Розробка шлакового цементу, активованого Na(K) солями сильних кислот, для бетонів армованих сталевою арматурою

Автор(и)

  • Pavlo Kryvenko Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037, Україна https://orcid.org/0000-0001-7697-2437
  • Igor Rudenko Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037, Україна https://orcid.org/0000-0001-5716-8259
  • Oleksandr Konstantynovskyi Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037, Україна https://orcid.org/0000-0002-7936-5699

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217002

Ключові слова:

шлаковий цемент, сталева арматура, пил байпасу, AFm фаза, структуроутворення

Анотація

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 довговічності

Біографії авторів

Pavlo Kryvenko, Київський національний університет будівництва і архітектури пр. Повітрофлотський, 31, м. Київ, Україна, 03037

Доктор технічних наук, професор

Науково-дослідний інститут в’яжучих речовин і матеріалів

Igor Rudenko, 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

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

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології будівельних конструкцій і виробів

Посилання

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. 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
  23. 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
  24. 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
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. 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
  30. 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
  31. 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
  32. 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
  33. 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
  34. 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
  35. 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
  36. 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
  37. 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
  38. 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
  39. 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
  40. 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.
  41. 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
  42. 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
  43. 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.
  44. 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
  45. 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
  46. 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
  47. 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
  48. 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
  49. 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
  50. 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
  51. 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
  52. 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
  53. 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
  54. 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
  55. 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
  56. 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
  57. 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
  58. 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
  59. 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
  60. 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
  61. 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
  62. 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
  63. 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
  64. 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
  65. 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
  66. 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

2020-12-31

Як цитувати

Kryvenko, P., Rudenko, I., & Konstantynovskyi, O. (2020). Розробка шлакового цементу, активованого Na(K) солями сильних кислот, для бетонів армованих сталевою арматурою. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (108), 26–40. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217002

Номер

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин