火山灰影响水泥的水化热,将粉煤灰、黑曜石、渣添加剂

文摘

组成一个工程的普通硅酸盐水泥(OPC)与人工火山灰如火山灰、粉煤灰、矿渣,混合水泥已经被强烈的胶结材料中使用。这背后的主要原因集中使用可以被增强的可加工性澄清/强度、高耐氯/硫酸,降低渗透率/ alkali-silica反应,生成的热量以及水泥的水化。胶结混合在混凝土的使用不仅提供耐用的产品,而且减少气候影响落下的节能有限公司₂排放。本研究提出了火山灰影响水泥的水化热,将粉煤灰、黑曜石、渣添加剂。混合材是由三个不同的替代率为20%,30%,50%。黑曜石的水化热的变化,粉煤灰和slag-based水泥被观察到一些土耳其标准(TS EN 196 - 8和TS EN 196 - 9)。迫击炮用于单轴强度的确定黑曜石、粉煤灰和slag-based水泥。结果表明,水泥的水化热降低添加剂(如黑曜石)的速度从20%增加到50%。水泥的细度极大地影响它的水化热。增加火山灰材料一定程度的细化(30%)会导致增加水化温度。达到这个水平后,没有明显的细度和火山灰的替换率之间的关系。因此,这项工作的结果将提供一个很好的理解人工火山灰对性能和质量的黑曜石、粉煤灰和slag-based水泥。

1。介绍

水泥的水化反应,exothermically引起热量输出。这产生的热量会损害混凝土或大型钢筋混凝土元素通过触发它,如果它超过一定值在新浇混凝土或两个点之间的温差超过一定的值。防止此类损伤,介绍了一些限制在相关标准数量的温度在混凝土和水泥的水化热1]。根据TS 13515标准,最高温度在新浇混凝土或混凝土结构元素尺寸超过90厘米厚度不应超过65°C。混凝土内部和外部温度之间的差异不应超过25°C和20°C,没有钢筋的混凝土,分别为(1]。建议使用水泥low-hydration热混凝土中消除或尖锐地减少水化热被损坏的风险。通常水泥的水化热是由规则规定EN 196 - 8(7天)或EN 196 - 9经过长达41()标准,它不应该超过270 J / g。因此,水化热不应超过300 J / g low-hydration-temperature水泥(2]。火山灰的使用是最常用的方法生产low-hydration水泥(3]。火山灰添加剂大大影响水泥的水化反应4]。导致下降的比率熟料和石膏,因为火山灰添加混合材,更少的热量输出发生在混凝土与普通硅酸盐水泥相比。此外,火山灰的环绕在水泥熟料颗粒导致部分水泥的水化率和延迟放缓热输出(5,6]。火山灰广泛应用于水泥生产由于降低水泥混凝土的水化热,提供好处属性(7]。

的内容和使用的火山灰水泥细度影响水泥水化速度,水泥的强度增加,设置开始,设置完成,标准稠度值(8]。粉煤灰等添加剂,精细结构,因为它是通过过滤气体变成热电厂烟囱,可用于水泥不进行磨削。然而,添加剂如熟料、矿渣和火山灰必须使用研磨机地面一定细度值。给出的限制水泥细度的值通常是根据材料通过32位的数量µ米,45 -µ米,90 -µ米,200 -µm筛子或布莱恩细度。根据TS 25标准,天然火山灰的比表面积值用于水泥应至少4000厘米²/ g±25%9]。精致的石灰岩中使用水泥,其比表面积应地面近5000厘米²/ g。火山灰水泥细度也会影响水泥的早期和晚期强度。Saedi et al。10)检测到的强度值增加到两次迫击炮与碱激活和两个不同的布莱恩的细度值,2900厘米²/ g和4200厘米²/ g (10]。汗和阿明11]表明,超薄火山灰,slag-based迫击炮收购迫击炮与普通细度提高力量。汗和Alhozaimy12)表示,与天然火山灰水泥地面到1800,3400,375厘米²/ g布莱恩细度提供改进关于稳定的性能。穆贾达姆et al。13)表示,对于一个给定的水泥、飞灰细提供更多水化温度比粗的。火山灰物质是导致水泥的水化率下降,设置开始时间,和strength-gaining放缓速度。否则,火山灰,没有合适的细度会提高不受欢迎的情况下,如减少strength-gaining速度和延迟设置开始时间在水泥。妞妞et al。14)使用高炉矿渣在水泥磨ultrathinness以免扩展设置开始时间的水泥。他们指出,超细矿渣倾向于减少水泥和标准的设定开始时间一致性。使用的火山灰水泥的细度与添加剂也会影响水泥的凝结时间15]。与高炉矿渣水泥和天然火山灰,观察强度增加13.6%,因火山灰水泥细度从2800厘米²4200厘米/ g²/ g。随着火山灰比率的增加,水泥的颗粒直径是收集在一个窄隙和水泥的水化展览减少温度(16]。粒子与小颗粒有更大的表面,当他们接触到水,水合物更快,导致砂浆获得更多的机械强度。水泥和细粒子也释放更多的水化热14]。快速水化反应发生在水泥高瘦和碱水平值(7]。Baran和Pichniarczyk17)表示,有一个清晰的混凝土的强度与温度之间的联系与高强度水泥水化和水泥水化热较高。汉et al。18)表示,粉煤灰减缓了水合反应在早期阶段,水泥水化的温度下降。Thongsanitgarn et al。19)确定了粉煤灰的水化热,limestone-based水泥等温量热法。他们宣布提高石灰粉的细度增加水泥的水化温度。Tydlitat et al。20.]研究了沸石的水化热通过等温量热法和以什么速度确定沸石水泥水化热降低。因此,一个可以说火山灰水泥的水化热是一个热门话题21]。降低水泥的水化温度是至关重要的,主要在混凝土质量和厚混凝土结构元素(22]。

图1显示了水泥水化机制基本上是分为五个阶段(23,24]。在第一阶段,水泥与水混合,铝酸盐与水反应和快速释放热量。硫酸与水的反应水泥颗粒周围形成钙矾石。在第二阶段,这是水泥的休眠阶段2 - 4小时,钙矾石的水泥颗粒凝胶,水泥颗粒保持在压力下通过包装。在三个阶段,使过度饱和Ca-rich孔隙溶液,硅酸三钙石和斜硅钙石转变成C-S-H和CH凝胶没有溶解,它开始形成与主要放热。在阶段四,C-S-H和CH产品与水的接触,使脱水粒子阻碍硅酸三钙石的反应(即。所需的基本阶段设置/提高早期强度增长),从而减少水泥的水化热。硫酸的量开始下降,和铝酸钙矾石响应(Ca-Al - )构建monosulfate,这可能导致低温。图1显示三个温度高峰值出现后,水泥的水化阶段(23]。

两个主要技术是用于水泥水化温度升值:(i)化学技术和(2)semiadiabatic技术。TS EN 196 - 8是化学技术在水泥的水化热是由计算温度的水泥溶于酸量热计。在确定水化温度根据TS EN 196 - 8,热流图是一个反向弧曲线先上升,然后下降,而且它不符合曲线在图1。ASTM C1679标准方法,等温量热法的帮助下,水泥的水化热温度发布的反应与评价的水泥。通过这种方式,它一定程度上类似于形状图1,对于测定水化温度。TS EN 196 - 9是semiadiabatic技术在水泥水化温度由温度决定释放灰浆样品组成的水泥、水、砂混合物。由于砂浆混合物准备外,放置在量热计,突然温度上升阶段我在这个方法显然不能被检测到。

这项工作正在检查粉煤灰的水化温度、渣,obsidian-based水泥使用TS EN 196 - 8和TS EN 196 - 9的方法。黑曜石如何影响水泥的水化热,相比,含有粉煤灰和矿渣水泥添加剂,测定。火山灰水泥细度如何影响水泥的水化热是调查。虽然将粉煤灰和矿渣水泥水化温度相关添加剂存在的文学,没有工作进行黑曜石的水化热值(或称。,火山玻璃),它提供了创意的工作。此外,在水化热测量根据TS EN 196 - 8和TS EN 196 - 9,这项研究清楚地表明,水泥的温度差值将粉煤灰、黑曜石、渣添加剂降低矿物添加剂的比例增加。此外,发现矿物添加剂降低水泥的水化热。

2。材料和方法

2.1。材料

在这项研究中使用的水泥通常是由增加20%,30%,和50%的粉煤灰,矿渣,地面黑曜石杰姆我42.5 r。三种不同细度粉煤灰、矿渣和黑曜石添加剂被添加到杰姆我42.5 r。表1列出了不同的水泥细度水平的10个不同的类型。表2列出了水泥的化学成分和活性二氧化硅火山灰的内容。

粉煤灰利用的实验从Tuncbilek采样热电厂Kutahya省(土耳其),而渣添加剂从Karabuk采样钢铁工厂。黑曜石,也被称为火山玻璃,是一种罕见的物质作为火山灰水泥的文学。在该地区进行了这项研究,有大量的黑曜石10公里的面积²(图2)。

图3显示了黑曜石位于Rize-Ikizdere位置在锋利的玻璃形式。黑曜石有一个厚和大规模的外观是一个广泛区域内,达到6米厚。黑曜石结构是锋利的像碎玻璃一样,这是危险的人类/动物漫步在这个领域。本研究的黑曜石用作火山灰是粉,添加到水泥8]。

2.2。水泥的细度

粉煤灰和矿渣添加剂是地面在球磨机不同细度水平。黑曜石是被使用颚式破碎机在实验室,然后用球磨机。表1列出了水泥细度。黑曜石是在45岁,60岁,75分钟,粉煤灰和矿渣20和40分钟得到有针对性的火山灰水泥细度水平范围内的研究。

2.3。测定水泥的水化热

解决方案和semiadiabatic方法用于研究水泥的水化热。additive-based水泥的水化热(如黑曜石、粉煤灰和矿渣)和三个水平和水泥细度没有火山灰被使用两个不同的土耳其标准测量方法(即。,TS EN 198 - 8和TS EN 196 - 9)。

测定水泥的水化热,基于TS EN 196 - 8标准程序,计算通过溶解水泥和水化水泥的解决方案由氢氟酸溶液添加2.76克40%每100 g的硝酸溶液2±0.01摩尔/升。总酸/干水泥混合物的质量比是140±2 g的干水泥溶解在酸溶液。用温度计测量溶液的温度升级为0.002°C的精度。

后7天硬化水泥水泥100克加入到40 g水碎和渗,其发布的温度溶解在水化水泥的酸,超过40%干水泥的质量,是衡量。水泥的水化热温差的计算使用以下方程得到: 在哪里问_一个显示干水泥的熔化温度的解决方案。问_一个计算由以下方程:

ΔT_c修改后的温度增加,K (K)是量热计的热容(J / K),P是干水泥的数量(g),T_f是干水泥的温度的最后解散期(°C),然后呢T_一个的环境干水泥添加量热计。温度(°C), 0.8,是干水泥的热量(J / g K)和−0.8的温度系数是熔化热干水泥(J / g K)。

ΔT_c从上面的计算方程。数字显示为指标T在上面的方程从温度计显示温度在一个特定的时间。问_我表明水化水泥的熔化温度的解决方案。问_我是由以下方程: 在哪里P是水化水泥的数量(g),T_f水化水泥的温度在年底解散年龄(°C),T_一个环境温度(°C)当水合物水泥添加量热计,F是修改后的束缚水因素,1.7是水化水泥的比热(J / g·⁻¹),−1.3是水化水泥的熔化热温度系数(J /星期⁻¹)。校正因子(F)计算束缚水由以下方程: 在哪里米_h表明水化样品的质量变化(%)余辉米_一个是干燥的样品的质量变化(%)余辉。

水泥的水化温度将添加剂如黑曜石、粉煤灰和矿渣的TS EN 196 - 8显示测量用量热器(图4)。

TS EN 196 - 9是另一个技术在水泥的水化热计算通过使用semiadiabatic技术。测试样品是生产的混合水泥360克和180克的水和沙子,鉴于显然在TS标准EN 196 - 9。材料总额是1575 g,水泥的水化热是衡量两个主要标本通过量热计:一个是引用,而另一个是标本的测量。在温度读数,样品的温升(θ_t)主要是计算出温度之间的差异T_年代和T_r通过量热计的标本。水化热(Ԛ水泥)是由以下方程:米_c是水泥的数量(g)、t是水泥水化的间隔(h),c是量热计的热容(j.k.⁻¹),α量热计的温度损失系数(J.h吗⁻¹。K⁻¹)。

图5显示了水泥的水化热测定加入添加剂如黑曜石、飞灰、炉渣,TS EN 196 - 9给出明确的标准。水化温度的测量在实验室所需的执行时间,和它发现20°C使用设备。

3所示。结果与讨论

3.1。研磨时间对温差的影响Obsidian-Incorporated水泥

图6显示温度差异衡量减去温度测量在杰姆我42.5 r水泥准备通过增加20%,30%和50%黑曜石为45分钟的温度测量参考迫击炮。21.6°C的最高温度差异被发现在26小时的杰姆我42.5 r水泥没有火山灰。埃尔多安和Kocak21)计算了热流和水泥水化热在27日类型根据ASTM C1679标准。自少水泥用于ASTM C1679标准相比,TS EN 196 - 9标准,最高的热流普通硅酸盐水泥达到近9个小时,测试开始温度和热流减少42小时(21]。大大影响使用的技术最高热流和水泥的热流退出时间。

图6也表明,20% obsidian-added水泥地面45分钟,最高气温在34小时18.03°C;在30% obsidian-added水泥地面45分钟,这是在49小时14.88°C;和50% obsidian-added水泥地面45分钟,这是在44小时10.82°C。最高的温度差异被发现。这意味着越来越多的黑曜石的速度加入到水泥的最大温差降低水泥和扩展所需的时间达到最高温度的差异。这表明火山灰水泥颗粒周围,导致热量输出较慢。汉et al。18),埃尔多安和Kocak (21)测量了热流和水化温度的水泥水泥3.5 g和1.4 g的水混合,根据ASTM C1679标准。他们遇到了三个温度升高峰值热流时达到最高的价值6至10个小时。因为水泥的用量在TS EN 196 - 9的方法在本研究中更多用于ASTM C1679标准的混合砂和砂浆是由放置在容器中,温度在最初的混合水和水泥无法衡量。在ASTM C1679方法,温度峰值出现在TS EN 196 - 9的方法,就像第二个峰值温度。离开热水泥达到高峰值在较长的时间和更高的金额。添加黑曜石地面45分钟杰姆我42.5 r减少由此产生的温度和延长的时间达到最高的价值。

图7表明,黑曜石的添加率增加20%,30%,和50% obsidian-added水泥地面60分钟,时间达到最高温差的增加黑曜石水泥比硅酸盐水泥和温差下降。最高温差为18.7286°C在水泥添加了20%的黑曜石28小时,地面60分钟;16.6996°C在30% obsidian-added水泥28小时,每小时最高温差;在36小时和15.7689°C obsidian-added水泥50%。最高温度的区别是每小时12.8704°C铣60分钟;与布莱恩obsidian-added水泥细度为5497厘米²/ g为45分钟,在更短的时间内达到最高温差比水泥布莱恩细度为4746厘米²/ g。增加铣时间从45到60分钟导致温差obsidian-added水泥3.8% 20%,12.2%,30% obsidian-added水泥,19%,50% obsidian-added水泥。增加细黑曜石水泥减少期间最高气温差异发生的时间和增加了温差。

图8显示的温度差异的20%、30%、和50% obsidian-added水泥地面75分钟没有添加剂和水泥。obsidian-added水泥地面的温度差异75分钟19.2034°C obsidian-added水泥在27小时20%,17.8642°C obsidian-added水泥在28小时30%,50%和12.8515°C在32小时obsidian-added水泥。有增加/减少温差obsidian-added布莱恩的水泥细度增加到6122厘米²研磨/ g的75分钟,当温差峰值比45 - 60分钟观察地面obsidian-added水泥。obsidian-added水泥,黑曜石的数量增加,温度差异值降低;黑曜石的细度降低,温差峰值和温度差值增加。这是由于增加的速度火山灰进入反应由于火山灰水泥的细度的增加。本研究中发现的问题由Binici et al。16)和Ardoga et al。4]。因此,随着火山灰的量的增加,水泥的水化热降低,当水泥细度的增加,反应速率决定。

3.2。研磨时间对Obsidian-Incorporated水泥的水化热的影响

图9显示了水化温度的20%、30%、和50% obsidian-added水泥地面45分钟直到160小时和温度差异。41小时的水泥水化热是267.2 J / g,和水化热160小时是362.9 J / g。41小时的水化温度是130.2 J / g在20% obsidian-added水泥磨45分钟。160小时的水化热326.9 J / g;41小时的水化温度在30% obsidian-added水泥是149 J / g。

160小时的水化热是278.9 J / g, 41小时的水化热是120 J / g,和热火在第160小时233.7 J / g在50% obsidian-added水泥地面45分钟。基于测量根据TS EN 196 - 9,黑曜石的速度增加了水泥,水化温度降低。

图10显示了水化温度的20%、30%、和50% obsidian-added水泥地面60分钟和水泥,没有添加剂,测量根据TS标准EN 196 - 9。黑曜石的加入降低了水泥的水化热。火山灰添加到水泥细度的增加,obsidian-based水泥的水化热与包含更少的黑曜石的水泥相比增加补充道。

图11显示了水化热以20%、30%、和50% obsidian-added水泥地面为75分钟。随着黑曜石率的增加,水泥的水化热降低。Thongsanitgarn et al。19)表明,水化热与越来越多的细度增强。本研究的结果是一致的与Thongsanitgarn et al。19]。由于水泥的异质成分,一些水化温度不同于这条规则。一般来说,黑曜石添加剂的量的增加减少水化热引起的,和黑曜石细度的增加引起的水化热在很短的时间内。

3.3。研磨时间对Slag-Incorporated水泥的水化热的影响

图12显示了水化温度计算在第41届和160小时按照TS EN 196 - 9的纯粹的水泥和高炉slag-added水泥。

数据9- - - - - -11状态,水化温度随着火山灰比率的增加,减少和提高水化热细度增强未见在高炉slag-added水泥。虽然水化温度下降随着火山灰slag-added水泥添加剂比例增加,没有发现重大变化时的水化热水泥细度增加。这表明当火山灰水泥细度达到一定值,火山灰水泥的细度的增加并不显著增加水化温度。

3.4。研磨时间对飞Ash-Incorporated水泥的水化热

图13显示了水化温度计算在第41届和160小时根据OPC TS EN 196 - 9和OPC粉煤灰添加剂。粉煤灰添加到水泥降低水泥水化温度。增加粉煤灰的细度没有造成主要的水化温度上升在第41届和160小时。根据汉et al。18),水泥水化热是200 J / g在41小时30%高高炉矿渣水泥。另一方面,水化热是175 J / g渣添加时,125年为35%水泥/ g。这是测量150 J / g当粉煤灰添加和85年J / g 65%粉煤灰添加18]。水泥的水化温度高炉矿渣和粉煤灰添加剂取代,所调查的汉族et al。18),类似于那些在这项研究。Demir et al。25实验显示,火山灰材料的细度大大影响水化温度测量时根据TS EN 196 - 9。

3.5。添加剂类型对混合水泥的水化热的影响

图14显示了水化热测量用的化学技术,基于TS EN 196 - 8。自从添加剂细度对水泥的水化热的影响,通过TS EN 196 - 8说,并不是决定在这项研究中,给出了含添加剂水泥的水化温度图14。水化温度测量基于TS EN 196 - 8兼容41小时的值基于TS EN 196 - 9。汉et al。18计算了水泥的水化热在80小时300 J / g;285 J / g在180年30%矿渣水泥和J / g 35%粉煤灰中的水泥(飞18]。Baran和Pichniarczyk17]发现值从374年到404年在杰姆我42.5 r / g。水泥的水化热是类似于所做的功Baran和Pichniarczyk17]。Merzouki et al。26)表示,140 h后矿渣的水化热。添加一个添加剂含量20%,水泥没有指定一个主要变化在黑曜石的水化热,粉煤灰和slag-incorporated水泥。水化热是强烈受火山灰的替换率和水化。

随着添加剂的混合物的数量上升,推迟水化能设置一个主要的水化热。水泥的水化热替换20%黑曜石是类似于水泥粉煤灰和矿渣添加剂所取代。水化热是决定使用化学技术根据TS EN 196 - 8比较结果与根据TS EN 196 - 9测试完成。7天治愈迫击炮的水化热测定表明,它符合[41小时的水化热20.]。在这项研究中,水化温度图14被发现接近41小时的值。火山灰水泥中使用的材料不应该有着不利影响水泥的机械强度。用粉煤灰和矿渣替代率的增加,相应的机械强度下降相比,标准样品。

3.6。治疗年龄对Obsidian-Containing水泥强度发展的影响

图15显示了杰姆的优势获得了我42.5 r和灰浆样品准备说的TS EN 196 - 1与水泥混合10%,20%,30%,和40%黑曜石60分钟。随着黑曜石添加剂对水泥的速度增加,相应的抗压强度降低。

3.7。固化时间对含添加剂水泥强度发展的影响

图16显示了杰姆的优势获得了我42.5 r(100%)和黑曜石、粉煤灰和slag-based水泥40%的速度和迫击炮准备说的TS EN 196 - 1。最高的优势被发现杰姆我42.5 r,紧随其后的是渣,黑曜石,和全美浮尘水泥。

Obsidian-blended水泥表现类似于水泥粉煤灰和矿渣添加剂取代有关强度性能随着火山灰比例增加。40% obsidian-based水泥的机械强度值2,7,28天以上cement-contained粉煤灰和较小的比cement-contained渣。汗和阿明11]发现28天强度值降低22.6% 20%的粉尘飞水泥相比,标准样品。的强度值40%飞ash-added水泥28天被发现比标准样品的低42.6%。飞粉煤灰中的水泥的机械强度值显示类似的效果所做的研究工作汗和阿明11]。当黑曜石和粉煤灰的机械强度值进行比较,发现黑曜石有一个水泥火山灰效应。Scholer et al。27)表明,slag-containing水泥的强度值小于水泥,粉煤灰取代与OPC相比,在这项研究中。这是由于高炉矿渣形成更高的水化体积产品由于其化学成分。

4所示。结论

在目前的研究中,得出了以下主要结论:(我)纯粹的水泥添加剂的积累减少温差值和水泥的水化温度。(2)黑曜石添加剂显示行为类似于其他添加剂(粉煤灰或高炉矿渣)的水泥水化温度的影响。(3)火山灰水泥的细度增加到一定程度导致最高温差发生之前和水化温度增加。火山灰水泥细度超过一定值后,这种关系不能确定清楚。(iv)水化热的价值有一个和谐的关系计算的TS EN 196 - 9标准和计算出的值TS EN 196 - 8的方法。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感激地感谢土耳其的科学技术研究委员会(图,格兰特没有。214 m023)资助这项研究。

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