Effect of organo-mineral additives on physical-mechanical properties and corrosion resistance of sand-cement mortars

Introduction.

Construction of large-scale offshore structures in the coastal area of Vietnam requires new compositions of binders for hydraulic concretes, advanced concrete mixing technologies, and concrete transportation to depositing sites.

Materials and methods.

The binder, containing sulfate resistant Portland cement and finely dispersed mineral additives, including low calcium fly ash of TPP “Vung Ang” and silica fume SF-90 (SF-90), was added to the mortar mix, and the same about SR 5000F superplasticizer and quartz river sand. Powder particle shape and size were measured using laser granulometry; X-ray diffraction was employed to identify the mineral composition of sulfate-resistant cement; the effect of multi-component organo-mineral additives on the phase composition of the cement stone was studied using methods of thermogravimetric analysis; the absolute volume method was employed to analyze the composition of the mortar.

Results.

The co-authors have analyzed the application of new compositions of multi-component organic-mineral additives whose content, if taken as a percentage of the cement weight, reaches 1.1-1.45 % of SF 5000F superplasticizer, 10-15 % of SF-90, and 30 % of fly ash. New additives accelerate compressive and tensile strength development by 1.4-1.9 times, and that’s been confirmed by bending early-age and 28-day cement-sand mortar specimens, that have sulfate-resistant cement, and their benchmarking against control specimens. It’s been identified that SF-90 and fly ash, if added to the mix, reduce the Portlandite content in the cement stone by 1.27-3.29 % at the age of 28 days in comparison with the benchmark composition due to their high pozzolanic activity.

Conclusions.

Testing results enable co-authors to recommend the application of multi-component organo-mineral additives to increase the resistance of cement-sand compositions to sulfate corrosion due to the denser structure and lower porosity of the cement stone, caused by the lower value of the water/binder ratio and the packing of pore spaces with active mineral fillers. Therefore, new additives are recommended for use in the production of corrosion resistant concretes suitable for construction of offshore hydraulic structures in Vietnam.

1. Гергичны З. Зола уноса в составе цемента и бетона // Золошлаки ТЭС - удаление, транспорт, переработка, складирование : V Международная конференция, 24-25.04.2014. 41 с.

2. Ватин Н.И., Петросов Д.В., Калачев А.И., Лахтинен П. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 4 (22). С. 16-21.

3. Bui Danh Dai. Influence of ash of rice husk on the properties of mortar and concrete // Joint International Scientific Symposium «Scientific achievements in research on new modern building materials». Hanoi, 2006. Pp. 32-38.

4. Танг Ван Лам, Булгаков Б.И., Александрова О.В., Ларсен О.А. Возможность использования зольных остатков для производства материалов строительного назначения во Вьетнаме // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. № 6. C. 6-12. DOI: 10.12737/article_5926a059214ca0.89600468

5. Sathawane S.H., Vairagade V.S., Kene K.S. Combine effect of rice husk ash and fly ash on concrete by 30 % cement replacement // Procedia Engineering. 2013. Vol. 51. Pp. 35-44. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.01.009

6. Ивашина М.А., Кривобородов Ю.Р. Использование отходов промышленности в технологии сульфоалюминатного клинкера // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Т. 31. № 1 (182). С. 22-24.

7. Баженова С.И., Алимов Л.А. Высококачественные бетоны с использованием отходов промышленности // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 1. C. 226-230.

8. Ngo Van Toan. Research on the production of high-strength concrete using fine sand and mineral additives mixed with activated blast-furnace slag and rice husk ash // Journal Building Materials - Environment. 2012. No. 4. Pp. 36-45.

9. Ануфриева Е.В. Коррозионностойкий бетон для гидротехнического строительства // Градостроительные аспекты устойчивого развития крупных городов. 2009. № 93. С. 537-541.

10. Лесовик В.С., Федюк Р.С. Повышение непроницаемости фибробетонов на композиционном вяжущем : моногр. Белгород : Изд-во БГТУ, 2016. 164 с.

11. Федюк Р.С. Проектирование цементных композитов повышенной непроницаемости // Вестник МГСУ. 2016. № 5. С. 72-81.

12. Хоанг Минь Дык, Нгуен Туан Нам. Снижение проницаемости бетона и возможность защиты стальной арматуры в морской среде с помощью микрокремнезема // 50-я научная конференция Института науки и технологии строительства. Ханой, 2013. С. 100-109.

13. Lam Van Tang, Hung Xuan Ngo, Dien Vu Kim, Bulgakov B.I., Aleksandrova O.V. Effect of Complex Organo-Mineral Modifier on the Properties of Corrosion-Resistant Concrete // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 251. P. 01005. DOI: 10.1051/matecconf/201825101005

14. Lam Van Tang, Bulgakov B., Bazhenov Y., Aleksandrova O., Anh Ngoc Pham. Effect of rice husk ash on hydrotechnical concrete behavior // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365. P. 032007. DOI: 10.1088/1757-899X/365/3/032007

15. Сафаров К.Б., Степанова В.Ф., Фаликман В.Р. Влияние механоактивированной низкокальциевой золы-уноса на коррозионную стойкость гидротехнических бетонов Рогунской ГЭС // Строительные материалы. 2017. № 9. С. 20-24.

16. Крамар Л.Я., Трофимов Б.Я., Талисман Л.С. Влияние добавки микрокремнезема на гидратацию алита и сульфатостойкость цементного камня // Цемент. 1989. № 6. С. 14-7.

17. Кирсанова А.А. Влияние комплексных добавок с метакаолином на сульфатостойкость цементного камня // Наука ЮУрГУ. 2014. С. 929-934.

18. Галкин Ю.Ю., Удодов С. А. Фазовый анализ структуры цементного камня, изолированного при его раннем нагружении // Транспортные сооружения. 2018. Т. 5. № 1. С. 20. DOI: 10.15862/21SATS118

19. Мчедлов-Петросян О.П., Ушеров-Маршак А.В., Урженко А.М. Тепловыделение при твердении вяжущих веществ и бетонов. М. : Стройиздат, 1984. 225 с.

20. Ушеров-Маршак А.В. Общие закономерности процессов твердения неорганических вяжущих веществ // Докл. АН СССР. 1984. Т. 256. № 2. С. 417-420.

21. Иванов И.М., Матвеев Д.В., Орлов А.А., Крамар Л.Я. Влияние водоцементного отношения и суперпластификаторов на процессы тепловыделения, гидратации и твердения цемента // Вестник ЮУрГУ. Серия: Строительство и архитектура. 2017. Т. 17. № 2. С. 42-49. DOI: 10.14529/build170206

22. Зырянов М.С., Ахметжанов А.М., Манушина А.С., Потапова Е.Н. Определение пуццолановой активности метакаолина // Успехи в химии и химической технологии. 2016. Т. 30. № 7 (176). С. 44-46.

23. ГОСТ 22266-2013. Цементы сульфатостойкие. Технические условия. М. : Стандарты, 2014. 12 с.

24. TCVN 6067:2004. Xi măng poóc lăng bền sun phát - Yêu cầu kỹ thuật. Hanoi, Vietnam, 2004. 4 p.

25. ГОСТ 25818-2017. Золы уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия. М. : Стандарты, 2017. 23 с.

26. ТУ 5743-048-02495332-96. Микрокремнезем конденсированный. М., 1996. 23 с.

27. ГОСТ 8736-2014. Песок для строительных работ. Технические условия. М.: Стандарты, 2014. 7 с.

28. TCVN 7570:2006. Cốt liệu cho bê tông và vữa - Yêu cầu kỹ thuật. Hanoi, Vietnam, 2006. 11 p.

29. ГОСТ 24211-2008. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. М. : Стандарты, 2012. 15 c.

30. ГОСТ 23732-2011. Вода для бетонов и строительных растворов. М. : Стандарты, 2012. 35 c.

31. ГОСТ 30744-2001. Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка. М. : ГУП ЦПП, 2001. 30 c.

32. ГОСТ 12730.4-78. Бетоны. Методы определения показателей пористости. М. : Стандартинформ, 2007. 7 с.

33. ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний. М. : Стандартинформ, 1986. 19 с.

34. ГОСТ Р 56687-2015. Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Метод определения сульфатостойкости бетона. М. : Стандартинформ, 2015. 8 с.

35. ACI 211.4R-2008. Guide for Selecting Proportions for High-Strength Concrete with Portland Cement and Fly Ash. 2010. 13 p.