文摘
不同的研究调查废玻璃的使用波特兰水泥化合物,作为骨料或补充胶结材料。然而,似乎没有共识关于粒子颜色和大小的影响化合物的行为。本研究解决的影响水泥替代10和20%的无色和琥珀色碱石灰玻璃粒子大小约9.5μ米在波特兰水泥砂浆的性能。结果显示,部分替代水泥可能导致生产耐用迫击炮与碱反应的抑制作用。这种效应更为显著的20%替代使用琥珀色玻璃。样本包含玻璃微粒更耐腐蚀,尤其是无色玻璃做的。使用无色和琥珀色玻璃微粒提升耐磨性的减少。
1。介绍
硅酸盐水泥生产与高能量消耗,温室气体的排放,和自然资源的消耗1,2]。利用废物等辅助胶结材料是一种减轻负面影响。根据粒子大小、硅含量和结晶度,这些废物可以用作水泥,火山灰剂或填料(3- - - - - -5]。最常见的废弃物用于混合材是高炉矿渣、粉煤灰、硅灰、稻壳灰,甘蔗蔗渣灰(6- - - - - -10]。公布的结果报告,使用玻璃颗粒为骨料的部分替代或水泥可以导致有益的或有害的影响胶结物质材料的性能(11- - - - - -17]。废玻璃是一种非结晶的陶瓷材料与硅含量高和惰性和非生物降解的。这些废物碎玻璃的形式呈现复苏和回收率高(2]。然而,在巴西,废玻璃粉末的形式构成一种环境责任,因为它回收不是经济可行的18]。
研究公司的废玻璃胶结材料开始使用它作为一个聚合和扩展到现在的时间15,19]。根据一些作者(11,12,17,20.),它的使用总受限于alkali-silica反应发生的可能性。此外,有可能形成弱过渡区,在粗骨料的情况下,低和易性产生的化合物(13- - - - - -15]。Idir et al。21)认为,根据粒子大小和颜色的玻璃,这种反应可以被废玻璃的使用。
的发表结果报告关键尺寸的存在,将使没有后续的火山灰反应形成的凝胶的alkali-silica反应(12,13,21- - - - - -24]。然而,没有共识关于粒子大小和颜色的影响化合物的行为。
根据托马斯(4)和Idir et al。12低于140),玻璃颗粒μ米可以表现出显著的火山灰活性。对于Khmiri et al。17),邵et al。23施,et al。24废玻璃地面),只有38或45μ米甚至十分之几个测微计可能存在火山灰活性。另一方面,火山灰活性粉末的玻璃可以被固化在高于环境温度的优化19]。没有共识的影响玻璃颜色化合物的性能与废玻璃生产总量的替代。杜和棕褐色11),等迪尔。20.],Topcu et al。25]表明,无色玻璃与碱金属反应性高于绿色和琥珀色的眼镜,而其他人则表明,无色眼镜促进较小的扩张。一个最近的研究工作11]使用玻璃粒子部分和全部更换砂显示,相比,绿色玻璃、琥珀色玻璃少导致扩张由于alkali-silica反应。这是由于火山灰反应和内部裂缝的存在更大的绿色玻璃颗粒。不同作者,玻璃粒子micron-order维度是有效减少alkali-silica的扩张反应以同样的方式作为粉煤灰和矿渣的影响4,18,21,26,27]。它也被报道说颜色不影响碱反应,绿色玻璃pozzolanicity比琥珀色玻璃。Mirzahosseini和骑28)表明,绿色玻璃可能存在火山灰反应性高于无色玻璃取决于固化温度。代尔和[迪尔29日]表明,砂浆含有无色和绿色眼镜导致砂浆的抗压强度高于玻璃,而含有琥珀色玻璃的化合物显示了相似的抗压强度。
改善抗硫酸盐的攻击也被观察到(22,23,30.- - - - - -33),加上低孔隙度的化合物,减少孔隙微观结构的宽度,显著降低氯离子扩散系数与改进的抗氯离子渗透、钙离子的浸出更强的抵抗力,降低混凝土的收缩。很少有研究评估了在胶结化合物生产碳化深度眼镜,其中一些地址使用浪费聚合(14,33,34]。耐磨性的研究仅限于评估的影响,利用废玻璃取代细骨料和结果是矛盾的35,36]。
尽管有许多研究在硅酸盐水泥中使用微粒化合物,仍有一些点需要分析。玻璃颜色的影响抑制碱反应,抗压强度,耐磨性和电阻率仍然需要澄清。
初步结果表明,使用无色玻璃渣取代水泥胶结复合氧渗透率的下降,而碳酸层的厚度增加,抑制了alkali-silica反应,并促进耐磨性的减少(37]。在序列中,本研究硅酸盐水泥复合材料的耐久性评估指标与替换的10和20%的琥珀和无色玻璃微粒相比,砂浆的引用。执行的测试的抗压强度,渗透性氧气,加速碳化,alkali-silica反应,电阻率和耐磨性。工业玻璃废物的测微的维度包含的眼镜不同的化学成分,絮凝剂,和尘埃,我们选择,在这项研究中,在实验室产生浪费。因此,这是一个初步研究来支持使用玻璃钻孔产生的微粒和加工业生产硅酸盐水泥的化合物。
2。材料和方法
使用何种类型的水泥高初始阻力硅酸盐水泥。在实验室玻璃废物生产,消除可能的污染物(表1)。每种类型的玻璃收集的行业板块的形式,水洗,干燥,减少手动提交到第一次使用陶瓷球。玻璃碎片被钢球磨碎,回火钢的球。玻璃成分和密度变化的函数的颜色,按照特定的文献[38]。
玻璃微粒子的粒度分布的值通过受激发射光放大的辐射Cilas 92粒子筛选器表2。考虑到特定的表面(表1),它遵循类型的玻璃细度是相似的。
粒子的x射线衍射对眼镜显示漫反射光谱和没有孤立的山峰,典型的玻璃阶段(18]。XRD 7000年代,日本岛津公司设备、模型用于测量,最大输出3千瓦,铜管,θθ测角仪半径为200 - 275毫米,最小角0.0001°,步操作角度范围从−6 + 82,回转速度500°/分钟,1°/分钟,扫描速度和距离的x射线(轴)85毫米。
眼镜的pozzolanicity评估通过修改薛潘测试(表3)。在该测试中,氢氧化钙含量确定材料和固定的水介质(38]。的平均值562.13和655.20毫克的Ca(哦)2/ g考虑样品分析报告的结果是相似的邦et al。39为活性二氧化硅(石英碎)。Raverdy et al。40)和同事建立必要的最低摄入量的氢氧化钙的材料现在的火山灰活性330毫克的Ca(哦)2/ g的样本。我们因此得出结论,微粒子具有火山灰活性。
对砂浆的生产,天然硅砂是作为细骨料,具有特定质量的2650公斤/米3和包含的相同比例的粒子大小的1.2,0.6,0.3和0.15毫米。采用比例是1粘结剂(水泥或水泥+玻璃微粒)3沙子(等量的四个不同粒径)。水/水泥比率为0.5。产生的迫击炮平均210毫米的和易性传播测试。
在28天抗压强度试验进行了5×10厘米的圆柱形测试样品在003年TC-PS媒体施加荷载为0.5 MPa / s,符合ASTM C39 / C39M-16b标准(41]。三个样本/复合测试过。
氧气渗透性测试执行根据的建议RILEM TC金刚石(116 -42]。养护28天之后,圆柱形灰浆样品(身高5厘米×5厘米直径)被放置在烤箱80°C为干燥和冷却24小时前测试。设备是一个渗透仪用于测量气体流量通过在多孔材料,受到点之间的压差。三个测试为每个类型的混合物进行了研究。方程(1)是用于计算样品的渗透率和考虑压缩系数和粘度的氧气。 在哪里表示内在渗透率(m2);表示样品的长度(米);表示样品的横截面面积(m2);表示流量(cm3/ s);表示绝对压力(栏);和表示压力流(酒吧)。根据这个方程,系数越大,越高的渗透速度流体通过砂浆由于压力差。
碳化阻力进行了恒温热费希尔科学室,3000 t RCO-5-VBC模型,根据的建议RILEM TC金刚石(116 -42]。圆柱样品直径5厘米×10厘米的高度为每个类型的混合生产。样本沉浸在水和治愈28天。固化后,表面刷,清洗去除残留,可能阻碍水泥内部的二氧化碳扩散的化合物。样本然后放在烤箱里干,暴露在60天内包含5%的公司氛围2、48%的湿度和温度27.5°C±2。样品被分段纵向和碳化深度确定喷洒70%绝对乙醇溶液,酚酞蒸馏水、29%和1%。使用数字游标卡尺精度为0.01毫米,三个测量每个样品进行。
电阻率测试进行评估的概率和强度腐蚀钢筋的钢筋混凝土由于氯行动43,44]。胶结物质的电阻率计算通过测量体积电阻率在饱和条件下,通过电极放置在样品的两端,一个潜在的不同应用,测量它们之间的电流生成(45,46]。为每种类型的混合物,5×10厘米的圆柱形样本的迫击炮和没有添加玻璃微粒是演员和治愈28天。在干净的水饱和24小时后,样品被挤压在纵向方向上两个铜盘(电极)。为了最大化接触,钢丝绒之间插入了盘子和样品的两端。使用正弦交流电源波和不同频率(10 - 7500 Hz),一个潜在的不同应用(2 - 8 V)。建立了标准频率为50 Hz的测试。
评估测试的碱反应,移动样品25×25×250厘米为每个类型的复合生产。对于alkali-silica反应测试,砂产生的破碎和研磨玄武岩岩石被用来表示通过ASTM C1260-14 [47]。比例是1:2.25(水泥/砂)通过质量和水灰比0.47。执行的测试是在一个温度为80°C。扩张阈值测定在16天和预定日期(0、3、6、10、19日和30天),最后一个值计算平均每个年龄的三块。
耐磨性,棱镜测量样品已经准备70×70×30毫米。使用阿姆斯勒设备进行了测试。ASTM C 418 - 12 (48)被用来作为参考。养护28天之后,样本提交穿与石英砂的负载下大约66 N的速度( rpm。测量进行了500圈后,对应于1000米。500米后,样品被颠倒放置于设备支持的耦合方式,避免失真(偏态)的材料。减少课程后,四方的样品的厚度测量评估穿。
扫描电子显微镜(SEM)被用来评估样品的形态在广达200 - feg -范高真空。能量色散谱(EDS)与扫描电镜显微镜是用来证实纳米颗粒的成分。
3所示。结果与讨论
3.1。抗压强度测试
图1显示的平均值和标准偏差测量获得的复合材料抗压强度测试使用和不使用玻璃微粒。添加10%的无色或琥珀色玻璃与样品的机械强度略有增加。添加20%的玻璃影响抗压强度较低的化合物。同样的趋势在所有的年龄。据代尔和[迪尔29日),使用10(44%或20%的琥珀色玻璃粒子质量保留45μ米筛)取代水泥不影响迫击炮的抗压缩7和28天。
Khmiri et al。17)显示,只有90天的抗压强度迫击炮20%替代水泥,玻璃粒子的20倍μm现值接近化合物没有玻璃。Calmon在al。49)观察到抗压强度的减少10 - 20%的水泥从挡风玻璃被废玻璃所取代。他们这种效应相关矩阵的开裂由于硫铝酸钙的形成在后世,氧化铝含量(5%)造成的混合物,引入的玻璃。的眼镜分析这项工作有氧化铝含量0.25 - 0.82%,这种微裂缝不发生。一般来说,缓慢的水化反应观察到当20%玻璃微粒使用火山灰性质提供了证据。
3.2。氧气渗透测试
图2显示测量和氧气的平均渗透系数的值(酒吧)后60天的固化。计算的结果是(1)为样本,没有部分替代水泥的玻璃。据李et al。50在耐久性方面,混凝土与氧气渗透系数低于1×10−16米2被认为是好的;1×10之间−16和3×10−16米2是温和的,以上3×10−16米2被认为是贫穷。为砂浆通过推断上面的信息,发现使用无色玻璃微粒取代水泥没有改变胶结物质的耐久性分类:温和。实验数据显示明显的分散。然而,数据的统计分析采用方差分析(方差分析)表示,玻璃微粒替代水泥的使用有助于减少渗透,这种影响是独立于玻璃微粒的化学特征。Jain和Neithalath [32)和Calmon et al。49]研究了水泥粘贴有或没有微粒子和发现玻璃粒子替代导致较小的孔隙度。也许,渗透率的改善是由于化学成分和非结晶的二氧化硅的结构,有利于火山灰反应的发生,当玻璃接触氢氧化钙。反应产物减少气孔的宽度,增加孔隙网络的弯曲度,减少孔隙连通性(33,51]。
这减少渗透性不导致抗压强度的增加。这可能与玻璃微粒子也可以作为填料,填充的空白机制对于机械强度没起到太大作用,这很大程度上取决于火山灰反应缓慢。
3.3。加速碳化试验
图3显示了意味着加速碳化试验的结果及其标准差碳化室后60天。发现所有样品遭受碳化后60天。添加玻璃微粒碳酸层的厚度增加了1.3毫米与控制样本相比。它也说,玻璃含量越大,碳化深度越大。它是不可能确定的影响的性质(颜色)玻璃微粒(0.25毫米和类似的趋势线的差异)。应该注意的是,碳化得到的利率是小。这可能与样本存储在48%湿度,因为这个低湿度条件可能阻碍公司的扩散2的毛孔。最快的碳化率发生在相对湿度50至75%,在鹦鹉的研究报道52]和De Ceukelaire和Van Nieuwenburg [53]。
3.4。碱反应的测试
三个测量的平均结果和相应的标准差相应的测量从alkali-silica获得反应测试如图4。根据ASTM C 1260 - 14 (47),扩大低于0.10,高于0.20%分别为16天可能表明聚合和无害的反应行为。扩张0.20%至0.10被认为是潜在的活性。因此,它是决定参加考试30天。16天之后,样品含有20%琥珀色玻璃仍不反应的类中。样品10 10%和20%无色玻璃微粒子和琥珀色玻璃留在二类,即潜在的活性物质。在30天内,20%的使用琥珀色玻璃分类材料II。所有其他混合物变成一种更高等级的alkali-silica反应,在潜在的活性物质的范围。卡拉的结果(54)表明,低膨胀由于alkali-silica反应发生在水泥取代30%的琥珀色玻璃粒子(布莱恩的542米2/公斤)。很明显,使用琥珀玻璃微粒可以抑制alkali-silica反应即使高度活性骨料。最近,类似的结果Cocina et al。10)和Serpa et al。55]。
一些出版物的结果表明,玻璃微粒子作为辅助胶凝材料的使用是有效地降低alkali-silica的扩张反应(4,5,56,57]。这可能表明碱金属存在于玻璃数量高于推荐火山灰材料成为惰性或没有导致alkali-silica反应的发生。根据文献,二氧化硅微粒中促进calcium-silicate-hydrate含量的增加由于火山灰反应混合物。这可以把粘贴的密度,因此,更少的多孔性和渗透性,阻碍运动的碱金属和alkali-silica反应(58,59]。目前的结果表明,粘贴的渗透率变化使用玻璃微粒。另一种可能的解释的抑制alkali-silica反应使用的玻璃颗粒的水化硅酸钙形成的火山灰反应导致粘贴强度增加,然后能够承受的压力与alkali-silica反应(58]。另一方面,低曹的火山灰反应生成硅酸盐/ SiO2比率,这能够封装碱金属的一部分,因此成为无法反应(59- - - - - -61年]。其他假设在已发表的研究关注的凝胶的粘度在媒体Na / Si比率高的nonpolymerization alkali-silica反应产物高碱性的介质(62年]。
3.5。体积电阻率测试
平均值和标准偏差相对电阻率测试28天图所示5。结果发现相同的数量级的Carsana et al。63年]在28天的一项研究中不重复的迫击炮和水泥的细玻璃粉末来源于绿色瓶(30%)。
评估混凝土的耐久性的一个重要参数与氯离子的作用是混凝土电阻率,因为这个变量是敏感的离子扩散流有粘结性的化合物,在水中出现在毛孔。根据高尔和米勒德(64年),阳极和阴极之间的离子流动区域的强化是由混凝土电阻。混凝土的电阻率越低,较高的阳极和阴极之间的电流和钢筋腐蚀的速度。因此,它是可能的风险评估腐蚀钢筋的混凝土电阻率的测量。根据牙鳕和Nagi [44),一个非常高的钢筋腐蚀风险范围kΩ·混凝土电阻率低于5厘米。而高腐蚀风险范围是5至10 KΩ·厘米,温和低腐蚀风险是10至20 KΩ·厘米和低腐蚀风险高于20 KΩ·厘米。根据欧洲采取协调一致的行动EC-COST 50965年),高钢筋腐蚀风险范围对应的电阻率值低于10 kΩcm,而中度腐蚀风险的范围是10至50 KΩ·厘米,低腐蚀风险范围在50到100 KΩ·厘米,和无关紧要的腐蚀风险范围是100 KΩ·厘米以上。霍普(66年]和吕贝克[67年)强调电阻率的高灵敏度不同的水灰比等内在因素,消费和类型的水泥、骨料和矿物掺合料,因为他们促进孔隙大小和分布的变化,内部水分含量、pH值、等,从而降低腐蚀速率。获得的值显示,样品有和没有玻璃微粒中/低腐蚀风险范围内。然而,样本包含玻璃microparticles-particularly无色玻璃抗钢筋腐蚀。电阻率的增加由于使用玻璃微粒,可以用这一事实来解释,在混凝土含有玻璃,离子流动由于火山灰反应,低消耗Ca2 +噢,−,或者由于孔隙结构的变化由于火山灰反应。根据Hunkeler [68年),增加孔隙溶液的电阻率和较小的导电相的分数,氢氧化钙,解释与火山灰增加混凝土的电阻率就越高。高电阻率由于火山灰的使用也可能由于减少孔隙网络的宽度和弯曲度增加,从而阻碍离子流动和交互50]。
3.6。耐磨测试
测试的结果后,磨损耐磨性1000米如表所示4,三个样品的平均损失厚度值。这些值测定在4分样本经过28天的固化在一个潮湿的室和执行的测试是在90天。水泥替代10到20%的无色和琥珀色玻璃微粒被耐磨性降低。因此,我们可以注意到,这两个类型和玻璃的用量影响了这个结果。这些数据显示,一个较弱的层形成在混凝土表面,可能由于更高的分泌和强调的玻璃颗粒(69年]。实验结果发现Nassar和Soroushian16)表明,迫击炮的耐磨性与地面废玻璃的23% (25μ米)在替代混凝土与替换的比例增加。
3.7。微观结构分析
图6显示了化合物的微观结构有或没有更换玻璃微粒。这些微观结构放大350倍,通过背散射电子探测器获得的。采用更高的放大以这样一种方式,实现一个更一般的描述分析了材料的微观结构。石英的存在在所有样本(通过能量色散光谱)可能由于砂使用的类型。
在所有样品的氢氧化钙,碳酸钙,硅酸三钙,铝和钙hydrosulphate tetracalcium硫代铝酸盐,和水化硅酸钙检测,所有他们的正常成分硅酸盐水泥粘贴(70年]。所显示的马托斯和Coutinho2)没有玻璃粒子的粘贴。水列夫et al。71年)发现,迫击炮包含玻璃部分替代水泥的颗粒较小的晶体和氢氧化钙含量低而迫击炮只有水泥,由于火山灰反应的发生,这可能会造成更大的化合物(耐久性69年]。即使有很大的放大分析图像,它不可能观察到的差异的大小氢氧化钠晶体通过EDS识别。
4所示。结论
(我)更换10到20%的水泥含量与琥珀和无色玻璃微粒有助于减少氧化合物的渗透性。(2)使用20%的琥珀色玻璃微粒中观察到样品导致氧渗透率最低,表明琥珀色玻璃的化学和物理特性(在更大数量)可以有助于降低开孔率的混合物。(3)与对照样品相比,碳酸层的厚度与玻璃微粒增加样本。(iv)玻璃微粒子抑制alkali-silica反应甚至使用活性骨料。这种效应更为显著,替换是20%的琥珀色的玻璃。(v)高硅含量的玻璃没有促进水泥alkali-silica反应,可能由于比表面和非晶硅的性质,导致硅与氢氧化钙反应在早期的年龄,没有硅内容之后的反应。(vi)混凝土电阻率的值显示样品有和没有玻璃微粒中/低钢筋腐蚀的风险范围之内。然而,样本包含玻璃微粒观察更耐腐蚀的风险,特别是那些无色玻璃做的。(七)使用无色和琥珀色玻璃微粒提升耐磨性的减少由于本身分泌的增加可能是由于玻璃粒子的存在。水泥替代玻璃水平越高,耐磨性越高下降。减少使用琥珀色玻璃时更为明显。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是支持的协调改善高等教育的人员(披肩);研究支持基金会的米纳斯吉拉斯(FAPEMIG);和国家科学和技术发展委员会(CNPq)。