АннотацияОб авторахСписок литературы
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.
П.А. ФЕДОРОВ, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
Уфимский государственный нефтяной технический университет (450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1)
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
2. Rakhimova N.R., Rakhimov R.Z. XVI International Congress on Cement Chemistry – “Further Decarbonization and Circular Production and the Use of Cement and Concrete”. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2024. No. 1–2, pp. 95–99. (In Russian). 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 нано-систем 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
3. Garkavi M.S., Artamonov A.V., Kolodezhnaya E.V., Dergunov S.A., Serikov S.V. Formation of nanosystems during hardening of composite cements of centrifugal-impact grinding. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2023. No. 3, pp. 39–42. (In Russian). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-811-3-39-42
4. Саламанова М.Ш., Исмаилова З.Х. Промышлен-ный 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
4. Salamanova M.Sh., Ismailova Z.Kh. Industrial experience in the implementation of clinker-free binders of alkaline activation. Vestnik of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2021. Vol. 48. No. 3, pp. 106–116. (In Russian). 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.
6. Shtark I., Viht B. Dolgovechnost’ betona [Durability of concrete]. Kyiv: Oranta. 2004. 301 p.
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.
10. Novgorodskiy V.I. Osnovy dolgovechnosti zhelezobetonnyh konstrukcij [Basics of durability of reinforced concrete structures]. Moscow: Sputnik+ Publishing House. 2015. 362 p.
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 «Про-фессионал», 2009. C. 118–150.
17. Khvastunov V.L., Kalashnikov V.I. Mineral’no-shlakovye vyazhushchie i betony na ikh osnove. Tsementy, betony, stroitel’nye rastvory i sukhie smesi. Chast’ II: Spravochnik. [Mineral-slag binders and concretes based on them. Cements, concretes, mortars and dry mixtures. Part II: Handbook]. St. Petersburg: NPO «Professional». 2009, pp. 118–150.
18. Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. Киев: Будiвельник, 1978. 184 с.
18. Glukhovskiy V.D., Pakhomov V.A. Shlakoshhelochnye cementy i betony [Slag-alkaline cements and concretes]. Kyiv: Budivelnik, 1978. 184 p.
19. Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости. М.: ФГУП ЦПП, 2006. 520 с.
19. Rosenthal N.K. Korrozionnaya stoikost’ tsementnykh betonov nizkoi i osobo nizkoi pronitsaemosti [Corrosion resistance of cement concretes of low and especially low permeability]. Moscow: Federal State Unitary Enterprise TsPP. 2006. 520 p.
20. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. М.: Стройиздат, 1976. 205 с.
20. Alekseev S.N., Rosenthal N.K. Korrozionnaya stoikost’ zhelezobetonnykh konstruktsii v agressivnoi promyshlennoi srede [Corrosion resistance of reinforced concrete structures in an aggressive industrial environment]. Moscow: Stroyizdat. 1976. 205 p.
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.
21. Novgorodsky V.I., Guseva M.M., Merzlyakov V.N. Conditions for the protection of reinforcement in concrete based on slag silicate binder. Beton i zhelezobeton. 1976. No. 3, pp. 21–22. (In Russian).
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
25. Fedorov P.A., Anvarov B.R., Latypova T.V., Anvarov A.R., Latypov V.M. About the mathematical relationship describing the process of neutralization of concrete. Vestnik of the South Ural State University. Series: Construction and architecture. 2010. Vol. 15. No. 191, pp. 13–15. (In Russian). 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
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
2. Rakhimova N.R., Rakhimov R.Z. XVI International Congress on Cement Chemistry – “Further Decarbonization and Circular Production and the Use of Cement and Concrete”. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2024. No. 1–2, pp. 95–99. (In Russian). 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 нано-систем 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
3. Garkavi M.S., Artamonov A.V., Kolodezhnaya E.V., Dergunov S.A., Serikov S.V. Formation of nanosystems during hardening of composite cements of centrifugal-impact grinding. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2023. No. 3, pp. 39–42. (In Russian). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-811-3-39-42
4. Саламанова М.Ш., Исмаилова З.Х. Промышлен-ный 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
4. Salamanova M.Sh., Ismailova Z.Kh. Industrial experience in the implementation of clinker-free binders of alkaline activation. Vestnik of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2021. Vol. 48. No. 3, pp. 106–116. (In Russian). 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.
6. Shtark I., Viht B. Dolgovechnost’ betona [Durability of concrete]. Kyiv: Oranta. 2004. 301 p.
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.
10. Novgorodskiy V.I. Osnovy dolgovechnosti zhelezobetonnyh konstrukcij [Basics of durability of reinforced concrete structures]. Moscow: Sputnik+ Publishing House. 2015. 362 p.
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 «Про-фессионал», 2009. C. 118–150.
17. Khvastunov V.L., Kalashnikov V.I. Mineral’no-shlakovye vyazhushchie i betony na ikh osnove. Tsementy, betony, stroitel’nye rastvory i sukhie smesi. Chast’ II: Spravochnik. [Mineral-slag binders and concretes based on them. Cements, concretes, mortars and dry mixtures. Part II: Handbook]. St. Petersburg: NPO «Professional». 2009, pp. 118–150.
18. Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. Киев: Будiвельник, 1978. 184 с.
18. Glukhovskiy V.D., Pakhomov V.A. Shlakoshhelochnye cementy i betony [Slag-alkaline cements and concretes]. Kyiv: Budivelnik, 1978. 184 p.
19. Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости. М.: ФГУП ЦПП, 2006. 520 с.
19. Rosenthal N.K. Korrozionnaya stoikost’ tsementnykh betonov nizkoi i osobo nizkoi pronitsaemosti [Corrosion resistance of cement concretes of low and especially low permeability]. Moscow: Federal State Unitary Enterprise TsPP. 2006. 520 p.
20. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. М.: Стройиздат, 1976. 205 с.
20. Alekseev S.N., Rosenthal N.K. Korrozionnaya stoikost’ zhelezobetonnykh konstruktsii v agressivnoi promyshlennoi srede [Corrosion resistance of reinforced concrete structures in an aggressive industrial environment]. Moscow: Stroyizdat. 1976. 205 p.
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.
21. Novgorodsky V.I., Guseva M.M., Merzlyakov V.N. Conditions for the protection of reinforcement in concrete based on slag silicate binder. Beton i zhelezobeton. 1976. No. 3, pp. 21–22. (In Russian).
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
25. Fedorov P.A., Anvarov B.R., Latypova T.V., Anvarov A.R., Latypov V.M. About the mathematical relationship describing the process of neutralization of concrete. Vestnik of the South Ural State University. Series: Construction and architecture. 2010. Vol. 15. No. 191, pp. 13–15. (In Russian). 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
Для цитирования: Федоров П.А. Особенности ускоренной карбонизации бетонов на основе щелочно-щелочноземельных вяжущих // Строительные материалы. 2024. № 11. С. 40–47. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2024-830-11-40-47