Розробка шлакового цементу, активованого Na(K) солями сильних кислот, для бетонів армованих сталевою арматурою
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217002Ключові слова:
шлаковий цемент, сталева арматура, пил байпасу, AFm фаза, структуроутворенняАнотація
Запропоновано спосіб запобігання корозії сталевої арматури в бетоні на основі шлакових цементів (ШЦ), активізованих Na(K) солями сильних кислот (ССК) в складі цементного пилу байпасу (ПБ). Спосіб полягає в використанні додаткових модифікаторів у вигляді портландцементу СЕМ I 42,5 R та кальцієво-алюмінатної добавки (КАД) С3А∙6H2O.
Показано, що добавка портландцементу сприяє підсиленню активізуючого впливу ПБ на гідратацію ШЦ, що супроводжується зростанням міцності штучного каменю. Зазначений ефект обумовлено формуванням в продуктах гідратації гідросилікатів з підвищеним ступенем кристалізації у вигляді CSH(I) і C2SH(A).
Модифікація ШЦ КАД забезпечує інтенсивне формування в складі продуктів гідратації малорозчинних AFm фаз для надійного зв’язування аніонів ССК (Cl-, SO42-), агресивних до сталевої арматури.
В результаті досліджень встановлено можливість отримання ШЦ, активізованого ССК, при використанні ПБ, портландцементу та КАД. За допомогою методів математичного планування експерименту отримано ШЦ складу «гранульований доменний шлак – ПБ – портландцемент – КАД», що характеризується класом міцності 42,5 та мольним співвідношенням Cl-/OH- в поровому розчині не більше 0,6. Отримані властивості обумовлюють доцільність використання ШЦ в бетонах, армованих сталевою арматурою.
Актуальність виконаної роботи обумовлена сучасними тенденціями розвитку будівельної галузі. Запровадження цементів, що містять мінеральні добавки, зокрема гранульований доменний шлак, сприяє покращенню екологічної ситуації внаслідок зменшення емісії СО2. Використання таких цементів в якості основи бетонів, армованих сталевою арматурою, забезпечує підвищення їх функціональності і довговічностіПосилання
- Abyzov, V. A., Pushkarova, K. K., Kochevykh, M. O., Honchar, O. A., Bazeliuk, N. L. (2020). Innovative building materials in creation an architectural environment. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 907, 012035. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/907/1/012035
- Anopko, D. V., Honchar, O. A., Kochevykh, M. O., Kushnierova, L. O. (2020). Radiation protective properties of fine-grained concretes and their radiation resistance. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 907, 012031. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/907/1/012031
- Krivenko, P., Petropavlovskyi, O., Kovalchuk, O., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O. (2020). Enhancement of alkali-activated slag cement concretes crack resistance for mitigation of steel reinforcement corrosion. E3S Web of Conferences, 166, 06001. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016606001
- Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Fic, S., Ivashchyshyn, H. (2020). Sustainable low-carbon binders and concretes. E3S Web of Conferences, 166, 06007. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016606007
- Kropyvnytska, T., Rucinska, T., Ivashchyshyn, H., Kotiv, R. (2020). Development of Eco-Efficient Composite Cements with High Early Strength. Lecture Notes in Civil Engineering, 211–218. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-27011-7_27
- Markiv, T., Sobol, K., Petrovska, N., Hunyak, O. (2020). The Effect of Porous Pozzolanic Polydisperse Mineral Components on Properties of Concrete. Lecture Notes in Civil Engineering, 275–282. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-27011-7_35
- Markiv, T., Sobol, K., Franus, M., Franus, W. (2016). Mechanical and durability properties of concretes incorporating natural zeolite. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 16 (4), 554–562. doi: https://doi.org/10.1016/j.acme.2016.03.013
- Chepurna, S., Borziak, O., Zubenko, S. (2019). Concretes, Modified by the Addition of High-Diffused Chalk, for Small Architectural Forms. Materials Science Forum, 968, 82–88. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.968.82
- Moskalenko, O., Runova, R. (2016). Ice Formation as an Indicator of Frost-Resistance on the Concrete Containing Slag Cement in Conditions of Freezing and Thawing. Materials Science Forum, 865, 145–150. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.865.145
- Krivenko, P. (2017). Why Alkaline Activation – 60 Years of the Theory and Practice of Alkali-Activated Materials. Journal of Ceramic Science and Technology, 8 (3), 323–334. doi: https://doi.org/10.4416/JCST2017-00042
- Berdnyk, O. Y., Lastivka, O. V., Maystrenko, A. A., Amelina, N. O. (2020). Processes of structure formation and neoformation of basalt fiber in an alkaline environment. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 907, 012036. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/907/1/012036
- Pavel, K., Oleg, P., Hryhorii, V., Serhii, L. (2017). The Development of Alkali-activated Cement Mixtures for Fast Rehabilitation and Strengthening of Concrete Structures. Procedia Engineering, 195, 142–146. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.536
- Panias, D., Balomenos, E., Sakkas, K. (2015). The fire resistance of alkali-activated cement-based concrete binders. Handbook of Alkali-Activated Cements, Mortars and Concretes, 423–461. doi: https://doi.org/10.1533/9781782422884.3.423
- 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
- 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
- Cyr, M., Pouhet, R. (2015). The frost resistance of alkali-activated cement-based binders. Handbook of Alkali-Activated Cements, Mortars and Concretes, 293–318. doi: https://doi.org/10.1533/9781782422884.3.293
- Savchuk, Y., Plugin, A., Lyuty, V., Pluhin, O., Borziak, O. (2018). Study of influence of the alkaline component on the physico-mechanical properties of the low clinker and clinkerless waterproof compositions. MATEC Web of Conferences, 230, 03018. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823003018
- Gots, V. I., Gelevera, A. G., Petropavlovsky, O. N., Rogozina, N. V., Smeshko, V. V. (2020). Influence of whitening additives on the properties of decorative slag-alkaline cements. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 907, 012033. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/907/1/012033
- Kryvenko, P., Hailin, C., Petropavlovskyi, O., Weng, L., Kovalchuk, O. (2016). Applicability of alkali-activated cement for immobilization of low-level radioactive waste in ion-exchange resins. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (79)), 40–45. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.59489
- 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
- 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
- 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
- Krivenko, P. V., Rudenko, I. I., Petropavlovskyi, O. M., Konstantynovskyi, O. P., Kovalchuk, A. V. (2019). Alkali-activated Portland cement with adjustable proper deformations for anchoring application. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708, 012090. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012090
- Krivenko, P. V., Petropavlovskyi, O. M., Rudenko, I. I., Konstantynovskyi, O. P., Kovalchuk, A. V. (2020). Complex multifunctional additive for anchoring grout based on alkali-activated portland cement. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 907, 012055. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/907/1/012055
- Kropyvnytska, T. P., Kaminskyy, A. T., Semeniv, R. M., Chekaylo, M. V. (2019). The effect of sodium aluminate on the properties of the composite cements. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708, 012091. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012091
- Bai, Y., Collier, N. C., Milestone, N. B., Yang, C. H. (2011). The potential for using slags activated with near neutral salts as immobilisation matrices for nuclear wastes containing reactive metals. Journal of Nuclear Materials, 413 (3), 183–192. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2011.04.011
- Bernal, S. A. (2016). Advances in near-neutral salts activation of blast furnace slags. RILEM Technical Letters, 1, 39. doi: https://doi.org/10.21809/rilemtechlett.v1.8
- Mobasher, N., Bernal, S. A., Hussain, O. H., Apperley, D. C., Kinoshita, H., Provis, J. L. (2014). Characterisation of Ba(OH)2–Na2SO4–blast furnace slag cement-like composites for the immobilisation of sulfate bearing nuclear wastes. Cement and Concrete Research, 66, 64–74. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.07.006
- Mobasher, N., Bernal, S. A., Provis, J. L. (2016). Structural evolution of an alkali sulfate activated slag cement. Journal of Nuclear Materials, 468, 97–104. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.11.016
- Krivenko, P., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T. (2018). Alkali-Sulfate Activated Blended Portland Cements. Solid State Phenomena, 276, 9–14. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.276.9
- Bilek, V., Kalina, L., Simonova, H. (2019). Effect of curing environment on length changes of alkali-activated slag/cement kiln by-pass dust mixtures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 583, 012017. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/583/1/012017
- Maslehuddin, M., Al-Amoudi, O. S. B., Shameem, M., Rehman, M. K., Ibrahim, M. (2008). Usage of cement kiln dust in cement products – Research review and preliminary investigations. Construction and Building Materials, 22 (12), 2369–2375. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2007.09.005
- Bílek Jr., V., Kalina, L., Bartoníčková, E., Opravil, T. (2014). Influence of Industrial By-Products on Shrinkage of Alkali-Activated Slag. Advanced Materials Research, 1000, 137–140. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.1000.137
- Krivenko, P. V., Petropavlovskyi, O., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O. P. (2019). The Influence of Complex Additive on Strength and Proper Deformations of Alkali-Activated Slag Cements. Materials Science Forum, 968, 13–19. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.968.13
- Collier, N. C., Li, X., Bai, Y., Milestone, N. B. (2015). The effect of sulfate activation on the early age hydration of BFS:PC composite cement. Journal of Nuclear Materials, 464, 128–134. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2015.04.044
- Aliabdo, A. A., Abd Elmoaty, A. E. M., Emam, M. A. (2019). Factors affecting the mechanical properties of alkali activated ground granulated blast furnace slag concrete. Construction and Building Materials, 197, 339–355. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.086
- Bílek Jr., V., Pařízek, L., Kosár, P., Kratochvíl, J., Kalina, L. (2016). Strength and Porosity of Materials on the Basis of Blast Furnace Slag Activated by Liquid Sodium Silicate. Materials Science Forum, 851, 45–50. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.851.45
- Criado, M. (2015). The corrosion behaviour of reinforced steel embedded in alkali-activated mortar. Handbook of Alkali-Activated Cements, Mortars and Concretes, 333–372. doi: https://doi.org/10.1533/9781782422884.3.333
- Buchwald, A., Schulz, M. (2005). Alkali-activated binders by use of industrial by-products. Cement and Concrete Research, 35 (5), 968–973. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.06.019
- Bernal, S. A., Ke, X., Provis, J. L. (2015). Activation of slags using near-neutral salts: The importance of the slag chemistry. 14th International Congress on Chemistry of Cement. Beijing.
- Krivenko, P., Gots, V., Petropavlovskyi, O., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O., Kovalchuk, A. (2019). Development of solutions concerning regulation of proper deformations in alkali-activated cements. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (101)), 24–32. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.181150
- Rashad, A. M., Bai, Y., Basheer, P. A. M., Milestone, N. B., Collier, N. C. (2013). Hydration and properties of sodium sulfate activated slag. Cement and Concrete Composites, 37, 20–29. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2012.12.010
- Wu, P., Wang, J., Lian, M., Lyu, X. (2019). Preparation of slag based cementitious material and its application in the cementation of tailings. In IMPC 2018 - 29th International Mineral Processing Congress, 3122–3137.
- Rashad, A. M., Bai, Y., Basheer, P. A. M., Collier, N. C., Milestone, N. B. (2012). Chemical and mechanical stability of sodium sulfate activated slag after exposure to elevated temperature. Cement and Concrete Research, 42 (2), 333–343. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.10.007
- Mobasher, N., Kinoshita, H., Bernal, S. A., Sharrard, C. A. (2014). Ba(OH)2– blast furnace slag composite binders for encapsulation of sulphate bearing nuclear waste. Advances in Applied Ceramics, 113 (8), 460–465. doi: https://doi.org/10.1179/1743676114y.0000000148
- 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
- Khan, M. S. H., Kayali, O. (2016). Chloride binding ability and the onset corrosion threat on alkali-activated GGBFS and binary blend pastes. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 22 (8), 1023–1039. doi: https://doi.org/10.1080/19648189.2016.1230522
- Maes, M., Gruyaert, E., De Belie, N. (2012). Resistance of concrete with blast-furnace slag against chlorides, investigated by comparing chloride profiles after migration and diffusion. Materials and Structures, 46 (1-2), 89–103. doi: https://doi.org/10.1617/s11527-012-9885-3
- De Weerdt, K., Orsáková, D., Geiker, M. R. (2014). The impact of sulphate and magnesium on chloride binding in Portland cement paste. Cement and Concrete Research, 65, 30–40. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.07.007
- Clark, B. A., Brown, P. W. (2000). The formation of calcium sulfoaluminate hydrate compounds: Part II. Cement and Concrete Research, 30 (2), 233–240. doi: https://doi.org/10.1016/s0008-8846(99)00234-3
- Runci, A., Serdar, M., Provis, J. (2019). Chloride-induced corrosion of steel embedded in alkali-activated materials: state of the art. 5th Symposium on Doctoral Studies in Civil Engineering, 175–185. doi: https://doi.org/10.5592/co/phdsym.2019.15
- Ye, H., Huang, L., Chen, Z. (2019). Influence of activator composition on the chloride binding capacity of alkali-activated slag. Cement and Concrete Composites, 104, 103368. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2019.103368
- Honorio, T., Guerra, P., Bourdot, A. (2020). Molecular simulation of the structure and elastic properties of ettringite and monosulfoaluminate. Cement and Concrete Research, 135, 106126. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106126
- Baquerizo, L. G., Matschei, T., Scrivener, K. L., Saeidpour, M., Wadsö, L. (2015). Hydration states of AFm cement phases. Cement and Concrete Research, 73, 143–157. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.02.011
- Plugin, A. A., Borziak, O. S., Pluhin, O. A., Kostuk, T. A., Plugin, D. A. (2020). Hydration Products that Provide Water-Repellency for Portland Cement-Based Waterproofing Compositions and Their Identification by Physical and Chemical Methods. Proceedings of EcoComfort 2020. Lecture Notes in Civil Engineering, 328–335. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-57340-9_40
- Babaee, M., Castel, A. (2018). Chloride diffusivity, chloride threshold, and corrosion initiation in reinforced alkali-activated mortars: Role of calcium, alkali, and silicate content. Cement and Concrete Research, 111, 56–71. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.06.009
- Mesbah, A., Cau-dit-Coumes, C., Frizon, F., Leroux, F., Ravaux, J., Renaudin, G. (2011). A New Investigation of the Cl−-CO32− Substitution in AFm Phases. Journal of the American Ceramic Society, 94 (6), 1901–1910. doi: https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.04305.x
- Geng, J., Yang, H., Mo, L. (2015). Effect of attack of sodium sulfate solution on the stability of bounded chloride ions. Jianzhu Cailiao Xuebao/Journal of Building Materials, 18 (6), 919–925. doi: https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9629.2015.06.001
- Park, J. W., Ann, K. Y., Cho, C.-G. (2015). Resistance of Alkali-Activated Slag Concrete to Chloride-Induced Corrosion. Advances in Materials Science and Engineering, 2015, 1–7. doi: https://doi.org/10.1155/2015/273101
- Pushkareva, K. K., Gonchar, O. A., Kaverin, K. O. (2019). The role of the crystallo-chemical factor in the evaluation and improvement of the nanomodification efficiency of mortar and concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708, 012102. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012102
- Vollpracht, A., Lothenbach, B., Snellings, R., Haufe, J. (2015). The pore solution of blended cements: a review. Materials and Structures, 49 (8), 3341–3367. doi: https://doi.org/10.1617/s11527-015-0724-1
- 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
- Tsapko, Y., Zavialov, D., Bondarenko, O., Marchenco, N., Mazurchuk, S., Horbachova, O. (2019). Determination of thermal and physical characteristics of dead pine wood thermal insulation products. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (100)), 37–43. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175346
- Tsapko, Y., Bondarenko, O. P., Tsapko, A. (2019). Research of the Efficiency of the Fire Fighting Roof Composition for Cane. Materials Science Forum, 968, 61–67. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.968.61
- Plugin, A. A., Pluhin, O. A., Borziak, O. S., Kaliuzhna, O. V. (2019). The Mechanism of a Penetrative Action for Portland Cement-Based Waterproofing Compositions. Lecture Notes in Civil Engineering, 34–41. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-27011-7_5
- Krivenko, P., Gots, V., Runova, R., Rudenko, I., Lastivka, O. (2013). Features of Alkali-Activated Slag Portland Cement. 1st Intern. Conf. on the Chemistry of Construction Materials. Berlin, 453–456.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Pavlo Kryvenko, Igor Rudenko, Oleksandr Konstantynovskyi
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
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.