Pages: 72 – 101
Title: Effect of fly ash and bagasse ash on the mechanical properties of light weight concrete
M. Gunasekaran T. Palanisamy
e-mail: gunasanjay07@gmail.com
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2022.27.2.1
| Streszczenie | Abstract |
| Beton lekki jest ważną częścią technologii betonu. Zastosowanie dodatków mineralnych zastępujących kruszywa drobne, takich jak popiół lotny i popiół z wytłoczyny z trzciny cukrowej, pozwala na zmniejszenie zawartości cementu. Prezentowane badania miały na celu uzyskanie lekkiego betonu dzięki dodatkowi popiołu lotnego i popiołu z wytłoczyn z trzciny cukrowej, jako drobnego kruszywa. Wytrzymałość na ściskanie kostek, i walców oraz wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu były badane po różnych okresach, aby znaleźć optymalny poziom wspomnianych dodatków mineralnych w betonie. Porównano wytrzymałość i ustalono optymalny dodatek popiołu lotnego i popiołu z wytłoczyn z trzciny cukrowej. Wytrzymałość na ściskanie walca i wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu betonu lekkiego, uzyskano przy tych samych poziomach zastąpienia dodatków mineralnych po 28 dniach. Zaproponowano równania matematyczne pozwalające na obliczenie wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie kostki oraz walca oraz te same właściwości, w zakresie typowej wytrzymałości. | Light weight concrete is an important part in the concrete technology. The use of mineral additives in light-weight concrete, to replace fine aggregate with fly ash and bagasse ash, helps to reduce the cement content. The present investigation aims to meet the performance of light weight concrete, by adding fly ash and bagasse ash, as fine aggregate replacement additives. The strength properties such as cube compressive strength, cylinder compressive strength and split tensile strength were investigated after different ages, to find the optimum addition of mineral additives such as fly ash and bagasse ash, in concrete. The strengths were compared and the optimal replacement level of cement with fly ash and bagasse ash was found. The cylinder compressive strength and split tensile strength of light weight concrete were measured, at the same replacement levels of mineral additives, at the age of 28 days curing. The mathematical equations were proposed to achieve cube compressive and tensile strengths, cylinder compressive and tensile strength and cube compressive and cylinder compressive strengths, concerning typical strength. |
Pages: 102 – 114
Tytuł: Polimerobeton zbrojony krótkimi włóknami szklanymi, z dodatkiem odpadowego szkła kineskopowego
Title: Short glass fiber reinforced polymer concrete with addition of waste cathode-ray tube (CRT) glass
Jakub Smoleń, Klaudia Tomaszewska, Grzegorz Junak, Mateusz Kozioł
e-mail: jakub.smolen@polsl.pl
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2022.27.2.2
| Streszczenie | Abstract |
| W pracy omówiono wykorzystanie odpadowego szkła kineskopowego, do wytwarzania polimerobetonów. Szkło kineskopowe poddano kilkakrotnemu rozdrabnianiu, w celu otrzymania ziaren mniejszych od 2 mm. Utworzono szereg polimerobetonów wzmocnionych hybrydowo: zmielonym szkłem kineskopowym, piaskiem oraz pociętym włóknem szklanym, o długości 4,5 mm i 12 mm. Zbadano wpływ dodatku włókien szklanych i ich długości na właściwości polimerobetonów, z 30% dodatkiem objętościowym żywicy epoksydowej, pełniącej rolę lepiszcza. Przeprowadzono badania szkła kineskopowego, oznaczając jego skład chemiczny, rozkład wielkości cząstek i budowę ziaren. Oznaczono wytrzymałość na zginanie i na ściskanie oraz porowatość otwartą, gęstość pozorną i nasiąkliwość wodą. Wyniki badań wykazały, że polimerobetony z dodatkiem zmielonego szkła kineskopowego, są dobrą metodą na zagospodarowanie, tego nietypowego odpadu. Uzyskane polimerobetony mają kilkukrotnie lepsze właściwości mechaniczne niż tradycyjne betony oraz znacznie mniejszą porowatość i nasiąkliwość wodą, co czyni ten materiał korzystny do produkcji wyrobów cienkościennych oraz narażonych na działanie wody i odczynników chemicznych. Dodatek ciętych włókien szklanych powoduje poprawę właściwości mechanicznych polimerobetonów, a także chroni ten materiał, przed gwałtowną dezintegracją, po przekroczeniu maksymalnych naprężeń. Jest to niezwykle ważne dla bezpieczeństwa użytkowania konstrukcji, w przypadku awarii. | This paper describes the use of CRT glass waste for the production of polymer concrete. The CRT glass was subjected to a multistage mechanical disintegration process, in a way that allowed obtaining grains smaller than 2 mm. A set of hybrid reinforced polymer concrete was produced by using: ground CRT glass, sand and cut glass fibers 4.5 mm and 12 mm long. The influence of the volume of fibers and the length of glass fibers on the properties of polymer concrete with 30% by volume of epoxy resin, acting as a binder was described. Tests of CRT glass were carried out, among others study of chemical composition, particle size distribution and analysis of grain morphology. For polymer concrete, the flexural strength and compressive strength were determined, and the open porosity, apparent density, and water absorption were examined. The test results showed that polymer concrete with the use of milled CRT glass is a good way to manage this problematic waste. The polymer concrete has several times better than traditional concretes and significantly lower porosity and water absorption, which makes this material advantageous in applications such as the production of thin-walled products and products exposed to water and chemical attack. The addition of chopped glass fibers leads to an increase in mechanical properties and also protects the material against rapid disintegration after exceeding the maximum stresses, which is extremely important for the safety of use of the structure in the event of a failure. |
Pages: 115 – 125
Szymon Sikora, Karol Skowera, Mariusz Hynowski, Zbigniew Rusin
e-mail: ssikora@atlas.com.pl
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2022.27.2.3
| Streszczenie | Abstract |
| Sektor budowlany jest odpowiedzialny za około 37% światowej emisji dwutlenku węgla [CO2], do atmosfery. Z tego względu ograniczenie jego emisji oraz ograniczenie emisji innych gazów cieplarnianych, w tym sektorze, ma szczególne znaczenie wobec postępujących zmian klimatycznych. Ważne jest, aby nowe wyroby budowlane cechował mniejszy wpływ na środowisko naturalne, podczas ich całego cyklu życia, a ich produkcja została oddzielona od wykorzystania energii pierwotnej. W niniejszej pracy zbadano wybrane właściwości materiałów geopolimerowych. Geopolimery to nieorganiczne, amorficzne polimery glinokrzemianowe, które w określonych zastosowaniach mogą stanowić alternatywę dla wyrobów,, zastępując cement portlandzki. W niniejszej pracy przedstawiono właściwości zapraw geopolimerowych, m.in. porowatość oraz wytrzymałość mechaniczna, w zależności od ich składu chemicznego. Ten ostatni opisany przez odpowiednie stosunki molowe tlenków SiO2/Al2O3 oraz SiO2/Na2O. Wyniki badań pokazują, iż wzrost zawartości SiO2 względem Al2O3 w mieszaninie reakcyjnej wpływa na zmniejszenie porowatości zapraw geopolimerowych. Zaprawy o dużym module molowym SiO2/Al2O3 mają zwartą i szczelną mikrostrukturę oraz wysoką wytrzymałość mechaniczną. Podobny efekt otrzymano stosując wyższe stężenia roztworu wodorotlenku sodu [NaOH], w stosunku do roztworu krzemianu sodu [Na2SiO3], w mieszaninie aktywatora w procesie geopolimeryzacji. | The construction sector is responsible for around 37% of global emissions of the carbon dioxide to the atmosphere. Therefore, reducing gas emissions, in this construction sector, is particularly important ,given the progressing climate change. For this reason, limiting its emissions and limiting the emission of other greenhouse gases in this sector, is of particular importance in view of the progress of climate change. It is important that new construction products have less impact on the environment during their entire life cycle, and their production has been decoupled from the use of primary energy. In this work, selected properties of geopolymeric materials were examined. Geopolymers are inorganic aluminosilicate polymers with an amorphous microstructure, which may be an alternative in certain applications, for products based on Portland cement. Here, the properties of geopolymer mortars, i.e. porosity, microstructure and mechanical strength, were compared. The influence of the composition of reaction mixture on these properties, defined by the appropriate SiO2/Al2O3 and SiO2/Na2O molar ratios, was also defined. The results show that increasing the content of SiO2 in relation to Al2O3 in the composition of the reaction mixture, reduces porosity. Thus, leading to a more compact microstructure and higher mechanical strength. A similar effect occurs when a higher NaOH solution concentration is used, in comparison to the sodium silicate [Na2SiO3] solution. |
Pages: 126 – 143
Mostafa Hassan, Lamya Amleh, Hesham Othman
e-mail: mostafa.hassan@ryerson.ca
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2022.27.2.4
| Streszczenie | Abstract |
| Infrastruktura jest narażona na oddziaływanie dwutlenku węgla a co za tym idzie karbonatyzację betonu, która w przypadku mostów z żelbetu może powodować korozję stalowego zbrojenia. Dwutlenek węgla ma duży wpływ na głębokość karbonatyzacji betonu. Zawartość cementu i wskaźnik wodno-cementowy mają duży wpływ na głębokość karbonatyzacji betonu. Niniejsze badanie ma na celu zbadanie wpływu zmian klimatycznych na głębokość karbonatyzacji przez rozważenie różnych scenariuszy RCP [ang. Representative Concentration Pathway – reprezentatywnych ścieżek stężenia CO2]. Ponadto zbadano wpływ wytrzymałości betonu na ściskanie na głębokość karbonatyzacji. Dodatkowo zbadano wpływ różnych zawartości cementu na prawdopodobieństwo korozji, wywołanej karbonatyzacją. Rozważane są dwa parametry, a mianowicie zawartość cementu [400 kg/m3, 350 kg/m3 i 250 kg/m3] oraz stosunek wody do cementu [0,45 i 0,55]. W badaniu tym uwzględniono różne stężenia CO2 przy użyciu scenariuszy RCP. Scenariusze RCP [2.6, 4.5, 6 i 8.5] zostały wykorzystane przez Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu [IPCC], do przedstawienia odpowiednio ścieżki niskiej, średniej i wysokiej emisji. Głębokość karbonatyzacji oszacowano za pomocą równań Yoona i Stewarta. Ponadto zbadano prawdopodobieństwo korozji wywołanej karbonatyzacją za pomocą symulacji Monte Carlo i metody niezawodności pierwszego rzędu, przy różnych zawartościach cementu [FORM] dla RCP 8.5. Określono procentowy wzrost głębokości karbonatyzacji przy użyciu Yoona w porównaniu z równaniami Stewarta, dla mieszanek betonowych o różnych proporcjach wody do cementu i zawartości cementu w latach 2025 i 2100, zarówno dla RCP 2.6, jak i RCP 8.5. Ostatecznie prawdopodobieństwo korozji wywołanej karbonatyzacją przeprowadzonej przez FORM dla zawartości cementu 250 kg/m3, wzrosło o 118% w porównaniu z prawdopodobieństwem karbonatyzacji z zawartością cementu wynoszącą 400 kg/m3, dla roku 2100. | Nowadays transportation infrastructure is subjected to a high percentage of carbon dioxide emissions. CO2 greatly affects the carbonation depth of concrete, which can affect the deck for reinforced concrete bridges causing corrosion to steel reinforcement. Cement content and water to cement ratio greatly influence the carbonation depth of concrete. This study aims to investigate the effect of climate change on carbonation depth by considering different Representative Concentration Pathways [RCPs]. In addition, the effect of different compressive strengths on the carbonation depth was investigated in this research. Additionally, the effect of different cement contents on the probability of carbonation-induced corrosion has been investigated. Two parameters are considered, namely, the cement content [400 kg/m3, 350 kg/m3, and 250 kg/m3] and, the water to cement ratio [0.45 and 0.55]. This study RCPs for CO2 concentrations. The RCP [2.6, 4.5, 6, and 8.5] trajectory was used by the Intergovernmental Panel on Climate Change [IPCC], which represents low emission pathways, intermediate emission pathways, and high emission pathways, respectively. Carbonation depth has been estimated using Yoon’s and Stewart’s equations. Furthermore, the probability of carbonation-induced corrosion has been investigated using Monte Carlo simulation and the first-order reliability method at different cement contents for RCP 8.5. The percentage increase in the carbonation depth using Yoon’s compared to Stewart’s equations for concrete mixes which consist of different water to cement ratios and cement content for the years 2025 and 2100 for both RCP 2.6 and RCP 8.5 were calculated. Finally, the probability of carbonation-induced corrosion conducted by FORM for cement content of 250 kg/m3 has been increased by 118% compared to the probability of carbonation including cement content equal to 400 kg/m3 for the year 2100. |
Pages: 144 – 151
Tytuł: Wpływ rodzaju kruszywa na opóźnione powstawanie ettringitu
Title: Influence of the aggregate type on delayed ettringite formation
Zdzisława Owsiak
e-mail: owsiak@tu.kielce.pl
doi: https://doi.org/10.32047/cwb.2022.27.2.5
| Streszczenie | Abstract |
| Przeprowadzone badania miały na celu oznaczenie wpływu rodzaju kruszywa na równoczesne występowanie reakcji wodorotlenków sodu i potasu z krzemionką w kruszywie i opóźnionego powstawania ettringitu. Stosowano piasek lub kruszywo wapienne oraz kruszywo zawierające 6% opalu, o uziarnieniu od 0,5 do 1,0 mm. Przygotowano zaprawy z tymi rodzajami kruszywa i z cementem portlandzkim, zawierającym 1,2% Na2Oe i 4,5% SO3, które dojrzewały w 90°C i w wodzie. Badania potwierdziły duży wpływ rodzaju kruszywa, na rozszerzalność spowodowaną opóźnionym powstawaniem ettringitu. Po tych warunkach dojrzewania kruszywo wapienne w znacznym stopniu zmniejszyło ekspansję zaprawy, spowodowaną opóźnionym powstawaniem ettringitu, natomiast miało znacznie mniejszy wpływ na ekspansję beleczek, spowodowaną przez reakcję wodorotlenku potasu z opalem. Obserwacje mikrostruktury zaprawy wykazały, że żel sodowo-potasowo-wapienny, a także ettringit otaczający ziarna kruszywa, są odpowiedzialne za ekspansję w przypadku piasku z dodatkiem opalu. | The studies carried out aimed to define the influence of the aggregate type on the simultaneous occurrence of the alkali-silica reaction and delayed ettringite formation. In their composition, sand or calcium aggregate and aggregates containing 6% opal with graining of 0.5 to 1.0 mm, were used. Mortars from each type of aggregate and Portland cement containing 1.2% Na2Oe and 4.5% SO3 were prepared, and then cured in water at 90°C. Studies have shown a great influence of the type of aggregate on the expansion caused by the delayed ettringite formation. In this case, the calcium aggregate visibly reduces the expansion of a mortar caused by delayed ettringite formation, while it has a much smaller influence on the expansion of the bars, caused by the potassium reaction with opal. Microstructure observations have shown that sodium-potassium-calcium silicate gel and ettringite around the aggregate grains, are responsible for expansion in the case of sand with opal addition. |