Энергетически модифицированный цемент

Энергетически модифицированные цементы (ЭМС) представляют собой класс цементов , изготовленных из пуццоланов (например, летучей золы , вулканического пепла , пуццолана ), кварцевого песка , доменного шлака или портландцемента (или смесей этих ингредиентов). [1] Термин «энергетически модифицированный» возник в связи с механохимическим процессом, применяемым к сырью, который точнее классифицировать как «высокоэнергетическую шаровую мельницу» (HEBM). В самом простом виде это означает метод измельчения, который обеспечивает высокую кинетику , подвергая «порошки повторяющемуся воздействию ударов шаров» по сравнению, скажем, с низкой кинетикой вращающихся шаровых мельниц. [2] Это вызывает, среди прочего, термодинамическое преобразование материала, повышающее его химическую реакционную способность . [3] Для EMC используемый процесс HEBM представляет собой уникальную форму специализированного вибрационного фрезерования, открытую в Швеции и применяемую только к цементным материалам, называемую здесь «Активация EMC». [4]
За счет улучшения реакционной способности пуццоланов скорость увеличивается их набора прочности. Это позволяет обеспечить соответствие современным требованиям к характеристикам продукции (« техническим стандартам ») для бетонов и растворов . В свою очередь, это позволяет заменить портландцемент в бетонных и растворных смесях. Это имеет ряд преимуществ для их долгосрочных качеств. [3]
Энергетически модифицированные цементы имеют широкий спектр применения. Например, ЭМС использовались в бетонах для крупных инфраструктурных проектов в Соединенных Штатах, соответствующих стандартам бетона США. [5]
Обоснование
[ редактировать ]
Термин «энергетически модифицированный цемент» включает в себя простой термодинамический дескриптор, обозначающий класс цементов, производимых с использованием специализированного высокоинтенсивного процесса измельчения, впервые открытого в 1993 году в Технологическом университете Лулео (LTU) в Швеции . [6] [7] Процесс преобразования инициируется полностью механически, в отличие от непосредственного нагрева материалов. [7] [8] [9] Механизмы механохимических превращений часто сложны и отличаются от «традиционных» термических или фотохимических механизмов. [10] [11] HEBM может изменять как физические, так и термодинамические свойства, что, например, «может привести к образованию стекла из смесей элементарных порошков, а также к аморфизации порошков интерметаллических соединений». [12] Эффекты HEBM-преобразования вызывают термодинамические изменения, которые в конечном итоге заключаются в модифицированной энергии Гиббса . [13] Этот процесс увеличивает связывающую способность и скорость химической реакции трансформируемых материалов. [4] [14]
В ЛТУ продолжается академическая работа и исследования свойств «самовосстановления» энергетически модифицированных цементов. [15] Например, компания EMCs получила награды от Фонда Эльзы и Свена Тиселля по исследованиям в области строительной техники (Elsa & Sven Thysell Foundation for Construction Engineering Research) в Швеции. [16] Также был признан вклад ЭМС в область самой механохимии. [17]
Этимология
[ редактировать ]Термин «энергетически модифицированный цемент» был впервые использован в 1992 году Владимиром Рониным в статье Ронина и др. датирован 1993 годом и представлен на официальном заседании академической группы Nordic Concrete Research. [18] Этот процесс был усовершенствован Ронином и другими, в том числе Леннартом Эльфгреном (ныне почетным профессором LTU, факультет гражданской инженерии, экологии и природных ресурсов). [19] В 2023 году ЛТУ наградил Эльфгрена «Медалью вице-канцлера за выдающуюся и достойную работу» за его работу «...за распространение новых знаний и понимания, в частности, области бетонного строительства» . [20]
На 45-й Всемирной выставке изобретений, исследований и инноваций, проходившей в 1996 году в Брюсселе , Бельгия, компания EMC Activation была награждена золотой медалью с упоминанием EUREKA , европейской межправительственной (научно-исследовательской) организации, за «энергетическую модификацию цемента». " . [21]
Термин «энергетически модифицированный» использовался в других местах, например, совсем недавно, в 2017 году, хотя такое использование не означает, что использованный метод был EMC-активацией, как определено здесь. [22]
Обзор
[ редактировать ]Выдвинутые претензии включают в себя: [5] [23] [24] [25] [26] [27]
- ЭМС представляет собой мелкий порошок (типичный для всех цементов), цвет которого зависит от обрабатываемого материала.
- EMC производятся с использованием лишь «доли» энергии, используемой при производстве портландцемента (заявлено ~ 100 кВтч/тонну, <8% портландцемента).
- не выделяется CO 2 В процессе . Это «нулевые выбросы».
- Целью EMC является замена портландцемента в растворе или бетоне используемом . Заявлена замена более 70%.
- Активация ЭМС — это сухой процесс.
- Никаких вредных испарений не выделяется.
- Активация ЭМС — это низкотемпературный процесс, хотя температуры могут быть «мгновенно экстремальными» в «субмикронных» масштабах.
- ЭМС не требуют химических веществ для термодинамического преобразования.
- Существует несколько типов ЭМС в зависимости от преобразуемого сырья.
- В зависимости от требований пользователя поставляемые сухие продукты могут также содержать незначительную долю портландцемента с высоким содержанием клинкера.
- Каждый тип ЭМС имеет свои эксплуатационные характеристики, в том числе механическую нагрузку и прочность. Бетоны, отлитые из ЭМС, могут обладать значительной способностью к «самовосстановлению».
- Наиболее часто используемые ЭМС изготавливаются из летучей золы и натуральных пуццоланов . Это относительно распространенные материалы, а эксплуатационные характеристики могут превосходить характеристики портландцемента.
- В 2009 году было продемонстрировано, что ЭМС летучей золы превышают контрольный показатель «шлака класса 120» по ASTM C989 — наиболее реакционноспособной формы цементного доменного шлака .
- Кварцевый песок и гранит также можно обработать, заменив портландцемент.
- Продукты EMC прошли тщательные испытания в независимых лабораториях и сертифицированы для использования несколькими министерствами транспорта США, в том числе в проектах Федерального управления шоссейных дорог .
- ЭМС соответствуют соответствующим техническим стандартам, таким как ASTM C618-19 (США); EN-197, EN-206 и EN 450-1:2012 ( CEN территории , включая ЕЭЗ ); BS 8615‑1:2019 (Великобритания).
- По сравнению с использованием портландцемента, полученная бетонная смесь с использованием EMC не требует более высокого «общего содержания цемента» для удовлетворения требований по набору прочности.
- В ходе испытаний, проведенных компанией BASF , 28-дневное развитие прочности при замене 55% портландцемента природным пуццолановым EMC составило 14 000 фунтов на квадратный дюйм / 96,5 МПа (т.е. > C95). Это включало «общее содержание цемента» в бетонной смеси 335 кг/м^3 (564 фунта/сут.).
ЭМС как «низкоуглеродистые» цементы
[ редактировать ]В отличие от портландцемента, производство EMC вообще не выделяет углекислый газ . Это делает EMC « низкоуглеродистыми цементами». [8]
Первые заявления о возможностях EMC по сокращению выбросов CO 2 были сделаны в 1999 году, когда мировое производство портландцемента составляло 1,6 миллиарда тонн в год. [23] [28] С 2011 по 2019 год мировое производство портландцемента выросло с 3,6 до 4,1 млрд тонн в год. [29] [Примечание 1] Потенциал энергетически модифицированного цемента по снижению выбросов CO 2 во всем мире был признан с 2002 года и продолжается до сих пор. [6] [7] [9] Недавнее признание включало отчет Комиссии по энергетическому переходу 2019 года ( лорд Адэр Тернер и лорд Стерн ) «Миссия возможная отраслевая направленность: цемент» (2019). [30] Признание потенциала «нулевого углерода» было изложено McKinsey & Co в отчете за 2020 год «Закладывая основу для безуглеродного цемента» . [31] В 2023 году вклад EMC в создание «низкоуглеродистых» материалов получил дальнейшее признание в академической области механохимии. [17]
Производство и использование на местах
[ редактировать ]
(Межштатное шоссе), Техас, США.
Отсутствие вредных выбросов или токсичных химикатов во время производства.
[ редактировать ]Активация ЭМС — это чисто механический процесс. По существу, он не требует нагревания, сжигания или какой-либо химической обработки. Это означает, что во время производства ЭМС вообще не образуется дым. [23]
История
[ редактировать ]EMC производятся для использования в проектах с 1992 года и имеют широкий спектр применения. [5] К 2010 году объем залитого бетона, содержащего ЭМС, составил около 4 500 000 куб. ярдов (3 440 496 м3) . 3 ), в основном по проектам Министерства транспорта США. [5] Если представить это в контексте, то это больше, чем все строительство плотины Гувера , связанных с ней электростанций и сопутствующих работ, на которые в общей сложности было потрачено 4 360 000 куб. ярдов (3 333 459 м3) . 3 ) бетона было залито — что эквивалентно стандартной автомагистрали США от Сан-Франциско до Нью-Йорка. [32]
Раннее использование в Швеции
[ редактировать ]В раннем проекте использовался бетон, на 50% заменявший портландцемент кварцевым песком EMC. Он был использован для строительства автодорожного моста в Карунги , Швеция, в 1999 году совместно со шведской строительной фирмой Skanska . Автомобильный мост Карунги выдержал суровый субарктический климат Карунги и различные годовые и суточные диапазоны температур. [23]
Использование в США
[ редактировать ]В Соединенных Штатах энергетически модифицированные цементы были одобрены для использования рядом государственных транспортных агентств, включая PennDOT , TxDOT и CalTrans . [25]
В Соединенных Штатах автодорожные мосты и сотни миль дорожного покрытия были построены с использованием бетона, изготовленного из ЭМС, полученного из летучей золы. [5] Эти проекты включают участки межштатной автомагистрали 10 . [5] В этих проектах компания EMC заменила не менее 50% портландцемента в залитом бетоне. [26] Это примерно в 2,5 раза больше, чем типичное количество летучей золы в проектах, где не используется энергетическая модификация. [33] Данные независимых испытаний показали, что требования к 28-дневному развитию прочности были превышены во всех проектах. В 2009 году было продемонстрировано, что ЭМС летучей золы превышает эталонный показатель для шлака класса 120 согласно ASTM C989. [26]
Другим проектом было расширение пассажирских терминалов в порту Хьюстон способность энергетически модифицированного цемента производить бетоны, обладающие высокой устойчивостью к проницаемости хлорид- и сульфат -ионов (т.е. повышенная устойчивость к морской воде ). , штат Техас, где решающим фактором была [5]
События в 2024 году
[ редактировать ]В феврале 2024 года было совместно объявлено, что завод по производству ЭМС из вулканических материалов будет совместно разработан компаниями «EMC Cement» и HES International в порту Амстердама , а также, что «полностью электрический завод с нулевым уровнем выбросов, начальная мощность в 1,2 миллиона тонн позволит сократить выбросы CO2 на 1 миллион тонн в год, используя менее 10% энергии обычного завода по производству портландцемента». [34]
Свойства бетонов и растворов из ЭМС
[ редактировать ]
Индивидуальный дизайн для конечного использования
[ редактировать ]Характеристики растворов и бетонов, изготовленных из ЭМС, могут быть разработаны по индивидуальному заказу. Например, бетоны EMC могут варьироваться от общего применения (для прочности и долговечности) до производства быстро- и сверхбыстротвердеющих высокопрочных бетонов (например, более 70 МПа / 10 150 фунтов на квадратный дюйм за 24 часа и более 200 МПа / 29 000 фунтов на квадратный дюйм за 28 дней). [24] Это позволяет энергетически модифицированным цементам производить бетоны с высокими эксплуатационными характеристиками . [24]
Долговечность бетонов и растворов EMC
[ редактировать ]Любой цементирующий материал, подвергающийся активации ЭМС, скорее всего, будет иметь повышенную долговечность, включая портландцемент, обработанный активацией ЭМС. [24] Что касается пуццолановых ЭМС, то бетоны из пуццолановых ЭМС более долговечны, чем бетоны из портландцемента. [36]
Обработка портландцемента активацией ЭМС позволит получить высокоэффективные бетоны (ВПЦ). Эти HPC будут высокопрочными, долговечными и будут демонстрировать более высокую прочность в отличие от HPC, изготовленных из необработанного портландцемента. [24] Обработка портландцемента процессом активации ЭМС может увеличить прочность почти на 50%, а также значительно улучшить долговечность, измеренную в соответствии с общепринятыми методами. [24] [35]
Повышенная устойчивость к воздействию соленой воды.
[ редактировать ]Бетон, изготовленный из обычного портландцемента без добавок, имеет относительно пониженную стойкость к соленым водам. [35] Напротив, ЭМС демонстрируют высокую устойчивость к воздействию хлорид- и сульфат -ионов, а также низкую реакционную способность щелочно-кремнезема (ASR). [26] Например, испытания на долговечность проводились по «методу Баша» (см. схему). Образцы, изготовленные из HPC, имеющие соответствующую прочность на сжатие 180,3 и 128,4 МПа (26 150 и 18 622 фунтов на квадратный дюйм) после 28 дней отверждения, затем были испытаны с использованием метода Баша. Образцы были изготовлены из (а) ЭМС (содержащего портландцемент и микрокремнезем, оба подвергнутые ЭМС-активации) и (б) портландцемента. Полученную потерю массы наносили на график для определения долговечности. Для сравнения результаты испытаний показали:
- Принимая во внимание, что эталонный портландцементный бетон имел «полное разрушение примерно после 16 циклов метода Бача, что соответствует собственным наблюдениям Бача для высокопрочного бетона»; [24] [35]
- Бетон с высокими эксплуатационными характеристиками EMC продемонстрировал «постоянно высокий уровень долговечности» на протяжении всего периода испытаний, состоящего из 80 циклов Бахе, при этом, например, «практически не наблюдалось отложений на бетоне». [24]
Другими словами, обработка портландцемента процессом активации ЭМС может увеличить набор прочности почти на 50%, а также значительно улучшить долговечность, измеренную в соответствии с общепринятыми методами. [24]
Низкая выщелачиваемость бетонов EMC
[ редактировать ]Испытания на выщелачиваемость были проведены компанией LTU в 2001 году в Швеции по поручению шведской энергетической компании на бетоне, изготовленном из ЭМС, изготовленного из летучей золы. Эти испытания подтвердили, что литой бетон «продемонстрировал низкую удельную выщелачиваемость с поверхности» по отношению «всем экологически важным металлам». [37] [38]
ЭМС, использующие пуццоланы, такие как вулканические материалы
[ редактировать ]
склонность к "самовосстановлению"...
- ФОТО А [39]
- ФОТО Б
Свойства самовосстановления пуццолановых ЭМС
[ редактировать ]Естественные пуццолановые реакции могут привести к «самовосстановлению» строительных растворов и бетонов, содержащих эти материалы. [40] [41] [42] Процесс активации ЭМС может повысить вероятность возникновения этих пуццолановых реакций. [43] [44] Та же тенденция была отмечена и изучена в различных несущих конструкциях собора Святой Софии, построенного для византийского императора Юстиниана (ныне Стамбул , Турция ). [45] Там, как и в большинстве римских цементов, использовались растворы, содержащие большое количество пуццолана , чтобы придать, как считалось, повышенную устойчивость к стрессовым воздействиям, вызванным землетрясениями . [46]
ЭМС, изготовленные из пуццолановых материалов, демонстрируют « биомиметические » способности к самовосстановлению, которые можно сфотографировать по мере их развития (см. вставку с изображением). [39]
EMC используют калифорнийские пуццоланы
[ редактировать ]Бетоны, изготовленные путем замены не менее 50% портландцемента на ЭМС, дали стабильные результаты при использовании в больших объемах. [26] То же самое относится и к ЭМС, изготовленным из природных пуццоланов (например, вулканического пепла). [47]
Отложения вулканического пепла из Южной Калифорнии были проверены независимо; при 50% замене портландцемента полученные бетоны превосходили требования соответствующего стандарта США . [48] Через 28 дней прочность на сжатие составила 4180 фунтов на квадратный дюйм / 28,8 МПа ( Н /мм²). 56-дневная прочность превысила требования для бетона с давлением 4500 фунтов на квадратный дюйм (31,1 МПа), даже с учетом запаса прочности, рекомендованного Американским институтом бетона . [49] Бетон, изготовленный таким образом, был работоспособен и достаточно прочен, превышая 75% стандарт пуццолановой активности как через 7, так и через 28 дней. [48] Гладкость поверхности пуццоланов в бетоне также увеличилась. [48]
Влияние на пуццолановые реакции
[ редактировать ]
пуццолана Активация ЭМС — это процесс, который увеличивает химическое сродство к пуццолановым реакциям. [43] [44] Это приводит к более быстрому и большему развитию прочности полученного бетона при более высоких коэффициентах замещения, чем у необработанных пуццоланов. [26] [47] Эти трансформированные (теперь высокореактивные пуццоланы) демонстрируют дополнительные преимущества при использовании известных путей пуццолановых реакций, конечной целью которых обычно является получение ряда гидратированных продуктов. Исследование ЭМС с помощью ЯМР пришло к выводу, что активация ЭМС вызвала «образование тонких слоев SiO 2 вокруг кристаллов C3S », что, в свою очередь, «ускоряет пуццолановую реакцию и способствует росту более обширных сеток гидратированных продуктов». [50]
Проще говоря, используя пуццоланы в бетоне, пористый (реактивный) портландит можно превратить в твердые и непроницаемые (относительно нереакционноспособные) соединения, а не в пористый и мягкий относительно реакционноспособный карбонат кальция, полученный с использованием обычного цемента. [51] Многие из конечных продуктов пуццолановой химии имеют твердость более 7,0 по шкале Мооса . Способность «самовосстановления» также может способствовать повышению долговечности при полевых применениях, где механические напряжения могут присутствовать .
Более подробно преимущества пуццоланового бетона начинаются с понимания того, что в бетоне (включая бетоны с ЭМС) портландцемент соединяется с водой с образованием камнеподобного материала посредством сложной серии химических реакций, механизмы которых до сих пор полностью не изучены. понял. Этот химический процесс, называемый минеральной гидратацией , приводит к образованию в бетоне двух вяжущих соединений: гидрата силиката кальция (CSH) и гидроксида кальция (Ca(OH) 2 ). Эту реакцию можно отметить тремя способами: [52]
- Стандартные обозначения:
- Сбалансированный:
- Обозначения химика-цементиста (дефис обозначает переменную стехиометрию ): C 3 S + H → CSH + CH.
Основная реакция гидратации образует два продукта:
- Гидрат силиката кальция (CSH), придающий бетону прочность и стабильность размеров. Кристаллическая структура CSH в цементном тесте еще не полностью выяснена, и до сих пор продолжаются споры о ее наноструктуре . [53]
- Гидроксид кальция (Ca(OH) 2 ), который в химии бетона известен также как портландит . По сравнению с гидратом силиката кальция портландит относительно пористый , проницаемый и мягкий (от 2 до 3 по шкале Мооса ). [54] Он также сектильный , с гибкими чешуйками спайности . [55] Портландит растворим в воде, образуя щелочной раствор, который может поставить под угрозу устойчивость бетона к кислотному воздействию. [36]
Портландит составляет около 25% бетона, изготовленного на портландцементе без пуццолановых вяжущих материалов. [51] В этом типе бетона углекислый газ медленно поглощается, превращая портландит в нерастворимый карбонат кальция (CaCO 3 ) в процессе, называемом карбонизацией : [51]
В минеральной форме карбонат кальция может проявлять широкий диапазон твердости в зависимости от того, как он образовался. В самом мягком виде карбонат кальция может образовываться в бетоне в виде мела (твердость 1,0 по шкале Мооса ). Как и портландит, карбонат кальция в минеральной форме также может быть пористым, проницаемым и иметь плохую устойчивость к кислотному воздействию, что приводит к выделению углекислого газа.
Однако пуццолановые бетоны, включая EMC, продолжают поглощать мягкий и пористый портландит по мере продолжения процесса гидратации, превращая его в дополнительно затвердевший бетон в виде гидрата силиката кальция (CSH), а не карбоната кальция. [51] В результате получается более плотный, менее проницаемый и более прочный бетон. [51] Эта реакция представляет собой кислотно-основную реакцию между портландитом и кремниевой кислотой (H 4 SiO 4 ), которую можно представить следующим образом: [56]
Кроме того, многие пуццоланы содержат алюминат (Al(OH) 4 − ), который вступит в реакцию с портландитом и водой с образованием:
- гидраты алюмината кальция, такие как алюмокальций гранат ( гидрогроссуляр : C 4 AH 13 или C 3 AH 6 в обозначениях химика-цементиста, твердость от 7,0 до 7,5 по шкале Мооса ); [57] или
- в сочетании с кремнеземом образует стратлингит (Ca 2 Al 2 SiO 7 · 8H 2 O или C 2 ASH 8 в обозначениях химика-цементиста), который геологически может образовываться в виде ксенолитов в базальтах , как метаморфизованный известняк . [58]
Химия пуццоланового цемента (наряду с химией высокоалюминатного цемента) сложна и сама по себе не ограничена вышеуказанными путями. Например, стратлингит можно образовать разными способами, в том числе по следующему уравнению, которое может повысить прочность бетона: [59] [60]
Роль пуццоланов в химическом составе бетона до конца не изучена. Например, стратлингит метастабилен , и в среде с высокой температурой и содержанием воды (которая может образовываться на ранних стадиях отверждения бетона) сам по себе может давать стабильный кальциево-алюминиевый гранат (см. первый пункт выше). [63] Это можно представить следующим уравнением:
- 3C 2 AH 8 → 2C 3 AH 6 + AH 3 + 9H (обозначение химика-цементиста) [64]
Согласно первому пункту, хотя включение кальциево-алюминиевого граната само по себе не является проблематичным, если вместо этого его получить вышеуказанным способом, то в бетоне могут возникнуть микротрещины и потеря прочности. [65] Однако добавление в бетонную смесь высокореактивных пуццоланов предотвращает такую реакцию превращения. [66] В целом, в то время как пуццоланы обеспечивают ряд химических путей образования затвердевших материалов, пуццоланы с «высокой реакционной способностью», такие как доменный шлак (GGBFS), также могут стабилизировать определенные пути. В этом контексте было продемонстрировано, что ЭМС, изготовленные из летучей золы, производят бетоны, которые соответствуют тем же характеристикам, что и бетоны, содержащие «120 шлак» (т.е. GGBFS) в соответствии со стандартом США ASTM C989. [26] [67]
Портландит при воздействии низких температур, влажности и конденсации может вступать в реакцию с сульфат -ионами, вызывая выцветание . Напротив, пуццолановая химия уменьшает количество доступного портландита, чтобы уменьшить распространение высолов. [68]
ЭМС-активация
[ редактировать ]
Цель активации EMC — вызвать фундаментальное разрушение кристаллической структуры обрабатываемого материала, сделать его аморфным . [43] Хотя это изменение повышает химическую реактивность обрабатываемого материала, в процессе активации ЭМС не происходит никаких химических реакций.
Проще говоря, механохимию можно определить как «область изучения химических реакций, инициируемых или ускоряемых прямым поглощением механической энергии». [17] Технически ее можно определить как раздел химии, занимающийся «химическими и физико-химическими превращениями веществ во всех агрегатных состояниях, производимыми под действием механической энергии». [70] ИЮПАК не дает стандартного определения термина «механохимия» , вместо этого определяя «механохимическую реакцию » как химическую реакцию, «вызванную прямым поглощением механической энергии», отмечая при этом, что «сдвиг, растяжение и измельчение являются типичными методами механохимической реакции». генерация реактивных сайтов». [71] [72]
В более узком смысле «механическая активация» — это термин, впервые определенный в 1942 году как процесс, «включающий увеличение реакционной способности вещества , которое остается химически неизменным ». [73] В более узком смысле, ЭМС-активация представляет собой специализированную форму механической активации, ограниченную применением высокоэнергетической шаровой мельницы (HEBM) к цементным материалам. В более узком смысле компания EMC Activation использует вибрационное фрезерование, да и то только с использованием собственных мелющих тел . [43] Как указано в академическом учебнике по механохимии 2023 года, активация ЭМС «впечатляюще продемонстрировала» свое влияние, вызывая изменение реакционной способности альтернативного цементного материала и получающихся в результате физических характеристик бетонной отливки. [17]
Термодинамическое обоснование
[ редактировать ]Более конкретно, HEBM можно охарактеризовать как увеличение химической реакционной способности материала за счет увеличения его химической потенциальной энергии. При активации ЭМС переданная механическая энергия сохраняется в материале в виде дефектов решетки, вызванных разрушением кристаллической структуры материала. Следовательно, этот процесс переводит твердые вещества в термодинамически и структурно более нестабильные состояния, что позволяет объяснить эту повышенную реакционную способность увеличением энергии Гиббса: [74]
- где для температуры , условия и — соответствующие значения Гиббса в обработанном и необработанном материале.
Проще говоря, HEBM вызывает разрушение кристаллических связей, повышая реакционную способность материала. [75] С термодинамической точки зрения любая последующая химическая реакция может снизить уровень избыточной энергии в активированном материале (т.е. в качестве реагента) для производства новых компонентов, имеющих как более низкую химическую энергию, так и более стабильную физическую структуру. И наоборот, чтобы перевести предварительно обработанный материал в более реакционноспособное физическое состояние, процесс разупорядочения во время процесса HEBM можно оправдать как эквивалент декристаллизации ( и, следовательно, увеличения энтропии), что частично приводит к увеличению объема (уменьшению объемной массы). плотность). Обратный процесс, иногда называемый «релаксацией», может произойти почти мгновенно (10 −7 до 10 −3 секунд) или занять гораздо больше времени (например, 10 6 секунды). [76] В конечном счете, любой общий сохраняющийся термодинамический эффект может быть оправдан тем, что любой такой обратный процесс неспособен сам по себе достичь идеального термодинамического конечного состояния. В результате в ходе механоактивации минералов обратные процессы «релаксации» не могут полностью уменьшить образующуюся свободную энергию Гиббса. кристаллической решетки Следовательно, в материале остается энергия, которая запасается в созданных дефектах . [77] [78]
Чистый термодинамический эффект HEBM
[ редактировать ]В целом, HEBM оказывает чистый термодинамический эффект: [79] [80] [81]
- Структурное разупорядочение подразумевает увеличение как энтропии, так и энтальпии и, таким образом, стимулирует свойства кристаллов в соответствии с термодинамическими модификациями. Лишь небольшая часть (приблизительно 10%) избыточной энтальпии активированного продукта может быть объяснена увеличением площади поверхности.
- Вместо этого основная часть избыточной энтальпии и измененных свойств в основном может быть связана с развитием термодинамически нестабильных состояний в решетке материала (а не с уменьшением размера частиц).
- Поскольку активированная система нестабильна, процесс активации обратим, что приводит к дезактивации, рекристаллизации, потере энтропии и выделению энергии системой. Этот обратный («релаксационный») процесс продолжается до термодинамического равновесия, но в конечном итоге никогда не может достичь идеальной структуры (то есть структуры, свободной от дефектов).
- Более полное описание такого фактора процесса «активации» - также в энтальпии, с помощью которой согласно уравнению Гиббса-Гельмгольца можно представить свободную энергию Гиббса между активированным и неактивированным твердым состоянием:
- где , это изменение энтальпии и изменение энтропии.
Возникающий кристаллический беспорядок
[ редактировать ]Там, где разупорядочение кристаллов невелико, очень мал (если не пренебрежимо мал). Напротив, в сильно деформированных и неупорядоченных кристаллах значения может оказать существенное влияние на отображаемую свободную энергию Гиббса.Если оставить в стороне тепло, выделяющееся во время процесса из-за трения и т. д., возникающее в процессе активации, избыточную свободную энергию Гиббса, сохраняемую в активированном материале, можно объяснить двумя изменениями, а именно увеличением ( ) удельная площадь поверхности; и ( ) дефектная структура. [82] [81] В успешных процессах HEBM, таких как активация EMC: [83] [84]
- что касается ( ), только около 10% избыточной энергии такого активированного продукта можно объяснить изменением площади поверхности.
- что касается ( ), почти вся переданная энергия содержится в реальных структурных дефектах обрабатываемого материала.
Приблизительное значение активации ЭМС
[ редактировать ]Относительно невысокое значение ( ) по сравнению с высоким значением ( ) служит для дальнейшего отличия HEBM от обычного измельчения или «фрезеровки» (где вместо этого единственной целью является увеличение площади поверхности обрабатываемых материалов), тем самым объясняя изменение энтропии. обработанного материала в виде упругой энергии (хранящейся в дефектах решетки, на «расслабление» которых могут уйти годы), которая является «источником избыточной энергии и энтальпии Гиббса». [82] Что касается энтальпии можно получить четыре дескриптора, чтобы дать представление об общих изменениях во время такого процесса активации: [83] [85] [86]
- где :
- – мера плотности дислокаций ;
- — мера новых фаз (полиморфного превращения);
- является мерой образования аморфного материала;
- является мерой удельной площади поверхности.
- где :
Поскольку большая часть работы, выполняемой в процессе активации EMC, приходится на аспект ( ) выше, тривиально. Следовательно, основные функции изменения энтальпии приближаются к:
При активации EMC вышеуказанные условия и рассматриваются как особенно заметные из-за характера наблюдаемых изменений в физической структуре. [43] Следовательно, изменение энтальпии возникающие во время активации EMC, можно приблизительно описать следующим образом: [85] [86]
- то есть,
- где :
- , , и соответствуют соответственно молярному объему материала, вектору Бюргерса , модулю сдвига и плотности дислокаций ; [85] [86]
- и – соответственно концентрация аморфной фазы и молярная энергия аморфизации. [85] [86]
Низкотемпературная реакционная способность
[ редактировать ]Судя по приведенной выше термодинамической конструкции, ЭМС-активация приводит к образованию высокоаморфной фазы , которую можно оправдать как большую а также большой увеличивать. [43] [85] [86] Преимущества активации EMC велики в означает, что реактивность ЭМС в меньшей степени зависит от температуры. С точки зрения термодинамического импульса любой реакции, общая масса реагента не зависимый, что означает, что материал, подвергшийся HEBM с соответствующим повышением может реагировать при более низкой температуре (поскольку «активированный» реагент становится менее зависимым от температурно-зависимой функции для его дальнейшего развития). Кроме того, реакция ЭМС может проявлять физические механизмы в чрезвычайно малых масштабах «с образованием тонких слоев SiO 2 », чтобы облегчить путь реакции - с предположением, что активация ЭМС увеличивает соотношение благоприятных мест реакции. [50] Исследования в других местах показали, что HEBM может значительно снизить температуру, необходимую для протекания последующей реакции (вплоть до трехкратного снижения), при этом основной компонент общей динамики реакции инициируется в «нанокристаллической или аморфной фазе», проявляя «необычно низкие или даже отрицательные значения кажущейся энергии активации», необходимые для возникновения химической реакции. [87]
В целом, ЭМС, вероятно, в меньшей степени зависят от температуры для дальнейшего развития химического пути (см. раздел выше о пуццолановых реакциях), что может объяснить, почему ЭМС обеспечивают преимущества самовосстановления даже при низких арктических температурах. [88] [89]
Физическое обоснование (аморфизация)
[ редактировать ]Большие изменения в , более конкретно, в результирующих значениях и предоставить представление об эффективности активации EMC. Аморфизация кристаллического материала в условиях высокого давления «является довольно необычным явлением» по той простой причине, что «большинство материалов фактически испытывают обратную трансформацию из аморфного в кристаллическое в условиях высокого давления». [90] Аморфизация представляет собой сильно искаженную «периодичность» элемента решетки материала, содержащую относительно высокую свободную энергию Гиббса. [77] [79] Действительно, аморфизацию можно сравнить с квазирасплавленным состоянием. [78] [80]
В качестве возможного объяснения того, почему аморфный кремнезем более реакционноспособен, чем его кристаллическая версия, термодинамические методы могут дать дальнейшее понимание, даже если такие подходы не могут полностью объяснить это явление. Например, так называемая «температура стеклования» увеличивается с увеличением скорости охлаждения. (т.е. ), что позволяет накапливать энергию, как бы «замороженную». [91] Таким образом, существенно увеличив скорость охлаждения, «можно получить стекла с термодинамическими свойствами, существенно отличающимися от свойств исходной метастабильной переохлажденной жидкости». [92] При очень высоких скоростях охлаждения энтальпия вмороженного в полученную остеклованную систему может быть равна (или превышать) энтальпию плавления. где скорость охлаждения это порядка 10 6 до 10 9 К/с и выше. [93] Следовательно, если предположить, что ударно-волновая динамика процесса активации ЭМС верна, так что фокальные наномасштабные колебания температуры чрезвычайно кратковременны (как описано в общем в следующем разделе), это означает, что скорости охлаждения во время процесса HEBM будут, по крайней мере, одинаковыми. на порядки, если не больше. Следовательно:
- (напоминая, что )
В результате повышения , химический потенциал системы увеличивается и «замораживается», что приводит к увеличению любой последующей реакционной способности. В целом, как и другие процессы HEBM, активация ЭМС вызывает разрушение кристаллов из-за чрезвычайно сильных и разрушительных факторов, которые возникают на наноуровне обрабатываемого материала. [94] Хотя эти процессы происходят в течение короткой продолжительности и сильно очаговы, они повторяются с высокой частотой: поэтому считается, что эти факторы имитируют давление и температуру, обнаруженные глубоко внутри Земли, чтобы вызвать необходимое фазовое изменение. [3] Например, Питер Тиссен разработал модель магмы и плазмы , которая предполагает локализованные температуры — выше 10°С. 3 Кельвины — могут генерироваться в различных точках удара, чтобы вызвать в материале мгновенное возбужденное состояние плазмы , характеризующееся выбросом электронов и фотонов вместе с образованием возбужденных фрагментов (см. диаграмму выше). [95] Экспериментальные данные, полученные в результате локализованного образования трещин, которое само по себе является важным компонентом активации ЭМС, подтвердили температуру в этом регионе еще в 1975 году. [96]
Вибрационные шаровые мельницы (ВБМ)
[ редактировать ]Для активации ЭМС используется метод HEBM — вибрационная шаровая мельница (VBM). [43] VBM использует вертикальный эксцентриковый приводной механизм для вибрации закрытой камеры со скоростью до многих сотен циклов в минуту. Камера заполняется обрабатываемым материалом вместе со специальными предметами, называемыми мелющими телами . В самом простом формате такие носители могут представлять собой простые шарики из специальной керамики . На практике EMC Activation использует ряд мелющих тел разных размеров, форм и составов для достижения необходимого механохимического преобразования. [5]
Было высказано предположение, что VBM будет измельчать со скоростью, в 20–30 раз превышающей скорость роторной шаровой мельницы, что отражает особо хищнический механизм VBM. [97]
Кинетика ВБМ
[ редактировать ]Проще говоря, сила сжатия Действие между двумя одинаковыми сталкивающимися шарами в ВБМ можно выразить: [98]
- где,
- где, - масса обоих шаров, радиус, абсолютная скорость удара и материала модуль Юнга шариков. [98]
Как видно, увеличение скорости удара увеличивает . Размер и масса мелющих тел также играют свою роль. член знаменателя включает в себя это означает, что природа материала, используемого в качестве мелющих тел, является важным фактором ( в конечном итоге возводится в квадрат , поэтому его отрицательное значение не имеет значения). Более того, из-за быстрой вибрации мелющему телу сообщается высокое ускорение, после чего непрерывные, короткие и резкие воздействия на загрузку приводят к быстрому уменьшению размера частиц. [97] Кроме того, высокие давления и сдвиговые напряжения способствуют необходимому фазовому переходу в аморфное состояние как в месте удара, так и при передаче ударных волн, которые могут вызвать даже большие давления, чем сам удар. [94]
Например, время контакта при столкновении двух шаров может составлять всего 20 мкс, создавая давление вверх в 3,3 ГПа и связанное с этим повышение температуры окружающей среды на 20 Кельвинов . [94] Из-за короткой продолжительности удара скорость изменения импульса значительна: генерируется ударная волна длительностью всего 1–100 мкс, но с соответствующим давлением 10 ГПа вверх и высоко локализованной и фокальной температурой (т. е. на наноуровне). ) до нескольких тысяч Кельвинов. [94] Для сравнения: давление в 10 ГПа эквивалентно примерно 1000 километрам морской воды. В качестве еще одного примера, удар двух одинаковых стальных шаров диаметром 2,5 см со скоростью 1 м/с приведет к возникновению плотности энергии столкновения , превышающей 10 9 джоули /м 2 , с шариками оксида алюминия того же диаметра 2,5 см и скоростью 1 м/с, генерирующими еще большую плотность энергии. [98] Столкновения происходят за очень короткий промежуток времени, и, следовательно, «скорость выделения энергии на относительно небольшой площади контакта может быть очень высокой». [98]
См. также
[ редактировать ]Базовые данные по активации EMC:
- Контактная механика - Исследование деформации твердых тел, соприкасающихся друг с другом.
- Кристалличность – степень структурного порядка в твердом теле.
- Кристаллическая структура - упорядоченное расположение атомов, ионов или молекул в кристаллическом материале.
- Твердость - мера сопротивления материала локализованной пластической деформации.
- Постоянная решетки - Физические размеры элементарных ячеек в кристалле.
- Механика материалов - Поведение твердых объектов под действием напряжений и деформаций.
- Материаловедение - Исследование материалов.
- Микроструктура - Очень мелкомасштабная структура материала.
- Питер Адольф Тиссен – немецкий физико-химик (1899–1990).
- Поверхностная инженерия - Изменение свойств твердых поверхностей.
- Поверхностная метрология – измерение мелких деталей на поверхностях.
- Трибология - наука и техника взаимодействующих поверхностей в относительном движении.
Академический:
- Технологический университет Лулео – университет в Швеции
Примечания
[ редактировать ]- ^ Два аспекта: (I) Мировое производство портландцемента в 2011 году составило примерно 3,6 миллиарда тонн, согласно данным Геологической службы США (USGS) (2013), и является обязательным как достаточно точная ассимиляция, а не оценка как таковая. Обратите также внимание, что в том же отчете в 2012 году было подсчитано, что мировое производство портландцемента увеличится до 3,7 миллиардов тонн (рост на 100 миллионов тонн в годовом исчислении), тогда как фактический показатель за 2012 год составлял 3,8 миллиардов тонн. тонны . (II) Оценка общего мирового производства CO 2 в 2011 году : 33,376 миллиарда тонн (без учета международного транспорта). Источник: Европейская комиссия ЕС, Объединенный исследовательский центр (JRC)/PBL, Агентство по оценке окружающей среды Нидерландов . База данных выбросов для исследований глобальной атмосферы (EDGAR), версия 4.2. Тенденции 2009–2011 годов были оценены для секторов энергетики на основе потребления ископаемого топлива за 2009–2011 годы из обзора мировой энергетики BP за 2011 год (BP, 2012), для производства цемента – на основе предварительных данных Геологической службы США (2012), за исключением Китай, для которого использовалось Национальное бюро статистики Китая (НБС) (2009, 2010, 2011 гг.).
[По состоянию на май 2013 г. См. ЭДГАР, раздел внешних ссылок]. - ^ «Метод Бача» для испытания прочности бетона имитирует ежедневные колебания температуры рассола . Тест 1 или тест 2 можно использовать или выполнять последовательно в течение 48 часов. Этот метод вызывает насыщение соленой водой с концентрацией 7,5% (т.е. более высокой концентрацией, чем в морской воде ), с последующим замораживанием или нагревом в 24-часовом цикле для имитации высоких суточных температурных диапазонов. Выбранный цикл повторяется до тошноты для определения потери массы. Таким образом, метод Баче общепризнан как один из наиболее жестких методов испытаний бетона как аналога на долговечность.
- ^ На большой фотографии изображена бетонная испытательная балка, изготовленная из ЭМС, подвергающаяся трехточечному изгибу RILEM в Технологическом университете Лулео в Швеции (февраль 2013 г.). Эта обработка вызывает появление трещин для проверки склонности к «самовосстановлению». Был использован бетон (общий кубический сантиметр: 350 кг/м³), содержащий 40% портландцемента и 60% ЭМС, изготовленный из летучей золы. ФОТО А: Трещины средней шириной 150-200 мкм образовались после примерно 3-недельной выдержки в воде. ФОТО Б: Без какого-либо вмешательства в крупнообъемном пуццолановом бетоне трещины постепенно заполнялись недавно синтезированным гелем CSH (продуктом продолжающейся пуццолановой реакции). Они были полностью заполнены примерно через 4,5 месяца. В течение периода наблюдения также было зафиксировано непрерывное увеличение прочности благодаря продолжающейся пуццолановой реакции. Это, вместе с наблюдаемыми свойствами «самовосстановления», положительно влияет на долговечность бетона. Все фотографии Доктор В. Ронин и Северная федерация бетона.
- ^ Дополнительные примечания по пуццолановой химии: ( A ) Соотношение Ca/Si (или C/S) и количество молекул воды могут варьироваться, чтобы изменить стехиометрию CSH. ( Б ) Часто кристаллогидраты образуются, например, когда алюминат трикальция реагирует с растворенным сульфатом кальция с образованием кристаллогидратов (3CaO·(Al,Fe) 2 O 3 · CaSO 4 ·nH 2 O, общая упрощенная формула). Это называется фазой AFm («оксид алюминия, оксид железа, моносульфат»). ( C ) ФП Фаза сама по себе не является исключительной. С одной стороны, хотя сульфаты вместе с другими анионами, такими как карбонаты или хлориды, могут присоединяться к фазе AFm , они также могут вызывать AFt фазу эттрингит , в которой образуется (6CaO · Al 2 O 3 · 3SO 3 · 32H 2 O или C 6 С 3 Ч 32 ). ( D ) Как правило, фаза AFm важна для дальнейшего процесса гидратации, тогда как фаза AFt может быть причиной разрушения бетона, известного как DEF. DEF может представлять собой особую проблему для непуццолановых бетонов (см., например, Folliard, K., et al., Preventing ASR/DEF in New Concrete: Final Report , TXDOT & US FHWA: Doc. FHWA/TX-06). /0-4085-5, ред. 06/2006). ( E ) Считается, что пуццолановые химические пути, использующие Ca 2+ ионы вызывают AFt . относительное подавление маршрута
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Марк Энтони Бенвенуто (24 февраля 2015 г.). Промышленная химия: для продвинутых студентов . Де Грютер. стр. 134–. ISBN 978-3-11-035170-5 .
- ^ Пентималли, М; Беллуски, М; Паделла, Ф (2015). Алиофхазраи, М. (ред.). «Высокоэнергетическое шаровое измельчение как универсальный инструмент синтеза и обработки наноматериалов». Справочник по механическому наноструктурированию : 663–679. дои : 10.1002/9783527674947.ch28 . ISBN 978-3-527-33506-0 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Толе, Ильда; Хабермель-Квирцен, Карин; Цвирцен, Анджей (1 августа 2019 г.). «Механохимическая активация природных глинистых минералов: альтернатива производству устойчивых цементных вяжущих – обзор» . Минералогия и петрология . 113 (4). Спрингер: 449–462. Бибкод : 2019МинПе.113..449Т . дои : 10.1007/s00710-019-00666-y .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Жан-Пьер Бурназель; Ив Малье (1998). PRO 4: Международная конференция RILEM по бетону: от материала к конструкции . Публикации РИЛЕМ. стр. 101–. ISBN 978-2-912143-04-4 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час Ронин, В (2010). Промышленно проверенное решение для экологически чистых дорожных покрытий из пуццоланового бетона большого объема — использование энергетически модифицированного цемента, EMC (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия, США: Совет транспортных исследований национальных академий.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Хамприс, К.; Махасенан, М. (2002). На пути к устойчивой цементной промышленности. Подисследование 8: Изменение климата . Женева, Швейцария: Всемирный деловой совет по устойчивому развитию (WBCSD).
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Харви, Д. (2013). Энергетика и новая реальность 1 – Энергоэффективность и спрос на энергетические услуги . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781136542718 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Кумар, Ракеш; Кумар, Санджай; Мехротра, СП (декабрь 2007 г.). «На пути к экологически устойчивым решениям в отношении летучей золы посредством механической активации». Ресурсы, сохранение и переработка . 52 (2): 157–179. Бибкод : 2007RCR....52..157K . doi : 10.1016/j.resconrec.2007.06.007 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Хасанбейги, Али; Прайс, Линн; Лин, Элина (октябрь 2012 г.). «Новые технологии энергоэффективности и CO 2 сокращения выбросов для производства цемента и бетона: технический обзор» . Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 16 (8): 6220–6238. дои : 10.1016/j.rser.2012.07.019 . S2CID 108511643 .
- ^ Хикенбот, Чарльз Р.; Мур, Джеффри С.; Уайт, Скотт Р.; Соттос, Нэнси Р.; Бодри1, Жером; Уилсон, Скотт Р. (2007). «Смещение путей реакции с помощью механической силы». Природа . 446 (7134): 423–427. Бибкод : 2007Natur.446..423H . дои : 10.1038/nature05681 . ПМИД 17377579 . S2CID 4427747 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) (требуется подписка) - ^ Карлье, Лесли; Барон, Мишель; Шамаю, Ален; Куарраз, Гай (май 2013 г.). «Экологичная аптека с использованием синтеза без растворителей: исследование механизма в случае дибензофеназина» (PDF) . Порошковая технология . 240 : 41–47. дои : 10.1016/j.powtec.2012.07.009 . S2CID 97605147 .
- ^ Банерджи, С; Мухопадьяй, П. (2007). «Затвердевание, стеклование, кристаллизация и формирование квазикристаллических и нанокристаллических структур». Серия материалов Пергама . 12 : 122–255. дои : 10.1016/S1470-1804(07)80056-3 . ISBN 978-0-08-042145-2 . ISSN 1470-1804 .
- ^ Живанович, Дина; Андрич, Любиша; Секулич, Живко; Милошевич, Синиша (1999). «Механическая активация слюды». Передовая наука и технология спекания . стр. 211–217. дои : 10.1007/978-1-4419-8666-5_29 . ISBN 978-1-4613-4661-6 .
- ^ Дэнни Харви (12 августа 2010 г.). Энергетика и новая реальность 1:Энергоэффективность и спрос на энергетические услуги . Рутледж. стр. 385–. ISBN 978-1-136-54272-5 .
- ^ Эфльгрен, Леннарт (27 марта 2013 г.). «Форум по инфраструктуре будущего: взгляд скандинавов» (PDF) . Форум инфраструктуры будущего, Кембриджский университет.
- ^ «Стипендия» (на шведском языке). Технологический университет Лулео. 30 августа 2006 г. Проверено 24 марта 2014 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Колачино, Эвелина; Гарсия, Фелипе (2023). Механохимия и новые технологии для устойчивого химического производства (1-е изд.). Рутледж. п. 162. ИСБН 9780367775018 .
- ^ Ронин, В.; Йонассон, Дж. Э. «Новая технология бетона с использованием энергетически модифицированного цемента (ЭМС)» . Материалы: Скандинавская конференция по исследованию бетона: Гетеборг, 1993 г. Осло, Норвегия: Norsk Betongforening (скандинавские исследования бетона): 53–55. ISSN 0800-6377 .
- ^ Веб-сайт LTU (27 января 2024 г.). «Профессор Леннарт Эльфгрен» . ltu.se.
- ^ сайт ЛТУ. «Медаль вице-канцлера за заслуги вручена Леннарту Эльфгрену» . лту.се .
- ^ ЭВРИКА. «Золотая награда ЭВРИКА за EMC Cement» (PDF) .
- ^ Кришнарадж, Л; Редди, YBS; Мадхусудхан, Н.; Равичандран, ПТ (2017). «Влияние энергетически модифицированной золы-уноса на долговечность цементного раствора» . Расаянский химический журнал . 10 (2): 423–428. дои : 10.7324/RJC.2017.1021682 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Хедлунд, Х; Ронин, В; Йонассон, Дж. Э.; Эльфгрен, Л. (1999). «Зеленый цемент» [Зеленый цемент]. Строительство и технологии (на шведском языке). 91 (7). Стокгольм, Швеция: Förlags AB Bygg & teknik: 12–13. ISSN 2002-8350 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я Эльфгрен, Л; Джастнес, Х; Ронин, В (2004). Высокоэффективные бетоны с энергетически модифицированным цементом (ЭМС) (PDF) . Кассель, Германия: Kassel University Press GmbH. стр. 93–102.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Федеральное управление автомобильных дорог США (FHWA). «Презентация EMC Cement, 18 января 2011 г.» . Вашингтон, округ Колумбия.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г ЭМС Цемент Б.В. Краткое описание эффективности CemPozz® (летучая зола) в бетоне (PDF) . ЭМС Цемент Б.В., 2012 г.
- ^ «Домашняя страница низкоуглеродистого цемента» . Официальный сайт EMC Cement . ЭМС Цемент . Проверено 9 июня 2024 г.
- ^ «Паспорт цемента» (PDF) . Геологическая служба США . Геологическая служба США. 2001 . Проверено 14 августа 2020 г.
- ^ «Паспорт цемента» (PDF) . Геологическая служба США . Геологическая служба США. 2020 . Проверено 10 августа 2020 г.
- ^ Комиссия по энергетическому переходу ; Стерн, Николас; Тернер, Адэр (2019). «Миссия Возможная отраслевая направленность: цемент» . Комиссия по энергетическому переходу. п. 15 . Проверено 1 января 2022 г.
- ^ Циглер, Т; Рейтер, С; Сомерс, К. (май 2020 г.). «Закладывая основу для безуглеродного цемента» . МакКинси и Ко . Архивировано из оригинала 16 сентября 2020 года . Проверено 24 августа 2020 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ USBR. «Часто задаваемые вопросы и ответы о плотине Гувера» . Бюро мелиорации США . Проверено 10 августа 2020 г.
- ^ Шнайдер, М.; Ромер М., Чудин М. Болио К.; Чудин, М.; Болио, Х. (2011). «Устойчивое производство цемента – настоящее и будущее». Исследования цемента и бетона . 41 (7): 642–650. doi : 10.1016/j.cemconres.2011.03.019 .
- ^ EMC Cement (26 февраля 2024 г.). «В ПОРТЕ АМСТЕРДАМА БУДЕТ ПОСТРОЕН БЕЗУГЛЕРОДНЫЙ ЦЕМЕНТНЫЙ ЗАВОД» . Низкоуглеродистый цемент . Проверено 29 февраля 2024 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Бач, М. (1983). «Материалы на основе уплотненного цемента / сверхмелкозернистых частиц». Материалы второй международной конференции по суперпластификаторам в бетоне .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Чаппекс, Т.; Скривенер К. (2012). «Щелочная фиксация CSH в смесевых цементных пастах и ее связь с щелочно-кремнеземной реакцией». Исследования цемента и бетона . 42 (8): 1049–1054. doi : 10.1016/j.cemconres.2012.03.010 .
- ^ Частное исследование, Технологический университет Лулео (2001) «Испытание на диффузию летучей золы, стабилизированной цементом», Отчет LTU AT0134:01, 03 сентября 2001 г.
- ^ Ронин, В; Йонассон, Дж. Э.; Хедлунд, Х. (1999). «Экологически эффективные вяжущие вещества на основе портландцемента», слушания в Саннефьорде, Норвегия, 20–24 июня 1999 г. Норвегия: Norsk Betongforening. стр. 1144–1153.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Ронин Владимир; Эмборг, Матс; Эльфгрен, Леннарт (2014). «Характеристики самовосстановления и аспекты микроструктуры бетона с использованием энергетически модифицированного цемента с большим количеством пуццоланов». Северные исследования бетона . 51 : 131–144 https://www.diva-portal.org/smash/record.jsf?dswid=-9911&pid=diva2%3A987595 .
- ^ Ян, Инцзы; Лепеч, Майкл Д.; Ян, Энь-Хуа; Ли, Виктор К. (май 2009 г.). «Аутогенное заживление инженерных цементных композитов в условиях влажно-сухих циклов». Исследования цемента и бетона . 39 (5): 382–390. doi : 10.1016/j.cemconres.2009.01.013 .
- ^ Ли, Виктор С.; Герберт, Эмили (28 июня 2012 г.). «Надежный самовосстанавливающийся бетон для устойчивой инфраструктуры» . Журнал передовых технологий бетона . 10 (6): 207–218. дои : 10.3151/jact.10.207 . hdl : 2027.42/94191 .
- ^ Ван Титтельбум, Ким; Де Бели, Неле (27 мая 2013 г.). «Самовосстановление цементных материалов — обзор» . Материалы . 6 (6): 2182–2217. Бибкод : 2013Mate....6.2182V . дои : 10.3390/ma6062182 . ПМЦ 5458958 . ПМИД 28809268 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г Джастнес, Харальд; Эльфгрен, Леннарт; Ронин Владимир (февраль 2005 г.). «Механизм эффективности энергетически модифицированного цемента по сравнению с соответствующим цементным смесем». Исследования цемента и бетона . 35 (2): 315–323. doi : 10.1016/j.cemconres.2004.05.022 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Аннотация к выданному патенту «Способ производства смешанных цементов с пониженными выбросами углекислого газа» (№ публикации: WO/2004/041746; № международной заявки: PCT/SE2003001009; Дата публикации: 21.05.2004; Дата международной подачи: 16.06.2003)
- ^ Моропулу, А.; Чакмак, А.; Лабропулос, КК; Ван Грикен, Р.; Торфс, К. (январь 2004 г.). «Ускоренная микроструктурная эволюция фазы силикат-гидрата кальция (CSH) в пуццолановых пастах с использованием мелких кремнистых источников: сравнение с историческими пуццолановыми растворами». Исследования цемента и бетона . 34 (1): 1–6. дои : 10.1016/S0008-8846(03)00187-X .
- ^ Моропулу, А.; Чакмак, А.С.; Бисконтин, Г.; Баколас, А.; Зендри, Э. (декабрь 2002 г.). «Усовершенствованные композиты на основе византийского цемента, устойчивые к сейсмическим воздействиям: измельченный кирпич и известковый раствор собора Святой Софии Юстиниана». Строительство и строительные материалы . 16 (8): 543–552. дои : 10.1016/S0950-0618(02)00005-3 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б ЭМС Цемент Б.В. Краткое описание эффективности CemPozz® (натурального пуццолана) в бетоне (PDF) . ЭМС Цемент Б.В., 2012 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Штейн, Б. (2012). Краткое изложение технических оценок и аналитических исследований Cempozz®, полученных из калифорнийских природных пуццоланов (PDF) . Сан-Франциско, США: Компания Construction Materials Technology Research Associates, LLC.
- ^ ACI 318 «Требования строительных норм к конструкционному бетону и комментарии»
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Йоханссон, К; Ларрсон, К; Анцуткин О; Форслинг, Вт; Рао, К.Х.; Ронин, В. (1999). «Исследование кинетики реакций гидратации в цементном тесте с механохимически модифицированным цементом 29Si методом ЯМР с вращением под магическим углом» . Исследования цемента и бетона . 29 (10). Пергам: 1575–1581 гг. дои : 10.1016/S0008-8846(99)00135-0 . Проверено 14 августа 2020 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Барогел Боуни, В. (1996). Бурназель, JP; Мальер, Ю. (ред.). Свойства текстуры и влажности обычных и высокоэффективных цементных материалов (в PRO 4: Бетон: от материала к структуре) . 144 в 156: РИЛЕМ. п. 360. ИСБН 2-912143-04-7 .
{{cite book}}
: CS1 maint: местоположение ( ссылка ) - ^ «Гидратация цемента» . Понимание цемента.
- ^ Томас, Джеффри Дж.; Дженнингс, Хэмлин М. (январь 2006 г.). «Коллоидная интерпретация химического старения геля CSH и его влияния на свойства цементного теста». Исследования цемента и бетона . 36 (1): 30–38. doi : 10.1016/j.cemconres.2004.10.022 .
- ^ «Данные о портландите» . www.webmineral.com .
- ^ «Справочник по минералогии» (PDF) . rruff.geo.arizona.edu .
- ^ Мертенс, Г.; Снеллингс, Р.; Ван Бален, К.; Бичер-Симсир, Б.; Верлой, П.; Элсен, Дж. (март 2009 г.). «Пуццолановые реакции обычных природных цеолитов с известью и параметры, влияющие на их реакционную способность». Исследования цемента и бетона . 39 (3): 233–240. doi : 10.1016/j.cemconres.2008.11.008 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Ca 3 Al 2 (SiO 4 ) 3-x (OH) 4x , с гидроксидом (OH), частично заменяющим кремнезем (SiO 4 )
- ^ Вебминерал.com. «Данные о стратлингите» . Проверено 6 декабря 2013 г. . См. также: Дин, Цзянь; Фу, Ян; Бодуан, Джей-Джей (август 1995 г.). «Образование стретлингита в системах высокоглиноземистый цемент – микрокремнезем: значение ионов натрия». Исследования цемента и бетона . 25 (6): 1311–1319. дои : 10.1016/0008-8846(95)00124-У .
- ^ Мидгли, Х.Г.; Бхаскара Рао, П. (март 1978 г.). «Образование стратлингита 2CaO.SiO2.Al2O3.8H2O в связи с гидратацией высокоглиноземистого цемента». Исследования цемента и бетона . 8 (2): 169–172. дои : 10.1016/0008-8846(78)90005-4 .
- ^ Мидгли, Х.Г. (март 1976 г.). «Количественное определение фаз в высокоглиноземистых цементных клинкерах методом рентгеновской дифракции». Исследования цемента и бетона . 6 (2): 217–223. дои : 10.1016/0008-8846(76)90119-8 .
- ^ Хейкал, М.; Радван, ММ; Морси, М.С. (2004). «Влияние температуры отверждения на физико-механические характеристики кальциево-алюминатного цемента со шлаком, охлаждаемым воздухом или шлаком, охлаждаемым водой» (PDF) . Керамика-Силикати . 48 (4): 185–196.
- ^ Абд-Эль-Азиз, Массачусетс; Абд Эль-Алим, С.; Хейкал, Мохамед (январь 2012 г.). «Физико-химические и механические характеристики пуццолановых цементных паст и растворов, гидратированных при различных температурах твердения». Строительство и строительные материалы . 26 (1): 310–316. doi : 10.1016/j.conbuildmat.2011.06.026 .
- ^ Мостафа, Насер Ю.; Заки, З.И.; Абд Элькадер, Омар Х. (ноябрь 2012 г.). «Химическая активация цементно-алюминатных композитов, отверждаемых при повышенной температуре». Цемент и бетонные композиты . 34 (10): 1187–1193. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2012.08.002 .
- ^ Тейлор, HFW, (1990) Химия цемента, Лондон: Academic Press, стр. 319–23.
- ^ Матусинович, Т; Шипушич, Дж; Врбос, Н. (ноябрь 2003 г.). «Соотношение пористости и прочности в алюминатно-кальциевых цементных пастах». Исследования цемента и бетона . 33 (11): 1801–1806. дои : 10.1016/S0008-8846(03)00201-1 .
- ^ Маджумдар, Эй Джей; Сингх, Б. (ноябрь 1992 г.). «Свойства некоторых смесей высокоглиноземистых цементов». Исследования цемента и бетона . 22 (6): 1101–1114. дои : 10.1016/0008-8846(92)90040-3 .
- ^ ASTM International (2010). «ASTM C989: Стандартные спецификации на шлаковый цемент для использования в бетоне и строительных растворах» . Книга стандартов, том . 4 (2). дои : 10.1520/c0989-10 .
- ^ Нхар, Х.; Ватанабэ, Т.; Хашимото К. и Нагао С. (2007). Выцветание бетонных изделий для покрытий из блокировочных блоков (Девятая Международная конференция CANMET/ACI по последним достижениям в технологии бетона: редактор, Малхотра, В., М., 1-е изд.). Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Американский институт бетона. стр. 19–34. ISBN 9780870312359 .
- ^ Болдырев В.В.; Павлов С.В.; Гольдберг, Э.Л. (март 1996 г.). «Взаимосвязь тонкого измельчения и механической активации». Международный журнал переработки полезных ископаемых . 44–45: 181–185. Бибкод : 1996IJMP...44..181B . дои : 10.1016/0301-7516(95)00028-3 .
- ^ Хейнике, Г.; Хенниг, Х.-П.; Линке, Э.; Стейнике, У.; Тиссен, К.-П.; Мейер, К. (1984). «Трибохимия: в сотрудничестве с HP Hennig и др.» [и с предисловием Питера-Адольфа Тиссена]. Акта Полимерика . 36 (7). Берлин: Akademie-Verlag: 400–401. дои : 10.1002/actp.1985.010360721 .
- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « Механо-химическая реакция ». дои : 10.1351/goldbook.MT07141
- ^ Балаж, Питер; Ахимовичова, Марсела; Балаж, Матей; Биллик, Питер; Черкезова-Желева, Зара; Криадо, Хосе Мануэль; Делогу, Франческо; Дуткова, Эрика; Гаффет, Эрик; Готор, Франсиско Хосе; Кумар, Ракеш; Митов Иван; Рожак, Тадей; Сенна, Мамору; Стрелецкий Андрей; Вечорек-Чюрова, Кристина (2013). «Особенности механохимии: от наночастиц к технологии». Обзоры химического общества . 42 (18): 7571–8137. дои : 10.1039/c3cs35468g . hdl : 10261/96958 . ПМИД 23558752 . S2CID 205853500 .
- ^ Смекаль, А. (апрель 1942 г.). «Процесс царапин и молекулярная сила». Естественные науки . 30 (14–15): 224–225. Бибкод : 1942NW.....30..224S . дои : 10.1007/BF01481226 . S2CID 1036109 .
- ^ Хюттиг, Густав Ф. (1943). «Промежуточные состояния в твердотельных реакциях и их значение для катализа». Гетерогенный катализ III . стр. 318–577. дои : 10.1007/978-3-642-52046-4_9 . ISBN 978-3-642-52028-0 .
- ^ Зеликман, АН; Волдман, генеральный директор; Беляевская, Л.В. (1975). Теория гидрометаллургических процессов . Металлургия.
- ^ Мейер, К. (1968). Физико-химическая кристаллография . VEB Немецкое издательство для базовых отраслей. п. 337. АСИН Б0000БСНЕК .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пургахрамани, П; Форссберг, Э. (март 2007 г.). «Влияние механической активации на восстановительное поведение гематитового концентрата». Международный журнал переработки полезных ископаемых . 82 (2): 96–105. Бибкод : 2007IJMP...82...96P . дои : 10.1016/J.MINPRO.2006.11.003 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пургахрамани, П; Форссберг, Э. (март 2007 г.). «Кинетика восстановления механоактивированного гематитового концентрата газообразным водородом неизотермическими методами». Термохимика Акта . 454 (2): 69–77. Бибкод : 2007TcAc..454...69P . дои : 10.1016/j.tca.2006.12.023 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пургахрамани, П; Форссберг, Э. (май 2006 г.). «Сравнительное исследование микроструктурных характеристик и запасенной энергии механоактивированного гематита в различных средах измельчения». Международный журнал переработки полезных ископаемых . 79 (2): 120–139. Бибкод : 2006IJMP...79..120P . дои : 10.1016/j.minpro.2006.01.010 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пургахрамани, П; Форссберг, Э. (май 2006 г.). «Характеристика микроструктуры механически активированного гематита с использованием уширения линий XRD». Международный журнал переработки полезных ископаемых . 79 (2): 106–119. Бибкод : 2006IJMP...79..106P . дои : 10.1016/j.minpro.2006.02.001 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пургахрамани, П; Форссберг, Э. (сентябрь 2007 г.). «Изменения в структуре гематита при длительном сухом измельчении в зависимости от приложенной энергии напряжения». Порошковая технология . 178 (1): 30–39. дои : 10.1016/j.powtec.2007.04.003 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Пургахрамани, П. (2007). Механическая активация гематита с использованием различных методов измельчения с особым акцентом на структурные изменения и реакционную способность (PDF) (Диссертация). п. 242.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Ткачова, К.; Балаж, П.; Мисура, Б.; Вигдергауз, В.Е.; Чантурия, Вирджиния (июль 1993 г.). «Селективное выщелачивание цинка из механоактивированного комплексного концентрата Cu-Pb-Zn». Гидрометаллургия . 33 (3): 291–300. дои : 10.1016/0304-386X(93)90068-O .
- ^ Балаж, П (2000). Добывающая металлургия активированных полезных ископаемых . Амстердам: Elsevier Science BV, с. 292. ИСБН 9780080531533 . Проверено 21 августа 2020 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Ткачова, К. (1989). Механическая активация минералов . Амстердам: Эльзевир. Мистер. 170. ИСБН 978-0444988287 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Троманс, Д.; Мич, JA (ноябрь 2001 г.). «Усиленное растворение минералов: запасенная энергия, аморфизм и механическая активация». Минеральное машиностроение . 14 (11): 1359–1377. Бибкод : 2001MiEng..14.1359T . дои : 10.1016/S0892-6875(01)00151-0 .
- ^ Непапушев А.А.; Киракосян, К.Г.; Московских, ДО; Харатян, С.Л.; Рогачев А.С.; Мукасян, А.С. (2015). «Влияние высокоэнергетического измельчения шаров на кинетику реакции в системе Ni-Al: электротермографическое исследование». Международный журнал самораспространяющегося высокотемпературного синтеза . 24 (1): 21–28. дои : 10.3103/S1061386215010082 . S2CID 136668210 .
- ^ Ронин, В; Йонассон, Дж. Э. (1994). Исследование эффективного зимнего бетонирования с использованием энергетически модифицированного цемента (ЭМС) – аспекты материаловедения, Отчет 1994:03, 24 стр. (на шведском языке). Университет Лулео (LTU), див. Структурной инженерии.
- ^ Ронин, В; Йонассон, Дж. Э. (1995). Высокопрочный и высокоэффективный бетон с применением ЭМС-отверждения в условиях холодного климата . Материалы международной конференции по бетону в тяжелых условиях, Саппоро, Япония, Университет Лулео (LTU), Div. Структурной инженерии.
- ^ Хэндл, Филип Х.; Лортинг, Томас (2015). «Температурная аморфизация шестиугольного льда» . Физическая химия Химическая физика . 17 (7): 5403–5412. Бибкод : 2015PCCP...17.5403H . дои : 10.1039/C4CP05587J . ПМИД 25613472 . Проверено 21 августа 2020 г.
- ^ Ши, Фрэнк Г. (1 июля 1994 г.). «Стеклопереход: унифицированное лечение» . Журнал исследования материалов . 9 (7): 1908–1916. Бибкод : 1994JMatR...9.1908S . дои : 10.1557/JMR.1994.1908 . ISSN 2044-5326 . S2CID 137825323 .
- ^ Гуцов, Иван; Тодорова, Снежана (20 апреля 2010 г.). «Стекла как системы с повышенной растворимостью, высокой химической активностью и как источники накопленной энергии» . Физика и химия стекла - Европейский журнал науки и технологии стекла, часть B. 51 (2): 83–99.
- ^ Гуцов, Иван; Шмельцер, Дж. Юрн; Гуцов, Иван С. (2013). Стекловидное состояние: термодинамика, структура, реология и кристаллизация (2-е изд.). Берлин Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-3-642-34633-0 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Соболев, Константин (август 2005 г.). «Механо-химическая модификация цемента с повышенным содержанием доменного шлака». Цемент и бетонные композиты . 27 (7–8): 848–853. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2005.03.010 .
- ^ Вейхерт, Р.; Шёнерт, К. (1974). «О повышении температуры на вершине быстро текущей трещины†». Журнал механики и физики твердого тела . 22 (2): 127–133. Бибкод : 1974JMPSo..22..127W . дои : 10.1016/0022-5096(74)90018-0 .
- ^ Фуллер, КНГ; Фокс, П.Г.; Филд, Дж. Э. (1975). «Повышение температуры на вершине быстродвижущихся трещин в стеклообразных полимерах». Труды Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки . 341 (1627): 537–557. Бибкод : 1975RSPSA.341..537F . дои : 10.1098/rspa.1975.0007 . JSTOR 78609 . S2CID 137104796 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Крайсер, Ян; Херси, Джон А. (ноябрь 1980 г.). «Сравнительное исследование измельчения в роторных и вибрационных шаровых мельницах». Порошковая технология . 27 (2): 137–141. дои : 10.1016/0032-5910(80)85015-7 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Венкатараман, Канзас; Нарайанан, Канзас (май 1998 г.). «Энергетика столкновения мелющих тел в шаровых мельницах и механохимические эффекты». Порошковая технология . 96 (3): 190–201. дои : 10.1016/S0032-5910(97)03368-8 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Официальный сайт EMC Cement , Швеция – lowcarboncement.com.
- Технологический университет Лулео , Швеция – на LTU.se
- Форум инфраструктуры будущего , Кембриджский университет, Великобритания – на Fif.construction.cam.ac.uk
- Статистика и информация по цементу Геологической службы США (USGS) – на сайте Minerals.usgs.gov.
- Агентство по охране окружающей среды США (EPA), Информация о правилах для промышленности портландцемента – на EPA.gov.
- Американский институт бетона - на Concrete.org
- EDGAR – База данных выбросов для исследований глобальной атмосферы – Edgar.jrc.ec.europa.eu
- Витрувиус: Десять книг по архитектуре онлайн: перекрестный латинский текст и английский перевод
- Инициатива WBCSD по устойчивому развитию цемента. Архивировано 18 декабря 2011 г. на Wayback Machine - на Wbcsdcement.org.