Rheological properties of self-compacting lightweight concrete mixtures on hollow microspheres

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Self-compacting concrete (SCC) technologies are actively used in modern construction, which are developing in the direction of lightweight self-compacting concrete (LWSCC) technology. The main advantage of LWSCC is to reduce the weight of concrete and reinforced concrete structures while maintaining structural integrity, load-bearing capacity and high mobility. The purpose of the study is to evaluate the rheology of the flow of the studied mixtures depending on the varying factors of W/C and the concentration of plasticizer Cpl and the ratio of filler (fractionated sand and quartz flour).Materials and methods. The object of the study is concrete mixtures on hollow microspheres. The design average concrete density is 1,400 kg/m3. The following composition is presented: Portland cement, ceramic microspheres, complex silica additive, fractional sand, quartz flour, hyperplasticizer and water. The results of studies of the rheological characteristics of LWSCC were obtained. The key rheological parameters are shear stress and viscosity.Results. Reducing the W/C increases the viscosity and shear stress of the concrete mix, regardless of the Cpl. A similar dependence is observed in compositions with variable Cpl. An increase in Cpl reduces the density of the mixture, reducing viscosity and shear stress. The limiting value of Cpl is noted, when this value is overcome by rheological parameters of mixtures tend to zero as the volume of the additive increases. The evaluation of the rheology of mixtures using the Ostwald de Waele equation shows the greatest importance of the W/C ratio for density and the possibility of changing the flow pattern of mixtures from pseudoplastic to dilatant with varying studied factors. Replacing the fraction of fractionated sand with flour from 100 to 0 % increases the density of the mixture by almost three times.Conclusions. The results determining the possibility of changing the rheological nature of the LWSCC flow on hollow microspheres with varying studied factors are presented. A comparative analysis of the obtained rheological curves is performed using the Ostwald de Waele equation for heavy and light mixtures with hollow microspheres. The role of filler dispersion in controlling the rheological properties of the studied LWSCC is considered.

About the authors

S. D. Epikhin

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: sergep97@mail.ru

A. S. Inozemtsev

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: InozemcevAS@mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7807-688X
SPIN-code: 2444-1204

References

  1. Adhikary S.K., Ashish D.K., Sharma H., Patel J., Rudzionis Z., Al-Ajamee M. et al. Lightweight self-compacting concrete : a review // Resources, Conservation & Recycling Advances. 2022. Vol. 15. P. 200107. doi: 10.1016/j.rcradv.2022.200107
  2. Mandal R., Panda S.K., Nayak S. Rheology of concrete: critical review, recent advancements, and future prospectives // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 392. P. 132007. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.132007
  3. Иноземцев А.С., Королев Е.В. Высокопрочные легкие бетоны : монография. СПб. : СПбГАСУ, 2022. 192 с. EDN UCJRAZ.
  4. Федюк Р.С., Мочалов А.В., Лесовик В.С., Гридчин А.М., Фишер Х.Б. Композиционные вяжущие и самоуплотняющиеся фибробетоны для защитных сооружений // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 7. С. 77–85. doi: 10.12737/article_5b4f02bf93df52.30110991. EDN XVLQJV.
  5. Мозгалев К.М., Головнев С.Г. Самоуплотняющиеся бетоны: возможности применения и свойства // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2011. № 4. С. 55–60. EDN ONJNAZ.
  6. Сумин А.С. Легкие самоуплотняющиеся бетоны и их перспективы // Новое слово в науке: стратегии развития : сб. мат. V Междунар. науч.-практ. конф. 2018. С. 10–14. EDN OUYFSS.
  7. Сумин А.С. Легкий самоуплотняющийся бетон — будущее монолитного домостроения // Наука, образование, общество: тенденции и перспективы развития : сб. мат. VI Междунар. науч.-практ. конф. 2017. С. 354–358. EDN YZEBVJ.
  8. Бычков М.В., Удодов С.А. Легкий самоуплотняющийся бетон как эффективный конструкционный материал // Интернет-журнал «Науковедение». 2013. № 4 (17). С. 41. EDN RSHDSB.
  9. Adhikary S.K., Ashish D.K., Rudžionis Ž. Expanded glass as light-weight aggregate in concrete — a review // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 313. P. 127848. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.127848
  10. Lee S.H., Kim H.J., Sakai E., Daimon M. Effect of particle size distribution of fly ash–cement system on the fluidity of cement pastes // Cement and Concrete Research. 2003. Vol. 33. Issue 5. Pp. 763–768. doi: 10.1016/S0008-8846(02)01054-2
  11. Chen J.J., Kwan A.K.H. Superfine cement for improving packing density, rheology and strength of cement paste // Cement and Concrete Composites. 2012. Vol. 34. Issue 1. Pp. 1–10. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2011.09.006
  12. Zhang X., Han J. The effect of ultra-fine admixture on the rheological property of cement paste // Cement and Concrete Research. 2000. Vol. 30. Issue 5. Pp. 827–830. DOI: 10.1016 /S0008-8846(00)00236-2
  13. Karim Md.R., Zain Muhammad F.M., Jamil M., Lai Fook C., Islam Md.N. Use of wastes in construction industries as an energy saving approach // Energy Procedia. 2011. Vol. 12. Pp. 915–919. doi: 10.1016/j.egypro.2011.10.120
  14. Rafeet A., Vinai R., Soutsos M., Sha W. Effects of slag substitution on physical and mechanical properties of fly ash-based alkali activated binders (AABs) // Cement and Concrete Research. 2019. Vol. 122. Pp. 118–135. doi: 10.1016/j.cemconres.2019.05.003
  15. Zeyad A.M., Almalki A. Influence of mixing time and superplasticizer dosage on self-consolidating concrete properties // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9. Issue 3. Pp. 6101–6115. doi: 10.1016/j.jmrt.2020.04.013
  16. Иноземцев А.С., Королёв Е.В., Доунг Т.К. Структурная модель течения пластифицированных цементно-минеральных смесей // Строительные материалы. 2020. № 4–5. С. 90–96. doi: 10.31659/0585-430X-2020-780-4-5-90-96. EDN CVBCCH.
  17. Иноземцев А.С., Королев Е.В. Условия проявления аномалии течения пластифицированных цементно-минеральных смесей // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 12. С. 23–30. doi: 10.33622/0869-7019.2021.12.23-30. EDN GMURMO.
  18. Nemocón S.A.G., Marriaga J.M.L., Suárez J.D.P. Rheological and hardened properties of self-compacting concrete using hollow glass microspheres as a partial replacement of cement // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 342. P. 128012. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128012
  19. Патент RU № 2548303. Высокопрочный легкий фибробетон / Королев Е.В., Иноземцев А.С.; заявл. № 2014114357/03 от 11.04.2014. Опубл. 20.04.2015. EDN ZFGSHZ
  20. Inozemtsev A.S., Epikhin S.D. Conditions for the preparation of self-compacting lightweight concrete with hollow microspheres // Materials. 2023. Vol. 16. Issue 23. P. 7288. doi: 10.3390/ma16237288

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».