The use of granite dust as an effective filler of concrete mixtures

• Autorzy: Prokopski Grzegorz , Huts Andriy , Marchuk Vitaliy

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138492

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie pyłu granitowego jako efektywnego wypełniacza mieszanek betonowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of experimental studies of the influence of granite dust on the properties and durability of concrete. The use of industrial waste - granite dust, in the processing of granite into crushed stone, at the same time allows the rational use of natural resources and solve environmental problems. The possibility of improving the construction and technical properties of concrete filled with granite dust is considered. Experimental-statistical models of technological and physical-mechanical properties of concretes are presented and analyzed, ways of their improvement are shown. The complex of strength properties, water absorption, frost resistance, and durability of such concrete have been studied. The studied concrete are characterized by a more intensive set of strength and obtaining mixtures of “sticky” consistency. Due to the partial replacement of sand by granite dust, the microstructure of the cement matrix is compacted, which is the main reason for reducing porosity and increasing the durability of structures based on the proposed concrete.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych wpływu pyłu granitowego na właściwości i trwałość betonu. Badano betony wykonane z użyciem: cementu portladzkiego CEM I 42,5N, kruszywa grubego granitowego i pyłu granitowego, piasku i superplastyfikatora na bazie estrów polikarboksylowych. Badania eksperymentalne, których wyniki podano w pracy, przeprowadzono z wykorzystaniem matematycznego planowania eksperymentu, co pozwoliło na algorytmizację wykonania eksperymentów według schematu, który jest optymalny zarówno z punktu widzenia zakresu pracy eksperymentalnej, jak i wymagań statystycznych. Czynnikami zmiennymi był wskaźnik W/C (od 0,48 do 0,60) oraz zawartość pyłu granitowego (od 0 do 200 kg/m3). Zwiększenie zawartości pyłu granitowego (PG) od 0 kg/m3 do 200 kg/m3 spowodowało wzrost wytrzymałości wcześnej o 15%, 30% i 50% przy W/C, odpowiednio: 0,48, 0,54 i 0,60. W wieku 28 dni wpływ dodatku pyłu granitowego jest bardziej znaczący przy wysokich wartościach stosunku W/C. Wzrost zawartości pyłu granitowego od 0 kg/m3 do 200 kg/m3 spowodował wzrost wytrzymałości odpowiednio o 8-12% przy W/C = 0,48, o 28-32% - przy W/C = 0,54 i do 50% przy W/C = 0,48. Dodatek pyłu granitowego ma także znaczący wpływ na nasiąkliwość betonu. Zwiększenie zawartości pyłu do 200 kg/m3 spowodowało znaczne zmniejszenie nasiąkliwości z 4,8% do 3,8%, z 4,2% do 3,5% i z 3,4% do 3,0% przy wskaźnikach W/C, wynoszących odpowiednio 0,48; 0,54 i 0.60, Dodatek pyłu granitowego znacznie ogranicza (ale nie eliminuje) porowatość kapilarną strefy kontaktowej, w skutek gwałtownej zmiany całkowitej zawartosci Ca(OH)2. Dodatkowo, efekt “mikrowypełniacza”, który działa jak centrum krystalizacji, przyśpiesza początkowy etap chemicznego utwardzania. Produkty hydratacji są osadzane na małych cząsteczkach pyłu, które tworzą centra krystalizacji. Betony z dodatkiem pyłu granitowego charakteryzują się dość dużą odpornością na korozję w różnych środowiskach agresywnych, w tym na działanie kwasów. Na podstawie wyników badań wykazano, że odporność korozyjna betonu wzrasta wraz ze wzrostem dodatku pyłu granitowego. W szczególności odporność na korozję magnezową w próbkach bez pyłu po 90 dniach wynosi 0,75, natomiast z pyłem - 0,8. Niski współczynnik W/C oraz poprawa parametrów struktury porowej betonów z dodatkiem pyłu granitowego przyczynia się do wzrostu ich mrozoodporności. Dla badanych struktur betonowych mrozoodporność wynosi F200-F300. W skutek częściowego zastąpienia piasku pyłem granitowym w mieszance, następuje zagęszczenie mikrostruktury matrycy cementowej, co jest główną przyczyną zmniejszenia porowatości i zwiększenia trwałości konstrukcji wykonanych z tego betonu.

Słowa kluczowe

EN

granite dust; concrete mixture; water absorption; compressive strength; corrosion resistance; frost resistance

PL

pył granitowy; mieszanka betonowa; nasiąkliwość; wytrzymałość na ściskanie; odporność korozyjna; mrozoodporność

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 159--174
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Prokopski Grzegorz

• Rzeszów University of Technology, The Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3601-897X

autor

Huts Andriy

• Rzeszów University of Technology, The Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4428-8339

autor

Marchuk Vitaliy

• National University of Water and Environmental Engineering, Institute of Building and Architecture, Rivne, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-0999-0402

Bibliografia

• [1] X.H. Deng et al., “An investigation of mechanical properties of recycled coarse aggregate concrete”, Archives of Civil Engineering, vol. 62, no. 4/2, pp. 19-34, 2016, DOI: 10.1515/ace-2015-0107.
• [2] N. Almeida et al., “Hight-perfomance concrete with recycled stone slurry”, Cement and Concrete Research, vol. 37, no. 2, pp. 210-220, 2007, DOI: 10.1016/j.cemconres.2006.11.003.
• [3] T.S. Thandavamoorthy, “Feasibility of making concrete using lignite coal bottom ash as fine aggregate”, Archives of Civil Engineering, vol. 61, no. 3, pp. 19-30, 2015, DOI: 10.1515/ace-2015-0022.
• [4] K. Srinivasan, J. Premelatha, and S. Srideethaa, “A performance study on partial replacement of polymer industries waste (PIW) as fine aggregate in concrete”, Archives of Civil Engineering, vol. 64, no. 3, pp. 45-56, 2018, DOI: 10.2478/ace-2018-0028.
• [5] S.S.C. Alharishawi, H.J. Abd, and S.R. Abass, “Employment of recycled wood waste in lightweight concrete production”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 4, pp. 675-688, 2020, DOI: 10.24425/ace.2020.135244.
• [6] I. Messaoudene, et al., “Strength development of ternary blended cement with marble powder and natural pozzolana”, Cement Wapno Beton, vol. 20, no. 1, pp. 32-37, 2015.
• [7] L. Hekal, H. El-Didamony, and M. S. Morsy, “Limestone-filled pozzolanic cement”, Cement and Concrete Research, vol. 30, no. 11, pp. 1827-1834, 2000, DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00402-6.
• [8] P. Aggarwal, Y. Aggarwal, and S.M. Gupta, “Effect of bottom ash as replacement of fine aggregates in concrete”, Asian Journal of Civil Engineering, vol. 8, no. 1, pp. 49-62, 2007.
• [9] M. Singh and R. Siddique, “Effect of coal bottom ash as partial replacement of sand on properties of concrete”, Resources, Conservation and Recycling, vol. 72, pp. 20-32, 2013, DOI: 10.1016/j.resconrec.2012.12.006.
• [10] M. Dobiszewska, W. Franus, and S. Turbiak, “Analysis of the possibility of using powder basalt in cement mortar”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture JCEEA, vol. 63, no. 1/I/16, pp. 107-114, 2016, DOI: 10.7862/rb.2016.12.
• [11] M. Dobiszewska, “Use of basalt powder in a cementitious mortar and concrete as a substitute of sand”, Budownictwo i Architektura, vol. 15, no. 4, pp. 75-85, 2016, DOI: 10.24358/Bud-Arch_16_154_08.
• [12] M. Dobiszewska et al., “Major aspects of concrete durability modified by basalt waste powder from aggregate dedusting in asphalt batch mix plant”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture JCEEA, vol. 63, no. 1/I/16, pp. 115-122, 2016, DOI: 10.7862/rb.2016.13.
• [13] G. Prokopski, V. Marchuk, and A. Huts, “Granite dust as a mineral component of a dry cement mortar mixtures”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 3, pp. 81-96, 2020, DOI: 10.24425/ace.2020.134385.
• [14] A.O. Mashaly, B.N. Shalaby, and M.A. Rashwan, “Performance of mortar and concrete incorporating granite sludge as cement replacement”, Construction and Building Materials, vol. 169, pp. 800-818, 2020, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.046.
• [15] A. Arivumangai and T. Felixkala, “Strength and durability properties of granite powder concrete”, Journal of Civil Engineering Research, vol. 4, no. 2A, pp. 1-6, 2014, DOI: 10.5923/c.jce.201401.01.
• [16] C. Kanmalai Williams, P. Partheeban, and T. Felixkala, “Mechanical properties of high-performance concrete incorporating granite powder as fine aggregate”, International Journal on Design and Manufacturing Technologies, vol. 2, no.1, pp. 61-73, 2008, DOI: 10.18000/ijodam.70029.
• [17] G. Prokopski, V. Marchuk, and A. Huts, “The effect of using granite dust as a component of concrete mixture”, Case Studies in Construction Materials, vol. 349, pp. 1-7, 2020, DOI: 10.1016/j.cscm.2020.e00349.
• [18] T. Ramos et al., “Granitic quarry sludge waste in mortar: Effect on strength and durability”, Construction and Building Materials, vol. 47, pp. 1001-1009, 2013, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.05.098.
• [19] A.E.M.A. Elmoaty, “Mechanical properties and corrosion resistance of concrete modified with granite dust”, Construction and Building Materials, vol. 47, pp. 743-752, 2013, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.05.054.
• [20] S. Ghorbany et al., “Impoving corrosion resistance of steel rebars in concrete with marble and granite waste dust as partial cement replacement”, Construction and Building Materials, vol. 185, pp. 110-119, 2018, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.07.066.
• [21] S. Ghorbani, et al., “Mechanical and durability behavior of concrete with granite waste dust as partial cement replacement under adverse exposure conditions”, Construction and Building Materials, vol. 194, pp. 143-152, 2019, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.11.023.
• [22] A.G. Zotkin, “Micro-filling effect of mineral additives in concrete”, Beton i Zhelezobeton (Concrete and Reinforced Concrete), vol. 3, pp. 7-9, 1994 (in Russian).
• [23] S.S. Kaprielov, “General regularities in formation cement stone structure and concrete with additive of ultradisperse materials”, Beton i Zhelezobeton (Concrete and Reinforced Concrete), vol. 6, pp. 16-20, 1995 (in Russian).
• [24] J.A. Larbi and J.M. Bijen, “The chemistry of the pore fluid of silica fume-blended cement systems”, Cement and Concrete Research, vol. 20, no. 4, pp. 506-516, 1990, DOI: 10.1016/0008-8846(90)90095-F.
• [25] J.A. Larbi and J.M. Bijen, “Effect of water-cement ratio, quantity and fineness of sand on the evolution of lime in set portland cement systems”, Cement and Concrete Research, vol. 20, no. 5, pp. 783-794, 1990, DOI: 10.1016/0008-8846(90)90012-M.
• [26] L.R. Roberts and W.R. Grace, “Microsilica in concrete, Materials Science of Concrete”, Westerville (Ohio), pp. 197-222, 1989.
• [27] P. Bendz and J. Garboczi, “Simulation studies of the effects of mineral admixtures on the cement paste-aggregate interfacial zone”, ACI Materials Journal, vol. 88, no. 8, pp. 518-529, 1991.
• [28] N. Feng, G. Li, and X. Zang, “High-strength and flowing concrete with a zeolitic mineral admixture”, Cement, Construction and Aggregates, vol. 12, no. 2, pp. 61-69, 1990.
• [29] L. Dvorkin, O. Dvorkin, and Y. Ribakov, “Mathematical experiments planning in concrete technology”, Nova Science Publishers: New York, 2011.
• [30] L. Dvorkin, G. Prokopski, and V. Marchuk, A. Huts, “The use of mathematical experiments planning in building materials quality research”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture JCEEA, vol. 66, no. 4/19, pp. 5-16, 2019, DOI: 10.7862/rb.2019.19.