Published December 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Effect of nano ferrosilicon and heavyweight fine aggregates on the properties and radiation shielding of ultra-high performance heavyweight concrete

Creators

  • 1. Suez University
  • 2. National Institute of Standards
  • 3. Beni-Suef University

Description

Minerals such as ilmenite and magnetite better absorb gamma rays compared with silica aggregates because of their elevated densities. However, utilizing such minerals as key elements in ultra-high performance heavyweight concrete (UHPHWC) demonstrates promising outcomes, in addition to the enhanced tensile strength of the optimum radiation absorber for nuclear sites. This paper presented ilmenite and magnetite separated from black sand for use as substitutes for fine aggregates in the production of UHPHWC. In addition, nano ferrosilicon (NFS) at 1%, 2%, and 3% of the cement mass was developed using a mechanical method and mixed into the UHPHWC mixes. Their effects on the microstructure, gamma-ray attenuation coefficient, mechanical properties, and density of UHPHWC were explored. The total replacement of fine sand with ilmenite and magnetite enhanced the attenuation efficiency of the concrete mixes by 18.9% and 24.2%, respectively, after 28 days. The addition of 3% NFS to produce UHPHWC achieved the highest compressive strengths of 130.5, 167.2, and 189.8 MPa after 7, 28, and 91 days, respectively. In addition, the combination comprising 3% NFS and 100% magnetite acquired the maximum density and gamma-ray attenuation coefficient values.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

المعادن مثل الإلمينيت والمغنيتيت تمتص أشعة جاما بشكل أفضل مقارنة مع ركام السيليكا بسبب كثافتها المرتفعة. ومع ذلك، فإن استخدام هذه المعادن كعناصر رئيسية في الخرسانة فائقة الأداء ذات الوزن الثقيل (UHPHWC) يدل على نتائج واعدة، بالإضافة إلى قوة الشد المعززة لامتصاص الإشعاع الأمثل للمواقع النووية. قدمت هذه الورقة الإلمينيت والمغنيتيت المنفصلين عن الرمل الأسود لاستخدامهما كبدائل للركام الناعم في إنتاج UHPHWC. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير فيروسيليكون النانو (NFS) بنسبة 1 ٪ و 2 ٪ و 3 ٪ من كتلة الأسمنت باستخدام طريقة ميكانيكية وخلطها في خلطات UHPHWC. تم استكشاف آثارها على البنية المجهرية ومعامل توهين أشعة جاما والخصائص الميكانيكية وكثافة UHPHWC. عزز الاستبدال الكلي للرمل الناعم بالإلمينيت والمغنيتيت كفاءة التوهين لخلطات الخرسانة بنسبة 18.9 ٪ و 24.2 ٪ على التوالي، بعد 28 يومًا. حققت إضافة 3 ٪ NFS لإنتاج UHPHWC أعلى قوة ضغط تبلغ 130.5 و 167.2 و 189.8 ميجا باسكال بعد 7 و 28 و 91 يومًا على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، اكتسبت التركيبة التي تشتمل على 3 ٪ NFS و 100 ٪ magnetite قيم معامل توهين الكثافة القصوى وأشعة جاما.

Translated Description (French)

Les minéraux tels que l'ilménite et la magnétite absorbent mieux les rayons gamma par rapport aux agrégats de silice en raison de leurs densités élevées. Cependant, l'utilisation de ces minéraux comme éléments clés dans le béton lourd à ultra-haute performance (UHPHWC) démontre des résultats prometteurs, en plus de la résistance à la traction améliorée de l'absorbeur de rayonnement optimal pour les sites nucléaires. Cet article présentait l'ilménite et la magnétite séparées du sable noir pour être utilisées comme substituts aux agrégats fins dans la production d'UHPHWC. De plus, le nanoferrosilicium (NFS) à 1 %, 2 % et 3 % de la masse de ciment a été développé à l'aide d'une méthode mécanique et mélangé dans les mélanges UHPHWC. Leurs effets sur la microstructure, le coefficient d'atténuation des rayons gamma, les propriétés mécaniques et la densité de l'UHPHWC ont été explorés. Le remplacement total du sable fin par de l'ilménite et de la magnétite a amélioré l'efficacité d'atténuation des mélanges de béton de 18,9% et 24,2%, respectivement, après 28 jours. L'ajout de 3 % de NFS pour produire l'UHPHWC a atteint les résistances à la compression les plus élevées de 130,5, 167,2 et 189,8 MPa après 7, 28 et 91 jours, respectivement. En outre, la combinaison comprenant 3% de NFS et 100% de magnétite a acquis les valeurs maximales de densité et de coefficient d'atténuation des rayons gamma.

Translated Description (Spanish)

Los minerales como la ilmenita y la magnetita absorben mejor los rayos gamma en comparación con los agregados de sílice debido a sus densidades elevadas. Sin embargo, la utilización de tales minerales como elementos clave en el hormigón pesado de ultra alto rendimiento (UHPHWC) demuestra resultados prometedores, además de la mayor resistencia a la tracción del absorbente de radiación óptimo para sitios nucleares. Este documento presentaba ilmenita y magnetita separadas de arena negra para su uso como sustitutos de agregados finos en la producción de UHPHWC. Además, se desarrolló nano ferrosilicio (NFS) al 1%, 2% y 3% de la masa de cemento utilizando un método mecánico y se mezcló en las mezclas de UHPHWC. Se exploraron sus efectos sobre la microestructura, el coeficiente de atenuación de rayos gamma, las propiedades mecánicas y la densidad de UHPHWC. La sustitución total de arena fina por ilmenita y magnetita mejoró la eficiencia de atenuación de las mezclas de hormigón en un 18,9% y un 24,2%, respectivamente, después de 28 días. La adición de NFS al 3% para producir UHPHWC logró las resistencias a la compresión más altas de 130.5, 167.2 y 189.8 MPa después de 7, 28 y 91 días, respectivamente. Además, la combinación que comprende 3% de NFS y 100% de magnetita adquirió los valores máximos de densidad y coeficiente de atenuación de rayos gamma.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير فيروسيليكون النانو والركام الناعم للوزن الثقيل على خصائص ودرع الإشعاع للخرسانة فائقة الأداء للوزن الثقيل
Translated title (French)
Effet du nano-ferrosilicium et des agrégats fins lourds sur les propriétés et le blindage contre les rayonnements du béton lourd ultra-haute performance
Translated title (Spanish)
Efecto del nanoferrosilicio y los agregados finos pesados sobre las propiedades y el blindaje contra la radiación del hormigón pesado de ultra alto rendimiento

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4303444688
DOI
10.1016/j.cscm.2022.e01543

Is supplement to
https://openalex.org/W637564989 (Other)
https://openalex.org/W3130138626 (Other)
https://openalex.org/W2914304193 (Other)
https://openalex.org/W2528482192 (Other)
https://openalex.org/W2507695209 (Other)
https://openalex.org/W2215830958 (Other)
https://openalex.org/W2027625343 (Other)
https://openalex.org/W1991313366 (Other)
https://openalex.org/W1972033001 (Other)
https://openalex.org/W1969262013 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1161527433
  • https://openalex.org/W1260277369
  • https://openalex.org/W1970740565
  • https://openalex.org/W1970777857
  • https://openalex.org/W1994080110
  • https://openalex.org/W1994198670
  • https://openalex.org/W2013606498
  • https://openalex.org/W2016808302
  • https://openalex.org/W2027315281
  • https://openalex.org/W2035104786
  • https://openalex.org/W2042378205
  • https://openalex.org/W2052504242
  • https://openalex.org/W2057085820
  • https://openalex.org/W2063018899
  • https://openalex.org/W2065191936
  • https://openalex.org/W2086305332
  • https://openalex.org/W234509173
  • https://openalex.org/W2565428772
  • https://openalex.org/W2614523214
  • https://openalex.org/W2776737160
  • https://openalex.org/W2800236220
  • https://openalex.org/W2801757903
  • https://openalex.org/W2802795223
  • https://openalex.org/W2914806249
  • https://openalex.org/W2917289232
  • https://openalex.org/W2943672643
  • https://openalex.org/W2951794362
  • https://openalex.org/W2960040161
  • https://openalex.org/W2989265584
  • https://openalex.org/W2996740388
  • https://openalex.org/W3020299543
  • https://openalex.org/W3035422529
  • https://openalex.org/W3037490166
  • https://openalex.org/W3041721864
  • https://openalex.org/W3043720678
  • https://openalex.org/W3091972081
  • https://openalex.org/W3094905005
  • https://openalex.org/W3097404248
  • https://openalex.org/W3155234846
  • https://openalex.org/W3157581824
  • https://openalex.org/W3158711959
  • https://openalex.org/W3163614942
  • https://openalex.org/W3179271244
  • https://openalex.org/W3213202656
  • https://openalex.org/W4206785503
  • https://openalex.org/W4212885902
  • https://openalex.org/W4214649889
  • https://openalex.org/W4224903581
  • https://openalex.org/W4253597360
  • https://openalex.org/W4281748933
  • https://openalex.org/W4281763752
  • https://openalex.org/W4281790662
  • https://openalex.org/W4282555243
  • https://openalex.org/W4282942710
  • https://openalex.org/W4282942837
  • https://openalex.org/W4283315228
  • https://openalex.org/W4283458985
  • https://openalex.org/W4283690273
  • https://openalex.org/W4283716397
  • https://openalex.org/W4283727675
  • https://openalex.org/W4285085196
  • https://openalex.org/W4285992143
  • https://openalex.org/W4286249403
  • https://openalex.org/W4286250319
  • https://openalex.org/W4288809653
  • https://openalex.org/W4289110373
  • https://openalex.org/W4289515794
  • https://openalex.org/W4290078390
  • https://openalex.org/W4290964011
  • https://openalex.org/W4296444895