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フライアッシュを組み込んだセメント系の新鮮、硬化、耐久性特性に対する長時間の混合プロセスの影響

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フライアッシュを組み込んだセメント系の新鮮、硬化、耐久性特性に対する長時間の混合プロセスの影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6091 (2023) この記事を引用 1058 アクセス 3 引用 メトリクスの詳細 システム パフォーマンスに対応する仕様により、追加の機能が保証される場合があります

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6091 (2023) この記事を引用

1058 アクセス

3 引用

メトリクスの詳細

システムのパフォーマンスに応じた仕様により、付加価値が保証される場合があります。 生コンクリートのほとんどの仕様では、排出時間とトラックのドラム回転数の制限が規定されています。 これらの制限は、従来のコンクリートに対して定められています。 補助セメンティング材料 (SCM) の使用が普及するにつれて、これらの仕様が SCM、つまりフライアッシュを含むシステムに適用できるかどうかを判断することが重要です。 この論文では、20% および 50% のフライアッシュを含む実験室で製造されたペーストおよびモルタルの特性に対する混合時間およびミキサーの回転数の影響の結果を示します。 評価される特性には、時間変化するイオン濃度、硬化時間、流量、圧縮強度、気孔率、および見かけの塩化物拡散係数が含まれます。 結果は、混合時間とミキサーの回転数が増加すると、フライアッシュを置き換えた混合物は新鮮な特性と硬化した特性の両方が改善されることを示しています。 60 分間混合または 25,505 回転数で混合した場合、20% および 50% のフライアッシュを含む混合物の 28 日間圧縮強度は、ニート セメントより 50% ～ 100% 高くなります。 フライアッシュは、セメント系の長期混合プロセスに採用することが提案されています。

フライアッシュは、発電に使用される石炭燃焼プロセスのポゾラン副産物です。 現在、石炭の燃焼プロセスは米国の総エネルギー生成量のおよそ 50 ～ 55% を占めています 1,2。 この操作の副産物の約 75% は飛灰 3、4、5 です。 その結果、世界規模で年間 5 億トンから 5 億 5,000 万トンの飛灰が生産されると予測されています 6,7。 農業、セメントおよびコンクリート産業など、多くの分野でフライアッシュが使用されています。 セメントおよびコンクリート産業でフライアッシュを使用すると、水和製品の性能特性が向上することがわかっています8、9。 フライアッシュは現代のコンクリート複合材料の製造に主に使用されており、ナノ材料 10、四元および三元バインダー 11、12、13、活性シード 14、15 など、この分野での新しい革新的なソリューションにつながります。 新しい革新的なソリューションは、さまざまな用途に合わせてカスタマイズされたコンクリート製品を提供できます。 しかし、発電所から収集された飛灰の 70 パーセント以上は使用されておらず、これが処理に深刻な課題をもたらしています 16,17。 石炭火力発電施設では飛灰の処理により余分な出費が発生します。 年間コストは約 12 億ドルになると予想されます18。 したがって、フライアッシュの使用を拡大するためのさらなる研究と革新が、特にセメントおよびコンクリート分野で必要とされています。 これにより、廃棄コストが削減されるだけでなく、コンクリート混合物の性能特性も向上する可能性があります。

コンクリートは、水に次いで世界で 2 番目に頻繁に利用されている物質です19。 環境への懸念から、セメントおよびコンクリート部​​門からの CO2 排出を制限するための多大な努力が行われてきました。 しかしながら、これらの事業からのCO2排出量は依然として著しく高く、さらなる努力が必要です。 米国石炭灰協会 (ACAA)20 は、フライアッシュをコンクリートの補助セメンティング材料 (SCM) 源として使用すると、米国だけで CO2 排出量を年間 10 ～ 14 トン削減できると試算しています。 フライアッシュの部分的な代替は、CO2 排出量を削減して持続可能性を促進できるだけでなく、コンクリートの製造やフライアッシュの処分に関連する費用も削減します。 連邦道路局 (FHWA) の規則は、飛灰を含むコンクリート システムを奨励しています。 これは、フライアッシュ コンクリートの価格がポルトランド セメント コンクリート (PCC) の価格と同等かそれよりも低い場合に特に当てはまります21。 したがって、特定の混合物においてすべてのセメントをフライアッシュに置き換えるべきではありません。 環境的および経済的利点に加えて、ポルトランドセメント (PC) をフライアッシュに置き換えることにより、水和製品の新鮮な特性と硬化性能が向上することが認識されています。 ポゾラン材料として、水酸化カルシウム (Ca(OH2)) が反応して、強度 (CS-H) を高めるケイ酸カルシウム水和物を生成することがあります。 これらの水和物により、緻密な界面遷移帯（ITZ）が形成され、セメントペーストと骨材の界面にコンクリート微細構造が改善されます22、23。 したがって、フライアッシュを組み込んだコンクリートシステムの性能は、生コンクリートを含む従来のコンクリートシステムよりも優れている可能性があります。

 0.05), it is concluded that there is no statistically significant difference at the 5% level between the means of group populations./p> 0.05)./p> 0.05). In addition, the 7-day fc of the control systems does not have a significant effect by mixing time (ANOVA p-value > 0.05); however, the 7-day fc of the 20% and 50% fly ash does (ANOVA p-value < 0.05)./p> 0.05). Results also reveal that significant increase in porosity should only relate to the control mix. Increased percent replacement level of fly ash results in higher porosity. Figure 8b shows that increasing the mixer revolution counts at lower revolutions (less than approximately 3000) results in a significant increase in porosity (ANOVA test with p-value = 0.013). However, increasing the mixer revolution counts at higher revolution counts (more than approximately 3000) has less influence on the porosity of mixtures (ANOVA test p-value > 0.05). The porosity of the systems containing fly ash does not exhibit this effect like the control system./p> 0.05). The control system exhibits higher Da than the systems containing fly ash (ANOVA p-value = 0.026). Consequently, only the influence of material components influences corrosion resistance, not mixing activities. It is common knowledge that adding fly ash to cement systems can result in a denser microstructure and reduced porosity at later ages. This is because pozzolanic reactions (reaction between CaO and S to form C-S–H products) progress at later ages47,48. Golewski47 mentioned that the homogenous and uniform structure of the portland cement system containing FA was seen after 14-day curing period, which resulted from the transformation of disordered phases into compact and homogenous forms and the filling of porous voids of C-S–H phase. Sabet et al.49 reported that the presence of fly ash in the cementitious systems can react with Ca(OH)2 to produce C-S–H products and also bind chloride ions by the aluminate phases during chloride exposed period. These lead to reduced transport rates, and finally the service life of concrete structure can be extended./p>