MB-05-2025

Application of fine-grained waste glass and metakaolin to limit alkaline corrosion in cement mortars

Zastosowanie drobno mielonego szkła odpadowego i metakaolinu w celu ograniczenia korozji alkalicznej w zaprawach cementowych

citation/cytuj: Kotsay G., Młotkowska M. Application of fine-grained waste glass and metakaolin to limit alkaline corrosion in cement mortars. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 1-9. DOI: 10.15199/33.2025.05.01

dr inż. Galyna Kotsay, Politechnika Warszawska, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii
ORCID: 0000-0003-3890-1157
mgr inż. Martyna Młotkowska, Politechnika Warszawska, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii

Correspondence address: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

DOI: 10.15199/33.2025.05.01
Original research paper / Oryginalny artykuł naukowy

Abstract. The aim of the present study was to assess the feasibility of using fine-grained waste glass combined with metakaolin in cement mortars containing reactive dolomitic aggregate. The research encompassed an analysis of the activity of the glass and metakaolin additives, as well as cement pastes incorporating these additives in amounts of 10%, 20%, and 30%, alongside investigations into alkali corrosion and the microstructure of the mortars. The results indicate that partially replacing cement with waste glass increases alkali activity and the risk of corrosion, whereas introducing a combined additive (glass + metakaolin) significantly reduces the content of active alkali, limits mortar expansion. The data obtained confirm that metakaolin exerts a stabilizing effect by counteracting the adverse consequences of the high alkalinity of glass, thereby improving the durability and chemical stability of cementitious products. stated, employing this combined additive may provide a valuable solution in the production of cement-based materials.
Keywords: waste glass; metakaolin; cement; dolomite aggregate; alkaline activity; alkaline corrosion.

Streszczenie. W artykule zaprezentowano możliwości zastosowania drobno mielonego szkła odpadowego i metakaolinu w zaprawach cementowych zawierających reaktywne kruszywo dolomitowe. Badania obejmowały analizę aktywności dodatków (szkła i metakaolinu) oraz zaczynów cementowych z udziałem tych dodatków w ilości 10, 20 i 30%. Ponadto zbadano korozję alkaliczną oraz mikrostrukturę zapraw. Wyniki wskazują, że zastąpienie części cementu szkłem odpadowym powoduje zwiększenie aktywności alkalicznej i ryzyka korozji, natomiast wprowadzenie kompleksowego dodatku (szkło + metakaolin) redukuje znacznie zawartość aktywnych alkaliów i ogranicza ekspansję zapraw. Uzyskane dane potwierdzają, że metakaolin działa stabilizująco, neutralizując niekorzystne skutki dużej alkaliczności szkła, co przekłada się na zwiększenie trwałości i stabilności chemicznej wyrobów cementowych. W konsekwencji zastosowanie kompleksowego dodatku szkła i metakaolinu może stanowić wartościowe rozwiązanie w produkcji materiałów cementowych.
Słowa kluczowe: szkło odpadowe; metakaolin; cement; kruszywo dolomitowe; aktywność alkaliczna; korozja alkaliczna.

Literature
[1] PN-EN 197-5:2021-07 Cement – Część 5: Cement portlandzki wieloskładnikowy CEM II/C-M i Cement wieloskładnikowy CEM VI.
[2] PN-EN 197-6:2023 Cement. Część 6: Cement z materiałów budowlanych pochodzących z recyklingu.
[3] https://www.feve.org/dostęp 01.04.2025.
[4] Shayan A, Xu A. Performance of glass powder as a pozzolanic material in concrete: A field trial on concrete slabs. Cem. Concr. Res. 2006; doi: 10.1016/j. cemconres. 2005.12.012.
[5] Jiang X, Xiao R, Bai Y, Huang B, Ma Y. Influence of waste glass powder as a supplementary cementitious material (SCM) on physical and mechanical properties of cement paste under high temperatures. J. Clean. Prod. 2022; DOIi: 10.1016/j. jclepro. 2022.130778.
[6] Jochem LF, Casagrande CA, Onghero L, Venâncio C, Gleize PJP. Effect of partial replacement of the cement by glass waste on cementitious pastes. Constr. Build. Mater. 2021; DOI: 10.1016/j.conbuildmat. 2020.121704.
[7] Ismail ZZ, AL-Hashmi EA. Recycling of waste glass as a partial replacement for fine aggregate in concrete. Waste Manag. 2009; DOI: 10.1016/j.wasman. 2008.08.012.
[8] Steyn ZC, Babafemi AJ, Fataar H, Combrinck R. Concrete containing waste recycled glass, plastic and rubber as sand replacement. Constr. Build. Mater. 2021; DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121242.
[9] Bahadur R, Kumar Parashar A. An investigation of waste glass powder with the substitution of sand on concrete mix. Mater. Today Proc. 2023, DOI: 10.1016/j.matpr. 2023.02.123.
[10] Szewczenko G, Kotsay W. Determination of glass waste allowable amount used as an additive to Portland cement. Czasopismo Wydziału Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury. 2015; vol. 62, no. 3/II, pp. 403–410.
[11] Szewczenko W, Kotsay G. Alkaline Activity of Portland Cement with Additives of Waste Glass. Materials (Basel). 2021; DOI: 10.3390/ma14061346.
[12] Shevchenko VV, Kotsai GN. Alkaline activity of glass powder used as additives to Portland cement. Part II. Glas. Phys. Chem. 2016; DOI: 10.1134/S1087659616030123.
[13] Zdzisława O. Korozja wewnętrzna betonu. Kielce: Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2015.
[14] Glinicki MA. Inżynieria betonowych nawierzchni drogowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, 2023.
[15] Kurdowski W. Chemia cementu i betonu. Kraków: Stowarzyszenie Producentów Cementu, 2010.
[16] Leemann A, Lothenbach B. The influence of potassium–sodium ratio in cement on concrete expansion due to alkali-aggregate reaction. Cem. Concr. Res. 2008; DOI: 10.1016/j. cemconres. 2008.05.004.
[17] Hemstad P et al. Alkali metal distribution in composite cement pastes and its relation to accelerated ASR tests. Cem. Concr. Res. 2023; DOI: 10.1016/j. cemconres. 2023.107283.
[18] Siddique R, Klaus J. Influence of metakaolin on the properties of mortar and concrete: A review. Appl. Clay Sci. 2009; DOI: 10.1016/j.clay.2008.11.007.
[19] PN-92/B-06714/46 Kruszywa mineralne. Badania. Oznaczanie potencjalnej reaktywności alkalicznej metodą szybką.
[20] RILEM AAR-2. Detection of potential alkali-reactivity of aggregates – The ultra-accelerated mortar-bar test. RILEMAAR-2.
[21] A. C1260, Standard Test Method for PotentialAlkali Reactivity ofAggregates.
[22] Test Methods for Chemical Analysis of Hydraulic Cement. ASTM International, West Conshohocken, PA. 2011; DOI: 10.1520/C0114-11B.

Received:14.01.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 14.01.2025 r.
Revised:17.02.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 17.02.2025 r.
Published: 22.05.2025 / Opublikowano: 22.05.2025 r.

Materiały Budowlane 05/2025, strona 01-09 (spis treści >>)

Okładka IV - FAKRO

Wejdź na stronę:

www.fakro.pl

Materiały Budowlane 05/2025, Okładka IV (spis treści >>)

Okładka III - Instytut Techniki Budowlanej

Wejdź na stronę:

www.itb.pl

Materiały Budowlane 05/2025, Okładka III (spis treści >>)

Maj / May 2025

e-ISSN 2449-951X

ISSN 0137-2971

Pierwotna wersja - elektroniczna

Pierwotna wersja językowa - angielska

SPIS TREŚCI / TABLE OF CONTENTS

Okładka I - Grupa PSB (reklama)
Okładka II - SOLBET KOLBUSZOWA (reklama)
Okładka III - Instytut Techniki Budowlanej (reklama)
Okładka IV - FAKRO (reklama)

SCIENCE IN CONSTRUCTION – SELECTED PROBLEMS / NAUKA W BUDOWNICTWIE – WYBRANE PROBLEMY

G. Kotsay, M. Młotkowska – Application of fine-grained waste glass and metakaolin to limit alkaline corrosion in cement mortars / Zastosowanie drobno mielonego szkła odpadowego i metakaolinu w celu ograniczenia korozji alkalicznej w zaprawach cementowych ... 1-9
citation/cytuj: Kotsay G., Młotkowska M. Application of fine-grained waste glass and metakaolin to limit alkaline corrosion in cement mortars. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 1-9. DOI: 10.15199/33.2025.05.01

M. Wydra, G. Sadowski, P. Dolny, P. Turkowski, J. Fangrat – The performance of concrete cover as a thermal insulation for BFRP bars in tension at early stage of fire / Zastosowanie otuliny betonowej jako izolacji termicznej prętów BFRP podczas rozciągania we wczesnej fazie pożaru ... 10-15
citation/cytuj: Wydra M., Sadowski G., Dolny P., Turkowski P., Fangrat J. The performance of concrete cover as a thermal insulation for BFRP bars in tension at early stage of fire. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 10-15. DOI: 10.15199/33.2025.05.02

D. Zawal – Sequestrational carbonation of recycled aggregate – the path to circularity and improved concrete quality / Karbonatyzacja sekwestracyjna kruszywa z recyklingu – droga do cyrkularności i lepszej jakości betonu ... 16-25
citation/cytuj: Zawal D. Sequestrational carbonation of recycled aggregate – the path to circularity and improved concrete quality. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 16-25. DOI: 10.15199/33.2025.05.03

A. Krawczyńska-Piechna – The efficiency of system formwork utilization in the light of challenges of modern concrete construction / Analiza wykorzystania deskowań systemowych w świetle wyzwań współczesnego budownictwa betonowego ... 26-31
citation/cytuj: Krawczyńska-Piechna A. The efficiency of system formwork utilization in the light of challenges of modern concrete construction. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 26-31. DOI: 10.15199/33.2025.05.04

K. Marcinczak – Residual stresses in steel I sections after cold forming about strong axis / Naprężenia własne w walcowanych dwuteownikach stalowych po formowaniu na zimno względem silnej osi bezwładności ... 32-39
citation/cytuj: Marcinczak K. Residual stresses in steel I‑sections after cold forming about strong axis. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 32-39. DOI: 10.15199/33.2025.05.05

S. Rowiński – Fatigue process of steel in building structures – assessment criteria and methods of analysis / Proces zmęczenia stali w konstrukcjach budowlanych – kryteria oceny i metody analizy ... 40-49
citation/cytuj: Rowiński S. Fatigue process of steel in building structures – assessment criteria and methods of analysis. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 40-49. DOI: 10.15199/33.2025.05.06

M. Wiercińska, M. Dzun – Architectural form and structural efficiency of arched glued-laminated timber structures / Forma architektoniczna a efektywność konstrukcji łukowych z drewna klejonego ... 50-57
citation/cytuj: Wiercińska M., Dzun M. Architectural form and structural efficiency of arched glued-laminated timber structures. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 50-57. DOI: 10.15199/33.2025.05.07

M. Jaszek, B. Majerska-Pałubicka – Architectural and urban planning guidelines for the transformation of riverside urban areas in the context of the paradigm of sustainable development / Wytyczne architektoniczno-urbanistyczne dotyczące transformacji nadrzecznych obszarów miast w kontekście paradygmatu zrównoważonego rozwoju ... 58-66
citation/cytuj: Jaszek M., Majerska-Pałubicka B. Architectural and urban planning guidelines for the transformation of riverside urban areas in the context of the paradigm of sustainable development. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 58-66. DOI: 10.15199/33.2025.05.08

M. Balcer-Zgraja – Stone Age 2.0 – revitalising the oldest ideas of masonry construction / Epoka kamienia 2.0 – rewitalizacja najstarszych idei budownictwa murowego w dobie budownictwa zrównoważonego ... 67-77
citation/cytuj: Balcer-Zgraja M. Stone Age 2.0 – revitalising the oldest ideas of masonry construction in the era of sustainable construction. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 67-77. DOI: 10.15199/33.2025.05.09

B. Majerska-Pałubicka – Improving the quality of public space in the built environment on the example of the village of Zolynia / Poprawa jakości przestrzeni publicznej środowiska zbudowanego na przykładzie miejscowości Żołynia ... 78-87
citation/cytuj: Majerska-Pałubicka B. Improving the quality of public space in the built environment on the example of the village of Zolynia. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 78-87. DOI: 10.15199/33.2025.05.10

A. Krawczyńska-Piechna, K. Budek-Wiśniewska, M. Zaręba – Site-won asphalt utilization in road construction in Poland / Gospodarowanie destruktem asfaltowym w budowie dróg w Polsce ... 88-95
citation/cytuj: Krawczyńska-Piechna A., Budek-Wiśniewska K., Zaręba M. Site-won asphalt utilization in road construction in Poland. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 88-95. DOI: 10.15199/33.2025.05.11

ISSUE TOPIC – Repair and renovation of facilities / TEMAT WYDANIA – Naprawa i remont obiektów

M. Świtała, M. Maliszewski – Determinants of poor road surface condition in the opinion of road administrators / Determinanty złego stanu nawierzchni dróg w opinii zarządców drogowych ... 96-104
citation/cytuj: Świtała M., Maliszewski M. Determinants of poor road surface condition in the opinion of road administrators. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 96-104. DOI: 10.15199/33.2025.05.12

T. Abel, B. Nienartowicz, S. Stankiewicz – Porosity test of the surface layer of a building structure / Badanie porowatości powierzchniowej warstwy konstrukcji obiektu budowlanego ... 105-113
citation/cytuj: Abel T., Nienartowicz B., Stankiewicz S. Porosity testing of the structure surface layer. Materiały Budowlane. 2025. Volume 633. Issue 05. Pages 105-113. DOI: 10.15199/33.2025.05.13

P. Krause, P. Dudzik, Ł. Kosobucki – Uszkodzenia płytek ceramicznych na ocieplonych ścianach zewnętrznych ... 114

iMMERBAU (reklama)

T. Stachoń, J. Fiuk – Uszkodzenia stropów w budynkach dotkniętych powodzią ... 117

Sempre (reklama)

A. Matusiak, J. Szafran, M. Gajdzicki – Ocena stanu technicznego kominów murowanych eksploatowanych jako konstrukcje wsporcze anten i urządzeń telekomunikacyjnych obiektów budowlanych ... 121

ARBOCEL® P (reklama)

KEIM (reklama)

NOWOCZESNA PREFABRYKACJA BETONOWA

Partner działu: