Φυσικοχημικές μετρήσεις κονιαμάτων με σκωρία ηλεκτροκαμίνων παραγωγής σιδηρονικελίου και φυσικής ποζολάνης

Abstract

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η σκωρία ηλεκτροκαμίνων από παραγωγή σιδηρονικελίου, ως συστατικό του τσιμέντου. Η σκωρία ηλεκτροκαμίνου παραγωγής σιδηρονικελίου παράγεται ως παραπροϊόν από την μεταλλουργική βιομηχανία. Η ανάγκη αξιοποίησης της προκύπτει από τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι μεταλλουργικές βιομηχανίες στην απόθεση και διάθεση της. Λόγω του τρόπου παραγωγής της , είναι άμορφο υλικό και πλούσιο σε ενεργό SiO2 (40,7%), το οποίο αντιδρώντας με το Ca(OH)2 , το καθιστά ένα ποζολανικό υλικό, ικανό να χρησιμοποιηθεί ως συστατικό στο τσιμέντο. Πιο συγκεκριμένα, εξετάζεται , με δύο τρόπους, η δυνατότητα αντικατάστασης φυσικής ποζολάνης από τη συγκεκριμένη σκωρία. Ο πρώτος τρόπος περιλαμβάνει την εξέταση της συμπεριφοράς των δύο υλικών όταν συνυπάρχουν σε μία σύνθεση τσιμέντου. Για το σκοπό αυτό παρασκευάσθηκε μία σύνθεση με 100% CEM I 42,5 και συνθέσεις με υποκατάσταση 5%, 10%, 15% του τσιμέντου CEM I 42,5, από σκωρία και φυσική ποζολάνη (ισομερώς). Ο δεύτερος τρόπος εξετάζει την ικανότητα της σκωρίας Η/Κ σε σύγκριση με μία φυσική ποζολάνη. Για αυτή τη διερεύνηση, παρασκευάστηκαν συνθέσεις με ίδια ποσοστά υποκατάστασης 5, 10, 15% του τσιμέντου CEM I 42,5 για το κάθε υλικό ξεχωριστά. Για να στηριχθεί αυτή η κατεύθυνση εξετάστηκαν οι φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες των συνθέσεων που περιέχουν υποκατάσταση και από τα δύο υλικά , τόσο με κριτήριο αναφοράς το καθαρό τσιμέντο, όσο και με άμεση σύγκριση με τα αντίστοιχα ποσοστά υποκατάστασης των συνθέσεων με το κάθε υλικό ξεχωριστά. Σε κάθε σύνθεση έγιναν μετρήσεις των αντοχών θλίψης σε 28, 56 και 90 ημέρες. Ειδικότερα στις συνθέσεις με 5% και 10% υποκατάσταση, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις σε κονιάματα που αφορούν στη διείσδυση χλωριόντων στην ηλικία 28 ημερών. Για την μελέτη της ενυδάτωσης και της μικροδομής στις 28 μέρες έγιναν μετρήσεις περίθλασης ακτινών Χ (XRD), θερμικής ανάλυσης, ποροσιμετρίας υδραργύρου και υπέρυθρης φασματομετρίας μετασχηματισμού Fourier (FTIR). Βάσει των αποτελεσμάτων, η σκωρία Η/Κ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συστατικό του τσιμέντου όπως χρησιμοποιείται η φυσική ποζολάνη, καθώς παρουσίασε την ίδια ικανότητα με τη φυσική ποζολάνη, στα αντίστοιχα ποσοστά υποκατάστασης. Η σκωρία Η/Κ με τη παρουσία φυσικής ποζολάνης στη σύνθεση, δεν απέδωσε τα αντίστοιχα αποτελέσματα που απέδωσε το κάθε υλικό ξεχωριστά.

This diploma thesis examines the utilization of electric arc furnace slag (E.A.F.S.) from the ferro-nickel industrial production, as a constituent of cement. This slag comes as a byproduct made during the manufacturing process in metallurgical industry. The need of slag utilization arises from storage and distribution problems that metallurgical industries are faced with this particular byproduct. Because of it’s production method, the material is amorphous and enriched by active SiO2 (40,7%) which whenever reacts with Ca(OH)2 is transformed into a pozzolanic material, being able to be used as a cement’s constituent. Specifically, what is thoroughly examined, in two different ways, is the ability to replace a natural pozzolan with this particular slag. The first part is to examine the performance of the two materials together at cements compositions. For this purpose, one composition has been produced, made of 100% CEM I 42,5 and others with substitution of 5%, 10%, 15% of cement CEM I 42,5 by slag and natural pozzolan (in equal shares). The second path was to examine the abilities of this slag compared with a natural pozzolan. So for the study of this characteristics, compositions have been produced with each material to substitute CEM I 42,5 in percentage 5,10,15%. In order to support the above methodology, physiochemical & mechanical properties have been examined for the compositions which contain substitute from both materials, referring on one hand to “pure” cement and on the other hand each element’s direct comparison with relevant substitution percentages of compositions. In every composition, measurements have been implemented on mechanical compressive strength at the age of 28, 56 and 90 days. Furthermore, for the compositions having 5 and 10% substitution, measurements took place for chloride penetration at the age of 28 days. For the examination of the cement hydration and microstructure at the same age, X-ray Diffraction, Fourier Transform Infared Spectroscopy, thermal analysis and mercury intrusion porosimetry measurements have been used. According to the results, the E.A.F. Slag can be used as a constituent of cement like natural pozzolan is used, because this slag has the same potential like the natural pozzolan, at the same substitution percentages. In the other hand, the mixture of the E.A.F. Slag and natural pozzolan, does not give the same potential as each of them separately.