Comparison of the efficiency of modification of cement concrete with fly ash and ground blast furnace granulated slag
DOI:
https://doi.org/10.24866/2227-6858/2025-2/105-116Keywords:
fly ash, ground blast furnace granulated slag, concrete, compressive strength, industrial wasteAbstract
The problem of utilization of such industrial waste as fly ash (FA) and ground blast furnace granulated slag (GBGS) is currently relevant and requires solutions aimed at its elimination. The purpose of this study is to develop environmentally friendly and cost-effective concrete compositions manufactured using industrial waste. A total of 13 experimental concrete compositions were manufactured with a portion of cement replaced with FA and GBGS from 0 to 30% with a step of 5%. The properties of concrete mixtures and concretes were studied. Based on the results of experimental studies, it was found that the optimal amount of replacement of a portion of cement for both FA and GBGS is 15%. The increase in compressive strength for concrete with FA was 18.6%, for concrete with GBGS – 14.4%. Water absorption values decreased by 15.2 and 13.7%, respectively. The results obtained during the study prove that the proposal to use industrial waste in the form of fly ash and ground blast furnace granulated slag in the production of concrete is rational and allows solving the problem of their disposal. The concretes themselves have improved properties and are more environmentally friendly and economical.
References
1. Пузатова А.В., Дмитриева М.А., Захаров А.А, Лейцин В.Н. Зола-уноса при производстве бетонов различного назначения и сухих строительных смесей // Строительство и реконструкция. 2023. № 5(109). С. 132–147. DOI: https://doi.org/10.33979/2073–7416–2023–109–5–132–147.
2. Астафьева О.Е. Применение золошлаковых отходов в промышленности строительных материалов // Уголь. 2024. № 2(1177). С. 85–88. DOI: https://doi.org/10.18796/0041–5790–2024–2–85–88.
3. Макаренко С.В., Лозовский Б.М., Хохряков О.В., Хозин В.Г. Влияние активных пуццолановых наполнителей на свойства мелкозернистого цементного бетона // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. № 3(53). С. 39–46.
4. Путилова И.В. Современное состояние проблемы обращения с золошлаками ТЭС в России и за рубежом // Альтернативная энергетика и экология. 2023. № 1(406). С. 51–62. DOI: https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.01.051–062.
5. Дмитрак Ю.В., Цидаев Б.С., Дзапаров В.Х., Харебов Г.Х. Влияние режима перемешивания компонентов при изготовлении смесей с добавкой золы-уноса // Вектор ГеоНаук. 2019. Т. 2, № 1. С. 83–89. DOI: https://doi.org/10.24411/2619–0761–2019–10011.
6. Шацкая В.А., Шитиков Е.С., Шацкий С.В. Разработка методов получения цементобетонных материалов повышенного качества с использованием техногенных отходов ТЭЦ // Успехи в химии и химической технологии. 2022. Т. 36, № 6(255). С. 94–97.
7. Романенко И.И., Фадин А.И., Петровнина И.Н., Романенко М.И. Влияние модификаторов структуры шлакощелочного вяжущего на трещинообразование // Инженерный вестник Дона. 2021. № 7(79). С. 347–365.
8. Щербань Е.М. Современное состояние вопроса геополимерных бетонов в России и за рубежом // Вестник ГГНТУ. Технические науки. 2022. Т. 18, № 3(29). С. 42–54. DOI: https://doi.org/10.34708/GSTOU.2022.33.96.005.
9. Rihan M.A.M., Alahmari T.S., Onchiri R.O., Gathimba N., Sabuni B. Impact of alkaline concentration on the mechanical properties of geopolymer concrete made up of fly ash and sugarcane bagasse ash // Sustainability [Internet]. 2024. Vol. 16. P. 28–41. DOI: https://doi.org/10.3390/su16072841.
10. Hussain S., Matthews J., Amritphale S., Edwards R., Matthews E., Paul N., Kraft J. Influence of steel and poly vinyl alcohol fibers on the development of high-strength geopolymer concrete // Minerals [Internet]. 2024. Vol. 14. P. 1007. DOI: https://doi.org/10.3390/min14101007.
11. Luo J., Shi X., Wang Q., Dai J., Deng X., Xue Y. Study on improving measures of mechanical properties of geopolymer materials and its effect on CO2 emission // Polymers [Internet]. 2023. Vol. 15. P. 1699. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15071699.
12. Иванов И.М., Крамар Л.Я., Мордовцева М.В. Молотый гранулированный доменный шлак – средство повышения эффективности и долговечности бетонов // Цемент и его применение. 2023. № 2. С. 62–69.
13. Коровкин М.О., Короткова А.А., Ерошкина Н.А., Саденко С.М. Влияние доменного гранулированного шлака на свойства мелкозернистого самоуплотняющегося бетона // Инженерный вестник Дона. 2021. № 8(80). С. 486–494.
14. Смирнов Д.С., Мавлиев Л.Ф., Хузиахметова К.Р., Мотыйгуллин И.Р. Влияние минеральной добавки на основе молотого доменного шлака на свойства бетонов и бетонных смесей // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2022. № 4(62). С. 61–69. DOI: https://doi.org/10.52409/20731523_2022_4_61.
15. Cheng J., Qin Y., Yao Z., Luo L., Qu C. Study on the chloride-sulfate resistance of a metakaolin-based geopolymer mortar // Materials [Internet]. 2024. Vol. 17. P. 5045. DOI: https://doi.org/10.3390/ma17205045.
16. Girish M.G., Shetty K.K., Nayak G., Kamath K. Evaluation of mechanical, ecological, economical, and thermal characteristics of geopolymer concrete containing processed slag sand // Sustainability [Internet]. 2024. Vol. 16. P. 7402. DOI: https://doi.org/10.3390/su16177402.
17. Liu M., Liu H., Hua M., Chen C., Wang X., Guo X., Ma T. Potential for recycling metakaolin/slag-based geopolymer concrete of various strength levels in freeze-thaw conditions // Materials [Internet]. 2024. Vol. 17. P. 1944. DOI: https://doi.org/10.3390/ma17091944.
18. Akbulut Z.F., Yavuz D., Tawfik T.A., Smarzewski P., Guler S. Examining the workability, mechanical, and thermal characteristics of eco-friendly, structural self-compacting lightweight concrete enhanced with fly ash and silica fume // Materials [Internet]. 2024. Vol. 17. P. 3504. DOI: https://doi.org/10.3390/ma17143504.
19. Клюев А.В., Клюев С.В., Щекина Н.А. Композиционные смеси с использованием природного и техногенного сырья // Молодёжный вестник Новороссийского филиала Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2023. Т. 3, № 2(10). С. 7–11. DOI: https://doi.org/10.51639/2713–0576_2023_3_2_7.
20. Курочка П.Н., Гаврилов А.В. Экспериментально-теоретические предпосылки повышения прочности цементного камня тонкодисперсными минеральными добавками и добавкой, содержащей фуллерены // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2013. № 1(49). С. 97–102.
21. Зазнаева Е.П., Демиденко Е.И. Роль тонкодисперсных минеральных добавок в составе сухих строительных смесей // Техника и технологии строительства. 2018. № 3(15). С. 8–12.
22. Абдуллаев М.А.В., Абдуллаев А.М., Абдуллаев Р.М. Высокопрочные мелкозернистые бетоны на основе комплексной нанодобавки // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2024. № 6(786). С. 78–93. DOI: https://doi.org/10.32683/0536–1052–2024–786–6–78–93.
23. Халюшев А.К., Прудников В.В., Стельмах С.А., Щербань Е.М., Нажуев М.П. Оценка эффективности комбинирования минеральных добавок в мелкозернистом бетоне // Науковедение. 2017. Т. 9, № 5. URL: https://naukovedenie.ru/PDF/25TVN517.pdf.
24. Стельмах С.А., Щербань Е.М., Коробкин А.П., Налимова А.В., Серебряная И.А., Нажуев М.П. Разработка состава композиционного портландцемента на основе золошлаковой смеси Новочеркасской ГРЭС // Вестник СевКавГТИ. 2017. № 3(30). С. 148–153.
25. He J., Sun C., Wang X. Study on the effect of fly ash on mechanical properties and seawater freeze-thaw resistance of seawater sea sand concrete // Buildings [Internet]. 2024. Vol. 14. P. 2191. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings14072191.
26. Ahmad J., Martínez-García R., Szelag M., de Prado-Gil J., Marzouki R., Alqurashi M., Hussein E.E. Effects of steel fibers (SF) and ground granulated blast furnace slag (GGBS) on recycled aggregate concrete // Materials [Internet]. 2021. Vol. 14. P. 7497. DOI: https://doi.org/10.3390/ma14247497.
27. Fediuk R.S., Lesovik V.S., Liseitsev Yu.L., Timokhin R.A., Bituyev A.V., Zaiakhanov M.Ye., Mochalov A.V. Composite binders for concretes with improved shock resistance // Magazine of Civil Engineering. 2019. № 1(85). С. 28–38. DOI: https://doi.org/10.18720/MCE.85.3.
28. Konovalova N., Pankov P., Bespolitov D., Petukhov V., Panarin I., Fomina E., Lushpey V., Fatkulin A., Othman A. Road soil concrete based on stone grinder waste and wood waste modified with environmentally safe stabilizing additive // Case Studies in Construction Materials. 2023. Vol. 19. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02318.
29. Алексейко Л.Н., Таскин А.В. О комплексной переработке золошлаковых отходов энергетики // Экология и развитие общества: Труды IX Международной конференции, Санкт-Петербург, 19–24 июля 2005 года. Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы, 2005. С. 12–21.
30. Титова Л.А., Титов М.Ю., Бейлина М.И. [и др.] Эффективность применения гранулированных доменных шлаков при производстве бетонных смесей и бетонов // Бетон и железобетон. 2021. № 2(604). С. 16–20.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Far Eastern Federal University: School of Engineering Bulletin
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
