Efektywność transportu jonów chlorkowych w betonie zawierającym kruszywo z recyklingu poddanym cyklicznemu zamrażaniu i rozmrażaniu w obecności soli

Jin, Kairong; Zhang, Xiaojing; Wang, Dezhi; Wang, Jian

doi:10.32047/CWB.2024.29.4.2

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Efektywność transportu jonów chlorkowych w betonie zawierającym kruszywo z recyklingu poddanym cyklicznemu zamrażaniu i rozmrażaniu w obecności soli

Autorzy

Jin Kairong , Zhang Xiaojing , Wang Dezhi , Wang Jian

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://www.cementwapnobeton.pl/

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2024.29.4.2

Warianty tytułu

Performance of the chloride ions transport in recycled concrete via salt-freezing coupling

Języki publikacji

PL EN

Abstrakty

Cykliczne zamrażanie i rozmrażanie w obecności soli to jeden z podstawowych czynników wpływających na trwałość betonu z kruszywem z recyklingu. Zbadanie efektywności transportu jonów chlorkowych w betonie zawierającym kruszywo pochodzące z przetwarzania odpadów betonowych jest kluczowe dla określenia odporności tego typu betonów na korozję chlorkową. Celem niniejszej pracy było zbadanie zjawisk migracji i wiązania jonów chlorkowych w betonie z recyklingu narażonym na korozję mrozową w środowisku soli. Mikrostrukturę betonu z recyklingu oceniono z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej [SEM], a proces migracji jonów chlorkowych zasymulowano z wykorzystaniem oprogramowania komputerowego COMSOL. Wyniki wskazują, że w przypadku betonów z kruszywem z recyklingu poddanych badaniu mrozoodporności w 3% roztworze NaCl, uszkodzenia wynikające z korozji mrozowej są poważniejsze niż w przypadku próbek zanurzonych w wodzie. Zawartość wolnych jonów chlorkowych w betonach z recyklingu poddanych cyklicznemu zamrażaniu i rozmrażaniu w wodzie w minimalnym stopniu zależała od zawartości popiołu lotnego [NF] i stopnia zastąpienia naturalnego kruszywa grubego [NCA] kruszywem grubym pochodzącym z recyklingu [RCA]. Gdy cykle zamrażania i rozmrażania prowadzono w 3% roztworze NaCl, zwiększenie zawartości popiołu lotnego w mieszance przy stałym udziale kruszywa RCA skutkowało najpierw zmniejszeniem, a następnie wzrostem zawartości wolnych jonów chlorkowych oraz zdolności wiązania jonów chlorkowych w betonie. Beton z recyklingu zawierający w spoiwie 15% popiołu lotnego [NF] cechował się lepszą odpornością na korozję mrozową w obecności soli od betonu pozbawionego popiołu NF oraz betonu zawierającego ultradrobny popiół lotny [SF]. Wraz ze wzrostem udziału kruszywa z recyklingu, zawartość wolnych jonów chlorkowych wzrastała, a odporność na korozję chlorkową betonu z recyklingu ulegała pogorszeniu. Korzystając z drugiego prawa Ficka, współczynnik dyfuzji jonów chlorkowych obliczono za pomocą oprogramowania MATLAB, a następnie w programie COMSOL dokonano symulacji, która dobrze odzwierciedla mechanizm dyfuzji chlorków w betonie z recyklingu.

Salt-freezing coupling is one of the main factors affecting the durability of recycled concrete. Investigating the chloride ion transport performance in recycled concrete containing recycled aggregate is essential to clarify the resistance of recycled concrete to chloride ion erosion due to the use of recycled aggregate produced from waste concrete. The objective of this paper is to investigate the migration behaviors and binding characteristics of chloride ions in recycled concrete, which were exposed to the salt-freezing coupling environment. The microstructure of the recycled concrete was conducted through scanning electron microscope (SEM), while the process of chloride ions migration was simulated by COMSOL software. The results indicated that the degree of recycled concrete, prepared by recycled coarse aggregate [RCA] and different particle size fly ash [NF], frost damage was higher in a 3 % NaCl solution compared to water. The contents of free chloride ions in recycled concrete subjected to freezing-thawing [F-T] cycle in water was minimally influenced by the NF content or the replacement rate of RCA. Under F-T conditions in a 3 % NaCl solution, increasing the NF content at the same replacement rate of RCA results in a decreasing-then-increasing trend in both the free chloride ion content and the chloride ion binding capacity in the concrete. Recycled concrete containing 15 % NF had a superior salt frost resistance compared to recycled concrete without NF or with ultrafine fly ash [SF]. With the replacement rates of RCA increasing, the contents of free chloride ions rose, the salt resistance of recycled concrete decreased. Using Fick’s second law, the chloride ion diffusion coefficient was calculated using MATLAB, and COMSOL software simulation accurately portrayed the diffusion state of free chloride ions in the recycled concrete.

Słowa kluczowe

beton recyklingowy zamrażanie roztwór soli zawartość jonów jon chlorkowy zdolność wiązania symulacja COMSOL

recycled concrete salt freezing chloride ion ion content binding capacity COMSOL simulation

Wydawca

Fundacja Cement, Wapno, Beton

Czasopismo

Cement Wapno Beton

Rocznik

2024

Tom

R. 29, nr 4

Strony

265--284

Opis fizyczny

Bibliogr. 25 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jin Kairong

School of Civil & Water Conservancy Engineering, Ningxia University, Yinchuan, Ningxia, PR China
Engineering Research Center for Efficient Utilization of Modern Agricultural Water Resources in Arid Regions, Ministry of Education, Yinchuan, Ningxia, PR China
Ningxia Center for Research on Earthquake Protection and Disaster Mitigation in Civil Engineering, Yinchuan, Ningxia, PR China
Engineering Technology Research Center of Water-Saving and Water Resource Regulation in Ningxia, Yinchuan, Ningxia, PR China

autor

Zhang Xiaojing

School of Civil & Water Conservancy Engineering, Ningxia University, Yinchuan, Ningxia, PR China
Engineering Research Center for Efficient Utilization of Modern Agricultural Water Resources in Arid Regions, Ministry of Education, Yinchuan, Ningxia, PR China
Ningxia Center for Research on Earthquake Protection and Disaster Mitigation in Civil Engineering, Yinchuan, Ningxia, PR China
Engineering Technology Research Center of Water-Saving and Water Resource Regulation in Ningxia, Yinchuan, Ningxia, PR China

autor

Wang Dezhi

wangdzh@nxu.edu.cn

School of Civil & Water Conservancy Engineering, Ningxia University, Yinchuan, Ningxia, PR China
Engineering Research Center for Efficient Utilization of Modern Agricultural Water Resources in Arid Regions, Ministry of Education, Yinchuan, Ningxia, PR China
Ningxia Center for Research on Earthquake Protection and Disaster Mitigation in Civil Engineering, Yinchuan, Ningxia, PR China
Engineering Technology Research Center of Water-Saving and Water Resource Regulation in Ningxia, Yinchuan, Ningxia, PR China

autor

Wang Jian

Engineering Research Center for Efficient Utilization of Modern Agricultural Water Resources in Arid Regions, Ministry of Education, Yinchuan, Ningxia, PR China
Ningxia Center for Research on Earthquake Protection and Disaster Mitigation in Civil Engineering, Yinchuan, Ningxia, PR China
Engineering Technology Research Center of Water-Saving and Water Resource Regulation in Ningxia, Yinchuan, Ningxia, PR China

Bibliografia

1. T. Li, M. P. Jiao, H. Fu, P. G. Wang, H. T. Zhao, W. Q. Zuo. Effect of magnesia expansion agent with different activity on mechanical property, autogenous shrinkage and durability of concrete. Constr. Build. Mater. 335, (2022). https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2022.127506
2. Y. Yu, J. Wang, N. H. Wang, C. J. Wu, X. J. Zhang, D. Z. Wang, Z. P. Ma. Combined Freeze-Thaw and Chloride Attack Resistance of Concrete Made with Recycled Brick-Concrete Aggregate. Materials. 14(23), 7267 (2021). https://doi.org/10.3390/MA14237267
3. H. Fu, L. Tian, P. G. Wang, W. Q. Zuo, T. J. Zhao, X. F. Han. Microstructure, deformation and durability of high-strength non-steam-cured concrete with C-S-H seed. Constr. Build. Mater. 374, 130953 (2023). https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2023.130953
4. M. N. Haque, O. A. Kayyali. Free and water soluble chloride in concrete. Cem. Concr. Res. 25(3), 531-542 (1995). https://doi.org/10.1016/0008-8846(95)00042-B
5. B. Gérard, J. Marchand. Influence of cracking on the diffusion properties of cement-based materials. Cem. Concr. Res. 30(1), 37-43 (2000). https://doi.org/10.1016/S0008-8846(99)00201-X
6. L. Li, S. J. Ding, J. P. Li, H. Li. Chloride ion erosion experiment of concrete members under different environmental conditions. J. Harbin Inst. Techn. 12, 0367-6234, (2016). https://doi.org/10.11918 /j.issn.0367-6234.2016.12.003
7. T. U. Mohammed, H. Hamada. Relationship between free chloride and total chloride contents in concrete. Cem. Concr. Res. 33, 1487-1490, (2003). https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00065-6
8. E. P. Kearsley, P. J. Wainwright. The effect of porosity on the strength of foamed concrete. Cem. Concr. Res. 32(2), (2002). https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00665-2
9. T. Cheewaket, C. Jaturapitakkul, W. Chalee. Long term performance of chloride binding capacity in fly ash concrete in a marine environment. Constr. Build. Mater. 24(8), 1352-1357 (2009). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2009.12.039
10. R. Somna, C. Jaturapitakkul, A. M. Amde. Effect of ground fly ash and ground bagasse ash on the durability of recycled aggregate concrete. Cem. Concr. Comp. 34(7), 848-854 (2012). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2012.03.003
11. A. Lotfy, M. Al-Fayez. Performance evaluation of structural concrete using controlled quality coarse and fine recycled concrete aggregate. Cem. Concr. Comp. 61, 36-43 (2015). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2015.02.009
12. M. Limbachiya, M. S. Meddah, Y. Ouchagour. Use of recycled concrete aggregate in fly-ash concrete. Constr. Build. Mater. 27(1), 439-449 (2011). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.07.023
13. C. Zou, G. C. Long, C. Ma, Y. J. Xie. Effect of subsequent curing on surface permeability and compressive strength of steam-cured concrete. Constr. Build. Mater. 188, 424-432 (2018). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.08.076
14. G. Lin, Y. H. Liu, Z. H. Xiang. Numerical modeling for predicting service life of reinforced concrete structures exposed to chloride environments. Cem. Concr. Comp. 32(8), 571-579 (2010). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2010.07.012
15. L. Wei, Y. Q. Li, L. P. Tang, X. Feng. Modelling analysis of chloride redistribution in sea-sand concrete exposed to atmospheric environment. Constr. Build. Mater. 274, 121962 (2021). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121962
16. J. Xia, K. Y. Chen, S. T. Hu, J. J. Chen, R. J. Wu, W. L. Jin. Experimental and numerical study on the microstructure and chloride ion transport behavior of concrete-to-concrete interface. Constr. Build. Mater. 367, 130317 (2023). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130317
17. Y. Zhou, D. S. Hou, J. Y. Jiang, P. G. Wang. Chloride ions transport and adsorption in the nano-pores of silicate calcium hydrate: Experimental and molecular dynamics studies. Constr. Build. Mater. 126, 991-1001 (2016). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.110
18. F. Corvo, T. Perez, L. R. Dzib, Y. Martin, A. Castañeda, E. Gonzalez, J. Perez. Outdoor-indoor corrosion of metals in tropical coastal atmospheres. Corros. Sci. 50(1), 220-230 (2007). https://doi.org/10.1016/j.corsci.2007.06.011
19. S. Sadati, M. Arezoumandi, M. Shekarchi. Long-term performance of concrete surface coatings in soil exposure of marine environments. Constr. Build. Mater. 94, 656-663 (2015). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.07.094
20. X. K. Guo, C. S. Xiong, Z. Q. Jin, B. Pang. A review on mechanical properties of FRP bars subjected to seawater sea sand concrete environmental effects. J. Build. Eng. 58, 105038 (2022). https://doi.org/10.1016/J.JOBE.2022.105038
21. J. Z. Xiao, W. G. Li, Z. H. Sun, David A. Lange, Surendra P. Shah. Properties of interfacial transition zones in recycled aggregate concrete tested by nanoindentation. Cem. Concr. Comp. 37, 276-292 (2013). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.01.006
22. H. L. Chang, X. L. Wang, Y. L. Wang, C. C. Li, Z. K. Guo, S. Y. Fan, H. Z. Zhang, P. Feng. Chloride binding behavior of cement paste influenced by metakaolin dosage and chloride concentration. Cem. Concr. Comp. 135(135), 104821 (2023). https://doi.org/10.1016/J.CEMCONCOMP.2022.104821
23. Y. Elakneswaran, T. Nawa, K. Kurumisawa. Electrokinetic potential of hydrated cement in relation to adsorption of chlorides. Cem. Concr. Res. 39(4), 340-344 (2009). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.01.006
24. Q. C. Zhang, D. J. Huang, X. P. Zhang, L. Y. Lin, Z. W. Wang, W. J. Tang, X. H. Qiang. Improving the properties of metakaolin/fly ash composite geopolymers with ultrafine fly ash ground by steam-jet mill. Constr. Build. Mater. 387, 131673 (2023). https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2023.131673
25. W. H. Liu, H. M. Zhu, X. Z. Wu , Y. F. Wan , W. K. Zheng, H. Li. Comparative study on the performance of ultra-fine fly ash prepared by different techniques in Portland cement and alkali-activated material. Constr. Build. Mater. 397, 132362 (2023). https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2023.132362

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-c5e2aa0d-4a5d-493e-946d-d87ec202271d