بررسی اثر درصد بالای جایگزینی مواد مکمل سیمانی بر مقاومت در برابر اسید، نفوذپذیری یون کلراید و ریز ساختار ملات‌های پایه سیمان آلومینات کلسیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

2 گروه مهندسی عمران، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی ،یزد، ایران

3 گروه مهندسی عمران، دانشگاه تحصیلات تکمیلی و فناوری پیشرفته ،کرمان،ایران

10.22124/jcr.2022.20978.1529

چکیده

سیمان آلومینات کلسیم به خاطر مزایای منحصر به فردی که دارد جزو سیمان‌های ویژه به حساب می‌آید و در شرایط محیطی آسیب‌رسان که معمولاً سیمان پرتلند از خود ضعف نشان می‌دهد، می‌تواند بسیار بهتر عمل کند. اما کاهش مقاومت در دراز مدت، باعث شده علی‌رغم مزایای فراوان، این نوع سیمان آنچنان که باید نتواند در صنعت ساخت جای خود را باز کند و از طرف دیگر نیز تا به حال مطالعات کمی در زمینه حل این مشکل انجام شده است. تحقیق حاضر در صدد است تا با بکارگیری مواد مکمل سیمانی مانند پومیس، زئولیت و پودر سنگ‌آهک در درصد‌های بالا، دوام و مقاومت ملات‌های ساخته شده با این نوع سیمان را بهبود ببخشد. در این تحقیق دوام مخلوط‌ها با آزمایش‌های تخلخل، میزان مهاجرت یون کلراید و مقاومت در برابر اسید مورد بررسی قرار گرفت. همچنین اثر جایگزینی این مواد بر ریزساختار، با استفاده از عکس میکروسکوپ الکترونی بررسی شد.

مواد در درصدهای جایگزینی 40،25 و60 به عنوان جایگزین سیمان آلومینات کلسیم استفاده شدند. نتایج نشان داد پومیس و زئولیت باعث بهبود چشمگیر مقاومت مکانیکی و دوام مخلوط‌ها گردید و بررسی‌های ریزساختاری یکی از مهمترین دلایل کاهش مقاومت فشاری مخلوط ‌کنترل را آشکار نمود. بر اساس نتایج این تحقیق استفاده از پومیس و زئولیت باعث کاهش پدیده تبدیل و در نتیجه، عملکرد بهتر این مخلوط‌ها در مقایسه با مخلوط کنترل شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation on the effect of high level of usage of supplementary cementitious materials on the acid resistance, chloride ion permeability and microstructure of calcium aluminate cement-based mortars

نویسندگان [English]

  • alireza rasekhi sahneh 1
  • Mohammad Ali Dashti 2
  • Hesam Madani 3
  • hadi Dehghan Manshadi 1
1 Department of Civil Engineering, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd, Iran
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd, Iran
3 Department of Civil Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده [English]

Calcium aluminate cement (CAC) is considered as a specific cement due to its special properties and maybe have improved performances compared to the Portland cement under some severe conditions. Although alumina cement has many advantages, it is not widely used in the construction industry because it obtains reduced strength in the long term and has not been adequately investigated. In this study, an attempt is made to improve the durability and mechanical properties of mortars with this type of cement using supplementary cementitious materials (SCMs) such as pumice, zeolite and limestone powder in high cement replacement levels. In this study, porosity, rapid chloride migration and acid resistance tests were employed to investigate the durability properties. In addition, the microstructure of the mixtures was investigated using scanning electron microscopy (SEM). The SCMs were used as cement substitution in proportions of 25, 40, and 60 % and a total of 10 mortar mixes were investigated. The results indicated that the pumice and zeolite significantly improved the mechanical strength and durability properties of the mixes.

The microstructural studies revealed one of the most important reasons for the reduction of the compressive strength of the plain mixture. The results of this study show that the use of pumice and zeolite mitigates the conversion process, resulting in better performance of the mixes compared to the plain mixture.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Calcium Aluminate Cement
  • . Zeolite
  • Pumice
  • Acid Resistance
  • Supplementary Cementitious Materials

مراجع

[1] Van Oss, H. G. "Mineral commodity summaries: Cement." US Geological Survey Mineral Commodity Summaries (2006).
[2] Miller, Sabbie A., et al. "Carbon dioxide reduction potential in the global cement industry by 2050." Cement and Concrete Research 114 (2018): 115-124.
[3] Alcorn, Andrew. Embodied energy and CO coefficients for NZ building materials. The Centre, 2003.
[4] Juenger, M. C. G., et al. "Advances in alternative cementitious binders." Cement and concrete research 41.12 (2011): 1232-1243..
[5Mangabhai, R. J. "Acidic corrosion of High Alumina cement." Calcium Aluminate Cements. CRC Press, 1990. 246-256.
[6Goyns, A. "Calcium aluminate cement linings for cost-effective sewers." CAC: calcium aluminate cements 2001 (Edinburgh, 16-19 July 2001). 2001.
[7] Goyns, A. M., and M. Alexander. "Performance of various concretes in the Virginia experimental sewer over 20 years." Calcium Aluminates, Balkema (2014): 573-584.
[8] Pöllmann, Herbert. "Calcium aluminate cements–raw materials, differences, hydration and properties." Reviews in Mineralogy and Geochemistry 74.1 (2012): 1-82.
[9] Scrivener, Karen, and A. Capmas. "Calcium aluminate cements." Advanced concrete technology 3 (2003): 1-31.
[10] Qi C, Spagnoli D, Fourie A. Structural, electronic, and mechanical properties of calcium aluminate cements: Insight from first-principles theory. Construction and Building Materials. 2020 Dec 20;264:120259..
[11] Paris JM, Roessler JG, Ferraro CC, DeFord HD, Townsend TG, A Review of Waste Products Utilized as Supplements to Portland Cement in Concrete, Journal of Cleaner Production (2016)
[12] Son, H. M., et al. "Effect of nano-silica on hydration and conversion of calcium aluminate cement." Construction and Building Materials 169 (2018): 819-825.
[13] Chen, Junhong, et al. "The effect of nano-γAl2O3 additive on early hydration of calcium aluminate cement." Construction and Building Materials 158 (2018): 755-760..
[14] Gosselin, Christophe. Microstructural development of calcium aluminate cement based systems with and without supplementary cementitious materials. No. THESIS. EPFL, 2009.
[15] Son, H. M., et al. "Effect of CaSO4 on hydration and phase conversion of calcium aluminate cement." Construction and Building Materials 224 (2019): 40-47.
[16] Kırca, Önder, İ. Özgür Yaman, and Mustafa Tokyay. "Compressive strength development of calcium aluminate cement–GGBFS blends." Cement and concrete composites 35.1 (2013): 163-170.
 [17Standard, British. "Testing hardened concrete." Compressive Strength of Test Specimens, BS EN (2009): 12390-3.
[18] ASTM C642-13. "Standard test method for density, absorption, and voids in hardened concrete." West Conshohocken, PA: ASTM International (2013).
[19] Build, NT. "492. Concrete, mortar and cement-based repair materials: Chloride migration coefficient from non-steady-state migration experiments." Nordtest method 492.10 (1999).
[20] Dyer T. Influence of cement type on resistance to attack from two carboxylic acids. Cement and Concrete Composites. 2017 Oct 1;83:20-35.
[21] Heikal M, Radwan MM, Al-Duaij OK. Physico-mechanical characteristics and durability of calcium aluminate blended cement subject to different aggressive media. Construction and building materials. 2015 Mar 1;78:379-85.
[22] Scrivener KL. High-performance concretes from calcium aluminate cements', in'Advanced Concrete Technology', 1215-1223.
[23] Shirani S, Cuesta A, De la Torre AG, Diaz A, Trtik P, Holler M, Aranda MA. Calcium aluminate cement conversion analysed by ptychographic nanotomography. Cement and Concrete Research. 2020 Nov 1;137:106201.
 [24] He R, Ye H, Ma H, Fu C, Jin X, Li Z. Correlating the chloride diffusion coefficient and pore structure of cement-based materials using modified noncontact electrical resistivity measurement. Journal of Materials in Civil Engineering. 2019 Mar 1;31(3):04019006.
[25] Pöllmann H. Calcium aluminate cements–raw materials, differences, hydration and properties. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2012 Jan 1;74(1):1-82

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار