Механические характеристики и термическая стабильность затвердевшего портландцемента

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 2036 (2023) Цитировать эту статью

682 Доступа

3 цитаты

Подробности о метриках

Это исследование было сосредоточено на изучении возможности использования переработанного шлама квасцов (RAS) в различных соотношениях (5, 10, 15 массовых %) в качестве частичной замены обычного портландцемента (OPC), чтобы способствовать решению проблем, с которыми сталкиваются при производстве цемента. в виде складирования большого количества водоочищенных иловых отходов. Наночастицы шпинели MnFe2O4 (НМФ) использовались для уточнения механических характеристик и долговечности различных смесей OPC-RAS. Результаты по прочности на сжатие, объемной плотности, водопоглощению и устойчивости к огневым испытаниям подтвердили пригодность использования отходов УЗВ для замены OPC (максимальный предел 10%). Включение различных доз наночастиц НМФ (0,5, 1 и 2 массовых %) в состав паст ОПЦ-РАС способствует формированию затвердевших нанокомпозитов с улучшенными физико-механическими характеристиками и устойчивостью к обжигу. Композит, изготовленный из 90% OPC, 10% RAS и 0,5% NMF, продемонстрировал наилучшие характеристики и считается оптимальным выбором для общего строительного применения. Методы термогравиметрического анализа (ТГА/ДТГ), рентгеноструктурного анализа (РФА) и сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). подтвердили положительное влияние частиц НМФ, поскольку они продемонстрировали образование огромных фаз, таких как ильваит (CFSH), гидраты силиката кальция (CSH), MnCSH, нкванингит [Mn2 SiO3(OH)2 H2O], [(Mn, Ca) Mn4O9⋅ 3H2O], гидраты алюмосиликата кальция (CASH), глаукохроит [(Ca, Mn)2SiO4 и гидрат феррита кальция (CFH). Эти гидраты повысили прочность и устойчивость к деградации затвердевших нанокомпозитов при обжиге.

В последнее время наблюдается колоссальный скачок в строительной сфере, где усилия исследователей стали чрезвычайно велики и сосредоточены на поиске удобных альтернатив цементу (частично или полностью замененному) в бетоне1. Примерно ~ 5% мировых выбросов парниковых газов приходится на цементную промышленность (при производстве одной тонны портландцемента образуется ~ 1 тонна CO2). Кроме того, цементная промышленность становится очень дорогой и требует большого количества энергии и природных ресурсов. Таким образом, решение экономических и экологических проблем цементной отрасли стало крайне актуальным2,3.

К счастью, переработка некоторых промышленных отходов становится важным способом решения важнейших задач и снижения рисков в будущем. Таким образом, использование этих отходов в секторе строительства имеет несколько преимуществ, которые в основном заключаются в сокращении площади свалок, экономии затрат, энергосбережении, защите окружающей среды, когда риск для здоровья человека сведен к минимуму, и экономии ресурсов4,5,6. В предыдущих и недавних исследованиях многочисленных исследователей большое количество твердых побочных продуктов (промышленных или сельскохозяйственных отходов) повторно использовалось в областях устойчивого строительства. Керамические отходы7,8, отходы мраморной пыли9,10, отходы стекла11, летучая зола12,13, кирпичные отходы14, зола жома15, зола рисовой шелухи16, шлак (GGBFS)17 и микрокремнезем (SF) являются известными примерами этих твердых побочных продуктов18.

Утилизация осадков водоочистки (ОСВ) становится серьезной международной проблемой19. В целом, большой экологической проблемой считается сброс избыточного ила, образующегося при очистке воды, путем выгрузки его в водные пути или на свалки20. Особые свойства шлама водоочистки настоятельно рекомендуют его использование для частичной замены глины, необходимой для производства клинкера и других спеченных керамических материалов, чтобы минимизировать экологические риски, снизить затраты и выгоды и сотрудничать в устойчивом производстве строительных материалов21. В нескольких исследованиях оценивалась возможность использования шлама водоочистки (WTS) в качестве дополнительных вяжущих материалов для бетона22 и строительного раствора23.

Соединения шпинели имеют формулу DT2O4 (D представляет собой двухвалентный катион, например: Ca, Mg, Cu, Ni, Fe, Mn, Co и Zn, тогда как T представляет собой трехвалентный металл, такой как Al, Fe и Cr) и технологически являются существенные материалы из-за их физических характеристик. Ферриты шпинели обладают кристаллографической геометрией [M2+-] тетра [Fe3+]окта O4, где M2+ представляет собой двухвалентный ион, такой как Mg2, Ni2+, Co2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ и Mn2+2.