Low-carbon composite binders with high contents of Icelandic volcanic pozzolan and silicomanganese slag: Hydration kinetics, microstructure and strength development

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides long-term hydration and strength data for novel binder systems, useful for modeling and material design.

🏢実務担当者:Shows viable pathways for reducing clinker factor in cement production by up to 90% without catastrophic strength loss, applicable to product development.

🏛政策担当者:Supports industrial decarbonization policy by quantifying achievable emission reductions with alternative materials.

クリンカ係数の低減はセメント系材料の環境負荷低減に不可欠であるが、高い置換率で力学性能を維持することは依然として課題である。本研究では、アイスランド産火山性ポゾラン（VPI）を含む低炭素二元系結合材と、VPIおよびシリコマンガンスラグ（SiMn）を含む三元系結合材について、総セメント置換率50〜90%での系統的な長期比較を示す。水結合材比0.35、超可塑剤1%で調製したペースト試料を、圧縮強度、等温熱量測定、ならびに365日までの組成相および微細構造特性評価により調査した。セメント置換率の増加は水和を遅延させ、初期材齢の強度を低下させた。28日において、総置換率50%の結合材は、普通ポルトランドセメント（OPC）を用いた対照材と同等以上の強度を達成し、75〜85 MPaに達した。置換率70%および90%の混合物は、それぞれOPC強度の78〜84%および46〜58%を達成し、養生とともに強度が増進し続けた。二元系結合材は、対応する三元系結合材よりも大きなポルトランダイト消費と、より持続的な二次反応生成物の形成を示した。それにもかかわらず、20%のSiMnスラグの混入は、その低い固有反応性にもかかわらず、VPIリッチ系の長期性能に寄与し、強度は置換率70%まで対応する二元系結合材と平均して±5%以内に留まった。最も良好な三元系応答は置換率50%で得られた。これらの結果は、高含有セメント置換結合材におけるVPIとSiMnスラグの単独および複合効果を明らかにし、水和、微細構造、および強度の間の長期関係を確立することで、競争力のある力学性能を備えた低炭素結合材の設計を支援する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Reducing clinker factor is essential for lowering the environmental impact of cement-based materials, but maintaining mechanical performance at high replacement levels remains challenging. This study presents a systematic long-term comparison of low-carbon binary binders containing Icelandic volcanic pozzolan (VPI) and ternary binders containing VPI and silicomanganese slag (SiMn) at total cement replacement levels of 50–90%. Paste mixtures prepared at a water-to-binder ratio of 0.35 with 1% superplasticiser were investigated by compressive strength, isothermal calorimetry, and compositional phase and microstructural characterisations up to 365 days. Increasing cement replacement level delayed hydration and reduced early-age strength. At 28 days, binders with 50% total replacement achieved strengths comparable to or even exceeding control with ordinary Portland cement (OPC) reaching 75–85 MPa. Mixtures with 70% and 90% replacement attained 78–84% and 46–58% of the OPC strength, respectively, and continued to gain strength with curing. Binary binders showed greater portlandite consumption and more sustained formation of secondary reaction products than the corresponding ternary binders. Nevertheless, incorporation of 20% SiMn slag contributed to the long-term performance of VPI-rich systems despite its low intrinsic reactivity, and strengths remained, on average, within ±5% of the corresponding binary binders up to 70% replacement. The most favourable ternary response was obtained at 50% replacement. These results clarify stand alone and combined effect of VPI with SiMn slag in high-volume cement replacement binders and establish long-term relationships between hydration, microstructure, and strength that support the design of low-carbon binders with competitive mechanical performance.

• openalex https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2026.146759first seen 2026-05-24 04:51:59 · last seen 2026-06-17 07:12:20