混凝土的强度和耐久性性能包含浮石和矿渣作为辅助胶凝材料

文摘

腐蚀环境下混凝土结构遭受严重恶化。因此,这些混凝土结构的使用寿命下降和恶化的联合攻击下硫酸盐和氯化物。大多数研究只局限在单一恶化的因素如硫酸袭击或氯只攻击但目前的研究集中在天然浮石(NP)的影响和自然的石头(NS)混凝土的强度性能受到硫酸盐和氯的联合攻击。硅酸盐水泥(PLC)是NP取代或NS替代水平的10%。具体样本治愈在水中养护28天。后来,标本是沉浸在5%硫酸钠(Na₂所以₄),5%氯化钠(氯化钠),结合钠硫酸盐和氯解附加的养护28日,56和90天。混凝土之间的结果进行了比较与NP混合或NS和混合(CT)和PLC控制。硫酸盐的影响、氯化物和硫酸盐和氯进行评估的重量的变化,抗压强度的变化,和程度的损伤。结论,应用NP和NS非凡的潜力被利用作为胶结材料在混凝土增加抵抗激进的盐。

1。介绍

混凝土的主要建筑材料在全球基础设施(1]。据估计,全球生产超过100亿吨(2]。混凝土技术的发展使得材料的选择建筑的结构暴露在极端条件下(3]。尽管混凝土作为主要建筑材料,混凝土结构由普通硅酸盐水泥(OPC)倾向于贬值快暴露在极端的条件。

结构暴露于极端条件如废水处理植物和海洋结构(4]。研究人员已经研究了混凝土在不同的极端条件下的耐久性(5- - - - - -10]。挑出,硫酸、氯化和它们相关的阳离子影响混凝土耐久性最积极的化学物质。混凝土耐久性成为主要问题自的能力承受附加荷载随时间而减小。此外,维修和更换的成本结构恶化成为天文(11,12]。

如今,有流行的兴趣减少水泥含量和提高混凝土强度和耐久性使用辅助胶凝材料(scm)和更持久的和可持续的混凝土具有良好的结构性能(13,14]。新鲜和硬化混凝土的性能提高了scm,同时减少了水泥含量(13]。彻头彻尾的,scm的添加改善和易性和流13),产生更少的多孔和密集的混凝土增加耐化学腐蚀性(15),减震能力增强(16,17,抗压和抗弯强度增强13]。

此外,scm产生额外Calcium-silicate-hydrate (C-S-H)凝胶之间的火山灰反应氢氧化钙(碳氢键)形式从水泥水化13]。C-S-H凝胶的包装效果好和粗骨料混凝土增加兼容性,从而减少渗透性和保护钢筋防锈(18,19]。不同的研究一直在调查具体的scm沉浸在硫酸盐和氯化物环境如下。

和Ganesan Kannan20.)研究了自密实混凝土的化学和耐氯结合稻壳和偏高岭土宣布具体的整合与偏高岭土和稻壳导致改善强度和降低渗透率相比,控制混合。

Mangi et al。1]研究了钠和氯的影响攻击混凝土与煤混合底灰的曝光时间90天,和发现的煤底灰减少硫酸盐和氯盐的负面影响,提高混凝土抵抗积极的环境。

Aksogan et al。14]研究混凝土的耐久性性能的细骨料取代calemanite和玉米秸秆重晶石和水泥,麦秸,向日葵秸秆灰浸在5% Na₂所以₄180天,说,添加玉米秸秆、小麦秸秆、和向日葵茎灰烬,提高混凝土的耐化学性。

Demir et al。21)取代水泥与粉煤灰的结合,底灰,高炉矿渣和普通硅酸盐水泥的性能评估(OPC)迫击炮在5% Na₂所以₄解决方案为360天。发现2%的混合水泥砂浆的抗压强度比OPC 5%粉煤灰取代水泥时,底灰高炉矿渣5%,和5%。

奥斯曼et al。22]研究泡沫混凝土的抗硫酸盐包含了漂白处理地球(PSBE)作为水泥替代。耐硫酸是评估的扩张,在质量损失,损失在52周后抗压强度的浸泡时间。发现混凝土含30% PSBE更耐用比控制标本后浸泡在5%硫酸钠。然而,调查是基于单一攻击。

Al-Swaidani和Aliyan7硫酸)调查了阻力部分用矿渣取代水泥的迫击炮。迫击炮的硫酸盐阻力是由浸在5% Na2SO4灰浆样品解决方案52周宣称,在火山渣、迫击炮的耐硫酸盐是改善。调查做了只在单一恶化的因素,也就是说,硫酸盐的攻击。

Jaya et al。23]调查潜在的使用稻壳灰烬(RHA)作为水泥替代混凝土海水攻击下湿润和干燥周期。水泥是用RHA替代水平的0%,10%,20%,30%,40%。抗压强度和氯离子渗透性进行了评估。整合RHA发现降低氢氧化钙在水化形成海水袭击。调查是基于单一攻击。

天然浮石(NP)和自然的石头(NS)是天然材料,可以用作环保材料在建筑业。水泥生产需要能量,多有限公司₂释放但利用NS和NS减少能源需求和公司吗₂(13,24]。NP和NS火山碎屑物质富含二氧化硅、氧化铝、氧化铁(24]。世界各地,NP和NS利用细和粗骨料混凝土生产和构建块(13]。顶部和Vapur调查NP的实用课程总量在轻量级的地质聚合物混凝土(25]。再说,NP和NS用作非结构细和粗骨料混凝土和砂浆(17,26,27]。

姆博亚et al。13]表明,NP和NS水泥替代可以提高混凝土的强度和耐久性,但研究混凝土包含NP和NS的联合暴露下硫酸盐和氯很少报道。此外,没有一项研究评估的性质具体NP和NS硫酸盐和氯的联合暴露下的解决方案。此外,输入早些时候穆伯亚et al。13验证,混凝土的抗压强度与NP和NS是令人满意的替代10%水平。水泥的10%替代水平与NP和NS。因此,提供的工作探讨了NP和NS scm在混凝土中的应用综合效应下的硫酸盐和氯化物溶液接触条件。强度、重量变化,评估损伤程度。

2。材料和方法

2.1。材料

2.1.1。粘结剂

在最近的研究中,石灰石硅酸盐水泥(PLC) II型(Twiga +)类42.5 N符合坦桑尼亚标准TZS727:2002按照英国标准BS 12:1996 13和SS-EN 197 - 1杰姆II / l(使用28]。从当地经销商获得了PLC在阿鲁沙市坦桑尼亚。

浮石与白颜色的碎片收集从Ikuti Mbeya地区,和红色的石头石头碎片收集在乞力马扎罗山Uchira地区。两人都收集在坦桑尼亚。盘磨机模型4 a100l6t1 SN 535277用于轧机浮石和石头是石头产生细粉浮石、火山渣NP和NS,分别在2 75 kg / h和筛分μ按照BS 410 (29日),直观地呈现在图1和分析,确定化学和物理性质。自动布莱恩装置(aim - 391 - 3) 2001 SN Aimil有限公司,印度是用来确定NP和NS粉(细度30.]。PLC的密度、NP和NS决心根据SS-EN 197 - 1和ASTM D 85431日,32]。粘结剂的化学和物理性质概述在结果部分。

2.1.2。聚合

细和粗骨料从当地经销商。细和粗骨料的性质如比重和吸水率测定,遵循标准。ASTM C127 [33]和ASTM C128 [34)是用来确定上述属性,分别。骨料粒径要求做是为了符合BS EN 933 - 1:2012 [35]。分级混合细和粗骨料符合PD 6682 - 1和BS 12620规格36,37]。

粒度分布和细和粗骨料的性质研究中使用如图所示2和表1,分别。实现所需的新鲜和硬化混凝土的性质,细和粗骨料级配和混合在一起来获得正确的比例36]。BS EN 12620用于混合粗和细骨料细粗骨料(33%到67%的比例36]。混合骨料显示细度模数(FM) 5.1和2.6的比重(SG)。总量的比重被发现在2.4和2.8之间,建议使用的骨料体重正常聚合(13]。

2.1.3。水

饮用自来水被用于清洗骨料和混合和混凝土的养护。水是免费的从悬浮粒子,pH值6。中加入的水量与水泥混合反应形成的水化产物将聚集在一起,这也会影响混凝土的工作性和强度特性。混合水无化学污染,适合人类食用38]。

2.2。混合比例

在这项研究中,采用混凝土标号M25公路和具体的样本是由部分取代水泥NP和NS。BS 1881 - 116 (39),BS EN 12390 - 2 (40),BS EN 206 (41)被用作混凝土搅拌的指导方针,铸造,和测试的新鲜和硬化混凝土的性质,分别。考虑三个流测试标本;第一个流是混凝土只由硅酸盐水泥(0%替代)(以下,称为CT),第二个流是混凝土由部分替代水泥的NP,第三流的混凝土由部分替代水泥与NS。水泥在第二和第三流取代10%,如表中所示2。

2.3。样品制备

混凝土混合准备用电动搅拌机。重PLC和细和粗骨料一起放入混凝土搅拌和混合全面,其次是NP和NS和混合。水是增加体重,混合在一个均匀混合物。150毫米大小的标准数据集被用来准备混凝土立方体和没有NP和NS。共有108个标本准备,从每个流和三个数据集在腐蚀性环境中选择测试。混凝土标本留给允许设置在铸造后室温25±3°C。方块的脱模完成后24 h,然后,水的标本治愈7和28天来获取设计强度。标本被从水箱7和28天,离开后24 h在实验室控制条件下允许干燥。压实和养护设备使用符合BS EN 12390 - 2 (40)和BS 1881 - 116 (39]。

2.4。连续浸渍试验

类似于早期的研究的方法(1,49标本CT)采用,9 S1标本,标本9 S2 Na沉浸在5%₂所以₄5%、5%氯化钠和组合Na₂所以₄56岁的和5%氯化钠28和90天。剩余的标本被淹没在水中的额外治疗28日,56和90天。

2.5。测试

CT标本重量和测试没有沉浸在腐蚀环境中。之前淹没混凝土混合在腐蚀性环境中,所有标本都重。连续浸泡试验后的样品在腐蚀性环境中,样本的重量了。质量损失是评估使用记录重量在每个接触条件。抗压强度试验机符合BS EN 12390 - 2 (40)和BS 1881 - 116 (39)是用来测量混凝土的强度样本。压碎载荷得到符合BS EN 12390 - 3:2019 [42]。他们的破坏程度是评估使用方程(1)作为描述Mangi et al。1]: 在哪里是特定时期,浸泡后损伤程度混凝土的抗压强度在某些浸泡时间,然后呢是最初的混凝土的抗压强度。在目前的研究中,值代表了CT的抗压强度,S1和S2 28岁的前几天被转移到硫酸盐和氯的解决方案。

3所示。结果与讨论

3.1。物理和化学性质的PLC、NP和NS

X射线荧光光谱仪)是用于分析化学成分的PLC, NP和NS。这项研究的结果发表在表3。的硅、铝氧化物和铁氧化物被发现NP和NS的74.76%和67.34%,分别。这意味着NS和NP符合标准的标准被认为是火山灰材料根据ASTM C618 [43]。物理性质的PLC、NP和NS展示在表4。

3.2。和易性

坍落度筒的方法被用来评估混凝土的和易性,根据ASTM C143 [44]。工作性混凝土混合物的结果CT(控制混合),S1(具体包含NP),和S2(具体包含NS)如表所示5。衰退的结果显示,衰退随增加水泥替代,这是由于NP和NS在他们之外,增加硅浓度的增加的用水需求,以产生可行的混凝土(45]。这个结果也观察到穆伯亚et al。13]和Adesanya Raheem [45)当scm作为部分替代水泥的混凝土生产。

3.3。减肥

混凝土试件的重量是之前和之后将标本浸入水中,硫酸盐、氯化物和硫酸盐和氯的解决方案。图中提供的详细的质量损失的结果3。结果表明,两种类型的混凝土不改变他们的体重当浸在水里。显著改变重量时指出这两种类型的标本都沉浸在5% Na₂所以₄,5%氯化钠,两者的结合。最高的减肥是注意到CT在56天,而最低的是观察在S1和S2当暴露于5% Na₂所以₄。混凝土与NP和NS相比有较低的值控制密度结构的组合,因为这降低了盐的渗透。

它也同意了徐et al。46),大量的硫酸根离子,石膏和钙矾石受到更多水化产品提供样品含有30%粉煤灰的重量的增长在5% Na₂所以₄(1]。在结合硫酸盐和氯,有重大质量损失从28天到90天,和CT混凝土影响更大,这主要是由于更多的钙矾石和石膏的形成。这个他与梅斯和德掩饰的结果47]在调查进行评估的影响结合攻击氯化物和硫酸盐对混凝土和预拌砂浆。

整合NP和NS减少水化过程;此外,它降低了盐的渗透混凝土,因此没有重大损失在S1和S2的重量。scm的确保公司混凝土(S1和S2)可以减少腐蚀的渗透率物种造成腐蚀钢筋的结构和故障结构(48,49]。因此建议将NP和NS禁止咄咄逼人的盐使混凝土的渗透下足够的5%氯化钠和5% Na₂所以₄和组合的5%氯化钠和5% Na₂所以₄。

3.4。抗压强度变化

力量对比混凝土与天然浮石混凝土(S1)和自然的石头(S2)参照CT(混凝土没有天然浮石和矿渣)不同暴露条件下28岁,56和90天被用来评估抗压强度的变化。在28天的早期时代,增加抗压强度缓慢的S1(具体包含NP)和S2(具体包含NS)当沉浸在5% Na₂所以₄解决方案但显著增加抗压强度明显56岁和90天。

具体样本S1(具体包含NP)和S2(具体包含NS)在5%氯化钠有力量的显著减少。此外,类似的观察是发现混凝土标本暴露在合并后的5% Na₂所以₄和生理盐水的解决方案。混凝土的性能优越的水下和Na₂所以₄解决方案。包含浮石混凝土强度(S1) 12.11%和9.9%高于控制混合(CT)在水和钠5%₂所以₄解决方案,分别在年龄56天,包含火山渣混凝土(S2) 6.3%和4.6%强度高于控制混合(CT)在水和5% Na₂所以₄解决方案,分别,56岁的天。90天治愈样本,具体包含浮石钠7.7%和15.4%的水和5%₂所以₄解决方案,分别包含火山渣混凝土钠3.04%和13.6%的水和5%₂所以₄解决方案,分别。

具体包含浮石(S1)和铁渣(S2)显示5%生理盐水暴露条件下强度的下降。两者的结合下5% Na₂所以₄8%氯化钠溶液,含有浮石混凝土和混凝土含铁渣控制混合强度高于7.3% (CT)岁90天。图4证明了微分在混凝土抗压标本S1和S2 Na₂所以₄在不同的具体年龄和生理盐水的解决方案。

3.5。抗压强度的标本在水、硫酸、氯化和解决方案

干燥的样品的抗压强度浸泡试验后确定。28岁的抗压强度、56和90天沉浸在饮用水样品呈现在图5。结果表明,混凝土的性能样品S1和S2 (33.4) (34.3 MPa)高于CT (31.9 MPa)在28天,沉浸在水;这表明火山灰反应了在混凝土强度的增长样品S1和S2。例如,S1的抗压强度提高了12.11%和7.7%相比,CT在56和90天,分别。S2抗压强度高6.3%和3.04%相比,CT在56和90天,分别。指出,在浮石、火山渣的火山灰反应发生后28天,继续增加的具体年龄。

沉浸在样品的抗压强度5%硫酸钠养护对不同曝光时间呈现在图6,并给出了物理特性表6。从图6、混凝土Na样本下的5%₂所以₄曝光条件表明,包含浮石混凝土样品的性能(S1)和铁渣(S2)被发现比得上没有浮石、火山渣混凝土(CT)浸没的28天。指出混凝土样品,没有浮石、火山渣接触硫酸溶液后没有造成重大损失的短期暴露。S1被发现优秀的抗压强度比CT在56和90天9.9%和15.4%,分别。也遵循同样的趋势在S2力量是上级与CT在56 4.6%和13.6%,90天,分别。这他发现观察到Mangi et al。1]他们调查与煤底灰OPC混凝土暴露在硫酸盐溶液曝光时间为90天。

此外,发现在当前的研究中同意报告的调查结果Demir et al。21OPC和高炉矿渣砂浆),底灰和飞灰smc了灰浆样品沉浸在Na的地方₂所以₄解决方案360天,混合砂浆的强度性能大于2%的OPC灰浆。之前宣布,沉浸在低比例的Na样本₂所以₄(0.27 -1.8%)为300天对砂浆性能没有造成重大损害。

它也承认,毛孔的混凝土中硫酸根离子的扩散加速水泥水化产物之间的化学反应。钠的化学反应₂所以₄硫酸根离子和Ca(哦)₂和monosulphate赋予石膏和钙矾石晶体(针)在混凝土孔隙(50,51]。除了火山灰材料使混凝土密度减少Ca(哦)₂内容;同时,腐蚀性物种的发展就很难成长(52]。浮石、火山渣除去石灰解放在水泥水化和C₃稀释(7]。实验发现浮石和scoria-blended混凝土具有更好的性能和抵抗Na的效果被发现₂所以₄解决方案。浮石和scoria-blended混凝土的性能是由于孔隙尺寸的细化,限制进入的硫酸根离子53,54]。

样品的抗压强度沉浸在5%氯化钠治疗不同的曝光时间呈现在图7,并给出了物理特性表7。S1和S2的力量发展被发现低于CT在生理盐水暴露环境中。同样的趋势在混凝土含5%煤底灰(1),具体包含5%稻壳灰55]。氯溶液中产生的chloro-aluminate强度恶化的原因,和恶化发生脱钙,恶化是值得注意的在以后的日子56,57]。同时,氢氧化钙的浸出,透水C-S-H凝胶的形成,和氯化钠脱钙的影响发生在混凝土55]。

它也知道氯化物促进Ca (OH)的浸出₂和形成多孔C-S-H涉及复杂的反应(58]。外表由于扰动影响的混凝土在水化过程中创建的存在影响孔隙大小的氯化物。从实验结果,获得力量的CT在5%氯化钠溶液56天,和强度下降后90天的浸泡时间。S1和S2的性能被发现低于CT,但指出,有持续的增长在S1和S2的力量。承认,在5%的氯化钠,火山灰反应变得缓慢,需要更多的时间来恢复1]。因此,S1和S2的表现是不满意的氯化钠。

沉浸在样品的抗压强度5%的钠硫酸盐和氯养护不同的曝光时间呈现在图8和物理特征的混凝土混合后暴露在硫酸盐和氯解决方案展示在表8。氯化钠和硫酸盐的联合曝光下,混凝土与浮石混合(S1)和铁渣(S2)表现得比控制混合暴露时间的28岁,56和90天。在28天,S1和S2的性能是大于CT的4.5%和1.3%,分别。优越的性能是在早期的年龄。S1混凝土的抗压强度大于3.3%和8% CT在56和90天,分别。同行,S2在56和90天2.3%和7.3%,分别。

CT的抗压强度下降,S1和S2可以解释如下;硫酸盐和氯结合C₃形成钙矾石、石膏,有时,弗里德尔盐。然而,弗里德尔的盐、氯化物的反应产物不稳定在硫酸钠溶液(59];浸泡时间增加,弗里德尔盐将会消失,更多的钙矾石和石膏将形成,恶化将发生在后世。此外,钙矾石可能导致混凝土膨胀,可能导致某些在混凝土开裂4]。这裂缝导致增加混凝土的氯离子渗透性。S1和S2的性能是影响致密组织由于浮石、火山渣的火山灰反应,氯离子的渗透变得更少。

3.6。程度的伤害

恶化的程度的混凝土标本浸入水中,硫酸盐和氯是通过使用方程(1)在数据和图形9- - - - - -12。研究结果表明,混合控制的损害的程度(CT)是最高曝光条件除了氯化钠曝光损害的程度最高的地方。此外,包含浮石混凝土(S1)和铁渣(S2)更少的暴露程度的伤害除了氯化钠曝光条件。

然而,在CT发现混凝土越高0.02,0.04,和0.11的联合暴露下硫酸盐和氯28日,56岁,分别和90天。S1有0.01,0.04和0.08的联合暴露下硫酸盐和氯为28岁,56岁,90天,分别在S2有0.02,0.04,和0.7的28岁,56岁,分别和90天。损害的程度是最高的控制混合(CT)因为由于化学腐蚀多孔结构的形成。由于增加渗透性,硫酸盐和氯的解决方案更容易渗透到混凝土内部;因此,孔隙度增加,有效面积却降低了。(3]。损伤的程度的增加降低了混凝土结构的承载力,它将达到一个程度,混凝土结构将完全失败60]。损伤的程度越低,提高混凝土的强度和耐久性。

4所示。结论

本研究调查了抗压强度、程度的损伤,和物理性质cement-NP / NS混合普通混凝土(25 MPa)的设计强度受硫酸钠和氯化钠的解决方案相结合。包含10%的混合混凝土混合NP / NS显示抗压强度大于控制混合,暗示的NP / NS导致改善抗压强度普通和积极的环境。以下是实验结果提出的结论:(1)研究表明成功的浮石、火山渣scm替换的OPC混凝土在正常和积极的环境(2)混凝土S1(与浮石混凝土)和S2(与火山渣混凝土)已经超过混凝土CT在硫酸,氯化物,硫酸盐和氯的解决方案表明,掺入天然浮石、火山渣有很大潜力的缓解渗透的盐分在混凝土结构(3)减少了混凝土的损伤程度与天然浮石和矿渣的掺入,和很明显混凝土结合天然浮石、火山渣少恶化引起的激进的盐的解决方案

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认并认识到阿鲁沙的贡献技术学院允许我们访问他们的建筑材料和实验室进行实验工作。我们承认坦桑尼亚原子能委员会允许我们描述浮石和矿渣粉。这一研究工作是由非洲开发银行(非洲开发银行)项目纳尔逊·曼德拉的非洲科技机构,批准号2100155032816。

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