Особенности ускоренной карбонизации бетонов на основе щелочно-щелочноземельных вяжущих

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследования стойкости бетонов на основе щелочно-щелочноземельных вяжущих к карбонизации представляют значительный научный и практический интерес в связи с развитием технологий снижения углеродного следа в строительном материаловедении. Эти технологии позволяют обеспечить утилизацию промышленных отходов в строительстве и снизить объем применения портландцемента. В статье приведены результаты исследования особенностей протекания ускоренной карбонизации бетона на основе пылеуноса из вагранки минераловатного производства при концентрации углекислого газа 10% обм. д. Испытывались образцы с водоцементным отношением 0,45; 0,55; 0,6. В качестве щелочного активатора применен водный раствор едкого натра с концентрацией 6 моль/л. Установлено, что скорость карбонизации образцов имеет затухающий характер и выражается в виде степенной функции глубины карбонизации от времени. Приведены результаты изменения прочности при сжатии до и после карбонизации, показавшие увеличение остаточной прочности из-за применения низкоосновного вяжущего. Основным продуктом ускоренной карбонизации является нахколит.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. А. Федоров

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: fpa_idpo@mail.ru

канд. техн. наук 

Россия, 450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Список литературы

  1. Snellings R., Suraneni P., Skibsted J. Future and emerging supplementary cementitious materials. Cement and Concrete Research. 2023. Vol. 171. 107199. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2023.107199
  2. Рахимова Н.Р., Рахимов Р.З. XVI Международный конгресс по химии цемента «Дальнейшая декарбонизация и циркуляционное производство и применение цемента и бетона» // Строительные материалы. 2024. № 1–2. C. 95–99. https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2024-821-1-2-95-99
  3. Гаркави М.С., Артамонов А.В., Колодежная Е.В., Дергунов С.А., Сериков С.В. Формирование наносистем при твердении композиционных цементов центробежно-ударного измельчения // Строительные материалы. 2023. № 3. С. 39–42. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-811-3-39-42
  4. Саламанова М.Ш., Исмаилова З.Х. Промышленный опыт внедрения бесклинкерных вяжущих щелочной активации // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2021. Т. 48. № 3. C. 106–116. https://doi.org/10.21822/2073-6185-2021-48-3-106-116
  5. Luo Z., Yang X., Ji H., Zhang C. Carbonation model and prediction of polyvinyl alcohol fiber concrete with fiber length and content effects. International Journal of Concrete Structures and Materials. 2022. Vol. 16. No. 1. https://doi.org/10.1186/s40069-022-00503-1
  6. Штарк И., Вихт Б. Долговечность бетона. Киев: Оранта, 2004. 301 с.
  7. Von Greve-Dierfeld S., Lothenbach B., Vollpracht A. et al. Understanding the carbonation of concrete with supplementary cementitious materials: a critical review by RILEM TC 281-CCC. Materials and Structures. 2020. Vol. 53. No. 6. 136. https://doi.org/10.1617/s11527-020-01558-w
  8. Zhao C., Li Z., Peng S., Liu J., Wu Q., Xu X. State-of-the-art review of geopolymer concrete carbonation: From impact analysis to model establishment. Case Studies in Construction Materials. 2024. Vol. 20. e03124. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03124
  9. Pasupathy K., Berndt M., Castel A., Sanjayan J., Pathmanathan R. Carbonation of a blended slag-fly ash geopolymer concrete in field conditions after 8 years. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 125, pp. 661–669. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.078
  10. Новгородский В.И. Основы долговечности железобетонных конструкций. М.: Спутник+. 2015. 362 с.
  11. Longhi M.A., Rodríguez E.D., Walkley B., Zhang Z., Kirchheim A.P. Metakaolin-based geopolymers: Relation between formulation, physicochemical properties and efflorescence formation. Composites Part B: Engineering. 2020. Vol. 182. 107671. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107671
  12. Beltrame N.Ap.M., Dias R.L., Witzke F.B., Medeiros-Junior R.A. Effect of carbonation curing on the physical, mechanical, and microstructural properties of metakaolin-based geopolymer concrete. Construction and Building Materials. 2023. Vol. 406. 133403. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.133403
  13. Pasupathy K., Sanjayan J., Rajeev P. Evaluation of alkalinity changes and carbonation of geopolymer concrete exposed to wetting and drying. Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 35. 102029. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.102029
  14. Bernal S.A., Provis J.L., Brice D.G., Kilcullen A., Duxson P., Van Deventer J.S.J. Accelerated carbonation testing of alkali-activated binders significantly underestimates service life: The role of pore solution chemistry. Cement and Concrete Research. 2012. Vol. 42. No. 10, pp. 1317–1326. https:// doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.07.002
  15. Khan M.S.H., Castel A., Noushini A. Carbonation of a low-calcium fly ash geopolymer concrete. Magazine of Concrete Research. 2017. Vol. 69. No. 1, pp. 24–34. https://doi.org/10.1680/jmacr.15.00486
  16. Fedorov P., Sinitsin D. Alkali-Activated Binder Based on Cupola Dust of Mineral Wool Production with Mechanical Activation. Buildings. 2022. Vol. 12. No. 10. 1565. https://doi.org/10.3390/buildings12101565
  17. Хвастунов В.Л., Калашников В.И. Минерально-шлаковые вяжущие и бетоны на их основе. Цементы, бетоны, строительные растворы и сухие смеси. Ч. II: Справочник. СПб.: НПО «Профессионал», 2009. C. 118–150.
  18. Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. Киев: Будiвельник, 1978. 184 с.
  19. Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости. М.: ФГУП ЦПП, 2006. 520 с.
  20. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. М.: Стройиздат, 1976. 205 с.
  21. Новгородский В.И., Гусева М.М., Мерзляков В.Н. Условия защиты арматуры в бетоне на основе шлакосиликатного вяжущего // Бетон и железобетон. 1976. № 3. C. 21–22.
  22. Nguyen T.N., Phung Q.T., Frederickx L., Jacques D., Dauzeres A., Elsen J., Pontikes Y. Microstructural evolution and its impact on the mechanical strength of typical alkali-activated slag subjected to accelerated carbonation. Developments in the Built Environment. 2024. Vol. 19. 100519. https://doi.org/10.1016/j.dibe.2024.100519
  23. Hossain M.M., Karim M.R., Elahi M.M.A., Islam M.N., Zain M.F.M. Long-term durability properties of alkali-activated binders containing slag, fly ash, palm oil fuel ash and rice husk ash. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 251. 119094. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119094
  24. Li Z., Li S. Carbonation resistance of fly ash and blast furnace slag based geopolymer concrete. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 163, pp. 668–680. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.127
  25. Федоров П.А., Анваров Б.Р., Латыпова Т.В., Анваров А.Р., Латыпов В.М. О математической зависимости, описывающей процесс нейтрализации бетона. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер.: Строительство и архитектура. 2010. Т. 15. № 191. C. 13–15. EDN: MNJOHT
  26. Bernal S.A., Provis J.L., Walkley B., San Nicolas R., Gehman J.D., Brice D.G., Kilcullen A.R., Duxson P., Van Deventer J.S.J. Gel nanostructure in alkali-activated binders based on slag and fly ash, and effects of accelerated carbonation. Cement and Concrete Research. 2013. Vol. 53, pp. 127–144. https:// doi.org/10.1016/j.cemconres.2013.06.007

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Установка для ускоренной карбонизации бетона: a – общий вид установки; b – замер концентрации СО2 с помощью газоанализатора

Скачать (769KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сколы образцов: a – до начала испытаний; b – через 14 сут после выдержки в камере ускоренной карбонизации

Скачать (689KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Графики изменения поглощения СО2 образцами в течение первых суток: 1 – состав I; 2 – состав II; 3 – состав III

Скачать (205KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость глубины карбонизации бетона от времени экспозиции: 1 – состав I; 2 – состав II; 3 – состав III

Скачать (223KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Глубина карбонизации бетона в возрасте 600 ч: 1 – по результатам проведенных испытаний; 2 – по данным С.Н. Алексеева, Н.К. Розенталя [20]; 3 – по данным В.И. Новгородского, М.М. Гусева и др. [21]

Скачать (133KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость содержания начального эквивалента оксида Na2O каждого образца от глубины карбонизации: 1 – по данным В.И. Новгородского, М.М. Гусева и др. [21]; 2 – по результатам проведенных исследований

Скачать (141KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Динамика изменения прочности при сжатии от начала щелочной активации до окончания экспозиции ускоренной карбонизации в течение 14 сут: 1 – 1-е сут после затворения; 2 – после ТВО; 3 – после 1 сут экспозиции; 4 – после 14 сут экспозиции

Скачать (159KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Дифрактограмы из карбонизированной и некарбонизированной зон образца состава I после 14 сут ускоренной карбонизации

Скачать (261KB)
Метаданные

© ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ", 2024