Розробка шлакового цементу, активованого Na(K) солями сильних кислот, для бетонів армованих сталевою арматурою

This paper proposes a technique to prevent the corrosion of steel reinforcement in concrete based on slag cement (SC) activated by Na(K) salts of strong acids (SSA) in the composition of by-pass cement kiln dust (BP). The technique implies using additional modifiers in the form of the Portland cement CEM I 42,5 R and the calcium-aluminate admixture (CAA) С3А∙6H2O.It is shown that adding the Portland cement contributes to enhancing the intensifying influence of BP on the SC hydration, accompanied by an increase in the strength of artificial stone. This effect is predetermined by the formation of hydrosilicates in hydration products with an increased crystallization degree in the form of CSH(I) and C2SH(A).Modifying SC with CAA ensures the intensive formation of low-soluble AFm phases in the composition of hydration products, aimed at reliable binding the SSA anions (Cl-, SO42-) that are aggressive to steel reinforcement.The study result has established the possibility to produce SC, activated by SSA, when using BP, the Portland cement, and CAA. Mathematical methods to plan the experiment were applied to produce an SC composition of "granulated blast furnace slag – BP – Portland cement – CAA", characterized by a strength class of 42.5 and a molar ratio of Cl-/OH- in a porous solution not exceeding 0.6. The resulting properties predetermine the feasibility of using SC in steel-reinforced concrete.The relevance of this work is due to the modern trends in the development of the construction industry. The introduction of cement that contains mineral additives, in particular granulated blast furnace slag, contributes to improving the environment by reducing СО2 emission. The use of such cement as a base of steel-reinforced concrete ensures the increase in their functionality and durabilityПредложен способ предотвращения коррозии стальной арматуры в бетоне на основе шлаковых цементов, активизированных Na(K) солями сильных кислот (ССК) в составе цементной пыли байпаса (ПБ). Способ заключается в использовании дополнительных модификаторов в виде портландцемента СЕМ I 42,5 R и кальциево-алюминатной добавки (КАД) С3А∙6H2O.Показано, что добавка портландцемента содействует усилению активизирующего влияния ПБ на гидратацию ШЦ, что сопровождается повышением прочности искусственного камня. Указанный эффект обусловлен формированием в продуктах гидратации гидросиликатов с повышенной степенью кристаллизации в виде CSH(I) и C2SH(A).Модификация ШЦ КАД обеспечивает интенсивное формирования в составе продуктов гидратации АFm фаз для надежного связывания анионов ССК (Cl-, SO42-), агрессивных по отношению к стальной арматуры.В результате исследований установлена возможность получения ШЦ, активизированного ССК, при использовании ПБ, портландцемента и КАД. С помощью методов математического планирования эксперимента получен ШЦ состава «гранулированный доменный шлак – ПБ – портландцемент – КАД», характеризующийся классом прочности 42,5 и мольным соотношением Cl-/OH- в поровом растворе не более 0,6. Полученные свойства обуславливают целесообразность использования ШЦ в бетонах, армированных стальной арматурой.Актуальность выполненной работы обусловлена современными тенденциями развития строительной отрасли. Применение цементов, содержащих минеральные добавки, такие как гранулированный доменный шлак, способствует улучшению экологической ситуации вследствие уменьшения эмиссии СО2. Использование таких цементов в качестве основы бетонов, армированных стальной арматурой, обеспечивает повышение их функциональности и долговечностиЗапропоновано спосіб запобігання корозії сталевої арматури в бетоні на основі шлакових цементів (ШЦ), активізованих Na(K) солями сильних кислот (ССК) в складі цементного пилу байпасу (ПБ). Спосіб полягає в використанні додаткових модифікаторів у вигляді портландцементу СЕМ I 42,5 R та кальцієво-алюмінатної добавки (КАД) С3А∙6H2O.Показано, що добавка портландцементу сприяє підсиленню активізуючого впливу ПБ на гідратацію ШЦ, що супроводжується зростанням міцності штучного каменю. Зазначений ефект обумовлено формуванням в продуктах гідратації гідросилікатів з підвищеним ступенем кристалізації у вигляді CSH(I) і C2SH(A).Модифікація ШЦ КАД забезпечує інтенсивне формування в складі продуктів гідратації малорозчинних AFm фаз для надійного зв’язування аніонів ССК (Cl-, SO42-), агресивних до сталевої арматури.В результаті досліджень встановлено можливість отримання ШЦ, активізованого ССК, при використанні ПБ, портландцементу та КАД. За допомогою методів математичного планування експерименту отримано ШЦ складу «гранульований доменний шлак – ПБ – портландцемент – КАД», що характеризується класом міцності 42,5 та мольним співвідношенням Cl-/OH- в поровому розчині не більше 0,6. Отримані властивості обумовлюють доцільність використання ШЦ в бетонах, армованих сталевою арматурою.Актуальність виконаної роботи обумовлена сучасними тенденціями розвитку будівельної галузі. Запровадження цементів, що містять мінеральні добавки, зокрема гранульований доменний шлак, сприяє покращенню екологічної ситуації внаслідок зменшення емісії СО2. Використання таких цементів в якості основи бетонів, армованих сталевою арматурою, забезпечує підвищення їх функціональності і довговічност

Порівняння впливу поверхнево-активних речовин на термокінетичні характеристики шлаколужного цементу

Increasing the durability of concrete and reinforced concrete structures according to the criterion of crack resistance is a relevant task of construction materials science. To solve this task, this paper proposes effective solutions for adjusting thermofinite characteristics of alkali-activated slag cement (ASC) by using surfactants of various chemical nature in order to control the thermally-stressed state of concrete based on it (ASC concrete). The method of calorimetry was applied to show that the problematic issue is to adjust the structure formation of ASC by anion-active surface-active substances based on complex polyesters. This is predetermined by the instability of the molecular structure of surfactants in the hydration environment of ASC due to the destruction of complex ester bonds as a result of alkaline hydrolysis. Thermokinetic analysis has demonstrated the effectiveness of using anion-active surfactants, which do not contain ester bonds, as regulators of crack resistance of ASC concrete. Simple polyesters and multi-atom alcohols provide the ability to adjust the duration of the induction period while ensuring the required completeness of ASC hydration within a time frame. The effectiveness of cation-active surface-active substances has been shown, which are characterized by the stability of the molecular structure in the hydration environment of ASC and an increased level of adsorbing capacity. The decrease in the effectiveness of surface-active substances has been shown, in terms of the effect on the heat release of ASC, in the following series: alkaline salt of carboxylic acid>salt of the quaternary ammonium compound>simple polyester> polyalcohol>complex polyester. The reported results are important in view of the possibility of effective adjustment of ASC heat release by influencing the structure formation of surfactant with a certain molecular arrangement in order to predictably reduce crack formation in a thermally-stressed state and a corresponding increase in the durability of structuresПовышение долговечности бетонных и железобетонных конструкций по критерию трещиностойкости является актуальной задачей строительного материаловедения. Для решения данной задачи предложены эффективные решения, касающиеся регулирования термокинетических характеристик шлакощелочного цемента (ШЩЦ) поверхностно-активными веществами (ПАВ) разной химической природу для управления термонапряженным состоянием бетона на его основе (ШЩЦ бетон).  При помощи метода калориметрии показано, что проблемным является регулирование структурообразования в направлении увеличения трещиностойкости ШЩЦ анионоактивными ПАВ на основе сложных полиэфиров из-за нестабильности молекулярной структуры ПАВ в гидратационной среде цемента. Определена эффективность использования анионоактивных ПАВ, не содержащих сложноэфирных связей, в качестве регуляторов трещиностойкости ШЩЦ бетона. Простые полиэфиры и полиспирты обеспечивают возможность регулирования длительности индукционного периода при обеспечении необходимой полноты гидратации ШЩЦ в контрольные сроки. Показано эффективность катионоактивных ПАВ, характеризующиеся стабильностью молекулярной структуры в гидратационной среде цемента и повышенным уровнем адсорбирующей способности. Показано уменьшение эффективности ПАР по влиянию на тепловыделение ШЩЦ в ряду: щелочная соль карбоновой кислоты>соль четвертичного аммониевого соединения>простой полиэфир>полиспирт>сложный полиэфир. Важность полученных результатом заключается в возможности эффективного регулирования тепловыделения ШЩЦ путем влияния на структурообразование ПАВ определенного молекулярного строения для прогнозирования уменьшения трещинообразования в термонапряженном состоянии и соответствующего повышения долговечности конструкцийПідвищення довговічності бетонних та залізобетонних конструкцій за критерієм тріщиностійкості є актуальною задачею будівельного матеріалознавства. Для вирішування цієї задачі запропоновано ефективні рішення щодо регулювання термокінечних характеристик шлаколужного цементу (ШЛЦ) поверхнево-активними речовинами (ПАР) різної хімічної природи для управління термонапруженим станом бетону на його основі (ШЛЦ бетон). За допомогою методу калориметрії показано, що проблемним є регулювання структуроутворення ШЛЦ аніоноактивними ПАР на основі складних поліефірів. Це обумовлено нестабільністю молекулярної будови ПАР в гідратаційному середовищі ШЛЦ через руйнування складноефірних зв’язків внаслідок лужного гідролізу. За допомогою термокінетичного аналізу визначено ефективність використання аніоноактивних ПАР, які не містять складноефірних зв’язків, в ролі регуляторів тріщиностійкості ШЛЦ бетону. Прості поліефіри і багатоатомні спирти забезпечують можливість регулювання тривалості індукційного періоду при забезпеченні необхідної повноти гідратації ШЛЦ в контрольні терміни. Показано ефективність катіоноактивних ПАР, які характеризуються стабільністю молекулярної будови в гідратаційному середовищі ШЛЦ і  підвищеним рівнем адсорбуючої здатності. Показано зменшення ефективності ПАР за впливом на тепловиділення ШЛЦ в ряду: лужна сіль карбонової кислоти>сіль четвертинної амонієвої сполуки>простий поліефір>поліспирт>складний поліефір. Отримані результати є важливими з огляду на можливість ефективного регулювання тепловиділення ШЛЦ шляхом впливу на структуроутворення ПАР певної молекулярної будови для прогнозованого зменшення тріщиноутворення в термонапруженому стані і відповідного підвищення довговічності конструкці

Розробка рішень з регулювання власних деформацій лужних цементів

The essence of the problem related to proper deformations in alkali-activated cements (AAC) complicated with high content of gel-like hydrate formations was analyzed. Cement types diametrically opposite in their compositions and, accordingly, in the content of gel phases during hydration, that is, the alkali-activated portland cement (AAPC) and alkali-activated slag cement (AASC) were taken for consideration. Approaches to formation of an effective structure of artificial stone counteracting shrinkage deformation by means of interference in structure formation when using complexes of mineral and organic compounds were proposed. Such compounds in composition of complex organo-mineral admixtures jointly influence intensification of crystallization processes and formation of an effective pore structure and morphology of hydrate phases while reducing water content in artificial stone. Salt electrolytes of various anionic types and anion-active surface-active substances were considered as ingredients of the proposed complex modifying admixtures.It has been found that the "salt electrolyte–surfactant" system is the most effective for AAPC modification. It was shown that modification of AAPC with this complex admixture based on NaNO3 reduced shrinkage from 0.406 to 0.017 mm/m. Instead, the use of Na2SO4 provided AAC of this type with a capacity of expansion up to 0.062 mm/m. It was shown that the effect of compensated shrinkage of modified AAPC is associated with a higher crystallization of low-basicity hydrosilicates (CSH(B)) and calcium hydroaluminates (CaO∙Al2O3∙10H2O). An additional effect is associated with formation of sulfate-containing sodium-calcium hydroaluminate (for the Na2SO4-based system) and crystalline calcium hydronitroaluminate (for the NaNO3-based system) with a corresponding microstructure stress.For further development, a complex admixture of "Portland cement clinker–salt electrolyte–surfactant" system was proposed for AASC modification. It provided shrinkage reduction from 0.984 mm/m to 0.683 mm/m. Minimization of the modified AASC shrinkage was explained by formation of sodium hydroalumosilicate of gmelinite type ((Na2Ca)∙Al2∙Si4∙O12∙6H2O) with a high degree of crystallization along with low-basicity calcium hydrosilicates. It was noted that the cement stone structure is characterized by high density, uniformity, and consolidation of hydrate formationsПроанализирована суть проблемы собственных деформаций щелочных цементов (ЩЦ), сложность которой объясняется повышением содержания гелеподібних гидратных новообразований. В качестве примера рассмотрены типы цементов диаметрально противоположные по композиционному построению и соответственно по содержанию гелеподібних фаз при гидратации – щелочной портландцемент (ЩПЦ) и шлакощелочной цемент (ШЩЦ). Предложены подходы к формированию эффективной структуры искусственного камня, противодействующей деформациям усадки, путем влияния на структурообразование при использовании комплексов минеральных и органических соединений. Такие соединения в составе комплексных органо-минеральных добавок совместно влияют на интенсификацию кристаллизационных процессов, формирование эффективной поровой структуры и морфологию гидратных фаз при уменьшении содержания воды в искусственном камне. В качестве ингредиентов предложенных комплексных добавок-модификаторов рассмотрены соли-электролиты разного анионного типа и анионноактивные поверхностно-активные вещества.Выявлено, что для модификации ШПЦ наиболее эффективной является система «соль-электролит – поверхностно-активное вещество». Показано, что модификация ШПЦ комплексной добавкой этой системы на основе NaNO3 обеспечивает уменьшение усадки с 0,406 до 0,017 мм/м. Использование комплексной добавки ни основе Na2SO4обеспечивает ШПЦ способность к расширению в пределах 0,062 мм/м. Показано, что эффект компенсированной усадки модифицированного ШПЦ связанный с большей кристаллизацией низкоосновных гидросиликатов (CSH(В)) и гидроалюминатов кальция (CaO∙Al2O3∙10H2O). Дополнительный эффект связан с образованием сульфатсодержащего натриево-кальциевого гидроалюмината (для системы на основе Na2SO4) и кристаллического гидрнитроалюмината (для системы на основе NaNO3) с соответствующим напряжением микроструктуры.В развитие для модификации ШЩЦ предложена комплексная добавка системы «портландцементный клинкер – соль-электролит – поверхностно-активное вещество», обеспечивающая уменьшение усадки с 0,984 до 0,683 мм/м. Минимизация усадки модифицированного ШЩЦ объяснена формированием наряду с низкоосновными гидросиликатами кальция гидроалюмосиликата натрия типа гмеленита ((Na2Сa)∙Al2Si4∙O12∙6H2O) с повышенной степенью закристаллизованности. При этом отмечено, что структура цементного камня характеризуется повышенной плотностью, однородностью и монолитностью гидратных новообразованийПроаналізовано сутність проблеми власних деформацій лужних цементів (ЛЦ), ускладнення якої пов’язано з підвищеним вмістом гелеподібних гідратних новоутворень. Як приклади розглянуто типи цементів діаметрально протилежні за композиційною будовою і відповідно за вмістом гелеподібних фаз при гідратації – лужний портландцемент (ЛПЦ) і шлаколужний цемент (ШЛЦ). Запропоновано підходи до формування ефективної структури штучного каменя, протидіючою деформаціям усадки, шляхом втручання в структуроутворення при використанні комплексів мінеральних і органічних сполук. Такі сполуки в складі комплексних органо-мінеральних добавок сумісно впливають на інтенсифікацію кристалізаційних процесів, формування ефективної порової структури та морфологію гідратних фаз при зменшенні вмісту води в штучному камені. В якості інгредієнтів запропонованих комплексних добавок-модифікаторів розглянуто солі-електроліти різного аніонного типу та аніоноактивні поверхнево-активні речовини.Виявлено, що для модифікації ЛПЦ найбільш ефективною є система «сіль-електроліт – поверхнево-активна речовина». Показано, що модифікація ЛПЦ комплексною добавкою цієї системи на основі NaNO3 забезпечує зменшення усадки з 0,406 до 0,017 мм/м. Натомість використання Na2SO4 забезпечує цьому типу лужного цементу здатність до розширення в межах 0,062 мм/м. Показано, що ефект компенсованої усадки модифікованого ЛПЦ пов'язаний з більшою кристалізацією низькоосновних гідросилікатів (CSH(В)) і гідроалюмінатів кальцію (CaO∙Al2O3∙10H2O). Додатковий ефект пов'язаний з утворенням сульфатвміщуючого натрієво-кальцієвого гідроалюмінату (для системи на основі Na2SO4) та кристалічного гідронітроалюмінату кальцію (для системи на основі NaNO3) з відповідним напруженням мікроструктури.В розвиток для модифікації ШЛЦ запропоновано комплексну добавку системи «портландцементний клінкер – сіль-електроліт – поверхнево-активна речовина», яка забезпечує зменшення усадки з 0,984 мм/м до 0,683 мм/м. Мінімізація усадки модифікованого ШЛЦ пояснено формуванням поряд з низькоосновними гідросилікатами кальцію гідроалюмосилікату натрію типу гмеленіту ((Na2Сa)∙Al2Si4∙O12∙6H2O) з підвищеним ступенем закристалізованості. При цьому відмічено, що структура цементного каменя характеризується підвищеною щільністю, однорідністю і монолітністю гідратних новоутворен

Розробка рішень з регулювання власних деформацій лужних цементів

The essence of the problem related to proper deformations in alkali-activated cements (AAC) complicated with high content of gel-like hydrate formations was analyzed. Cement types diametrically opposite in their compositions and, accordingly, in the content of gel phases during hydration, that is, the alkali-activated portland cement (AAPC) and alkali-activated slag cement (AASC) were taken for consideration. Approaches to formation of an effective structure of artificial stone counteracting shrinkage deformation by means of interference in structure formation when using complexes of mineral and organic compounds were proposed. Such compounds in composition of complex organo-mineral admixtures jointly influence intensification of crystallization processes and formation of an effective pore structure and morphology of hydrate phases while reducing water content in artificial stone. Salt electrolytes of various anionic types and anion-active surface-active substances were considered as ingredients of the proposed complex modifying admixtures.It has been found that the "salt electrolyte–surfactant" system is the most effective for AAPC modification. It was shown that modification of AAPC with this complex admixture based on NaNO3 reduced shrinkage from 0.406 to 0.017 mm/m. Instead, the use of Na2SO4 provided AAC of this type with a capacity of expansion up to 0.062 mm/m. It was shown that the effect of compensated shrinkage of modified AAPC is associated with a higher crystallization of low-basicity hydrosilicates (CSH(B)) and calcium hydroaluminates (CaO∙Al2O3∙10H2O). An additional effect is associated with formation of sulfate-containing sodium-calcium hydroaluminate (for the Na2SO4-based system) and crystalline calcium hydronitroaluminate (for the NaNO3-based system) with a corresponding microstructure stress.For further development, a complex admixture of "Portland cement clinker–salt electrolyte–surfactant" system was proposed for AASC modification. It provided shrinkage reduction from 0.984 mm/m to 0.683 mm/m. Minimization of the modified AASC shrinkage was explained by formation of sodium hydroalumosilicate of gmelinite type ((Na2Ca)∙Al2∙Si4∙O12∙6H2O) with a high degree of crystallization along with low-basicity calcium hydrosilicates. It was noted that the cement stone structure is characterized by high density, uniformity, and consolidation of hydrate formationsПроанализирована суть проблемы собственных деформаций щелочных цементов (ЩЦ), сложность которой объясняется повышением содержания гелеподібних гидратных новообразований. В качестве примера рассмотрены типы цементов диаметрально противоположные по композиционному построению и соответственно по содержанию гелеподібних фаз при гидратации – щелочной портландцемент (ЩПЦ) и шлакощелочной цемент (ШЩЦ). Предложены подходы к формированию эффективной структуры искусственного камня, противодействующей деформациям усадки, путем влияния на структурообразование при использовании комплексов минеральных и органических соединений. Такие соединения в составе комплексных органо-минеральных добавок совместно влияют на интенсификацию кристаллизационных процессов, формирование эффективной поровой структуры и морфологию гидратных фаз при уменьшении содержания воды в искусственном камне. В качестве ингредиентов предложенных комплексных добавок-модификаторов рассмотрены соли-электролиты разного анионного типа и анионноактивные поверхностно-активные вещества.Выявлено, что для модификации ШПЦ наиболее эффективной является система «соль-электролит – поверхностно-активное вещество». Показано, что модификация ШПЦ комплексной добавкой этой системы на основе NaNO3 обеспечивает уменьшение усадки с 0,406 до 0,017 мм/м. Использование комплексной добавки ни основе Na2SO4обеспечивает ШПЦ способность к расширению в пределах 0,062 мм/м. Показано, что эффект компенсированной усадки модифицированного ШПЦ связанный с большей кристаллизацией низкоосновных гидросиликатов (CSH(В)) и гидроалюминатов кальция (CaO∙Al2O3∙10H2O). Дополнительный эффект связан с образованием сульфатсодержащего натриево-кальциевого гидроалюмината (для системы на основе Na2SO4) и кристаллического гидрнитроалюмината (для системы на основе NaNO3) с соответствующим напряжением микроструктуры.В развитие для модификации ШЩЦ предложена комплексная добавка системы «портландцементный клинкер – соль-электролит – поверхностно-активное вещество», обеспечивающая уменьшение усадки с 0,984 до 0,683 мм/м. Минимизация усадки модифицированного ШЩЦ объяснена формированием наряду с низкоосновными гидросиликатами кальция гидроалюмосиликата натрия типа гмеленита ((Na2Сa)∙Al2Si4∙O12∙6H2O) с повышенной степенью закристаллизованности. При этом отмечено, что структура цементного камня характеризуется повышенной плотностью, однородностью и монолитностью гидратных новообразованийПроаналізовано сутність проблеми власних деформацій лужних цементів (ЛЦ), ускладнення якої пов’язано з підвищеним вмістом гелеподібних гідратних новоутворень. Як приклади розглянуто типи цементів діаметрально протилежні за композиційною будовою і відповідно за вмістом гелеподібних фаз при гідратації – лужний портландцемент (ЛПЦ) і шлаколужний цемент (ШЛЦ). Запропоновано підходи до формування ефективної структури штучного каменя, протидіючою деформаціям усадки, шляхом втручання в структуроутворення при використанні комплексів мінеральних і органічних сполук. Такі сполуки в складі комплексних органо-мінеральних добавок сумісно впливають на інтенсифікацію кристалізаційних процесів, формування ефективної порової структури та морфологію гідратних фаз при зменшенні вмісту води в штучному камені. В якості інгредієнтів запропонованих комплексних добавок-модифікаторів розглянуто солі-електроліти різного аніонного типу та аніоноактивні поверхнево-активні речовини.Виявлено, що для модифікації ЛПЦ найбільш ефективною є система «сіль-електроліт – поверхнево-активна речовина». Показано, що модифікація ЛПЦ комплексною добавкою цієї системи на основі NaNO3 забезпечує зменшення усадки з 0,406 до 0,017 мм/м. Натомість використання Na2SO4 забезпечує цьому типу лужного цементу здатність до розширення в межах 0,062 мм/м. Показано, що ефект компенсованої усадки модифікованого ЛПЦ пов'язаний з більшою кристалізацією низькоосновних гідросилікатів (CSH(В)) і гідроалюмінатів кальцію (CaO∙Al2O3∙10H2O). Додатковий ефект пов'язаний з утворенням сульфатвміщуючого натрієво-кальцієвого гідроалюмінату (для системи на основі Na2SO4) та кристалічного гідронітроалюмінату кальцію (для системи на основі NaNO3) з відповідним напруженням мікроструктури.В розвиток для модифікації ШЛЦ запропоновано комплексну добавку системи «портландцементний клінкер – сіль-електроліт – поверхнево-активна речовина», яка забезпечує зменшення усадки з 0,984 мм/м до 0,683 мм/м. Мінімізація усадки модифікованого ШЛЦ пояснено формуванням поряд з низькоосновними гідросилікатами кальцію гідроалюмосилікату натрію типу гмеленіту ((Na2Сa)∙Al2Si4∙O12∙6H2O) з підвищеним ступенем закристалізованості. При цьому відмічено, що структура цементного каменя характеризується підвищеною щільністю, однорідністю і монолітністю гідратних новоутворен

Influence of Dosage and Modulus on Soluble Sodium Silicate for Early Strength Development of Alkali-Activated Slag Cements

In world practice, the need for high-strength concrete with an intensive gain of early strength is due to an increase in requirements for characteristics of concrete and the desire to shorten the construction period. Alkali-activated cement, based on soluble sodium silicates (SSS), can demonstrate high strength and rapid gain due to the nano-modifying effect of amorphous silica present in SSS. However, the problem with the effective use of such cement compositions is unsatisfactory short setting times. This work investigates the effect of modifying admixtures on the structure formation of alkali-activated slag cement (AASC), its physical and mechanical properties depending on characteristics of SSS and the basicity of the aluminosilicate component (precursor), which was changed by the ratio of the ordinary Portland cement (OPC) clinker and granulated blast furnace slag (GBFS). A positive synergistic effect was noticed from glycerol and trisodium phosphate, as the components of a complex admixture, to control the setting of AASC. This resulted in extending the initial setting time from 1 to 5 min to the values of 21–72 min. The compressive strength of 21–26.3 MPa by 3 h, 36.5–43.4 MPa by 1 day, and 84.7–117.1 MPa by 28 days was obtained. Proper shrinkage deformations were equal to 0.47–0.6 mm/m. It was shown that with an increase in the basicity of the aluminosilicate component, the properties of AASC increased both in the early and late stages of hardening

Mitigation of Corrosion Initiated by Cl⁻ and SO₄²⁻-ions in Blast Furnace Cement Concrete Mixed with Sea Water

The use of blast furnace cement is an effective way to meet the requirements of sustainable development. However, CEM III/C is characterized by slow strength gain. The problem can be worse for plasticized reinforced blast furnace cement concretes mixed with sea water in view of shorter durability. The mitigation of corrosion in plasticized blast furnace cement concretes mixed with sea water can be provided through a composition of minor additional constituents, with percentage by mass of the main constituents: alkali metal compounds, 2…3; calcium aluminate cement, 1; clinoptilolite, 1. The alkali metal compounds are known to activate hydraulic properties of ground granulated blast furnace slag. A calcium aluminate cement promotes the accelerated chemical binding of Cl− and SO42−-ions with the formation of Kuzel’s salt. A clinoptilolite occludes these aggressive ions. The positive effects of the mentioned minor additional constituents in the blast furnace cement were supported by the increased early strength gain and the higher structural density, as well as by a good state of steel reinforcement, in the plasticized concretes mixed with sea water

Prevention of steel reinforcement corrosion in alkali-activated slag cement concrete mixed with seawater

Concretes mixed with seawater are characterised by enhanced performances, but action of chlorides and sulfates ensures the risk of reinforcement corrosion. Application of high consistency fresh concretes ensures changes in hardened concrete structure that causes the problem of steel reinforcement passive state ensuring. Thus mixing of plasticized concretes by seawater actualizes the search for means of steel corrosion prevention. Alkali-activated slag cements (further, AASC’s) reduce effect of ions Cl− and SO42− on steel reinforcement in concrete due to their exchange for ions OH− in the structure of zeolite-like alkaline hydroaluminosilicates. Complex additive «portland cement - calcium aluminate cement - clinoptilolite» was proposed to enhance the protective properties of AASC concretes to steel reinforcement. The results of DTA, X-ray diffraction, electron microscopy, microprobe analysis show that complex additive ensures to prevent steel reinforcement corrosion in AASC concrete mixed with seawater due to binding Cl− and SO42− ions in Kuzel’s salt in AASC hydration products and exchange of these aggressive ions with OH− ions in the structure of clinoptilolite. This effect of complex additive confirmed by surface state and the absence of mass loss of steel rebars embedded in plasticized AASC fine concrete mixed with seawater after 90 d of hardening

Enhancement of alkali-activated slag cement concretes crack resistance for mitigation of steel reinforcement corrosion

The paper is devoted to mitigation of steel reinforcement corrosion in alkali-activated slag cement (further, AASC) concretes, based on soluble sodium silicates (further, SSS’s), obtained from high consistensy concrete mixes. Enhancement of AASC fine concretes crack resistance due to modification by complex shrinkage-reducing additives (further, SRA’s) based on surfactants and trisodium phosphate Na3PO .12H2O (further, TSP) was proposed for mitigation of steel reinforcement corrosion. SSS’s were presented by sodium metasilicate (silica modulus 1.0, dry state) and water glass (silica modulus 2.9, density 1400 kg/m3). In case of sodium metasilicate the application of SRA composition “ordinary portland cement clinker – TSP – sodium lignosulphonate – sodium gluconate” provides enhancement of crack resistance starting from early age structure formation with restriction of drying shrinkage from 0,984 to 0,713 mm/m after 80 d. The effect is caused by reduction of water and by higher volume of crystalline hydrates. In turn, SRA presented by compositions “TSP – glycerol” and “TSP – glycerol – polyacrylamide” provide enhancement of AASC fine concretes fracture toughness during late structure formation with increasing ratio of tensile strength in bending to compressive strength up to 37 – 49 % if compare with the reference AASC when water glass is used

Design of Slag Cement, Activated by Na (K) Salts of Strong Acids, for Concrete Reinforced with Steel Fittings

This paper proposes a technique to prevent the corrosion of steel reinforcement in concrete based on slag cement (SC) activated by Na(K) salts of strong acids (SSA) in the composition of by-pass cement kiln dust (BP). The technique implies using additional modifiers in the form of the Portland cement CEM I 42,5 R and the calcium-aluminate admixture (CAA) С3А∙6H2O.It is shown that adding the Portland cement contributes to enhancing the intensifying influence of BP on the SC hydration, accompanied by an increase in the strength of artificial stone. This effect is predetermined by the formation of hydrosilicates in hydration products with an increased crystallization degree in the form of CSH(I) and C2SH(A).Modifying SC with CAA ensures the intensive formation of low-soluble AFm phases in the composition of hydration products, aimed at reliable binding the SSA anions (Cl-, SO42-) that are aggressive to steel reinforcement.The study result has established the possibility to produce SC, activated by SSA, when using BP, the Portland cement, and CAA. Mathematical methods to plan the experiment were applied to produce an SC composition of "granulated blast furnace slag – BP – Portland cement – CAA", characterized by a strength class of 42.5 and a molar ratio of Cl-/OH- in a porous solution not exceeding 0.6. The resulting properties predetermine the feasibility of using SC in steel-reinforced concrete.The relevance of this work is due to the modern trends in the development of the construction industry. The introduction of cement that contains mineral additives, in particular granulated blast furnace slag, contributes to improving the environment by reducing СО2 emission. The use of such cement as a base of steel-reinforced concrete ensures the increase in their functionality and durabilit

The efficiency of plasticizing surfactants in alkali-activated cement mortars and concretes

Functionality of mortar and concrete mixes is regulated by surfactants, which act as plasticizers. The molecular structure of these admixtures can be changed during hydration of alkali-activated cements (AAC). The objective was to determine the chemical nature of plasticizers effective for property modification of mortars and concretes based on AACs with changing content of granulated blast furnace slag from 0 to 100 %. The admixtures without ester links become more effective than polyesters when content of alkaline component increase. The admixtures effective in high alkaline medium were used in dry mixes for anchoring (consistency of mortar 150 mm by Vicat cone; 1 d tensile strength in bending / compressive strength of mortar 6.6 /30.6 MPa) and in ready-mixed concretes (consistency class changed from S1 to S3, S4 with consistency safety during 60 min; 3 d compressive strength of modified concrete was not less than the reference one without admixtures)