Research on the structure formation processes in the system «Blast furnance slag - wastepaper sludge ash»

Abstract

Цементна промисловість є одним із основних джерел викидів вуглекислого газу – вона продукує близько 7 % від усіх викидів парникових газів. Щоб усунути вплив на навколишнє середовище, пов’язаний із виробництвом цементу, потрібно розробити альтернативні в’яжучі речовини, щоб бетонна промисловість стала стійкою в екологічному сенсі. Традиційно з цією метою до складу портландцементу вводять доменні гранульовані шлаки. Використання термооброблених відходів паперопереробки є новим перспективним напрямом економії паливо-енергетичних та природних ресурсів під час виробництва цементу і бетону, що передбачає зменшення частки клінкеру в цементі за рахунок заміни частини цементу додатковими цементуючими матеріалами. Під час дослідження ефективності використання термоактивованих відходів як додаткових цементуючих матеріалів вивчено властивості композиційних систем з різним співвідношенням доменного гранульованого шлаку та термоактивованих відходів. Результати фізико-механічних випробувань зразків композиційної системи “ДГШ – ТАВ” показали, що найвищої ранньої міцності – 2,23 МПа на згин та 7,6 МПа на стиск досягають зразки із максимальним вмістом ТАВ – 70 мас. %. Це пояснюється швидкою гідратацією алюмінатних фаз у складі ТАВ, що забезпечує міцність під час раннього структуроутворення. Проте найвищими показниками міцності як на стиск (38,3 МПа), так і, особливо, на згин (4,6 МПа) у пізні терміни гідратації, коли переважає гідросилікатний тип тверднення, характеризуються зразки зі співвідношенням ДГШ : ТАВ=70 : 30. Дослідження фазового складу розробленої композиційної системи свідчать про утворення гідросилікатів CSH(B), а також гідроалюмінатів кальцію C4AH13, які, взаємодіючи з гіпсом, що входить до складу ТАВ, утворюють гідросульфоалюмінат кальцію C3A∙3CaSO4∙32H2O вже в початковий період гідратації.

Concrete production is one of the largest consumers of natural non-metallic materials. To mitigate the environmental impact associated with cement production The use of wastepaper sludge ash (WSA) from paper recycling is a new promising direction for saving fuel, energy, and natural resources in cement and concrete production, aimed at reducing the proportion of clinker in cement by replacing part of the cement with supplementary cementitious materials. This approach aligns with the priority principles of uniform and sustainable industry development aimed at creating environmentally friendly, low-energy-consuming technologies. This study is dedicated to investigating the properties of composite systems with different proportions of blast furnace granulated slag and wastepaper sludge ash. Test results show that samples with 70% WSA achieve the highest early strength (2.23 MPa flexural, 7.6 MPa compressive). Later, samples with a 70:30 BFS:TAW ratio exhibit the highest strength (38.3 MPa compressive, 4.6 MPa flexural) due to predominant hydro silicate hydration. The composite system forms CSH(B) hydro silicates and calcium hydro aluminate C4AH13, reacting with WSA gypsum to form calcium hydro sulpho aluminate C3A∙3CaSO4∙32H2O during initial hydration.