Pages: 169 – 184
Tomasz Baran
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2021.26.3.1
| Streszczenie | Abstract |
| Celem niniejszej pracy było przedstawienie możliwości znacznego zmniejszenia emisji dwutlenku węgla w procesie produkcji cementów wieloskładnikowych, poprzez stosowanie w ich składzie dużych ilości ubocznych produktów przemysłowych. Równocześnie przedstawiono możliwości ograniczenia emisji CO2 w produkcji klinkieru portlandzkiego, w wyniku stosowania surowców zawierających związki wapnia, inne niż węglanowe. Ponadto przedstawiono wykorzystanie do produkcji klinkieru paliw alternatywnych, zawierających biomasę, której spalania nie wlicza się do emisji CO2. Zastąpienie 1% masy CaO w zestawie surowcowym w formie węglanu, powoduje zmniejszenie emisji o 8 kg CO2 na Mg klinkieru. Zmniejszenie emisji CO2 sprawdzono i potwierdzono w warunkach produkcji przemysłowej klinkieru, dla zestawów surowcowych zawierających wapno pokarbidowe, lub popiół lotny wapienny. Przeprowadzone próby przemysłowe wykazały, że stosowanie 2÷5% dodatku popiołu lotnego wapiennego z Bełchatowa w składzie zestawu surowcowego, pozwala na ograniczenie emisji CO2 o 4,0÷10,3 kg CO2 na Mg klinkieru. Zastosowanie dodatku 2÷5% wapna pokarbidowego w składzie zestawu surowcowego zmniejsza emisję CO2 o 9,5÷23,9 kg CO2 na Mg klinkieru. Rozwój produkcji cementów wieloskładnikowych, z dużą ilością ubocznych produktów przemysłowych, wydaje się zasadniczym rozwiązaniem na najbliższe lata Pozwala to na znaczne zmniejszenie emisji CO2 w przemyśle cementowym oraz w produkcji betonu. | This article aims to present the possibility of reducing CO2 emission in the composite cement production, by using large amounts of industrial by-products and to present the possibility of reducing CO2 emission in the process of Portland clinker synthesis. The last one will be the result of using raw materials containing calcium compounds other than carbonates and the use of alternative fuels containing biomass for the synthesis of clinker, the combustion of which is not included in the CO2 emission balance. Replacing one mass % of CaO in the raw mix as limestone, reduces the emission by 8 kg CO2 per Mg of clinker. The reduction of CO2 emissions was evaluated and confirmed by industrial production trial. Clinker was produced using raw materials containing carbide lime or limestone fly ash. The results of the trial showed, that the use of 2%÷5% of Bełchatów calcareous fly ash in the composition of the raw mix, allows of reducing the emission by 4.0÷10.3 kg of CO2 per Mg of Portland clinker. The use of 2%÷5% of carbide lime in the composition of the raw mix leads to emission reduction by 9.5÷23.9 kg of CO2 per Mg of Portland clinker. On the other hand, the development of composite cement production with a large amount of industrial by-products, seems to be the basic solution for the coming years, allowing a significant reduction of CO2 emission in the cement industry and in the concrete production. |
Pages: 185 – 203
Tytuł: Niezmielony żużel granulowany jako zamiennik kruszywa naturalnego w produkcji betonu
Title: Unground granulated slag as a substitute for natural aggregate during concrete production
Stefan Krispel*, Helga Zeitlhofer, Martin Peyerl
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2021.26.3.2
| Streszczenie | Abstract |
| W celu oceny przydatności niemielonego żużla granulowanego do produkcji betonu, jako częściowego zamiennika kruszywa drobnego, zastępującego piasek, przeprowadzono szczegółowe badania wpływu tego dodatku na właściwości świeżego i stwardniałego betonu. Badania te objęły wytrzymałość na ściskanie, oznaczenie modułu sprężystości, ocenę trwałości przez oznaczenie odporności na zamrażanie i rozmrażanie, wpływ na właściwości betonów, dojrzewających w warunkach zimowych, to jest przechowywanie w temperaturze +10°C i letnich, w temperaturze 20°C. Następnie zbadanie odporności na działanie chlorków i na karbonatyzację, w końcu ocena odporności na ługowanie przy użyciu metody kwasowej. Długotrwałymi badaniami objęto także reakcję krzemionki z wodorotlenkami sodu i potasu. W końcu przeprowadzono badania na dużą skalę, w rzeczywistych warunkach konstrukcyjnych, w austriackiej fabryce prefabrykatów. W tych warunkach doświadczenia dotyczyły głównie długotrwałych pomiarów rozwoju wytrzymałości elementów prefabrykowanych. W celu oceny przydatności niezmielonego żużla granulowanego, jako częściowego zamiennika kruszywa drobnego, wyprodukowano i oceniono betony z dwoma różnymi zawartościami żużla granulowanego – 10% i 15% masowych. Do badań stosowano niezmielone żużle granulowane, pochodzące z dwóch austriackich zakładów produkcyjnych – w Górnej Austrii i Styrii. Wykorzystano świeże i stare żużle granulowane z obu lokalizacji, ponieważ już składowane żużle mogą być również wykorzystywane, jako surowiec do produkcji betonu. Przedstawione w pracy wyniki wskazują na możliwość zastąpienia kruszywa naturalnego o frakcji < 4 mm, niezmielonym żużlem granulowanym, bez negatywnego wpływu na właściwości betonu | In order to evaluate the usefulness of unground granulated slag for the concrete production, as the partial replacement of fine aggregate – namely sand, the detailed studies of the influence of this addition on the properties of the fresh and hardened concrete were conducted. These studies included the compression strength and the modulus of elasticity determination, as well as the evaluation of durability by the determination of frost resistance. The evaluation of the properties of concretes hardened under winter conditions, at +10oC and summer conditions at +20oC. These studies also covered the resistance to chloride attack and carbonization. The long-lasting examination covered also the ASR. At the end, under real construction conditions in the Austrian prefabrication plant, the unground granulated slag was examined. Under these conditions especially the long-lasting measurements of the strength development of the precast elements were verified. In order to evaluate the usefulness of the unground granulated slag, as partial replacement of fine aggregate, the concretes with the additions of slag of 10% and 15% were produced and examined. For this evaluation, the slags of two Austrian plants from Upper Austria and Styria were used. The old and fresh slags from these two plants were used because the old slags can also be adopted for concrete production. Presented in the paper results are confirming that the natural aggregate of the fraction < 4 mm can be successfully replaced by unground granulated slag, without any negative influence on the properties of concrete. |
Pages: 204 – 217
Ru Wang*, Ziyan Xi, Gaoyong Wang
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2021.26.3.3
| Streszczenie | Abstract |
| Materiały z cementu modyfikowanego kopolimerem styren-butadien [KSB] są szeroko stosowane, ale dodatek KSB może opóźnić wiązanie i twardnienie cementu, co ogranicza jego zastosowanie w niektórych przypadkach. W niniejszej pracy wybrano nanokrzemionkę jako składnik modyfikujący w celu omówienia jej wpływu na wczesną hydratację, wiązanie i twardnienie kompozytowego materiału cementowego KSB/cement. Mierząc czas wiązania i wytrzymałość wczesną kompozytowego materiału cementowego KSB/cement modyfikowanego nanokrzemionką, przeanalizowano wpływ nanokrzemionki na proces wiązania i twardnienia kompozytowego materiału cementowego. Ciepło hydratacji kompozytowego materiału cementowego KSB/cement modyfikowanego nanokrzemionką wyznaczono metodą kalorymetrii izotermicznej. Produkty hydratacji zbadano metodą dyfrakcji rentgenowskiej, co pozwoliło na analizę wpływu nanokrzemionki na wczesny proces hydratacji kompozytowego materiału cementowego. Wyniki badań wykazują, że dodatek nanokrzemionki może przyspieszać proces wiązania i twardnienia kompozytowego materiału cementowego, a im większa jest jej dawka, tym efekt ten jest wyraźniejszy. Dodatek nanokrzemionki przyspiesza tworzenie się ettringitu i wodorotlenku wapnia poprzez wpływ na hydratację glinianu trójwapniowego i krzemianu trójwapniowego – skraca okres indukcji i czas trwania głównego efektu termicznego, to jest przyspiesza proces hydratacji, a tym samym skraca czas wiązania i zwiększa wytrzymałość wczesną. | Styrene-butadiene copolymer [SB] modified cement-based materials are widely used, but the addition of SB can delay the setting and hardening of cement, which limits its application in some projects. In this paper, nanosilica was selected as the modifying component to study its influence on the early hydration, setting and hardening of SB/cement composite material. By measuring the setting time and early strength of nanosilica modified SB/cement composite material, the influence of nanosilica on the setting and hardening process of composite cementitious material was analyzed. The hydration heat of nanosilica modified SB/cement composite material was determined by isothermal calorimetry, and its hydration products were examined by X-ray diffraction, so as to analyze the influence of nanosilica on the early hydration process of composite cementitious material. The results show that the addition of nanosilica can effectively promote the setting and hardening process of composite cementitious material, and the higher the dosage is, the more significant the effect is. It also indicates that addition of nanosilica accelerates the formation of ettringite and calcium hydroxide, by promoting the hydration of tricalcium aluminate and tricalcium silicate. Shortens the hydration induction period and acceleration period of the composite cementitious material and accelerates the hydration process, thereby shortening the setting time and increasing the early strength. |
Pages: 218 – 232
Majid Safamehr, Mohsen Izadinia, Seyed Hamid Hashemi, Saeideh Koohestani
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2021.26.3.4
| Streszczenie | Abstract |
| W artykule opisano wyniki badań dwóch betonów ciężkich, pierwszy zawierający kruszywo hematytowe i drugi magnetytowe. Węglik boru wprowadzono jako zamiennik cementu w ilościach 2,5; 5 i 10% masowych. Następnie w tych mieszankach ilość cementu zmniejszono o 5% i zastąpiono nanokrzemionką. Zbadano także właściwości betonu: wytrzymałość na ściskanie, szybkość przejścia fali ultradźwiękowej i gęstość, a także napromieniowano próbki kobaltem 60, w celu określenia współczynnika tłumienia liniowego. Zastosowanie kruszyw zawierających tlenek żelaza, a zwłaszcza magnetyt, było korzystne dla wszystkich wymienionych właściwości, natomiast odwrotnie było w przypadku dodania do mieszanki węglika boru. Dodatek nanokrzemionki skompensował spadek wytrzymałości betonu na ściskanie spowodowany dodatkiem węglika boru, ale zmniejszył współczynnik tłumienia liniowego o około 4%. Jednak właściwości mieszanek zawierających węglik boru i nanokrzemionkę były zawsze lepsze niż w przypadku betonów zwykłych. W celu określenia współczynnika tłumienia liniowego przeprowadzono symulacje Monte Carlo, których wyniki okazały się zgodne z wynikami uzyskanymi w trakcie badań doświadczalnych. | Two families of heavy concrete were investigated in this project, the first containing hematite and the second magnetite aggregates. Boron carbide also replaced cement in mass of 2.5, 5 and 10%. Once again, in these compounds the content of cement was reduced by 5% and replaced by nanosilica. Such parameters as compressive strength, ultrasonic pulse velocity and density were investigated, and the specimens were irradiated with cobalt 60, to quantify the linear attenuation coefficient. Using iron ore aggregate, especially magnetite, was advantageous for all the above-mentioned parameters, while the opposite was true, when boron carbide was added to the mix. The addition of nanosilica compensated the decrease in compressive strength of concrete due to the presence of boron carbide, but reduced the linear attenuation coefficient by about 4%. However, the properties of the mixes containing boron carbide and nanosilica, were always better than those of conventional concretes. To quantify the linear attenuation coefficient, Monte Carlo simulations were performed, and their results turned out to be in good agreement with those obtained by the experimental measurements. |
Pages: 233 – 241
Tytuł: Właściwości mechaniczne cementu fosforanowo-magnezowego z dodatkiem włókien bazaltowych
Title: Mechanical properties of magnesium phosphate cement incorporating basalt fibers
Ahmet Onur Pehlivan
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2021.26.3.5
| Streszczenie | Abstract |
| W pracy badano wpływ włókien bazaltowych na właściwości mechaniczne cementu fosforanowo-magnezowego [CFM]. Mierzono wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu, wytrzymałość na zginanie i moduł sprężystości. Stwierdzono, że właściwości mechaniczne ulegają znacznej poprawie wraz z dodatkiem pyłu krzemionkowego, a szczególnie wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu i zginanie, zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości włókien bazaltowych. W przypadku mieszanek bez dodatku pyłu krzemionkowego duża zawartość włókien wpływała niekorzystnie na właściwości mechaniczne. Stwierdzono, że dodatek pyłu krzemionkowego wyraźnie zwiększa wiązanie włókien bazaltowych z matrycą CFM. W związku z tym, łączne zastosowanie pyłu krzemionkowego i włókien bazaltowych, okazało się skuteczne. Stwierdzono, że w mieszankach bez pyłu krzemionkowego stosunek molowy magnezji do diwodorofosforanu amonu wynoszący 8, daje lepsze wyniki w porównaniu ze stosunkiem masowym 6. Różnica ta nie była zbyt widoczna po dodaniu do obu mieszanek pyłu krzemionkowego. | In this experimental study, the effect of basalt fibers on the mechanical properties of magnesium phosphate cement [MPC] was investigated. Compressive strength, splitting tensile strength, flexural strength and modulus of elasticity, were introduced. It was observed that mechanical properties were significantly enhanced with the addition of silica fume, especially splitting tensile and flexural strength were enhanced with the increase of basalt fibers. However, for mixtures without silica fume addition, high content of fibers adversely affected the mechanical properties. Silica fume addition was found to be significant in increasing the bonding mechanism between basalt fibers and the MPC matrix. Thus, combined usage of silica fume and basalt fibers was found to be effective. A molar ratio of magnesia to ammonium dihydrogen phosphate of 8 was observed to have better results with respect to a molar ratio of 6, however, this distinction was not very apparent, when silica fume was added to both mixtures. |
Pages: 242 – 252
S. Lecheb, A. Chellil, K. Chahour, B. Safi*
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2021.26.3.6
| Streszczenie | Abstract |
| Piankę szklaną stosuje się ostatnio, jako kruszywo do produkcji lekkich betonów. Lekkość betonu jest spowodowana znaczną porowatością granulowanej pianki szklanej, która ma zamknięte pory i gładkie powierzchnie. W związku z tym w tej pracy zastosowano granulowaną piankę szklaną (GPS) z otwartą porowatością, do uzyskania lekkich, samozagęszczających się zapraw. GPS otrzymano z proszku szklanego – stłuczki szklanej i „pieniącego się” dodatku, którym był wapień. W związku z tym zastosowano prażenie w 850°C, w ciągu 20 minut. Następnie otrzymano piasek, stosując kruszenie i przesiewanie przez sito 5 mm. Z kolei przygotowano samozagęszczające się zaprawy, z drobnym kruszywem w formie piasku i inne zaprawy z granulowaną pianką szklaną, zastępując nią piasek, w stosunku objętościowym 30%, 50% i 100%. Następnie zbadano właściwości reologiczne – płynność i fizyko-mechaniczne zapraw, a mianowicie gęstość i porowatość, w oparciu o absorpcję wody. Badanie strefy przejściowej – matryca cementowa / granule GPS wykazało, że otwarta porowatość GPS – piasek, sprzyjała adhezji z matrycą cementową, bez segregacji faz cementowych. Natomiast stwierdzono zmniejszenie wytrzymałości na ściskanie zapraw, o szczególnej lekkości. Należy podkreślić, że ta ostatnia właściwość ma w budownictwie duże znaczenie. | The foamed glass is currently used in the manufacture of concretes as aggregate to produce lightweight concrete. The lightness of the concrete is assured by the important porosity of foamed glass granulates [GFG], however, they have a closed porosity with a smooth surface. In this respect, this study aims to use foam glass granulates with open-porosity, to produce lightweight self-compacting mortars. GFG were prepared from the glass powder – glass cullet and foaming agent – limestone, according to the current applied process for GFG – heat treatment at 850°C for 20 min. Then from GFG the sand fine aggregate – 0/5 mm was prepared by crushing and sieving. The self-compacting mortars were obtained using natural sand as fine aggregate and other mortars with granulated foam glass substituting sand at volume ratios: 30, 50 and 100 %. Rheological tests of fluidity and physical properties, i.e. density and porosity, by measuring absorption of water and mechanical tests were carried out on studied mortars. The interface of cementitious matrix/GFG granules study shows that open-porosity of GFG sand has favored adhesion to cement matrix, without causing the segregation of the mortar phases. Also, the decrease of the compressive strength for mortars exhibiting a specific lightness, was found. It should be noted that the latter property is very important in construction. |
Pages: 253 – 262
Tytuł: Badania doświadczalne wytrzymałości betonu zawierającego zmielony popiół z osadnika
Title: Experimental investigation on strength properties of concrete incorporating ground pond ash
K. Yuvaraj*, S. Ramesh
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2021.26.3.7
| Streszczenie | Abstract |
| W obecnych czasach zużycie energii elektrycznej gwałtownie wzrasta z każdym rokiem, ze względu na industrializację. Węgiel jest surowcem do produkcji energii elektrycznej w elektrociepłowniach. Szczególnie duża ilość niewykorzystanego popiołu jest wyrzucana do osadników, co stanowi poważny problem dla wielu krajów rozwijających się. Ponadto składowanie popiołu w osadnikach powoduje zagrożenia dla środowiska, takie jak zanieczyszczenie gleby i wody. Zidentyfikowanie realnej alternatywy dla wykorzystania popiołu z osadników staje się potrzebą chwili, aby uniknąć tych zagrożeń dla środowiska. W niniejszej pracy badawczej podjęto próbę częściowego zastąpienia cementu popiołem z osadnika jako dodatku mineralnego w betonie, co w znacznym stopniu ograniczy szkodliwy wpływ popiołu z osadnika na środowisko. Popiół ten zmielono do wielkości 45 μm i użyto go do zastąpienia cementu w betonie w proporcjach 5, 10, 15, 20 i 25% masy. Przeprowadzono badania wytrzymałości na ściskanie, zginanie oraz rozciąganie przy rozłupywaniu uzyskanych betonów. Wyniki badań wykazują, że dodatek 10% popiołu z osadnika znacznie zwiększył wytrzymałość betonu w wieku 7, 28, 56 i 90 dni. | In the present era, the consumption of electricity has increased rapidly with each passing year, due to the industrialization. Coal is a raw material for the production of electricity in the thermal power stations. Particularly, a large amount of unused ash is dumped in ponds, which are major problem concerning many developing countries. Further, dumping of ash in ponds causes environmental hazards effects such as soil, land and water pollution. Identifying a viable alternative to utilize pond ash becomes a necessity, to avoid these environmental hazards. In this research work, an attempt has been made to partially replace cement by the pond ash as a supplementary cementitious material [SCM] in concrete, which will considerably reduce the hazardous effects of pond ash, to the environment. The pond ash was ground to 45 μm and it was used to replace the cement in concrete by proportions of 5, 10, 15, 20 and 25% by mass. Test on compressive strength, split tensile strength and modulus of rupture were conducted on concrete mixes. The result indicate that the addition of 10% pond ash to concrete significantly increased the strength properties of the concrete at the age of 7, 28, 56 and 90 days. |
Pages: 168
Sprostowanie do:
“Prawda o geopolimerach” S. Grzeszczyk, Cement Wapno Beton, 26(3) (2021), 101 – 108
Erratum to:
“The truth about the geopolymers” S. Grzeszczyk, Cement Wapno Beton, 26(3) (2021), 101 – 108
Stefania Grzeszczyk
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2021.26.3.8
| Sprostowanie | Erratum |
| W moim artykule „Prawda o geopolimerach” S. Grzeszczyk, Cement Wapno Beton, 26 (3) (2021), 101-108, jest informacja, którą chciałabym sprostować. Jest tam zdanie: „Przemysłowe zastosowanie geopolimerów w Polsce ogranicza się do działalności profesora Małolepszego, który zastosował to spoiwo, z żużla wielkopiecowego aktywowanego dodatkiem NaOH, do budowy hotelu studenckiego w Krakowie.”. Powinno być: „Działalność prof. Małolepszego obejmuje zastosowanie spoiwa żużlowo-alkalicznego, w którym aktywatorem był węglan sodu. Materiał ten został użyty do produkcji prefabrykatów betonowych typu „Żerań”, z których w latach 70-tych został wzniesiony budynek na terenie firmy „Prefabet” w Krakowie. Budynek ten był badany przez dwadzieścia lat pod kątem wytrzymałości i trwałości betonu. W praktyce w Polsce użyto łącznie około 100 tysięcy metrów sześciennych betonu żużlowo-alkalicznego. | In my article “The truth about geopolymers” by S. Grzeszczyk, Cement Wapno Beton, 26 (3) (2021), 101-108, there is an information I would like to rectify. There is a sentence: “Industrial application of geopolymers in Poland is limited to the activity of professor Maolepszy, who used this binder of blast furnace slag activated with NaOH addition to the construction of the students’ hotel, in Cracow.” It should be: “The activity of professor Małolepszy includes the use of a slag-alkali binder, in which the activator was sodium carbonate. This material was used for the manufacturing of precast concrete units of the” Żerań “type, of which a building was erected in the 1970s in the area of the “Prefabet” company in Kraków, Poland. This building was examined for twenty years in terms of concrete strength and durability. In practice, a total of about 100 thousand cubic meters of slag-alkali concrete has been used in Poland.” |