Published April 6, 2022
| Version v1
Publication
Open
Mechanical and microstructural performance of concrete containing high-volume of bagasse ash and silica fume
Creators
- 1. King Faisal University
- 2. University of Engineering and Technology Peshawar
- 3. Shanghai Jiao Tong University
- 4. Abbottabad University of Science and Technology
- 5. COMSATS University Islamabad
Description
In this study, researchers examined the effect of replacing a high-volume of cement with sugarcane bagasse ash (BA) and silica fume (SF). In addition to the control, three binary and three ternary blends of concrete containing different percentages of cement/BA and cement/BA/SF were tested to determine the various mechanical and microstructural properties of concrete. For each mix, eighteen cylindrical concrete specimens were cast followed by standard curing (moist at 20 °C) to test the compressive and tensile strengths of three identical specimens at 7, 28, and 91 days. The test results indicated that the binary mix with 20% BA and ternary mix with 33% BA and 7% SF exhibited higher strengths than all the other mixes, including the control. The higher strengths of these mixes are also validated by their lower water absorption and apparent porosity than the other mixes. Following mechanical testing, the micro and pore structures of all mixes were investigated by performing scanning electron microscopy/energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), and nitrogen (N2) adsorption isotherm analysis. In SEM-EDS analysis, a dense and compact microstructure was observed for the BA20 and BA33SF7 mixtures due to the formation of high-density C-S-H and C-H phases. The formation of a large amount of C-S-H phases was observed through FTIR, where a prominent shift in peaks from 955 to 970 cm-1 was observed in the spectra of these mixes. Moreover, in N2 adsorption isotherm analysis, a decrease in the intruded pore volume and an increase in the BET surface area of the paste matrix indicate the densification of the pore structure of these mixes. As observed through TGA, a reduction in the amount of the portlandite phase in these mixes leads to the formation of their more densified micro and pore structures. The current findings indicate that BA (20%) and its blend with SF (40%) represents a potential revenue stream for the development of sustainable and high-performance concretes in the future.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في هذه الدراسة، درس الباحثون تأثير استبدال كمية كبيرة من الأسمنت برماد قصب السكر (BA) ودخان السيليكا (SF). بالإضافة إلى التحكم، تم اختبار ثلاثة خلطات ثنائية وثلاثية من الخرسانة تحتوي على نسب مئوية مختلفة من الأسمنت/BA والأسمنت/BA/SF لتحديد الخصائص الميكانيكية والهيكلية الدقيقة المختلفة للخرسانة. لكل مزيج، تم صب ثمانية عشر عينة خرسانية أسطوانية تليها المعالجة القياسية (رطبة عند 20 درجة مئوية) لاختبار قوة الانضغاط والشد لثلاث عينات متطابقة في 7 و 28 و 91 يومًا. أشارت نتائج الاختبار إلى أن المزيج الثنائي بنسبة 20 ٪ BA والمزيج الثلاثي بنسبة 33 ٪ BA و 7 ٪ SF أظهر قوة أعلى من جميع الخلطات الأخرى، بما في ذلك التحكم. كما يتم التحقق من نقاط القوة الأعلى لهذه الخلطات من خلال انخفاض امتصاصها للماء والمسامية الواضحة من الخلطات الأخرى. بعد الاختبار الميكانيكي، تم فحص الهياكل الدقيقة والمسامية لجميع الخلطات من خلال إجراء المسح المجهري الإلكتروني/التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (SEM - EDS)، والتحليل الطيفي لتحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR)، وتحليل قياس الجاذبية الحرارية (TGA)، وتحليل الامتزاز بالنيتروجين (N2). في تحليل SEM - EDS، لوحظ وجود بنية مجهرية كثيفة ومدمجة لمخاليط BA20 و BA33SF7 بسبب تكوين أطوار C - S - H و C - H عالية الكثافة. لوحظ تشكيل كمية كبيرة من أطوار C - S - H من خلال FTIR، حيث لوحظ تحول بارز في القمم من 955 إلى 970 سم -1 في أطياف هذه الخلطات. علاوة على ذلك، في تحليل متساوي الحرارة للامتزاز N2، يشير الانخفاض في حجم المسام المتطفلة والزيادة في مساحة سطح الرهان لمصفوفة العجينة إلى تكثيف بنية المسام لهذه الخلطات. كما لوحظ من خلال TGA، فإن الانخفاض في كمية طور البورتلانديت في هذه الخلطات يؤدي إلى تكوين هياكلها الدقيقة والمسامية الأكثر كثافة. تشير النتائج الحالية إلى أن BA (20 ٪) ومزيجها مع SF (40 ٪) يمثلان تدفق إيرادات محتمل لتطوير الخرسانة المستدامة وعالية الأداء في المستقبل.Translated Description (French)
Dans cette étude, les chercheurs ont examiné l'effet du remplacement d'un volume élevé de ciment par de la cendre de bagasse de canne à sucre (BA) et de la fumée de silice (SF). En plus du contrôle, trois mélanges binaires et trois mélanges ternaires de béton contenant différents pourcentages de ciment/BA et de ciment/BA/SF ont été testés pour déterminer les différentes propriétés mécaniques et microstructurales du béton. Pour chaque mélange, dix-huit échantillons de béton cylindriques ont été coulés, suivis d'un durcissement standard (humide à 20 °C) pour tester les résistances à la compression et à la traction de trois échantillons identiques à 7, 28 et 91 jours. Les résultats des tests ont indiqué que le mélange binaire avec 20% de BA et le mélange ternaire avec 33% de BA et 7% de SF présentaient des forces plus élevées que tous les autres mélanges, y compris le témoin. Les résistances plus élevées de ces mélanges sont également validées par leur absorption d'eau et leur porosité apparente plus faibles que les autres mélanges. Après des tests mécaniques, les structures micro et poreuses de tous les mélanges ont été étudiées en effectuant une microscopie électronique à balayage/spectroscopie X à dispersion d'énergie (SEM-EDS), une spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), une analyse thermogravimétrique (TGA) et une analyse isotherme d'adsorption d'azote (N2). Dans l'analyse SEM-EDS, une microstructure dense et compacte a été observée pour les mélanges BA20 et BA33SF7 en raison de la formation de phases C-S-H et C-H de haute densité. La formation d'une grande quantité de phases C-S-H a été observée par IRTF, où un décalage important des pics de 955 à 970 cm-1 a été observé dans les spectres de ces mélanges. De plus, dans l'analyse de l'isotherme d'adsorption de N2, une diminution du volume poreux intrus et une augmentation de la surface BET de la matrice de pâte indiquent la densification de la structure poreuse de ces mélanges. Comme observé par TGA, une réduction de la quantité de la phase portlandite dans ces mélanges conduit à la formation de leurs structures micro et poreuses plus densifiées. Les résultats actuels indiquent que BA (20 %) et son mélange avec SF (40 %) représentent une source de revenus potentielle pour le développement de bétons durables et performants à l'avenir.Translated Description (Spanish)
En este estudio, los investigadores examinaron el efecto de reemplazar un gran volumen de cemento con ceniza de bagazo de caña de azúcar (BA) y humo de sílice (SF). Además del control, se probaron tres mezclas binarias y tres ternarias de hormigón que contenían diferentes porcentajes de cemento/BA y cemento/BA/SF para determinar las diversas propiedades mecánicas y microestructurales del hormigón. Para cada mezcla, se fundieron dieciocho muestras de hormigón cilíndricas seguidas de un curado estándar (húmedo a 20 °C) para probar las resistencias a la compresión y a la tracción de tres muestras idénticas a los 7, 28 y 91 días. Los resultados de la prueba indicaron que la mezcla binaria con 20% de BA y la mezcla ternaria con 33% de BA y 7% de SF exhibieron resistencias más altas que todas las demás mezclas, incluido el control. Las mayores resistencias de estas mezclas también se validan por su menor absorción de agua y porosidad aparente que las otras mezclas. Después de las pruebas mecánicas, las estructuras de micro y poros de todas las mezclas se investigaron realizando microscopía electrónica de barrido/espectroscopía de rayos X dispersiva de energía (SEM-EDS), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA) y análisis de isoterma de adsorción de nitrógeno (N2). En el análisis SEM-EDS, se observó una microestructura densa y compacta para las mezclas BA20 y BA33SF7 debido a la formación de fases C-S-H y C-H de alta densidad. La formación de una gran cantidad de fases C-S-H se observó a través de FTIR, donde se observó un cambio prominente en los picos de 955 a 970 cm-1 en los espectros de estas mezclas. Además, en el análisis de isoterma de adsorción de N2, una disminución en el volumen de poros intruidos y un aumento en el área de superficie BET de la matriz de pasta indican la densificación de la estructura de poros de estas mezclas. Como se observa a través de TGA, una reducción en la cantidad de la fase portlandita en estas mezclas conduce a la formación de sus estructuras micro y porosas más densificadas. Los hallazgos actuales indican que BA (20%) y su mezcla con SF (40%) representan una posible fuente de ingresos para el desarrollo de hormigones sostenibles y de alto rendimiento en el futuro.Files
s41598-022-08749-1.pdf.pdf
Files
(220 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9d73a0140ead40c4cdd168fce8893bf2
|
220 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الأداء الميكانيكي والهيكلي الدقيق للخرسانة التي تحتوي على كميات كبيرة من رماد الباجاس وأبخرة السيليكا
- Translated title (French)
- Performances mécaniques et microstructurales du béton contenant de gros volumes de cendres de bagasse et de fumées de silice
- Translated title (Spanish)
- Rendimiento mecánico y microestructural del hormigón que contiene alto volumen de ceniza de bagazo y humo de sílice
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4223526462
- DOI
- 10.1038/s41598-022-08749-1
References
- https://openalex.org/W1974644604
- https://openalex.org/W1977276519
- https://openalex.org/W1991601696
- https://openalex.org/W1992320320
- https://openalex.org/W1996153330
- https://openalex.org/W1999838111
- https://openalex.org/W2003106680
- https://openalex.org/W2004685428
- https://openalex.org/W2023743114
- https://openalex.org/W2024599325
- https://openalex.org/W2031872181
- https://openalex.org/W2036471364
- https://openalex.org/W2041352099
- https://openalex.org/W2063338861
- https://openalex.org/W2066515955
- https://openalex.org/W2069104865
- https://openalex.org/W2077565881
- https://openalex.org/W2085191147
- https://openalex.org/W2093649296
- https://openalex.org/W2137582065
- https://openalex.org/W2169157338
- https://openalex.org/W2178651917
- https://openalex.org/W2308030527
- https://openalex.org/W2308429857
- https://openalex.org/W2329982890
- https://openalex.org/W2362598517
- https://openalex.org/W2481992994
- https://openalex.org/W2483265000
- https://openalex.org/W2608443136
- https://openalex.org/W2623150118
- https://openalex.org/W2694470616
- https://openalex.org/W2735741873
- https://openalex.org/W2740060698
- https://openalex.org/W2740544653
- https://openalex.org/W2745085459
- https://openalex.org/W2751940635
- https://openalex.org/W2765977385
- https://openalex.org/W2767119279
- https://openalex.org/W2771268103
- https://openalex.org/W2774489856
- https://openalex.org/W2800239495
- https://openalex.org/W2810404767
- https://openalex.org/W2851300993
- https://openalex.org/W2883062069
- https://openalex.org/W2890522215
- https://openalex.org/W2895385979
- https://openalex.org/W2909540796
- https://openalex.org/W2943118990
- https://openalex.org/W2964434982
- https://openalex.org/W2998002452
- https://openalex.org/W3003678006
- https://openalex.org/W3010823802
- https://openalex.org/W3022564485
- https://openalex.org/W3022596465
- https://openalex.org/W3028453919
- https://openalex.org/W3036852725
- https://openalex.org/W3037995166
- https://openalex.org/W3038122322
- https://openalex.org/W3082118038
- https://openalex.org/W3088155139
- https://openalex.org/W3088366250
- https://openalex.org/W3091156410
- https://openalex.org/W3107249824
- https://openalex.org/W3111242882
- https://openalex.org/W3113328589
- https://openalex.org/W3116743481
- https://openalex.org/W3126738235
- https://openalex.org/W3134289686
- https://openalex.org/W3210910752
- https://openalex.org/W4200058744