Статті

Дослідження властивостей, довговічності та впливу на навколишнє середовище заповнювачів із відходів бариту в бетоні

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №3 2026

Останнє оновлення: 26 червня 2026

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1443

Authors:

О. Джезаірі*, orcid.org/0009-0007-2829-8186, Університет Беджая, Технологічний факультет, кафедра гірничої справи та геології, лабораторія матеріалознавства й технологічних процесів (LTMGP), м. Беджая, Алжир, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

С. Хербаш, orcid.org/0009-0005-7206-3363, Університет Беджая, Технологічний факультет, Лабораторія будівельної інженерії та архітектури (LGCA), м. Беджая, Алжир

Н. Бузіді, orcid.org/0000-0002-9154-5895, Університет Беджая, Технологічний факультет, кафедра гірничої справи та геології, лабораторія матеріалознавства й технологічних процесів (LTMGP), м. Беджая, Алжир

Л. Перез-Вільярехо, orcid.org/0000-0002-6912-9844, Університет Хаена, Кафедра хімічної, екологічної та матеріалознавчої інженерії, м. Хаен, Королівство Іспанія; Університет Хаена, Центр передових досліджень у галузі наук про Землю, енергетики та навколишнього середовища (CEACTEMA), м. Хаен, Королівство Іспанія

Б. Аяден, orcid.org/0009-0006-1643-6572,  Університет Беджая, Технологічний факультет, кафедра гірничої справи та геології, лабораторія матеріалознавства й технологічних процесів (LTMGP), м. Беджая, Алжир

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2026, (3): 066 - 075

https://doi.org/10.33271/nvngu/2026-3/066

Abstract:

Мета. Дослідження можливості використання відвальних баритових заповнювачів (BRA) із родовища Букаїд як часткової заміни кар’єрного піску в бетоні.

Методика. Бетонні суміші виготовляли шляхом заміщення кар’єрного піску (QS) відвальними баритовими запов­нювачами (BRA) фракції 0/4 мм у кількості 0, 5, 10, 15 та 20 мас.%. Досліджені механічні властивості й довговічність бетону. Довговічність оцінювали методом вилуговування, за якого бетонні моноліти занурювали у воду, кислотний і сульфатний розчини. Отримані фільтрати (елюати) піддавали хімічному аналізу для визначення вмісту важких металів (Fe, Zn, Pb).

Результати. Встановлено суттєве покращення властивостей бетону, зокрема його міцності на стиск. Додавання 10 мас.% BRA забезпечило оптимальні показники із міцністю на стиск 56,44 МПа. Дослідження довговічності зразків, підданих впливу води, кислотного й сульфатного середовища, показало їх високу стійкість, оскільки втрата маси бетону стабілізувалася після 48 годин занурення. Щодо екологічної безпеч­ності, хімічний аналіз бетону з 10 мас.% баритових відходів засвідчив, що концентрації важких металів (Fe, Zn, Pb) у результатах тестів на вилуговування залишаються низькими й не перевищують нормативні межі (USEPA), оскільки вони фіксуються та іммобілізуються у структурі бетону.

Наукова новизна. Полягає в обґрунтуванні доцільності використання відходів баритових рудників як часткової заміни кар’єрного піску в бетоні. Робота демонструє одночасне підвищення механічних характеристик, зокрема міцності на стиск і довговічності, а також екологічну доцільність такого підходу. Подібний напрям утилізації цього типу гірничих відходів раніше не висвітлювався.

Практична значимість. Запропоновано сталий і прикладний підхід щодо матеріалів для будівельної галузі, який дозволяє залучити відвальні відходи у вторинний обіг, підвищити їхню додану вартість і сприяти екологічній реабілітації гірничих територій.

Ключові слова: відвальні баритові заповнювачі, бетон, довговічність, тест на вилуговування, вплив на довкілля

References.

1. Gallala, W., Hayouni, Y., Gaied, M. E., Fusco, M., Alsaied, J., Bailey, K., & Bourham, M. (2017). Mechanical and radiation shielding properties of mortars with additive fine aggregate mine waste. Annals of nuclear energy, 101, 600-606. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2016.11.022

2. Attoucheik, L., Jordanova, N., Bayou, B., Lagroix, F., Jordanova, D., Maouche, S.,..., & Boutaleb, A. (2017). Soil metal pollution from former Zn–Pb mining assessed by geochemical and magnetic investigations: case study of the Bou Caid area (Tissemsilt, Algeria). Environmental Earth Sciences, 76, 1-17. https://doi.org/10.1007/s12665-017-6622-9

3. Gou, M., Zhou, L., & Then, N. W. Y. (2019). Utilization of tailings in cement and concrete: A review. Science Engineering of Composite Materials, 26(1), 449-464. https://doi.org/10.1515/secm-2019-0029

4. Zayed, A., El-Khayatt, A., Petrounias, P., Shahien, M., Mahmoud, K., Rashad, A. M.,..., & Masoud, M. (2024). From discarded waste to valuable products: Barite combination with chrysotile mine waste to produce radiation-shielding concrete. Construction Building Materials, 417, 135334. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.135334

5. Topçu, İ. B. (2003). Properties of heavyweight concrete produced with barite. Cement Concrete Research, 33(6), 815-822. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)01063-3

6. Akkurt, I., Akyildirim, H., Mavi, B., Kilincarslan, S., & Basyi­git, C. (2010). Gamma-ray shielding properties of concrete including barite at different energies. Progress in Nuclear Energy, 52(7), 620-623. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2010.04.006

7. Sakr, K., & El-Hakim, E. (2005). Effect of high temperature or fire on heavy weight concrete properties. Cement Concrete Research, 35(3), 590-596. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.05.023

8. Saidani, K., Ajam, L., & Ouezdou, M. B. (2015). Barite powder as sand substitution in concrete: Effect on some mechanical properties. Construction Building Materials, 95, 287-295. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.07.140

9. Gunoglu, K., & Akkurt, İ. (2021). Radiation shielding properties of concrete containing magnetite. Progress in Nuclear Energy, 137, 103776. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2021.103776

10.      Shams, T., Eftekhar, M., & Shirani, A. (2018). Investigation of gamma radiation attenuation in heavy concrete shields containing hematite and barite aggregates in multi-layered and mixed forms. Construction Building Materials, 182, 35-42. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.032

11.      Al-Ghamdi, H., Elsafi, M., Sayyed, M., Almuqrin, A. H., & Tamayo, P. (2022). Performance of newly developed concretes incorporating WO₃ and barite as radiation shielding material. Journal of Materials Research Technology, 19, 4103-4114. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.06.145

12.      Çullu, M., & Bakırhan, E. (2018). Investigation of radiation absorption coefficients of lead-zinc mine waste rock mixed heavy concrete at 662–1460 keV energy range. Construction Building Materials, 173, 17-27. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.175

13.      Janković, K., Stanković, S., Bojović, D., Stojanović, M., & Antić, L. (2016). The influence of nano-silica and barite aggregate on properties of ultra high performance concrete. Construction Building Materials, 126, 147-156. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.026

14.      Badarloo, B., Lehner, P., & Bakhtiari Doost, R. (2022). Mechanical properties and gamma radiation transmission rate of heavyweight concrete containing barite aggregates. Materials, 15(6), 2173. https://doi.org/10.3390/ma15062173

15.      Esen, Y., & Yilmazer, B. (2010). Investigation of some physical and mechanical properties of concrete produced with barite aggregate. Scientific Research and Essays, 5(24), 3826-3833. https://doi.org/10.5897/SRE.9000040

16.      Mostofinejad, D., Reisi, M., & Shirani, A. (2012). Mix design effective parameters on γ-ray attenuation coefficient and strength of normal and heavyweight concrete. Construction Building Materials, 28(1), 224-229. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.08.043

17.      Aksoğan, O., Binici, H., & Ortlek, E. (2016). Durability of concrete made by partial replacement of fine aggregate by colemanite and barite and cement by ashes of corn stalk, wheat straw and sunflower stalk ashes. Building Materials Construction, 106, 253-263. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.102

18.      Bouali, E., Abdelhak, K., Ayadi, A., & Soualhi, H. (2019). Effet de l’ajout de la Barytine BaSO4 dans la formulation des bétons lourds. Academic Journal of Civil Engineering, 37(1), 147-150. https://doi.org/10.26168/acje.37.1.31

19.      Shettima, A. U., Hussin, M. W., Ahmad, Y., & Mirza, J. (2016). Evaluation of iron ore tailings as replacement for fine aggregate in concrete. Construction Building Materials, 120, 72-79. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.095

20.      Liu, H., Shi, J., Qu, H., & Ding, D. (2019). An investigation on physical, mechanical, leaching and radiation shielding behaviors of barite concrete containing recycled cathode ray tube funnel glass aggregate. Construction Building Materials, 201, 818-827. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.12.221

21.      Ling, T.-C., & Poon, C.-S. (2012). Feasible use of recycled CRT funnel glass as heavyweight fine aggregate in barite concrete. Journal of cleaner production, 33, 42-49. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2012.05.003

22.      Kök, S., Türetken, M., Öksüzer, N., & Gökçe, H. (2023). Effect of elevated temperature on radiation shielding properties of cement and geopolymer mortars including barite aggregate and colemanite powder. Materialia, 27, 101693. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2023.101693

23.      González-Ortega, M. A., Cavalaro, S., & Aguado, A. (2015). Influence of barite aggregate friability on mixing process and mechanical properties of concrete. Construction Building Materials, 74, 169-175. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.10.040

24.      Kundu, S., Aggarwal, A., Mazumdar, S., & Dutt, K. B. (2016). Stabilization characteristics of copper mine tailings through its utilization as a partial substitute for cement in concrete: preliminary investigations. Environmental Earth Sciences, 75, 1-9. https://doi.org/10.1007/s12665-015-5089-9

25.      Achour, R., Zentar, R., Abriak, N.-E., Rivard, P., & Gregoire, P. (2019). Durability study of concrete incorporating dredged sediments. Case Studies in Construction Materials, 11, e00244. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2019.e00244

26.      Usman, J., & Sam, A. M. (2017). Acid resistance of palm oil fuel ash and metakaolin ternary blend cement mortar. Sustainable Environment Research, 27(4), 181-187. https://doi.org/10.1016/j.serj.2017.02.003

27.      Arandara, K., Paranavithana, G., Priyadarshana, S., Pitawala, H., & Dissanayake, R. (2024). Evaluation of coconut shell biochar on recycled aggregate concrete through petrographic studies. Construction Building Materials, 428, 136342. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136342

28.      Paleari, M., Lavagna, M., & Campioli, A. (2016). The assessment of the relevance of building components and life phases for the environmental profile of nearly zero-energy buildings: life cycle assessment of a multifamily building in Italy. The International Journal of Life Cycle Assessment, 21, 1667-1690. https://doi.org/10.1007/s11367-016-1133-6

29.      Galvín, A. P., Ayuso, J., Agrela, F., Barbudo, A., & Jiménez, J. R. (2013). Analysis of leaching procedures for environmental risk assessment of recycled aggregate use in unpaved roads. Construction Building Materials, 40, 1207-1214. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.12.091

30.      Sabbrojjaman, M., Liu, Y., & Tafsirojjaman, T. (2024). A comparative review on the utilisation of recycled waste glass, ceramic and rubber as fine aggregate on high performance concrete: Mechanical and durability properties. Developments in the Built Environment, 17, 1-18. https://doi.org/10.1016/j.dibe.2024.100371

• < Попередня
• Наступна >