Designing of alkaline activated cementing matrix of engineered cementitious composites

Abstract

Актуальною проблемою сучасного будівництва є розроблення високофункціональних матеріалів, які характеризуються високою міцністю на стиск та згин, довговічністю, експлуатаційними властивостями для забезпечення стійкості конструкцій. Одним з таких матеріалів є інженерні цементувальні композити (ЕСС) – особливий клас високофункціональних дисперсно-армованих цементних матеріалів. ECC характеризуються утворенням множинних тріщин за навантаження і деформаційних зміцнень під час розтягування. Для забезпечення підвищених властивостей матриця інженерних цементувальних композитів повинна бути запроектована з урахуванням принципів мікромеханіки, що передбачають оптимізацію компонентного складу та мікроструктури матеріалу з урахуванням взаємодії цементної матриці та волокон. Властивостей високоміцної цементної матриці досягають через отримання щільної упаковки частинок. Підвищення експлуатаційних властивостей ЕСС досягається частковою заміною цементу додатковими цементувальними матеріалами, зокрема золою-винесення. Дібрано співвідношення компонентів в’язкого і заповнювача та витрати суперпластифікатора методом ортогонально-центрального композиційного планування. Оптимальне відношення компонентів цемент: зола винесення: пісок становить 1:1:1, а витрата полікарбоксилатного суперпластифікатора – 0,75 % від маси в’язкого. Зниження негативного впливу підвищеної кількості золи-винесення забезпечується введенням метакаоліну та лужного активатора тверднення. Це забезпечує підвищення міцності цементної системи через 1 добу в 1,5 раза, отримання показників її міцності через 28 діб – 66,1 МПа та питомої міцності Rc2/Rc28 = 0,61, що створює можливість ефективного використання портландцементу, зменшення його витрати та зниження негативного впливу на навколишнє середовище.

The development of high-performance materials, which are characterized by high compressive and flexural strength, durability and performance properties, is an urgent problem of modern construction. Engineered cementitious composites are one such material. Improving of properties of composites is achieved by partial replacement of cement with supplementary cementitious materials. The ratio of binder and filler components and superplasticizer consumption were selected. The optimal ratio of cement:fly ash:sand is 1:1:1 and the dosage of polycarboxylate superplasticizer is 0.75 % by weight of the binder. The reduction of the negative impact of the increased amount of fly ash, which is characterized by low reactivity, is provided by the introduction of metakaolin and alkaline hardening activator. Alkaline activated cement system is characterized by increasing of the early strength in 1.5 times comparison with equivalent mixture without alkaline activator. Strength of alkaline activated cementing matrix after 28 days is 66.1 MPa and specific strength Rc2/Rc28 is 0.61.