Influence of temperature on hydration and microstructure properties of limestone-calcined clay blended cement

مقدمه

این مطالعه به بررسی تأثیر دما بر هیدراتاسیون و ساختار میکروسکوپی سیمان‌های کم‌کلینکر، به‌ویژه سیمان LC3 و CC در مقایسه با سیمان OPC می‌پردازد. نتایج نشان می‌دهند که تفاوت‌های قابل‌توجهی در مقاومت فشاری در روز 28 در نمونه‌های عمل‌آوری‌شده در دماهای 27 درجه سلسیوس و 50 درجه سلسیوس برای سیمان‌های کم‌کلینکر مشاهده شده است.

• در دمای بالاتر، میزان فازهای اتترینگیت و کربوآلومینات در LC3 کاهش می‌یابد.
• دماهای بالاتر منجر به تشکیل غیر یکنواخت فاز C-A-S-H (هیدرات کلسیم آلومینو سیلیکات) در LC3 می‌شود که به دلیل عدم یکنواختی در چگالی و اختلاط غیر یکنواخت است.
• در حالی که دماهای بالاتر چگالی C-S-H در OPC و CC را افزایش می‌دهند، تأثیر آن بر LC3 به‌طور واضح مشخص نیست.
• هیدراتاسیون سیمان کلینکر در LC3 و CC در دمای 50 درجه سلسیوس به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد که این امر تأثیر منفی بر مقاومت فشاری دارد.

اصطلاحات کلیدی

• مواد سیمانی تکمیلی (SCMs): شامل خاکستر بادی، سرباره و خاک رس کلسینه که به بهبود عملکرد و پایداری زیست‌محیطی کمک می‌کنند.
• دمای عمل‌آوری: دمای عمل‌آوری تأثیر زیادی بر ویژگی‌های هیدراتاسیون و خواص مکانیکی مخلوط‌های سیمانی دارد.

برنامه آزمایشی

• مواد مورد استفاده: سیمان کلینکر، خاک رس، سنگ آهک، سرباره و خاکستر بادی که از مناطق مختلف هند تأمین شده است.
• نمونه‌ها با افزودن مقادیر مختلف ژیپس برای بررسی تأثیر محتوای سولفات آماده شدند.
• دمای عمل‌آوری در دو شرایط 27 درجه سلسیوس (استاندارد) و 50 درجه سلسیوس انجام شد.

روش‌های آزمایش

1. حرارت هیدراتاسیون: با استفاده از کالری‌متر ایزوترمال برای تعیین جریان حرارت هیدراتاسیون اندازه‌گیری شد.
2. آزمایش‌های مقاومت فشاری: بر روی مکعب‌های ملات در فواصل مشخص (3، 7، و 28 روز) انجام شد.
3. میکروسکوپی الکترونی: برای بررسی میکروسکوپی و معدنی نمونه‌های ملات استفاده شد.
4. تفرق پرتو ایکس (XRD): برای تعیین میزان فازهای هیدراته شده.
5. پورومتری تزریق جیوه (MIP): برای تجزیه و تحلیل ساختار منافذ نمونه‌ها.
6. طیف‌سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDS): برای بررسی ترکیب عناصر موجود در نمونه‌ها.

نتایج

• تحلیل هیدراتاسیون: LC3 دارای دوره القای کوتاه‌تری نسبت به OPC است، با مقادیر اوج حرارت مشابه.
• توسعه مقاومت: مقاومت ملات در دمای 50 درجه سلسیوس کمتر از دمای 27 درجه سلسیوس است، که به‌ویژه در LC3 با 5 درصد ژیپس مشاهده می‌شود.
• درجه هیدراتاسیون: هیدراتاسیون فاز کلینکر در LC3 در دمای بالا کندتر انجام می‌شود که بر مقاومت تأثیر منفی دارد.
• تغییرات فازها: آنالیز XRD تغییراتی در محتوی اتترینگیت و کربوآلومینات با دمای عمل‌آوری نشان داد.
• مشاهدات میکروسکوپی: تصاویر SEM تغییرات زیادی در ساختار میکروسکوپی در دماهای بالا به‌ویژه در LC3 نشان می‌دهد.

نتیجه‌گیری‌ها

1. افت مقاومت فشاری در LC3 در دماهای بالا عمدتاً به دلیل کند شدن هیدراتاسیون کلینکر و کاهش تشکیل فازهای اتترینگیت و کربوآلومینات است.
2. C-A-S-H در LC3 بیشتر به‌صورت یکنواخت و همگن توزیع می‌شود، اما در دمای 50 درجه سلسیوس این ساختار غیر یکنواخت شده و منجر به منافذ درشت‌تری می‌شود.
3. دماهای بالاتر باعث جذب بیشتر آلومینیوم در C-A-S-H می‌شوند که به سطح بالاتری از پلیمریزاسیون منجر می‌شود و ممکن است به هیدراتاسیون بیشتر کمک نکند.
4. اثرات مضر افزودن ژیپس بر تشکیل فازهای کربوآلومینات در دماهای بالا مشاهده شد.