Radioactive Materials in Construction, 183–252. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-102009-8.00007-4
  28. Krivenko, P., Petropavlovskyi, O., Kovalchuk, O. (2018). A comparative study on the influence of metakaolin and kaolin additives on properties and structure of the alkali­activated slag cement and concrete. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (91)), 33–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.119624
  29. Kryvenko, P., Guzii, S., Kovalchuk, O., Kyrychok, V. (2016). Sulfate Resistance of Alkali Activated Cements. Materials Science Forum, 865, 95–106. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.865.95
  30. Rudenko, I. I., Konstantynovskyi, O. P., Kovalchuk, A. V., Nikolainko, M. V., Obremsky, D. V. (2018). Efficiency of Redispersible Polymer Powders in Mortars for Anchoring Application Based on Alkali Activated Portland Cements. Key Engineering Materials, 761, 27–30. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.761.27
  31. Shi, Z., Shi, C., Zhao, R., Wan, S. (2015). Comparison of alkali–silica reactions in alkali-activated slag and Portland cement mortars. Materials and Structures, 48 (3), 743–751. doi: https://doi.org/10.1617/s11527-015-0535-4
  32. Ramlochan, T., Thomas, M., Gruber, K. A. (2000). The effect of metakaolin on alkali–silica reaction in concrete. Cement and Concrete Research, 30 (3), 339–344. doi: https://doi.org/10.1016/s0008-8846(99)00261-6

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-10-24

Як цитувати

Kovalchuk, O., Gelevera, O., & Ivanychko, V. (2019). Дослідження впливу метакаоліну на процеси самозаліковування структури контактної зони бетонів на основі лужного портландцементу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (101), 33–40. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.181501

Номер

Том 5 № 6 (101) (2019): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Oleksandr Kovalchuk, Oleksandr Gelevera, Vasyl Ivanychko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.