石炭脈石セラムサイト高の調製 | 甘粛コンクリート株式会社

Scientific Reports volume 12、記事番号: 16369 (2022) この記事を引用

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石炭脈石（CG）を建築資材として使用することで、産業廃棄物の処理量を削減し、固形廃棄物の資源利用を促進するだけでなく、建設における土砂や石の過剰な消費も解決します。この研究では、CG原料からの焼成セラミサイトを実験的に調査し、CGセラミサイトコンクリートの機械的特性を研究しました。さらに、焼成前後の CG の物理的、化学的、組成変化を走査型電子顕微鏡と X 線回折分析 (XRD) を使用して観察しました。実験結果は、焼成により密度が減少し、強度が増加し、CG の気孔率が増加し、CG の微細構造と鉱物組成が変化することが明らかになりました。最後に、石炭脈石セラムサイトコンクリートと通常のコンクリートの間には、圧縮強度の経時変化と弾性率と圧縮強度の関係に大きな違いがあります。この論文では、実験データに従って既存の式を修正します。

石炭脈石（CG）は、石炭の掘削と分離のプロセスで生成される産業固形廃棄物の一種です1、2、3。一般に、生産された石炭 10 トンごとに 1 トンの CG が廃棄されます4,5。統計によると、現在中国では 50 ～ 60 億トンの CG が保管されており、その蓄積量は年間 1 億 5,000 ～ 2 億トンの割合で増加しています6,7。現在、ほとんどの CG は単純な積み上げによって処分されており、中国には約 2,600 か所、約 15,000 ヘクタールに及ぶ大規模な CG 丘が存在します 8,9,10。これは資源の浪費をもたらすだけでなく、環境汚染を引き起こし、地域社会の健康と福祉を脅かします11。中国のグリーンで持続可能な開発戦略の実施に伴い、CG の合理的かつ包括的な利用は、顕著な経済的、環境的、社会的利益をもたらすでしょう。

建築材料における CG の主な応用方法に関する既存の研究には、セメントの製造、レンガの燃焼、コンクリート中空ブロック、気泡コンクリートに関する研究が含まれます 12,13。 CG の起源が異なるため、異なる特性を持つさまざまな種類の CG が存在しますが、ほとんどの化学成分と鉱物成分は天然骨材 (NA) に似ています。したがって、CG を使用するより直接的かつ効果的な方法は、CG を破砕後にコンクリートの粗骨材または細骨材として使用することです14,15,16。ただし、CG 凝集体 (CGA) は NA に比べて構造が緩く、物理的特性が低くなります。したがって，同一配合比では CG 骨材を骨材としたコンクリートの強度は NA 骨材を用いたコンクリートよりも低くなる17,18,19。したがって、CGA コンクリートの機械的特性を向上させ、より多くの建設分野での採用を可能にするためには、CGA の物理的および機械的特性を向上させる必要があります。

CG の化学組成は複雑ですが、主にシリコンとアルミニウムで構成されており、十数種類の元素が含まれています。一般に、CG は主に SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、NaO、K2O20、21、22 などの酸化物で構成されています。仮焼 CG は骨材の特性を改善する効果的な方法です。 CG 中の炭素およびその他のさまざまな成分は、500 ～ 800 °C の温度範囲での焼成中に除去でき、CG 中のカオリナイトも徐々にメタカオリンに変化します 23,24。 Zhang et al.25、Cao et al.13、Guo et al.26 は、CG が 700 ～ 800 °C の温度で焼成した後に高い活性を示すことを指摘しました。メタカオリンとセメント水和生成物（水酸化カルシウム）の二次水和反応により、CGA コンクリートの機械的特性を向上させることができます。 Yang et al.27 は、高温焼成が CG の内部化学反応を引き起こし、CG 内の不安定な成分を除去し、安定した物質を生成し、CG の物理的特性に対応する変化を引き起こす可能性があることを発見しました。焼成により、CGA は軽量で高強度のセラムサイト骨材に変換できます 5,28。通常のコンクリートと比較して、セラムサイト軽量骨材コンクリートは、低密度、高円筒圧縮強度、高気孔率、高軟化係数、良好な耐凍害性、優れた耐アルカリ骨材性などの優れた特性を備えています29,30,31。多くの研究 32、33、34、35、36 は、性能をさらに向上させることを目的として、セラムサイトコンクリートの調製と性能を調査してきました。 CG セラムサイト軽量骨材コンクリート (CGCLAC) の性能を向上させるには、石炭脈石セラムサイトの物理的および機械的特性を向上させる必要があります。しかし、CG 原料から高強度セラミックサイトを調製する研究はまだ比較的まれであり、CGCLAC の構成特性に関する研究はさらに少ないです。

本研究ではCG原料から焼成セラミサイトを生成する実験を行った。この研究で使用された原料配合と実験プロセスは、CGC の実験研究の予備的基礎として使用できます。焼成前後の CG の物理的、化学的、組成変化を走査型電子顕微鏡 (SEM) と X 線回折分析 (XRD) によって観察しました。この方法で作られた石炭脈石セラムサイト（CGC）は高い強度を持っています。さらに、本研究ではCGCを用いて作製したコンクリートの力学試験を実施しました。強度の変動則が調査され、弾性率と圧縮強度の関係が提唱されます。

焼成されたセラムサイトの調査によって得られたライリーの結果 37 によれば、セラムサイトの製造に適した原料の化学組成は表 1 に示されています。 SiO2 と Al2O3 は高温でガラス溶融物を形成し、液相でのそれらの相互作用は3Al2O3・2SiO2の形成と成長を促進します。原料中のSiO2、Al2O3の含有量が増加すると、溶融温度が上昇し、液相の粘度が増加し、膨張が小さくなり、原料の強度が大きくなります。セラムサイト原料中の SiO2 および Al2O3 の含有量が高くなると、特定の粘度に達するまでにより高い温度が必要になります。 K2O、Na2O、CaO、MgO などは共溶媒であり、原材料の融点を下げるのに有益です。たとえば、SiO2 と Al2O3 が共晶化合物を生成する場合、融解温度は 1713 °C になります。 K2O を添加すると、融解温度は 976 °C になります。 Na2O を添加すると、融解温度は 874 °C になります。高温では、Fe2O3 と C は、H2O、CO、CO2 などのガス物質を生成し、これらがセラムサイトの細孔拡大を促進する力となります。

CG の主成分は、カオリナイト、ハイドロマイカを中心とした粘土鉱物と、石英、長石、黄鉄鉱、炭酸塩などの二次鉱物です。表 2 は、中国遼寧省復興市の CG の化学組成を示しています。表１と表２を比較すると、ＣＧは焼成セラムサイトの製造に理想的な原料であることが分かる。一部の化学成分が基準を満たさない場合でも、他の物質を添加することで原料の含有量を調整し、理想的な範囲にすることができます。

CGCの製造工程には、原料の加工、造粒、熱処理が含まれます。 CGをジョークラッシャーで破砕し、ボールミルで粉砕した。原料を１００メッシュの篩い分けした。各種原料を一定の割合で混合し、直径10～20mmのペレットを作製します。次に、形成された CGC を乾燥ボックスに入れ、105 °C で 1 ～ 2 時間加熱しました。温度の急激な上昇によって引き起こされる焼成プロセスでの表面亀裂や CG の破裂を除去するために、表面の水分をさらに除去するために 300 °C で 30 分間予熱を実行しました。試料の予熱と焼成はそれぞれ予熱炉と焼成炉で行った。 CG原料が設計予熱温度で予熱時間に達したら、直ちに予熱炉から取り出し、設計焼成温度1150℃に達した仮焼炉に投入し、仮焼時間は30分とした。急速冷却法を使用して、セラムサイトの表面温度を 400 °C 以下に急速に下げました。セラミックが焼成されると、温度が変化するにつれて、ボールの内部材料組成が次のような反応プロセスを引き起こしました。

400 ～ 800 °C での化学反応:

800 ～ 1100 °C での化学反応:

上記の反応は、SやCなどの元素が燃焼してCO2やSO2ガスがオーバーフローし、炭酸化合物（CaCO3やMgCO3）や硫化物が熱分解されることを示しています。焼成の過程で、さまざまな不安定物質が徐々に分解されて排出され、残留物質は分解されにくくなり、セラムサイトの特性がより安定します。

焼成前後のCGの巨視的および微視的形態を図1〜3に示します。それぞれ1と2。 CG は黒または黒灰色です。しかし、化学組成と焼成温度の違いに応じて、セラミック粒子は焼成後に白、灰色、鉄赤、土黄色などの異なる色を示します。 SEM画像からわかるように、CGセラムサイトの表面は溶融状態にあり、その表面分布は約30μmの細孔であり、内部には多数の細孔が分布している。内部細孔は粒子骨格間の直径50～200μmの円形のマクロ細孔と、骨格上の直径30μm未満の小さな細孔に大きく分けられます。高温焼成プロセスでは、セラムサイト内の酸化鉄と炭素が酸化還元反応を起こし、大量の CO と CO2 を放出します。これらのガスはマトリックスによって形成された液相によって結合され、その結果、セラムサイトの体積が膨張する際に空隙が形成されます。膨張ガスの量や細孔の均一性はCGだけでなく、焼成温度にも直接関係します。表面での粘性液体の生成量が増えると、結合ガスの量とセラムサイト内の細孔が増加し、均一性が向上します。これにより、セラムサイトの密度が低下し、強度が向上します。

肉眼的形態の変化。

顕微鏡的な形態の変化。

パート 2: 軽量骨材の試験方法 (GB/T17431.2-2010)38 に規定されている軽量骨材の試験方法に従って、CG の物理的および機械的性質をか焼の前後で試験する必要があります。性能指標を表 3 に示します。焼成後、CG の物理的および機械的特性は大幅に変化しました。見掛け密度、ゆるめかさ密度、タップかさ密度はそれぞれ28.11%、40.47%、45.58%減少しましたが、空隙率と吸水率はそれぞれ30.12%と79.86%増加し、破砕指数は29.49減少しました。 %。

CGC の品質は、軽量骨材コンクリート適用技術基準（JGJ/T12-2019）39、建築用小石及び砕石（GB/T14685-2011）40 に基づいて評価された。 CG セラムサイトはクラス II 粗骨材の要件を満たしますが、CG はクラス III 粗骨材の要件のみを満たします。建築用CGは焼成することで品位を向上させることができます。

焼成前後の CG の鉱物組成は、X 線回折装置 (JB/T 9400-2010)41 の仕様および粘土鉱物および通常の分析方法に従って、XRD (Ultima IV、リガク、日本) によって決定されました。 X 線回折を使用した堆積岩中の非粘土鉱物 (SY/T 5163-2018)42。このテストでは、定量分析スキャン手法、つまりステップスキャンが使用されました。サンプル間隔とスキャン速度はそれぞれ 0.01 と 0.25 /min に設定されました。 XRD試験結果を図3に示します。

焼成前後の石炭脈石のXRDスペクトル。

石英とカオリナイトは、未焼成 CG の 2 つの主要な結晶化鉱物です。石英は硬くて磨耗に強いためCGの高強度に貢献しますが、カオリナイトは含水層珪酸塩粘土鉱物であり、硬度が低く安定性に劣る土や塊の一種であり、これがCGが容易に作成できる理由の1つです。折れて強度が低い。 CGには加水分解しやすい化学成分が約15％含まれています。焼成後、CG の元の材料が失われると石英の割合が大幅に増加し、CGC の機械的特性の向上に貢献します。カオリナイト中のアルミナケイ酸塩は、高温で焼成されてムライトを形成します。ムライトは、焼成された CGC の機械的特性をさらに向上させる高強度の材料です。さらに、高温で焼成することにより、CG中の不安定成分がCGC中の安定な物質に変化します。したがって、CGC の物理的および機械的特性は、焼成前の CG の物理的および機械的特性とは定性的に異なります。

この試験では、コンクリートセメント系材料として42.5R普通ポルトランドセメントを使用し、適量のフライアッシュを添加した。コンクリート細骨材として地元の川砂を使用し、細粒度係数は 3.26 であった。粗骨材として粒径５〜２０ｍｍのＣＧＣを使用し、混合水は一般の水道水を使用した。コンクリートスランプがコンクリート混合要件を確実に満たすように、減水剤をフレッシュコンクリートに添加した。減水剤の投入量はセメント投入量の1.5～2.5％、減水率は20～30％であった。

さまざまなエンジニアリング実践のニーズに応じて、4 つの異なる強度混合比率が設計されました。 CGCLACの配合割合を表4に示します。各配合割合の圧縮強度試験、引張引張強度試験、曲げ強度試験、弾性率試験を実施しました。圧縮強度と引張強度は100mm×100mm×100mmの立方体試験片を用いて試験し、曲げ強度は100mm×100mm×550mmの角柱状試験片を用いて測定しました。弾性率は、100 mm × 100 mm × 300 mm のサイズの角柱状試験片を使用して測定されました。圧縮強度は、それぞれ養生期間 3 日、7 日、14 日、21 日、および 28 日で試験されました。引裂き引張強さ、曲げ強さ、および弾性率は、養生期間 28 日でのみ試験されました。各強度値は、3 つのテストブロックの平均強度を表します。

コンクリート中の各原料の配合量は、配合割合に応じて計算されます。これまでの研究によれば、CGC の混合工程における過度の吸水によるコンクリートの流動性の違いを避けるために、CGC をプレウェットする必要があります。一般的には、CGCLAC を作成する前に、CGC が完全に濡れるように、1 時間で CGC に吸収される水の 60% を CGC に加えます43。減水剤を撹拌している水に添加した。次に、すべての CGC、砂、70% の水をミキサーで 10 ～ 20 秒間混合し、セメントとフライアッシュを 30 秒かけて加えました。残りの 30% の水を 60 秒かけて加えました。コンクリートが均一に撹拌されたら、準備した型枠に流し込み、振動台上で振動させて緻密化させます。 24 時間後、型を取り外し、コンクリートを温度 20 °C ± 2 °C、相対湿度 95% の標準的なインキュベーターに入れ、28 日間硬化させました。

CGCLAC の機械的特性は、コンクリートの物理的および機械的特性の試験方法に関する規格 (GB/T 50081-2019)44、通常の生コンクリートの試験方法性能に関する規格 (GB/T 50080-2016)45 および技術基準に従って試験されました。軽量骨材コンクリートの適用用（JGJ/T 12- 2019）39. 圧縮強度、引張引張強度、弾性率は200トン電動油圧サーボ油圧試験機を用いて測定しました。試験装置を図4に示します。曲げ引張強さは60トン電動油圧サーボ油圧試験機を使用して測定しました。試験に使用した荷重装置を図 5 に示します。荷重プロセス全体は応力によって制御されました。圧縮強度試験の荷重速度は０．５ＭＰａ／ｓ、分割引張強度および曲げ引張強度の荷重速度は０．０５ＭＰａ／ｓとした。テストデータはデータ収集装置によって自動的に記録され、データ収集頻度は 0.2 秒でした。

テスト装置と負荷図。

コンクリートの4点曲げ試験用載荷装置。

SEM によるミクロンスケールでの長さの測定に関する一般規則 (GB/T16594-2008)46 に従って、機械的試験の後、表面積最大 1 cm2、厚さ最大 1 cm の試験ブロックを表面から穴あけしました。中空ドリルを使用して損傷した試験片を加工します。試験片は SEM 分析のために真空に送られ、破損した試験片の微細構造は走査型電子顕微鏡 (TESCAN MIRA4、チェコ共和国) を使用して観察されました。

シリーズ A、B、C、D のスランプ平均値はそれぞれ 69 mm、65 mm、53 mm、42 mm でした。また、コンクリートの凝集性、保水性も良好であった。試験結果から、スランプは生コンクリート(GB/T14902-2012)47に規定されるコンクリート構造の要件を満たしていることが判明した。セメントスラリーの凝集力は主にセメントスラリーの乾燥時の粘稠度、つまりセメントスラリーの稠度に依存し、骨材間の摩擦抵抗は主に表面のセメントスラリー層の厚さに依存します。骨材、つまりセメントスラリーの量に依存します。 CGC と天然骨材の性能差を考慮すると、従来のコンクリート配合設計法では、砂比が減少するにつれて強度が増加すると考えられており、明らかに CGCLAC 配合の要件を満たしていません。したがって、異なる条件、同一環境下での CGCLAC 配合設計では、通常のコンクリートに比べて砂比を大きく選択することになります。

表 5 は、さまざまなコンクリート混合物の見掛け密度と吸水率について得られた実験結果を示しています。見てわかるように、CGC コンクリートの密度は通常のコンクリートの密度よりも低くなります。これは本質的に、通常見掛け密度が 1950 kg/m3 未満である軽量骨材コンクリートの要件を満たします。この主な理由は、この研究では、CG の見掛け密度が 1876.2 kg/m3 であり、NA の見掛け密度が 2600 kg/m3 以上であるという事実です。したがって、CGC コンクリートは NA コンクリートよりもはるかに軽量です。

CGCLACの吸水率は通常のコンクリートよりもはるかに高くなります（通常のコンクリートの吸水率は2〜3％です）。密度と吸収はいずれも、使用される骨材の特性と密接に関係しています。 CGC 骨材は、天然骨材と比較して密度が低く、吸収性が高くなります。その理由は、CGC 集合体の表面に多数の細孔が存在することにあります。これにより、より多くのモルタルが骨材表面に付着し、その結果、CGC コンクリートの密度が低くなり、吸収率が高くなります。

コンクリートの圧縮強度は、コンクリートの強度等級を決める重要な指標です。試験の結果、通常のコンクリートと同様に、コンクリートの水セメント比が減少するにつれて圧縮強度が着実に増加することがわかりました。水セメント比 0.30 のコンクリートの圧縮強度は、水セメント比 0.35 のコンクリートの圧縮強度よりわずかに低くなります。図6に示すように、圧縮強度が増加するにつれて、損傷の主な原因はスラリーおよび界面の損傷から骨材の損傷へと徐々に変化しました。したがって、水セメント比を下げてもコンクリートの圧縮強度は向上しません。

失敗時のクラック開発。

CGCLAC の立方体圧縮強度を 3 日、7 日、14 日、21 日、および 28 日で測定し、結果を表 6 に示します。硬化時間に応じた CGCLAC の立方体圧縮強度の変化曲線をプロットします。図7に示す。

圧縮強度と立方体の年齢の関係。

表 6 および図 7 から、CGCLAC の初期強度は急速に発達し、3 日で 28 日圧縮強度の 55% 以上に達し、2 日以内には 28 日圧縮強度の 80% 以上に達したことがわかります。この成長速度は、通常のコンクリートの成長速度よりも大幅に高速です。一般的なコンクリートの 3 日圧縮強度は 28 日圧縮強度の 50% 近く、7 日圧縮強度は 28 日圧縮強度の 70% 近くになります。 14 日を超えた後、CGCLAC の圧縮強度はゆっくりと発現します。これは、主に CGC 骨材と天然骨材の物理的および機械的特性の大きな違いによるものです。

コンクリート工学では、標準的な養生条件下でのコンクリートの 28 日間圧縮強度が、ユニット工学品質の受け入れ評価における重要なパラメータとして一般に考慮されています。 28 日圧縮強度は、コンクリートの初期圧縮強度によって予測でき、その後の建設の基礎となります。したがって、CGCLAC の年齢と圧縮強度の関係を調査する必要があります。一般コンクリートの既存の実験式によれば、CGCLAC の初期圧縮強度と 28 日強度の関係を表す式は次のように表されます。

ここで、 \(f_{cn}\) はコンクリートの初期圧縮強度 (MPa) です。 \(f_{c28}\) はコンクリートの 28 日間圧縮強度 (MPa) です。 n は年齢 (\({\text{n}} \ge 3\)); a と b は回帰分析によって得られるパラメータです。

初期強度と標準年齢での圧縮強度の関係を表す提案された式は、最小二乗法を使用し、実験データの回帰分析を通じて次のように作成されました。

図 8 は、提案された式によって得られた CGCLAC の圧縮強度の値と実験値の関係を示しています。予備評価は、R2 と RMSE の 2 つの指標を使用して実行されました。見てわかるように、データの大部分は 10% の誤差ライン内に収まり、計算値と実験値の間の最大誤差は 20.3% です。この式から得られる R2 と RMSE の値はそれぞれ 0.8521 と 2.6359 であり、新しく開発した圧縮強度の推定式の性能は十分であることがわかります。したがって、提案された式を実際のプロジェクトで使用して、さまざまな年齢での CGCLAC の圧縮強度を予測できます。

CGCLAC の圧縮強度の理論結果と実験結果の比較。

コンクリートの基本的な力学的指標として、コンクリート引張強さはコンクリートの耐ひび割れ性に非常に重要です。コンクリートの引張強さを評価する一般的な方法は、割断引張強さ試験です。 CGCLAC試験体の分割破壊面を図9に示します。CGC骨材の大部分が直接分割されており、通常のコンクリートのセメントモルタルの破壊面や界面破壊とは大きく異なります。実際、CGCLAC の引張強さは主にモルタルの強度、粗骨材の品質、骨材とモルタルの結合性能に影響されます。表 7 は、混合比率全体に対する分割引張強度試験の結果を示しています。試験結果から、CGCLAC の 28 日分割引張強さは 2 ～ 4 MPa であり、立方体圧縮強さの約 7% を占めることがわかりました。

分割破壊面。

いくつかの国家規格では、コンクリートの圧縮強度に応じてコンクリートの引張強度を予測するための計算式が指定されています。 GB50010-202048、ACI318-1149、CEB-FIB50、JIS A 1113-200651、AS52の実験値と計算値の比較を図10に示します。誤差解析を行ったところ、上記仕様における計算結果と実験値との最大誤差は13.5%、32.7%、17.4%、27.8%、32.2%となり、RMSE値は0.2156、0.4424となりました。、それぞれ0.2573、0.7815、0.8978です。比較結果から、GB50010-2010 および CEB-FIB 仕様の式は CGCLAC の分割引張強度を十分に予測できると結論付けることができます。

予測された分割引張強度と実験値の比較。

表 7 の実験データは、CGCLAC の 28 日間曲げ強度が 3.3 ～ 5.5 MPa であるのに対し、曲げ強度は立方体圧縮強度の約 10 分の 1 であることを示しています。見てわかるように、CGC はセメントモルタルとの接着に関して優れた性能を持っています。また、CGC は通常のコンクリートとは異なり、破壊面で直接損傷を受けていることがよくわかります。

コンクリートの弾性係数は、コンクリート構造物の設計および計算における重要な性能指標であり、構造物の内力および変形の計算に直接影響します。コンクリートの弾性率は、主にセメントモルタルと骨材の弾性率、およびコンクリート中のそれらの相対含有量に依存します。 CGCLAC 組成の特殊性、および CGCLAC 組成における CGC とモルタルの弾性率と変形性能の違いにより、弾性率に影響を与える要因は通常のコンクリートに比べて複雑です。さまざまなコンクリートの弾性率について得られた結果を表 7 に示します。コンクリート構造物の設計基準 (GB50010-2020)48 によれば、コンクリートの圧縮強度が 30 ～ 50 MPa の場合、対応する弾性率は 30 です。 GPa ～ 34.5 GPa。表 7 の結果から、CGCLAC の弾性係数は、同じ強度の通常のコンクリートの弾性係数より 25 ～ 35% 低くなります。

多くの理論研究と実践事例に基づいて、普通骨材コンクリートと軽量骨材コンクリートの圧縮強度と弾性係数の関係が確立されました。コンクリートの圧縮強度の弾性率を計算する公式は、一部の国の建築基準法に規定されています。既存の研究結果は、コンクリートの弾性率がコンクリートの圧縮強度と見掛け密度の関数であることを明らかにしています。図 11 に実験値と文献の予測式による計算値の比較を示します。予測式は主にさまざまな研究によって提案された計算式に基づいており、一部の国の建築基準法に規定されています。図 11 では、Jian53、Smadi54、Yang55、JGJ/T12-201939、ACI49 の実験値と計算値の最大相対偏差は 23.84%、5.45%、16.14%、11.77%、14.74% であり、平均偏差はそれぞれ 3.5、0.95、3.03、1.31、1.32 です。二乗平均平方根誤差 (RMSE) はそれぞれ 3.24、1.52、1.54、3.55、および 1.06 です。比較の結果、ACIが提案した計算式が実際の弾性係数により一致しており、セラムサイトコンクリートの弾性係数の計算に使用できることが明らかになりました。

弾性率の計算値と実験値の比較。

上記方法により石炭脈石をセラムサイトコンクリートに加工することができ、固形廃棄物処理の問題を解決し、コンクリート原料の不足を軽減することができる。テスト結果の分析に基づいて、この研究では次の結論が導き出されています。

焼成後、CG の物理的特性、微細構造、組成が変化し、強度と吸水性が増加しました。異なるコンクリート配合の CGC コンクリートの見掛け密度は通常のコンクリートの見掛け密度より低く、軽量骨材コンクリートの要件を本質的に満たしています。

CGC 骨材と天然骨材の物理的および機械的性質の大きな違いにより、CGCLAC の初期強度は急速に発達しました。これは、主に CGC の吸水性が大きく、CG セラムサイトがかなりの量の水を吸収するためです。したがって、セメントと骨材との間の水和反応は十分である。

異なる年齢での CGCLAC の立方体圧縮強度の実験的研究に基づいて、CGCLAC の初期強度を予測するための経験式 (次の方程式) を当てはめました。

この式で求められる R2 と RMSE は、それぞれ 0.8521 と 2.6359 です。これらの値は、圧縮強度を推定するための新しい式の性能が満足できるものであることを示しています。したがって、提案された式は、CGCLAC の圧縮強度を予測するために実際のプロジェクトで使用できます。

さまざまな国家規格で指定されている分割引張強さと圧縮強さの関係を説明する式が確立されました。 GB50010-2010 および CEB-FIB 仕様の式は、CGCLAC の分割引張強度を十分に予測できます。

CGCLAC の 28 日曲げ強度は 3.3 ～ 5.5 MPa であり、曲げ強度は立方体圧縮強度の約 10 分の 1 です。曲げ強度試験では、CGC は通常のコンクリートとは異なり、破断面で直接損傷を受けました。

CGCLAC の弾性率は、同じ強度の通常のコンクリートに比べて 25 ～ 35% 低くなります。 ACI318-11が提案する計算式は実際の弾性係数により一致しており、セラムサイトコンクリートの弾性係数の計算に使用できます。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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遼寧工科大学の規律革新チーム（助成金番号 LNTU20TD-12）に感謝します。この研究で提示された実験作業を実行するための資金と施設を提供したことに対して。

この研究は、遼寧省教育局の科学研究基金（CN）（助成金番号 LJ2020JCL030）および（CN）（助成金番号 LJ2019JL002）の支援を受けました。

遼寧工科大学土木工学部、撫新、123000、中国

ホンボ・グアン、ジータオ・ユー、アルバート・サロモン・ウムフザ・キブゲンザ、チンウェイ・サン

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HG: 概念化、監督、方法論、執筆 - レビューと編集。 JY：執筆・原案準備。 ASUK: 正式な分析、データキュレーション。 QS: 形式的な分析、データのキュレーション。

ホンボ・グアンまたはアルバート・サロモン・ウムフザ・キブゲンザに対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Guan、H.、Yu、J.、ウムフザキブゲンザ、AS 他。石炭脈石セラムサイト高強度コンクリートの調製とその物理機械的特性の調査。 Sci Rep 12、16369 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-20940-y

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受信日: 2022 年 7 月 26 日

受理日: 2022 年 9 月 21 日

公開日: 2022 年 9 月 30 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20940-y

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