ADDITION OF BLAST-MILL SLAG TO PORTLAND CEMENT AND ITS INFLUENCE ON THERMO-MECHANICAL CHARACTERISTICS OF CEMENT-CONTAINING COMPOSITIONS

Abstract

Blast furnace slag, Portland cement, grinding, exothermic, compressive strength

This article presents experimental results reflecting the influence of ground blast furnace slag content on the physicomechanical properties (bulk and true density, specific surface area, normal consistency, setting time, and compressive strength of cement paste) and the exothermic properties of the binder. This cement was produced by mixing PC Ⅰ Portland cement (S = 382 m²/kg) with ground blast furnace slag (S = 350 m²/kg), the amount of which was adjusted from 0 to 35% of the mixed binder mass. The experiments revealed that the addition of blast furnace slag (35%) to Portland cement reduced the binder's bulk density from 982 to 940 kg/m³, its true consistency from 3.02 to 2.90 g/cm³, and its specific surface area from 382 to 340 m²/kg. The addition of a given amount of ground blast-furnace slag to cement reduces the normal density of the cement paste from 29.5 to 28.7%. Increasing the blast-furnace slag content in the mixed binder (from 0 to 35%) leads to an increase in the setting time of the cement paste: from 3:00 to 4:30 hours, and from 4:50 to 7:10 hours. Increasing the amount of ground blast-furnace slag in the binder leads to a decrease in exothermic heating from 45.6°C (no blast-furnace slag) to 31°C (35% blast-furnace slag in the mixed binder).

These results indicate that the addition of blast-furnace slag to Portland cement reduces the strength of the cement paste for all specified curing periods. It should be noted that with increasing age of the cement stone (from 3 to 28 days), the difference in strength between cement without additives (no blast furnace slag) and cement with blast furnace slag (35%) decreases. This can be explained by the hydration activity of blast furnace slag.

1. Сторчай Н.С., Савін Ю.Л., Волнянська І.П. Науково-технічне обґрунтування використання мінеральних дисперсних систем техногенного походження. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. 2020. Вип. 38.  С. 277-282.

Storchai N.S., Savin Yu.L., Volnianska I.P. Naukovo-tekhnichne obgruntuvannia vykorystannia mineralnykh dyspersnykh system tekhnohennoho pokhodzhennia. Resursoekonomni materialy, konstruktsii, budivli ta sporudy.  2020.  Vyp. 38.  S. 277-282.

2. Саницький М.А., Кропивницька Т.П., Гев' юк У. М. Швидкотверднучі клінкер-ефективні цементи та бетони. Монографія. Львів: ТОВ Простір-М, 2021, 206с.

Sanytskyi M.A., Kropyvnytska T.P., Hev' yuk U. M. Shvydkotverdnuchi klinker-efektyvni tsementy ta betony. Monohrafiia. Lviv: TOV Prostir-M, 2021, 206s.

3. Дворкін Л.Й. та інші Ефективні технології бетонів та розчинів із застусуванням техногенної сировини/ Л.Й. Дворкін, В.В. Житковський, В.В. Марчук, Ю. Стасюк, М.М. Скрипник. Монографія. Рівне: НУВГП, 2017, 424с.

Dvorkin L.Y. ta inshi Efektyvni tekhnolohii betoniv ta rozchyniv iz zastusuvanniam tekhnohennoi syrovyny/ L.Y. Dvorkin, V.V. Zhytkovskyi, V.V. Marchuk, Yu. Stasiuk, M.M. Skrypnyk. Monohrafiia. Rivne: NUVHP, 2017, 424s

4. Kožul N. et al. Influence of ultrafine mineral additives on the durability of concrete. Materials. 2019. Vol. 12(8). P. 1313.

5. Barabasch I.V., Babiy I.M., Streltsov K.O. Intensive separate technology and its influence on the properties of cement -Water compositions, solutions and concretes on their basis // Modern con struction and architecture, Issue N2. Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, 2022. P. 44-51. https://doi.org/10.31650/2786-6696-2022-2-44-51

6. Русин Б.Г. Високофункціональні бетони на основі портландцементів, модифікованих ультрадисперсними мінеральними добавками: авторец. дис. на здобуття наук. ст. к.т.н. за спец. 05.23.05/ НУ «Львівська політехніка». Львів. 2014. 21с.

Rusyn B.H. Vysokofunktsionalni betony na osnovi portlandtsementiv, modyfikovanykh ultradyspersnymy mineralnymy dobavkamy:  avtorets. dys. na zdobuttia nauk. st. k.t.n. za spets. 05.23.05/ NU «Lvivska politekhnika». Lviv. 2014. 21s.

7. Gots, Volodimir & Rudenko, Igor & Lastivka, Oles & Volinska, E.V. Роль хімічних добавок у формуванні властивостей лужних цементів. Кераміка: наука і життя. 2017. Вип. 3(36). С. 5-14. https://doi.org/10.26909/csl.3.2017.1

8. Gots, Volodimir & Rudenko, Igor & Lastivka, Oles & Lakusta, Sergei & Volinska, E.V. Особливості формування порової структури бетону на основі лужного цементу. Будівельне виробництво. 2017. Вип. 63(1). С. 20-27.

9. Rudenko, Igor & Kryvenko, Pavlo & Gots, Volodimir & Runova, Rayisa & Lastivka, Oles. Features of Alkali-Activated Slag Portland Cement. Conference: 1-st Intern. Conf. On the Chemistry of Construction MaterialsAt: Berlin, Germany. 2013. P. 453-456.

10. Fang, Yonghao & Lu, Zheng & Wang, Zhong. FT-IR Study on Early-Age Hydration of Alkali-Activated Slag Cement. Key Engineering Materials. 2011. Vol. 492. P. 429-432. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.492.429

11. Newlands, Katrina & Macphee, Donald. The reactivity of aluminosilicate glasses in cements – effects of Ca content on dissolution characteristics and surface precipitation. Advances in Applied Ceramics. 2017. Vol. 116. P. 1-9. https://doi.org/10.1080/17436753.2017.1299986