CONTACT STRENGTH OF MECHANOACTIVATED FINE CONCRETES FROM GRANULATED BLAST-FURNACE SLAGS

V. I. Bolshakov, М. O. Yelisieieva, S. A. Shcherbак

Abstract


Purpose. Strengthening of fine concrete contact zone by mechanical processing of all components of the concrete mix in a mixer-activator and aggregate application with rough surface. Methodology. Rotary activator PC-06, developed by Scientific and Research Institute of Construction Technology, was used as a mixer-activator to achieve this purpose. Granulated blast furnace slag, having a more developed rough surface than sand, was used as fine aggregate. This apparatus provides intensive homogeneous mixing of concrete mix components, processing of raw materials (purification of their particles from contaminants), and mechanical destruction of granulated blast furnace slag surface layers and other components of the mix. Findings. During the preparation work, experimental research of new formations composition of fine concretes, using differential thermal and x-ray phase analysis methods, and physical-mechanical properties of fine concretes in accordance with the applicable standards of Ukraine, were carried out. It is established that the phase composition of new formations of fine concretes made from activated and non-activated mixes, is not changed. Their main difference is the size of generated effects and temperature intervals of occurrence of these peaks. Thus, in fine concretes made on the basis of the activated mixes, magnitude of effects is less, indicating a higher hydration degree of its components. Besides, TG curves of concrete specimens show that weight loss of gel calcium hydrosilicate of concrete from a mechanically activated mix is 0.5...0.7 % more than of concrete from a non-activated mix, which indicates a larger number of these formations in concrete from activated mixes. In general, concretes of different composition, made from a mix, processed in the mixer-activator, have higher mechanical strength. Originality. Ideas about the influence of mechanical activation of components of fine concrete mixes with forming humidity in a rotary mixer-activator on the value of the contact strength of cement and aggregates got further development. Practical value. Strengthening of contact area of fine concrete in the exercise of the combined machining of all concrete mix components in the mixer-activator is achieved owing to increment of hydration degree of raw concrete components; creation of conditions for solid-phase chemical reactions between its components; structure improvement of the received material. It promotes significant increase of mechanical strength of mechanoactivated fine concretes (around 5 times) in comparison with concretes, made from a non-activated mix, which makes it possible to decrease the cement consumption when manufacturing 1 m3 of concrete up to 59 %.


Keywords


contact strength; fine concrete mixes; granulated blast-furnace slag; mechanoactivation; rotary mixer-activator; hydration degree; new formation composition of concrete; mechanical strength of concrete

References


Bazhenov Yu.M. Tekhnologiya betonov [Concretes technology].Moscow, ASV Publ., 2002. 500 p.

Bolshakov V.I., Yeliseyeva M.A., Shcherbak S.A. Vliyaniye vysokoskorostnoy obrabotki domennykh granulirovannykh shlakov na ikh svoystva [Influence of high-speed processing of blast-furnace granulated slag on its properties]. Visnyk Prydniprovskoi derzhavnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury – Bulletin of Prydniproprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture, 2013, no. 8, pp. 4-9.

Bolshakov V.I., Yeliseyeva M.A., Shcherbak S.A. Povysheniye prochnosti melkozernistogo betona putem mekhanokhimicheskoy aktivatsii yego komponentov [Fortification of fine concrete by mechanochemical activation of its components]. Sbornik nauchnykh trudov «Stroitelstvo, materilovedeniye, mashynostroyeniye. Seriya: Sozdaniye vysokotekhnologicheskikh sotsioekokompleksov v Ukraine na osnove kontseptsii sbalansirovannogo (ustoychivogo) razvitiya» [Proc. «Construction, Material Science, Mechanical Engineering. Series: Creation a high-tech sociocomplexes inUkraine on the basis of balance (sustainable) development concept»], 2011, issue 60, pp. 26-31.

Bolshakov V.I., Shcherbak S.A., Yeliseyeva M.A. Povysheniye reaktsionnoy sposobnosti domennogo granulirovannogo shlaka [Increase of reactionary ability of blast-furnace granulated slag]. Sbornik nauchnykh trudov «Stroitelstvo, materilovedeniye, mashynostroyeniye» [Proc. «Construction, Material Science, Mechanical Engineering»], 2011, issue 59, vol. II, pp. 34-38.

Gilyazindova N.V., Rudkovskaya N.Yu., Santalova T.N. Korrozionnaya stoykost shlakobetonov [Corrosion resistance of slag concretes]. Beton i zhelezobeton – Concrete and reinforced concrete, 2013, issue 3, pp. 24-25.

Gorshkov V.S., Timashev V.V., Savelyev V.G. Metody fiziko-khimicheskogo analiza vyazhushchikh veshchestv [Methods of physical-chemical analysis of binding materials].Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1981. 335 p.

Gorshkov V.S. Termografiya stroitelnykh materialov [Thermography of building materials].Moscow, Izdatelstvo literatury po stroitelstvu Publ., 1968. 237 p.

Dvorkin L.I., Dvorkin O.L. Stroitelnyye materialy iz otkhodov promyshlennosti [Building materials from industrial waste]. Rostov-on-Don, Feniks Publ., 2007. 368 p.

DSTU B V. 2.7-214:2009. Budivelni materialy. Betony. Metody vyznachennia mitsnosti za kontrolnymy zrazkamy. [State Standard B V. 2.7-214:2009. Building materials. Concretes. Methods of strength evaluation on check specimens]. Kyiv, Minrehionbud Ukrainy Publ., 2010. 43 p.

Kryvenko P.V., Petropavlovskyi O.M., Helevera O.H., Vozniuk H.V., Pushkar V.I., Hots V.I., Tymoshenko S.A. Luzhno-aktyvovani shlakoportlandtsementy [Alkali-activated slag portland cements]. Visnyk Donbaskoi natsionalnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture], 2009, issue 1, pp. 123-131.

Marchenko A.A. Metalurgicheskiye shlaki i primeneniye ikh v stroitelstve [Metallurgical slag and its application in construction].Moscow, Gosstroyizdat Publ., 1981. 335 p.

Bolshakov V.I., Bondarenko H.M., Holovko A. I., Zilberman O.Yu., Kryvenko P.V., Neviedomskyi V.O., Nikiforov O.P., Shimon M.I., Shcherbak S.A. Napriamky i perspektyvy vykorystannia vidkhodiv metalurhiinoi, hirnychorudnoi ta khimichnoi promyslovosti v budivnytstvi [Areas and perspectives of application of metallurgical, ore mining and chemical industry wastes in construction]. Dnipropetrovsk, Gaudeamus Publ., 2000. 140 p.

Netesa N.I., Palanchuk D.V. Legkiyye betony na osnove granshlaka zavoda imeni Petrovskogo [Lightweightconcretes on the basis of granulated slag from the iron and steel plant named after Petrovskiy]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2010, issue 33, pp. 156-161.

Netesa N.I., Palanchuk D.V., Netesa A.N. Legkiyye betony s zoloy unosa Pridneprovskoy TES [Lightweight concretes with fly–ash of Prydniprovsk thermal power station]. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. LazarianaScience and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, 2013, no. 5, pp. 137-145.

Netesa N.I. Snizheniye pustotnosti betonnykh smesey podborom ratsionalnogo zernovogo sostava komponentov [Descent of voidage of concrete mixes by design of rational grain distribution of components]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2007, issue 15, pp. 200-204.

Pushkarova K.K., Honchar O.A., Bondarenko O.P., Mahdychanska I.S. Osoblyvosti protsesiv strukturotvorennia luzhnykh shlakoportlandtsementiv ta betoniv na yikh osnovi [Features of structure formation processes of alkali slag portland cements and concretes on their basis]. Zbirnyk naukovykh prats «Resursoekonomni materialy, konstruktsii, budivli ta sporudy» [Resource-saving materials, constructions, buildings and structures], 2009, issue 17, pp. 54-61.

Kurz F., Lidingö SE. Verfahren zur Verbesserung der Aktivierung latent hydraulischer basischer Hochofenschlacke zur Herstellung eines Baumaterials. Patent DE, no. 0553131, 1996.

Pushkarova K.K., Honchar O.A., Bondarenko O.P. Osoblyvosti tekhnolohii otrymannia luzhnoho shlakoportlandtsementu ta betoniv na yikh osnovi [Technology features of alkali slag portland cement and concretes on its basis]. Visnyk Donbaskoi natsionalnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture], 2009, issue 1, pp. 82-88.

Fedynin N.I., Diamant M.I. Vysokoprochnyy melkozernistyy shlakobeton [High-strength fine slag concrete].Moscow, Stroyizdat Publ., 1975. 176 p.

Aggarwal Y., Siddique R. Microstructure and properties of concrete using bottom ash and waste foundry sand as partial replacement of fine aggregates. Construction and Building Materials, 2014. no. 54, pp. 210-223. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2013.12.051.

Ehrenberg A. Hohe Frühfestigkeit bei Zementen mit Hüttensand – (k)ein Widerspruch? Beton-Informationen, 2005, no. 2, pp. 22-51.

Garbach A., Ehrenberg A. Alkaliaktivierte Bindemittel auf der Grundlage von Eisenhüttenschlacken. Report des FehS-Instituts, 2008, no. 1, pp. 7-10.

Li Chao, Sun Henghu, Li Longtu. A review: The comparison between alkali-activated slag (Si+Ca) and metakaolin (Si+Al) cements. Cement and Concrete Research, 2010, vol. 40, pp. 1341-1349. doi: 10.1016/ j.cemconres.2010.03.020.

Živica V. Effectiveness of new silica fume alkali activator. Cement and Concrete Composites, 2006, vol. 28, no. 1, pp. 21-25. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2005.07.004.


GOST Style Citations


1. Баженов, Ю. М. Технология бетонов : учеб. для студ. высш. учебн. заведений / Ю. М. Баженов. – 3-е изд. – М. : АCB, 2002. – 500 с.

2. Большаков, В. И. Влияние высокоскоростной обработки доменных гранулированных шлаков на их свойства / В. И. Большаков, М. А. Елисеева, С. А. Щербак // Вісн. Придніпр. держ. акад. буд-ва та архіт. – 2013. – № 8. – С. 4–9.

3. Большаков, В. И. Повышение прочности мелкозернистого бетона путем механохимической активации его компонентов / В. И. Большаков,

4. М. А. Елисеева, С. А. Щербак // Стр-во, материаловедение, машиностроение. Сер. : Создание высокотехнолог. социоэкокомплексов в Украине на основе концепции сбалансир. (устойчивого) развития : сб. науч. тр. – Д., 2011. – Вып. 60. – С. 26–31.

5. Большаков, В. И. Повышение реакционной способности доменного гранулированного шлака / В. И. Большаков, С. А. Щербак, М. А. Елисеева // Стр-во, материаловедение, машиностроение. Сер. : Стародубовские чтения : сб. науч. тр. – Д., 2011. – Вып. 59, том II. – С. 34–38.

6. Гилязидинова, Н. В. Коррозионная стойкость шлакобетонов / Н. В. Гилязидинова, Н. Ю. Рудковская, Т. Н. Санталова // Бетон и железобетон. – 2013. – № 3. – С. 24–25.

7. Горшков, В. С. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ : учеб. пособие / В. С. Горшков, В. В. Тимашев, В. Г. Савельев. – М. : Высш. шк., 1981. – 335 с.

8. Горшков, В. С. Термография строительных материалов / В. С. Горшков. – М. : Изд-во лит. по стр-ву, 1968. – 237с.

9. Дворкин, Л. И. Строительные материалы из отходов промышленности : учеб.-справоч. пос. / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. – Ростов н/Д. : Феникс, 2007. – 368 с.

10. Державний стандарт України ДСТУ Б В. 2.7-214:2009. Будівельні матеріали. Бетони. Методи визначення міцності за контрольними зразками. – На заміну ГОСТ 10180-90 ; надано чинності 2009-12-22. – К. : Мінрегіонбуд України, 2010. – 43 с.

11. Лужно-активовані лакопортландцементи / П. В. Кривенко, О. М. Петропавловський, О. Г. Гелевера та ін. // Вісн. Донбас. нац. акад. буд-ва та архіт. – 2009. – № 1. – С. 123–131.

12. Марченко, А. А. Металлургические шлаки и применение их в строительстве / А. А. Марченко. – М. : Госстройиздат, 1962. – 547 с.

13. Напрямки і перспективи використання відходів металургійної, гірничорудної та хімічної про-мисловості в будівництві / В. І. Большаков,

14. Г. М. Бондаренко, А. І. Головко та ін. – 2-е вид., виправ. та доп. − Д. : Gaudeamus, 2000. – 140 с.

15. Нетеса, Н. И. Легкие бетоны на основе граншлака завода имени Петровского / Н. И. Нетеса, Д. В. Паланчук // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. транс. ім. акад. В. Лазаряна. – Д., 2010. – Вип. 35. − С. 156−161.

16. Нетеса, Н. И. Легкие бетоны с золой уноса Приднепровской ТЭС / Н. И. Нетеса, Д. В. Паланчук, А. Н. Нетеса // Наука та прогрес трансп. Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. – 2013. – № 5. − С. 137−145.

17. Нетеса, Н. И. Снижение пустотности бетонных смесей подбором рационального зернового состава компонентов / Н. И. Нетеса // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д, 2007. – Вип. 15. − С. 200−204.

18. Особливості процесів структуроутворення лужних шлакопортландцементів та бетонів на їх основі / К. К. Пушкарьова, О. А. Гончар, О. П. Бондаренко, І. С. Магдичанська // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди : зб. наук. пр. − К., 2009. – Вип. 17. − С. 54–61.

19. Пат. 69109688 Германия, МПК С 04 B 7/153. Verfahren zur Verbesserung der Aktivierung latent hydraulischer basischer Hochofenschlacke zur Herstellung eines Baumaterials / Kurz F., Lidingö SE (Германия) ; заявитель и патентообладатель Kurz F., Lidingö SE. – № 0553131 ; заявл. 04.08.93 ; опубл. 22.02.96, Бюл. № 7. – 12 с.

20. Пушкарьова, К. К. Особливості технології отримання лужного шлако-портландцементу та бетонів на його основі / К. К. Пушкарьова, О. А. Гончар, О. П. Бондаренко // Вісн. Донбас. нац. акад. буд-ва та архіт. – 2009. – № 1. – С. 82–88.

21. Федынин, Н. И. Высокопрочный мелкозернистый шлакобетон / Н. И. Федынин, М. И. Диамант. – М. : Стройиздат. – 1975. – 176 с.

22. Aggarwal, Y. Microstructure and properties of concrete using bottom ash and waste foundry sand as partial replacement of fine aggregates / Y. Aggarwal, R. Siddique // Construction and Building Materials. – 2014. – № 54. – P. 210–223. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2013.12.051.

23. Ehrenberg, A. Hohe Frühfestigkeit bei Zementen mit Hüttensand – (k)ein Widerspruch? / A. Ehrenberg // Beton-Informationen. – 2005. – № 2. – Р. 22–51.

24. Garbach, A. Alkaliaktivierte Bindemittel auf der Grundlage von Eisenhüttenschlacken / A. Garbach, A. Ehrenberg // Report des FEhS-Instituts. – 2008. – № 1. – P. 7–10.

25. Li, C. A review: The comparison between alkaliactivated slag (Si+Ca) and metakaolin (Si+Al) cements / Chao Li, Henghu Sun, Longtu Li // Cement and Concrete Research. – 2010. – Vol. 40. – P. 1341–1349. doi: 10.1016/j.cemconres.2010.03. 020.

26. Živica, V. Effectiveness of new silica fume alkali activator / V. Živica // Cement and Concrete Composites. – 2006. – Vol. 28, № 1. – P. 21–25. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2005.07.004.



DOI: https://doi.org/10.15802/stp2014/29975

 

Cited-by:

1. PHYSICO-CHEMICAL MODIFICATION OF MONOLITHIC CONCRETE CEMENT SYSTEM
D. V. Rudenko
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 6(60)  First page: 174  Year: 2015  
doi: 10.15802/stp2015/57103

2. THE STUDY OF DEFORMATION CHARACTERISTICS OF SOIL MATERIALS WITH THE USAGE OF WASTES
L. V. Trykoz, V. U. Savchuk
Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport  Issue: 2(68)  First page: 166  Year: 2017  
doi: 10.15802/stp2017/100249



Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)