Vliv Koncentrace Hydroxidu Sodného a Stupeň Tepelného Vytvrzování na Popílek-Geopolymer na Bázi Malty

Abstrakt

Geopolymer betonu/malty je nový vývoj v oblasti stavebních konstrukcí, v němž cement je zcela nahrazen puzolánový materiálů, jako je popílek a aktivuje alkalický roztok. Tento článek prezentoval vliv koncentrace hydroxidu sodného, teplota, a trvání ohřevu pece na pevnost v tlaku geopolymerní malty na bázi popílku. Roztok křemičitanu sodného obsahující Na2O 16,45%, SiO2 34,35% a H2O 49.20% a roztok hydroxidu sodného 2.91, 5.60, 8.10, 11.01, 13.11, a 15.08. Koncentrace molů byly použity jako alkalické aktivátory. Geopolymerní maltové směsi byly připraveny zvážením poměru popela k roztoku 0,35, 0,40 a 0,45. Teplota trouby vytvrzování byla udržována na 40, 60, 90 a 120°C, každý pro vytápění po dobu 24 hodin a testovány na pevnost v tlaku ve věku 3 dní jako zkušební období, po určitém stupni vytápění. Výsledky testů ukazují, že zpracovatelnost a pevnost v tlaku jak zvyšovat s nárůstem koncentrace roztoku hydroxidu sodného pro všechny řešení-na-popílek poměry. Stupeň ohřevu také hraje zásadní roli při zrychlování pevnosti; Neexistuje však žádná velká změna pevnosti v tlaku po zkušební době tří dnů po stanovené době ohřevu trouby.

1. Úvod

Cement průmysl je jedním z hlavních přispěvatelů k emisím skleníkových plynů jako je oxid uhličitý, což je o 1,35 miliardy tun ročně . Den za dnem se světová produkce portlandského cementu zvyšuje s rostoucí poptávkou stavebního průmyslu, která překročila tisíc milionů tun ročně. Na druhé straně popílek je odpadním materiálem tepelné elektrárny na bázi uhlí, který je k dispozici hojně, ale vytváří problém s likvidací. K jejich likvidaci je zapotřebí několik hektarů cenných pozemků. Jako popílek je lehká a snadno mouchy, to vytváří vážné zdravotní problémy, jako astma, bronchitida, a tak dále. Podle průzkumu je celková produkce popílku na světě asi 780 milionů tun ročně . S křemíkem a hliníkem jako hlavními složkami je popílek účinným materiálem nahrazujícím cement, ale využití je pouze 17-25%. V současné době, popílek se používá při výrobě Portlandského Cement Pucolán, částečná náhrada cementu a funkčnost zlepšení příměsí v betonu, a také v produkci buněčné bloky a cihly a stabilizace půdy . Pro každou tunu popílku použít místo Portlandského cementu šetří asi tunu emisí oxidu uhličitého do atmosféry . Malty a betonu s příměsí popílku jsou ekologicky šetrné a mohou být vyrobeny nahradit více než 50% cementu produkovat velký objem popílku beton .

Ale pro plné využití popílku, Davidovits navrhl, aktivační proces, v němž cement je zcela nahrazen puzolánový materiálu a aktivuje alkalický roztok známý jako geopolymer. Vývoj geopolymerního betonu / malty může poskytnout řešení pro výrobu zelenějších stavebních materiálů pro udržitelný rozvoj.

Davidovits zdůraznil dopad globálního oteplování v důsledku emisí CO2 z produkce portlandského cementu a potřeby nízkých emisí CO2 cementových materiálů. Rai a kol. představil několik environmentálních aspektů likvidace uhelného popela a kontaminace podzemních vod, zatímco Pandey et al. upozornila na problém, kvůli generace popílku v tepelných elektrárnách a jeho likvidaci, spolu s znečištění podílí z důvodu přítomnosti arsenu. Rajamane a Sabitha studovali pozzolanový účinek popílku a oxidu křemičitého s hydroxidem vápenatým generovaným během hydratace cementu. Suri vysvětlil použití popílku pro výrobu inovativních stavebních výrobků pro stavebnictví od částečného až po úplné využití popílku v geopolymerním betonu. Jiminez et al. uvádí se, že aktivovaný popílek má rychlé nastavení a rychlé vlastnosti při vývoji pevnosti a používá se také k imobilizaci toxického odpadu. Davidovits prokázal polykondenzaci geopolymeru při teplotách nižších než 100°C a chemickou reakci podílející se na jejich tvorbě. Hardjito et al. studoval vliv vody-pro-geopolymer pevných látek poměr hmotnosti na pevnost popílku-geopolymer na bázi betonu, zatímco Fongjan a Ludger pozoroval oxid-krtek poměry, fyzikální vlastnosti a morfologii pevných materiálů a vytvrzovací podmínky jsou klíčové faktory, které ovlivňují potenciální vlastnosti geopolymeric malty. Rangan et al. bylo zjištěno, že geopolymerní beton na bázi popílku má vynikající odolnost proti napadení síranem, podléhá nízkému tečení a trpí velmi malým smrštěním. Hardjito et al. studoval účinky doby míchání a doby odpočinku, zatímco Sumajouw et al. studoval chování a sílu vyztužených geopolymerních betonových sloupů a nosníků. Účinek molárního složení oxidů přítomných ve směsi a obsah vody použitý na polymerační proces byl studován Barbosa et al. . van Jaarsveld a kol. poznamenal, že obsah vody má podstatný vliv na konečné vlastnosti geopolymer, zatímco řešení-na-popílek poměr není relevantní parametr, jak uvedl Palomo a Fernandez-Jimenez . Ranganath a Mohammed zvýrazněn účinek popílku, obsah vody, křemičitan sodný-hydroxid sodný poměru, a dobu trvání zvýšené teploty vytvrzování na vlastnosti geopolymer concrete, vzhledem k tomu, že Mustafa Al Bakri et al. a Jamkar et al. pozorováno zvýšení zpracovatelnosti a pevnosti v tlaku se zvýšením jemnosti popílku.

V tomto šetření, experimentální práce se provádí studovat vliv různé koncentrace roztoku hydroxidu sodného, pokud jde o molarity na řešení–popílek poměry 0.30, 0.35, 0.40 na funkčnost z hlediska toku v plastickém stavu a účinek stupeň topení na pevnost v tlaku po stanovené období tepla vytvrzování popílek-geopolymer na bázi malty.

2. Experimentální Program

2.1. Materiály

v tomto šetření byl jako výchozí materiál použit popílek zpracovaný s nízkým obsahem vápníku. Zbytek popílku zadrženého na 45 µm je síto bylo hlášeno jako 7,67%. Tabulka 1 ukazuje chemické složení vzorku suchého zpracovaného popílku. Jako alkalické aktivátory byly použity laboratorní roztoky hydroxidu sodného ve formě vloček (čistota 97,8%) a křemičitanu sodného (50,72% pevných látek). Jako výplňový materiál byl použit místně dostupný říční písek. Písek se prosévá pomocí sít o velikosti 2 mm, 1 mm, 500 mikronů a 90 mikronů. Tyto velikostní frakce jsou kombinovány ve stejném poměru, aby se udrželo třídění v souladu se standardním pískem podle IS 650: 1991. Zásaditý roztok-na-popílek poměry byly považovány za 0.35, 0.40 a 0.45 pro každý 2.91 M, 5.61 M, 8.11 M, 11.01 M, 13.11 M, 15.06 M koncentrovaný hydroxid sodný řešení. Vytvrzování v peci bylo prováděno při 60°C, 90°C a 120°C po dobu ohřevu 24 hodin a testováno po 3 dnech zkušební doby po zahřátí.

2.2. Příprava Roztoku Hydroxidu Sodného

v Závislosti na koncentraci roztoku hydroxidu sodného nutná, vločky hydroxidu sodného bylo přidáno v litru destilované vody, místo na přípravu jednoho litru roztoku. Poté byla z laboratorních měření zjištěna molarita. Například 3 M roztok hydroxidu sodného sestává z 3 × 40 = 120 gramů pevných látek NaOH na litr roztoku. Místo toho však bylo do litru destilované vody přidáno 120 gm vloček hydroxidu sodného. Takže celkový objem roztoku byl 1,030 litru. Pevná látka obsažená v litru roztoku hydroxidu sodného byla odhadnuta na (120/1030) × 1000 = 116,40 gm. Proto je molarita roztoku (116.40/40) = 2.91 M místo 3 M hydroxidu Sodného byl připraven dva dny před lití malty kostky tak, aby se zchladit roztok na pokojovou teplotu zejména v letní sezóně.

2.3. Příprava Geopolymer Maltové Směsi

Geopolymer maltové směsi byly připraveny po nahrazení cementu naprosto stejné množství popílku a aktivuje to tím, že alkalické roztoky hydroxidu sodného a křemičitanu sodného. Geopolymerní maltové kostky byly připraveny za použití poměru 1: 3 popílku a místně dostupného písku odstupňovaného podobně jako standardní písek. Množství alkalického roztoku a vody byly vypočteny tím, že zvažuje řešení-na-popílek poměr 0.35, 0.40, 0.45, křemičitan sodný-hydroxid sodný poměr hmotnosti 1,0, a voda-geopolymer solidní poměr hmotnosti 0.2625 na základě minulého šetření . Vypočtené množství křemičitanu sodného roztok smíchán s křemičitan sodný roztok spolu s více vody, pokud nějaké ve skleněné láhvi kapacita pět litrů a rozrušený jemně, jak dát homogenní roztok. Připravený roztok byl ponechán stranou asi 2 hodiny, aby se zabránilo kontaminaci během odlévání.

Odlévání geopolymer malty je podobný tomu z cementové malty, ve kterém suché směsi popílku a tříděného písku byla provedena v misce s kapacitou 6 kg a pak alkalického roztoku je přidáno a důkladně promíchat po dobu 2 až 3 minuty tak, aby homogenní směs. Bylo zjištěno, že čerstvá geopolymerní malta na bázi popílku byla viskózní, soudržná a tmavá. Po vytvoření homogenní směsi byla zpracovatelnost čerstvé geopolymerní malty měřena zařízením průtokové tabulky podle IS 5512-1983 a je 1727-1967. Pak pro každou koncentraci hydroxidu sodného 48 kostek velikosti 70.7 mm × 70,7 mm × 70,7 mm byly odlévány ve třech vrstvách. Každá vrstva byla dobře zhutněné pěchovací tyč o průměru 20 mm. Po zhutnění malty, horní povrch byl vyrovnán pomocí zednické lžíce a po stranách formy byly jemně poklepal vyhnat vzduchu, pokud existují, uvnitř malty. Všechny kostky byly odstraněny z forem po 24 hodinách odlévání a poté umístěny do pece pro tepelné vytvrzení (ohřev). Aby se zabránilo náhlému kolísání teploty, kostky malty se nechaly vychladnout až na pokojovou teplotu v samotné troubě. Po 24 hodinách byly vzorky vyjmuty z pece a hmotnost každého vzorku byla odebrána pro stanovení hmotnostní hustoty a poté testována na pevnost v tlaku po 3 dnech zahřívání. Zkušební postup je podobný postupu cementové malty, jak je uvedeno v IS 4031 (část VI) -1981. Tři kostky byly odlité a testovány na pevnost v tlaku pro každé období vytvrzování.

3. Výsledky a Diskuse

Výsledky z funkčnost z hlediska toku a vliv různých koncentrací roztoku hydroxidu sodného a teploty na pevnost geopolymer malty jsou uvedeny v následujících oddílech.

3.1. Vliv Koncentrace Hydroxidu Sodného na Funkčnost Geopolymer Malty

Jako geopolymer malta byla viskózní a voda vyjde během polymerizace proces, tok tabulka test ukazuje poměrně dobré výsledky než jiné metody měření zpracovatelnosti. Obrázek 1 ukazuje vliv koncentrace roztoku hydroxidu sodného, pokud jde o molarity na tok geopolymer malty po 10 nárazy pro řešení-to-fly ash poměry 0.35, 0.40 a 0.45. Je pozorováno, že vyšší koncentrace roztoku hydroxidu sodného vedla k vyššímu průtoku pro poměr alkalického roztoku k popelu 0,35 a 0,40. To znamená, že tok geopolymerní malty se zvyšuje se zvýšením koncentrace roztoku hydroxidu sodného. Ale pro poměr roztoku k popelu 0,40 není rychlost zesílení toku příliš významná při a nad 11.01 m koncentrace roztoku hydroxidu sodného. To by mohlo být v důsledku snížení množství vody potřebné k udržení vody-k-geopolymer solidní poměr 0.2625 v mixu a geopolymer malty vyrobené s vysoce koncentrovaným roztokem hydroxidu sodného dává velmi viskózní směs.

Obrázek 1

Vliv koncentrace hydroxidu sodného na tok geopolymer malty pro jiné řešení-to-fly ash poměry.

3.2. Vliv Koncentrace Hydroxidu Sodného na Pevnost Geopolymer Malty

Obrázek 2 ukazuje vliv koncentrace roztoku hydroxidu sodného, pokud jde o molarity na pevnost geopolymer malty zahřívá v peci při teplotách 40, 60, 90 a 120°C po dobu 24 hodin a testovány po 3 dnech trouba topení pro řešení-to-fly ash poměr 0,35. Je zjištěno, že pevnost v tlaku geopolymer betonu se zvyšuje s nárůstem koncentrace roztoku hydroxidu sodného pro všechny teploty, ale míra zisku síla je odlišná pro různé koncentrace roztoku hydroxidu sodného. Rychlost získání síly je vyšší mezi vytvrzovací teplotě 40 a 60°C ve srovnání s 60 až 90°C a 90 až 120°C pro všechny koncentrace roztoku hydroxidu sodného. Neexistuje však žádná významná odchylka pevnosti v tlaku geopolymerní malty při 13 a vyšší.11 m koncentrace roztoku hydroxidu sodného. Je to způsobeno velmi viskózní tvorbou směsi při vyšší koncentraci hydroxidu sodného, což vytváří problém zhutnění. Je také pozorováno, že mírná koncentrace roztoku hydroxidu sodného 2,91 M dává špatnou pevnost.

Obrázek 2

Účinek stupeň topení pro různé koncentrace roztoku NaOH na pevnost v tlaku na řešení–popílek poměr 0,35.

obrázky 3 a 4 ukazují vliv koncentrace hydroxidu sodného na pevnost geopolymer malty pro řešení-to-fly ash poměr 0.40 a 0.45 zachování ostatních parametrů konstantní. Je zjištěno, že pevnost v tlaku geopolymer betonu se zvyšuje s nárůstem koncentrace roztoku hydroxidu sodného pro všechny teploty, ale rychlost získání síly a nad 60°C je velmi významný. To znamená, že stupeň ohřevu při 60°C postačuje, pokud jsou poměry popílku mezi roztokem 0,40 a 0.45. Podobně roztok hydroxidu sodného s koncentrací 8,01 M postačuje k dosažení pozoruhodné pevnosti. Vyšší poměr roztoku k popelu vykazuje vyšší pevnost při stejné koncentraci roztoku hydroxidu sodného. Vyšší poměr roztoků a popílků však poskytuje viskóznější směs a vytváří potíže při zhutňování, které nakonec snižují pevnost, jak je jasně pozorováno z obrázku 4.

Obrázek 3

Účinek stupeň topení pro různé koncentrace roztoku NaOH na pevnost v tlaku na řešení–popílek poměr 0.40.

Obrázek 4

Účinek stupeň topení pro různé koncentrace roztoku NaOH na pevnost v tlaku na řešení–popílek poměr 0,45.

3.3. Vliv Koncentrace Roztoku Hydroxidu Sodného o Hmotnostní Hustota Geopolymer Malty

Tabulka 2 ukazuje vliv koncentrace roztoku hydroxidu sodného o hmotnostní hustota geopolymer malty vypočítá po troubě, na topení 90°C po dobu 24 hodin a chlazení kostky v troubě po dobu dalších 24 hodin pro řešení-to-fly ash poměr 0,35. Bylo zjištěno, že průměrná hmotnostní hustota je 2178,73 kg / m3 pro všechny směsi. Nemáme žádné velké rozdíly v měrné hmotnosti geopolymer malty pro všechny koncentrace roztoku hydroxidu sodného pro všechny řešení-na-popílek poměry zjištěné z Tabulek 2, 3 a 4. To znamená, že hustota geopolymer concrete nezávisí na koncentraci roztoku hydroxidu sodného, stejně jako řešení-na-popílek poměry.

3.4. Vliv Koncentrace Hydroxidu Sodného na Zásaditost Geopolymer Malty

Po testování malty kostky pro pevnost v tlaku, malty kostka materiál byl rozdrceny a prosety přes 90 µm JE síto. Poté bylo odebráno 20 gm práškového materiálu s 200 mL destilované vody ve skleněné kádince o objemu 500 ml. Směs byla míchána několik minut a po 24 hodinách byl roztok filtrován pomocí papíru Whatman č. 9. Poté byla alkalita filtrovaného roztoku měřena na digitálním pH metru.

Tabulky 2, 3 a 4 ukazují vliv koncentrace hydroxidu sodného na zásaditost geopolymer malty pro řešení-to-fly ash poměry 0.35, 0.40, 0.45, resp. Je pozorováno, že zásaditost geopolymerní malty není příliš ovlivněna zvýšením koncentrace roztoku hydroxidu sodného. Maximální hodnota pH geopolymerní malty je 10,92, což je méně než u běžné cementové malty (pH = 11,3–11,6). To znamená, že existuje menší pravděpodobnost reakce alkalického agregátu, i když se pro přípravu geopolymerní malty používá vysoce alkalický roztok.

3.5. Účinek je Doba Ohřevu na Pevnost Geopolymer Malty

Obrázek 5 ukazuje vliv doba ohřevu na pevnost geopolymer malty na 60°, 90° a 120°C teplota pro 13.11 M koncentrovaného roztoku hydroxidu sodného na roztok-na-popílek poměr 0.40. Je pozorováno, že pevnost v tlaku geopolymerní malty se zvyšuje s prodloužením doby zahřívání při určité teplotě. Je také pozorováno, že rychlost zesílení síly se zvyšuje s tím, jak se doba zahřívání zvyšuje specificky při vyšší teplotě. Po 12 hodinách teplota vytvrzování, rychlost, zisk síly není příliš významný, konkrétně na 90°C a 120°C. Ale teplota ohřevu 60°C, rychlost získání síly se neustále zvyšuje pro všechny vytvrzování období. To znamená, že pevnost geopolymerního betonu může být zvýšena zvýšením teploty se zkrácenou dobou zahřívání. Ale na topení teplota 120°C, praskliny jsou vyvinuty na betonový povrch, takže vhodná teplota pro výrobu geopolymer concrete je mezi 60 a 90°C.

Obrázek 5

Účinek je doba ohřevu na pevnost v tlaku na 13.11 M NaOH.

3.6. Vliv Zkušebního Období na Pevnost Geopolymer Malty

optimalizovat dobu trvání teplotě vytvrzování, další šetření bylo provedeno s ohledem na další trvání 8 a 10 hodin a na zkušební dobu 1, 2, 3, a 7 dnů tím, že udržuje teplota vytvrzení při 90°C. Obrázek 6 ukazuje vliv zkušebního období na pevnost geopolymer malty na teplotě vytvrzování 90°C pro různé délky topení. Zkušební doba je doba uvažovaná po zahřátí kostek až do zkoušky pevnosti v tlaku při okolní teplotě. Je zjištěno, že síla geopolymer malty se zvyšuje s nárůstem zkušební období, kdy je doba ohřevu je 6 hodin, zatímco pro vyšší doba ohřevu významný zisk síly je pozorován až na zkušební dobu 3 dnů a pak se zvyšuje s pomalou rychlostí. Po zkušební době 3 dnů po dobu 8, 10 a 12 hodin trvání zahřívání nedochází k žádné velké změně pevnosti v tlaku geopolymerní malty. To znamená, že pouze 3 dny zkušební doby postačují k dosažení požadované pevnosti pro ohřev trouby na 90°C a po dobu 8 hodin.

Obrázek 6

Vliv zkušebního období na pevnost geopolymer malty na teplotě vytvrzování 90°C pro různé délky topení.

4. Závěry

Tento dokument prezentován vliv koncentrace hydroxidu sodného, teplota, doba ohřevu, a zkušební období na rozvoj geopolymer malty. Je pozorováno, že zpracovatelnost i pevnost v tlaku geopolymerní malty se zvyšuje se zvýšením koncentrace roztoku hydroxidu sodného z hlediska molarity. Rychlost získání síly je pomalý, když tepla vytvrzené při 40°C ve srovnání s síla při 120°C. Ale není tam žádná výrazná změna pevnost v tlaku za vytvrzovací teplotě 90°C. Podobně je doba ohřevu v rozmezí 6 až 24 hodin produkuje vyšší pevnost v tlaku. Zvýšení síly po 12 hodinách však není příliš významné. Je také pozorováno, že pevnost v tlaku geopolymerního betonu se zvyšuje se zvýšením zkušební doby až na tři dny. Takže pro vhodnou přípravu geopolymerní malty se doporučuje 13-molární roztok hydroxidu sodného na základě zpracovatelnosti a pevnosti v tlaku. Podobně se také doporučuje, aby byly kostky vytvrzeny v peci při 90°C po dobu 8 hodin a testovány po zkušební době 3 dnů.

střet zájmů

autoři prohlašují, že neexistuje žádný střet zájmů ohledně zveřejnění tohoto příspěvku.