Roads and Bridges - Drogi i Mosty
22, 2, 2023, 119-139

Wpływ częściowego zastąpienia cementu CEM I 42,5R przez mielony wapień na właściwości zaczynów i zapraw cementowych

Ewelina Tkaczewska Poczta
https://orcid.org/0000-0001-6871-3515
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
Published: 2023-06-30

Streszczenie

Przedmiotem artykułu jest analiza właściwości zaczynu i zaprawy przygotowanych z mieszaniny cementu portlandzkiego CEM I 42,5R (CEM I) i mielonego wapienia (ML) w ilości 5%, 15%, 30%, 35%, 40% i 50% masy spoiwa. Badania właściwości zaczynów cementowych obejmowały ciepło hydratacji, konsystencję normową i początek czasu wiązania. W przypadku zapraw cementowych określono ich wytrzymałość na ściskanie. Ze wzrostem udziału wapienia następuje zmniejszenie szybkości wydzielania ciepła hydratacji. Cement zawierający do 35% ML wykazuje zbliżony czas początku wiązania w stosunku do cementu kontrolnego, natomiast przy udziale 40% i 50% ML czas początku wiązania ulega wyraźnemu skróceniu. Cement z dodatkiem 5% i 15% ML osiąga klasę wytrzymałości 42,5R, natomiast cement z dodatkiem 30% i 35% ML – jedynie klasę wytrzymałości 32,5N. Przy dodatku 40% i 50% ML cement nie spełnia wymagań normy PN-EN 197-1:2012 odnośnie klasy wytrzymałości.


Słowa kluczowe


cement portlandzki, ciepło hydratacji, konsystencja normowa, mielony wapień, początek czasu wiązania, wytrzymałość na ściskanie.

Pełny tekst:

PDF PDF PDF

Bibliografia


PN-EN 197-1:2012 Cement – Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku

Taylor H.F.W.: Cement chemistry. Thomas Telford, London, 1997

Kurdowski W.: Chemia cementu i betonu. Springer, Warszawa, 2010

Andrew R., Peters G.P.: The Global Carbon Project’s fossil CO2 emissions dataset: 2021 release. CICERO Center for International Climate Research, Oslo, 2021

Bjegovic D., Strimer N., Serdar M.: Ecological aspects of concrete production. 2nd International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies, Ancona, 2010, 1483-1492

Müller C.: Środowiskowe i techniczne aspekty stosowania cementów mieszanych w betonach. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 5, 3, 2006, 43-72

Tkaczewska E.: The possibility of use of mixture of siliceous and calcareous fly ash for production of Portland-composite cement type CEM II/B-M (V-W) 52.5. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 19, 4, 2020, 267-282, DOI: 10.7409/rabdim.020.017

Synowiec K.: The influence of fly ash type on properties of cements composites. Engineering Transactions, 63, 2, 2015, 191-201

Giergiczny Z.: Popioły lotne – dodatek mineralny w produkcji cementu i betonu. Materiały Budowlane, 2, 1998, 59-61

Giergiczny Z., Piechówka M.: Wapień głównym składnikiem cementów portlandzkich wieloskładnikowych CEM II/A,B-M. Budownictwo Technologie Architektura, 2, 2011, 72-76

Ali A.H., Kandeel A.M., Ouda A.S.: Hydration characteristics of limestone filled cement pastes. Chemistry and Materials Research, 5, 2013, 68-73

Aqel M., Panesar D.K.: Physical and chemical effects of limestone filler on the hydration of steam cured cement paste and mortar. Revista ALCONPAT, 10, 2, 2020, 191-205, DOI: 10.21041/ra.v10i2.481

Dhandapani Y., Santhanam M., Kaladharan G., Ramanathan S.: Towards ternary binders involving limestone additions – A review. Cement and Concrete Research, 143, 2021, ID article: 106396, DOI: 10.1016/j.cemconres.2021.106396

Briki Y., Zając M., Ben Haha M., Scrivener K.: Impact of limestone fineness on cement hydration at early age. Cement and Concrete Research, 147, 2021, ID article: 106515, DOI: 10.1016/j.cemconres.2021.106515

Panesar D.K., Zhang R.: Performance comparison of cement replacing materials in concrete: Limestone fillers and supplementary cementing materials – A review. Construction and Building Materials, 251, 2020, ID article: 118866, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118866

Batog M., Giergiczny Z.: Wapień w składzie kompozytów cementowych. Materiały Budowlane, 12, 2022, 123-128, DOI: 10.15199/33.2022.12.32

PN-EN 197-5:2021 Cement – Część 5: Cement portlandzki wieloskładnikowy CEM II/C-M i cement wieloskładnikowy CEM VI

Dąbrowski M., Małolepszy J.: Właściwości betonu z cementów żużlowo-wapiennych. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 9, 4, 2010, 5-28

Kumar A., Oey T., Kim S., Thomas D., Badran S., Li J., Fernandes F., Neithalath N., Sant G.: Simple methods to estimate the influence of limestone fillers on reaction and property evolution in cementitious materials. Cement and Concrete Composites, 42, 2013, 20-29, DOI: 10.1016/J.CEMCONCOMP.2013.05.002

Knop A., Peled A., Cohen R.: Influences of limestone particle size distributions and contents on blended cement properties. Construction and Building Materials, 71, 2014, 26-34, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.08.004

Gutteridge W.A., Dalziel J.A.: Filler cement: The effect of the secondary component on the hydration of Portland cement: Part I. A fine non-hydraulic filler. Cement and Concrete Research, 20, 5, 1990, 778-782, DOI: 10.1016/0008-8846(90)90011-L

Berodier E., Scrivener K.: Understanding the filler effect on the nucleation and growth of C-S-H. Journal of the American Ceramic Society, 97, 12, 2014, 3764-3773, DOI: 10.1111/JACE.13177

Péra J., Husson S., Guilhot B.: Influence of finely ground limestone on cement hydration. Cement and Concrete Composites, 21, 2, 1999, 99-105, DOI: 10.1016/S0958-9465(98)00020-1

Ramachandran V.S., Zhang C.M.: Dependence of fineness of calcium carbonate on the hydration behaviour of tricalcium silicate. Durability of Building Materials, 4, 1986, 45-66

Stark J., Freyburg E., Löhmer K.: Investigations into the influence of limestone additions to Portland cement clinker phases on the early phase of hydration. In: Dhir R.K., Dyer T.D. (eds): Modern Concrete Materials: Binders, Additions and Admixtures, Thomas Telford Publishing, London, 1999, 69-77, DOI: 10.1680/mcmbaaa.28227

Lothenbach B., Le Saout G., Gallucci E., Scrivener K.: Influence of limestone on the hydration of Portland cements. Cement and Concrete Research, 38, 6, 2008, 848-860, DOI: 10.1016/j.cemconres.2008.01.002

Zając M., Rossberg A., Le Saout G., Lothenbach B.: Influence of limestone and anhydrite on the hydration of Portland cements. Cement and Concrete Research, 46, 2014, 99-108, DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2013.11.007

Gołaszewski J., Cygan G., Gołaszewska M.: Analysis of the effect of various types of limestone as a main constituent of cement on the chosen properties of cement pastes and mortars. Archives of Civil Engineering, 65, 3, 2019, 75-86. DOI: 10.2478/ACE-2019-0035

Lin W.T., Cheng A., Černý R.: Effect of limestone powder on strength and permeability of cementitious mortars. MATBUD’2020 – Scientific-Technical Conference: E-mobility, Sustainable Materials and Technologies. MATEC Web of Conferences, Kraków, 322, 2020, ID article: 01009, DOI: 10.1051/matecconf/202032201009

Boubekeur T., Boulekbache B., Aoudjane K., Ezziane K., Kadri E.H.: Prediction of the durability performance of ternary cement containing limestone powder and ground granulated blast furnace slag. Construction and Building Materials, 209, 2019, 215-221, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.03.120

Chłądzyński S.: Odporność cementu na agresję siarczanową w świetle badań długoterminowych. Konferencja „Dni Betonu”, Wisła, 2002

Chen C.T., Yang W.C.: Mitigation of alkali-silica reaction in mortar with limestone addition and carbonation. Third International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies, Kyoto, 2013

Król A., Giergiczny Z., Kuterasińska-Warwas J.: Properties of concrete made with low-emission cements CEM II/C-M and CEM VI. Materials, 13, 10, 2020, ID article: 2257, DOI: 10.3390/ma13102257

Kahraman E., Ozdemir A.C.: The prediction of durability to freeze-haw of limestone aggregates using machine- -learning techniques. Construction and Building Materials, 324, 2022, ID article: 126678, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.126678

Puerta Falla G.L.: Reactive limestone as a strategy towards low-clinker factor cements. UCLA Electronic Theses and Dissertations, University of California, Los Angeles, 2016

Ramezanianpour A.A., Ghiasvand E., Nickseresht I., Moodi F., Kamel M.E.: Engineering properties and durability of concretes containing limestone cements. 2nd International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies, Ancona, 2010

Thongsanitgarn P., Wongkeo W., Sinthupinyo S., Chaipanich A.: Effect of limestone powders on compressive strength and setting time of Portland-limestone cement pastes. Advanced Materials Research, 343-344, 2011, 322-326, DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.343-344.322

Voglis N., Kakali G., Chaniotakis E., Tsivilis S.: Portland-limestone cements. Their properties and hydration compared to those of other composite cements. Cement and Concrete Composites, 27, 2, 2005, 191-196, DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2004.02.006

Di Salvo Barsi A., Marchetti G., Trezza M.A., Irassar E.F.: Carbonate rocks as fillers in blended cements: Physical and mechanical properties. Construction and Building Materials, 248, 2020, ID article: 118697, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2020.118697

Jiang D., Li X., Lv Y., Zhou M., He C., Jiang W., Liu Z., Li C.: Utilization of limestone powder and fly ash in blended cement: Rheology, strength and hydration characteristics. Construction and Building Materials, 232, 2020, ID article: 117228, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2019.117228

Tsivilis S., Chaniotakis E., Kakali G., Batis G.: An analysis of the properties of Portland limestone cements and concrete. Cement and Concrete Composites, 24, 3-4, 2002, 371-378, DOI: 10.1016/S0958-9465(01)00089-0

PN-EN 196-2:2006 Metody badania cementu – Część 2: Analiza chemiczna cementu

PN-EN 13639:2017-11 Oznaczanie całkowitej zawartości węgla organicznego w wapieniu

PN-EN 196-6:2011 Metody badania cementu – Część 6: Oznaczanie stopnia zmielenia

PN-EN 196-3:2011 Metody badania cementu – Część 3: Oznaczanie czasów wiązania i stałości objętości

PN-EN 196-3:2011 Metody badania cementu – Część 3: Oznaczanie czasów wiązania i stałości objętości

Lea F.M.: The chemistry of cement and concrete. Edward Arnold Ltd., London, 1983

Bogue R.H.: The chemistry of Portland cement. Reinhold Publishing Corporation, New York, 1947

Bogue R.H.: Calculation of the compounds in Portland cement. Industrial and Engineering Chemistry, 1, 4, 1929, 192-197, DOI: 10.1021/ac50068a006

Ingram K.D., Daugherty K.E.: A review of limestone additions to Portland cement and concrete. Cement and Concrete Composites, 13, 3, 1991, 165-170, DOI: 10.1016/0958-9465(91)90016-B

Brzaković P.: Priručnik za proizvodnju i primjenu građevinskih materijala nemetaličnog porijekla, knjige 1. Orion Art, Belgrad, 2000 (in Serbian)

Đukić D., Lazić D., Drljaca D., Imamović M.: Characterization of raw materials and final product in the cement production. Bulletin of the Chemists and Technologists of Bosnia and Herzegovina, 51, 2018, 47-52

Lee S.T., Hooton R.D., Jung H.S., Park D.H., Choi C.S.: Effect of limestone filler on the deterioration of mortars and pastes exposed to sulfate solutions at ambient temperature. Cement and Concrete Research, 38, 1, 2008, 68-76, DOI: 10.1016/j.cemconres.2007.08.003

El-Didamony H., El-Alfi E.S.: Addition of limestone in the low heat Portland cement part 2. Ceramics – Silikáty, 44, 4, 2000, 146-150

Grzeszczyk S., Jankowska-Renkas E.: Wpływ mączki wapiennej jako mikrowypełniacza w cemencie na ciepło twardnienia. Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce, 1, 2005, 111-117

Bullerjahn F., Boehm-Courjault E., Zając M., Ben Haha M., Scrivener K.: Hydration reactions and stages of clinker composed mainly of stoichiometric ye'elimite. Cement and Concrete Research, 116, 2019, 120-133, DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.10.023

Livesey P.: Performance of limestone-filled cements. International Conference on Blended Cements in Construction, Univesity of Sheffield, UK, 1991

Kakali G., Tsivilis S., Aggeli E., Bati M.: Hydration products of C3A, C3S and Portland cement in the presence of CaCO3. Cement and Concrete Research, 30, 7, 2000, 1073-1077, DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00292-1

Péra J., Husson S., Guilhot B.: Influence of finely ground limestone on cement hydration. Cement and Concrete Composites, 21, 2, 1999, 99-105, DOI: 10.1016/S0958-9465(98)00020-1

Matschei T., Lothenbach B., Glasser F.P.: The role of calcium carbonate in cement hydration. Cement and Concrete Research, 37, 4, 2007, 551-558, DOI: 10.1016/j.cemconres.2006.10.013

De Weerdt K., Kjellsen K.O., Sellevold E., Justnes H.: Synergy between fly ash and limestone powder in ternary cements. Cement and Concrete Composites, 33, 1, 2011, 30-38, DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2010.09.006

Hoshino S., Yamada K., Hirao H.: XRD/Rietveld analysis of the hydration and strength development of slag and limestone blended cement. Journal of Advanced Concrete Technology, 4, 3, 2006, 357-367, DOI: 10.3151/jact.4.357

PN-B-19707:2003 Cement. Cement specjalny. Skład, wymagania i kryteria zgodności

Tsivilis S., Chaniotakis E., Badogiannis E., Pahoulas G., Ilias A.: A study on the parameters affecting the properties of Portland limestone cements. Cement and Concrete Composites, 21, 2, 1999, 107-116, DOI: 10.1016/S0958-9465(98)00031-6

Vuk T., Tinta V., Gabrovšek R., Kaučič V.: The effects of limestone addition, clinker type and fineness on properties of Portland cement. Cement and Concrete Research, 31, 1, 2001, 135-139, DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00427-0

Gupta S., Mohapatra B.N., Bansal M.: A review on development of Portland limestone cement: A step towards low carbon economy for Indian cement industry. Current Research in Green and Sustainable Chemistry, 3, 2020, ID article: 100019, DOI: 10.1016/J.CRGSC.2020.100019

Tsivilis S., Batis G., Chaniotakis E., Grigoriadis G., Theodossis D.: Properties and behavior of limestone cement concrete and mortar. Cement and Concrete Research, 30, 10, 2000, 1679-1683, DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00372-0

Ezziane K., Kadri E.H., Hallal A., Duval R.: Effect of mineral additives on the setting of blended cement by the maturity method. Materials and Structrures, 43, 2010, 393-401, DOI: 10.1617/S11527-009-9498-7

Moon G.D., Oh S., Jung S.H., Choi Y.C.: Effects of the fineness of limestone powder and cement on the hydration and strength development of PLC concrete. Construction and Building Materials, 135, 2017, 129-136, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.12.189

Soroka I., Stern N.: Calcareous fillers and the compressive strength of portland cement. Cement and Concrete Research, 6, 3, 1976, 367-376, DOI: 10.1016/0008-8846(76)90099-5

Matschei T., Lothenbach B., Glasser F.P.: The role of calcium carbonate in cement hydration. Cement and Concrete Research, 37, 4, 2007, 551-558, DOI: 10.1016/j.cemconres.2006.10.013

Tsivilis S., Tsantilas J., Kakali G., Chaniotakis E., Sakellariou A.: The permeability of Portland limestone cement concrete. Cement and Concrete Research, 33, 9, 2003, 1465-1471, DOI: 10.1016/S0008-8846(03)00092-9

Kenai S., Soboyejo W., Soboyejo A.: Some engineering properties of limestone concrete. Materials and Manufacturing Processes, 19, 5, 2004, 949-961, DOI: 10.1081/AMP-200030668

Baran T., Francuz P.: Określenie współczynnika korelacji pomiędzy ciepłem hydratacji a wytrzymałością cementu. Konferencja „Dni Betonu”, Wisła, 2016

Chłądzyński S.: Cementy wieloskładnikowe w budownictwie. Wydawnictwo Polski Cement, Kraków, 2008

Tsivilis S., Chaniotakis E., Badogiannis E., Pahoulas G., Ilias A.: A study on the parameters affecting the properties of Portland limestone cements. Cement and Concrete Composites, 21, 2, 1999, 107-116. DOI: 10.1016/S0958-9465(98)00031-6

Xiao J., Gou C.F., Jin Y.G., Wang Y.H.: Effect of CaCO3 on hydration characteristics of C3A. Journal of Central South University of Technology, 17, 2010, 918-923. DOI: 10.1007/s11771-010-0577-2

Giergiczny Z., Piechówka M., Sokołowski M.: Kamień wapienny składnikiem cementu. X Sympozjum Naukowo-Techniczne „Reologia w Technologii Betonu”, Gliwice, 2008, 45-59


Wpływ częściowego zastąpienia cementu CEM I 42,5R przez mielony wapień na właściwości zaczynów i zapraw cementowych

  
Tkaczewska, Ewelina. Wpływ częściowego zastąpienia cementu CEM I 42,5R przez mielony wapień na właściwości zaczynów i zapraw cementowych. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, [S.l.], v. 22, n. 2, p. 119-139, cze. 2023. ISSN 2449-769X. Available at: <>. Date accessed: 14 maj. 2024 doi:http://dx.doi.org/10.7409/rabdim.023.006.