effekt af koncentration af Natriumhydroksid og grad af Varmehærdning på Flyveaskebaseret Geopolymermørtel

abstrakt

Geopolymerbeton/mørtel er den nye udvikling inden for bygningskonstruktioner, hvor cement fuldstændigt erstattes af posolanisk materiale som flyveaske og aktiveres af alkalisk opløsning. Dette papir præsenterede effekten af koncentrationen af natriumhydroksid, temperatur, og varigheden af ovnopvarmning på trykstyrken af flyveaskebaseret geopolymermørtel. Natriumsilicatopløsning indeholdende Na2O på 16,45%, SiO2 på 34,35% og H2O på 49.20% og natriumhydroksidopløsning af 2.91, 5.60, 8.10, 11.01, 13.11, og 15.08. Molekoncentrationer blev anvendt som alkaliske aktivatorer. Geopolymermørtelblandinger blev fremstillet ved at overveje forholdet mellem opløsning og flyve aske på 0,35, 0,40 og 0,45. Ovnhærdningstemperaturen blev holdt på 40, 60, 90 og 120 liter C hver i en opvarmningsperiode på 24 timer og testet for trykstyrke i en alder af 3 dage som testperiode efter specificeret opvarmningsgrad. Testresultater viser, at bearbejdeligheden og trykstyrken begge øges med stigning i koncentrationen af natriumhydroksidopløsning for alle forhold mellem opløsning og flyve aske. Graden af opvarmning spiller også afgørende rolle i accelerationen af styrken; der er dog ingen stor ændring i trykstyrke ud over testperioden på tre dage efter den angivne periode med ovnopvarmning.

1. Introduktion

cementindustrien er en af de største bidragydere til udledningen af drivhusgasser som kulsyre, som er omkring 1,35 milliarder tons årligt . Dag for dag stiger verdens Portland cementproduktion med den stigende efterspørgsel fra byggebranchen, der krydsede tusind millioner tons om året. På den anden side er FLYVEASKE affaldsmaterialet fra kulbaseret termisk kraftværk, som er tilgængeligt rigeligt, men skaber bortskaffelsesproblem. Der kræves flere hektorer af værdifuldt jord til deres bortskaffelse. Da FLYVEASKE er let i vægt og let flyver, skaber dette alvorlige helbredsproblemer som astma, bronkitis og så videre. Ifølge undersøgelsen er den samlede flyveaskeproduktion i verden omkring 780 millioner tons om året . Med silicium og aluminium som hovedbestanddele er FLYVEASKE et effektivt cementudskiftningsmateriale, men udnyttelsen er kun 17-25%. På nuværende tidspunkt anvendes FLYVEASKE til fremstilling af Portland Posolana Cement, delvis udskiftning af cement og bearbejdelighed, der forbedrer blanding i beton, og også i produktionen af cellulære blokke og mursten og i jordstabilisering . For hvert ton FLYVEASKE, der bruges i stedet for Portlandcement, sparer ca .et ton kulsyre-emission til atmosfæren. Mørtel og beton lavet med flyveaske er miljøvenlige og kan laves til at erstatte mere end 50% af cementen for at producere flyveaskebeton med høj volumen .

men for fuld udnyttelse af FLYVEASKE foreslog Davidovits aktiveringsprocessen, hvor cement fuldstændigt erstattes af posolanisk materiale og aktiveres af alkalisk opløsning kendt som geopolymer. Udviklingen af geopolymerbeton / mørtel kan give en løsning til at producere grønnere byggematerialer til bæredygtig udvikling.

Davidovits fremhævede den globale opvarmningspåvirkning på grund af CO2-emission fra Portlandcementproduktioner og behovet for lave CO2-emissioner cementholdige materialer. Rai et al. præsenteret flere miljømæssige aspekter af bortskaffelse af kulaske og forurening af grundvand, mens Pandey et al. fremhævede problemet på grund af generering af FLYVEASKE i termiske kraftværker og bortskaffelse heraf sammen med den involverede forurening på grund af tilstedeværelse af arsen. Rajamane og Sabitha studerede den posolaniske virkning af flyveaske og silica-røg med calciumhydroksidet, der blev genereret under hydrering af cement. Suri forklarede anvendelsen af FLYVEASKE til fremstilling af innovative byggeprodukter til byggeri fra delvis til fuld udnyttelse af FLYVEASKE i geopolymerbeton. Et al. rapporterede, at den aktiverede FLYVEASKE har hurtig indstilling og hurtige styrkeudviklingsegenskaber og også bruges til immobilisering af giftigt affald. Davidovits demonstrerede polykondensation af geopolymer ved temperaturer lavere end 100 liter C og den kemiske reaktion involveret i deres dannelse. Hardjito et al. undersøgte effekten af forholdet mellem vand og geopolymerer efter masse på trykstyrken af flyveaskebaseret geopolymerbeton, mens Fongjan og Ludger observerede forholdet mellem ilt og mol, fysiske egenskaber og morfologier af faste materialer og hærdningsbetingelser er de vigtigste faktorer, der påvirker de potentielle egenskaber ved geopolymerisk mørtel. Rangan et al. fundet, at FLYVEASKE-baserede geopolymerbeton har fremragende modstandsdygtighed over for sulfat angreb, undergår lav krybe, og lider meget lidt tørring svind. Hardjito et al. undersøgte virkningerne af blandetiden og hvileperioden, mens Sumajou et al. studerede adfærd og styrken af forstærkede geopolymerbeton søjler og bjælker. Virkningen af den molære sammensætning af de iltninger, der er til stede i blandingen, og det vandindhold, der anvendes på polymerisationsprocessen, er blevet undersøgt af Barbosa et al. . van Jaarsveld et al. det bemærkes, at vandindholdet har en væsentlig indvirkning på geopolymerens endelige egenskaber, mens forholdet mellem opløsning og flyveaske ikke er en relevant parameter som observeret af Palomo og Fernandes-Jimenes . Ranganath og Mohammed fremhævede virkningen af FLYVEASKE, vandindhold, natriumsilicat-til-natriumhydroksidforhold og varigheden af forhøjet temperaturhærdning på egenskaberne af geopolymerbeton, hvorimod Mustafa al Bakri et al. og Jamkar et al. observeret stigningen i bearbejdelighed og trykstyrke med stigningen i finhed af FLYVEASKE.

i denne undersøgelse udføres et eksperimentelt arbejde for at undersøge virkningen af forskellige koncentrationer af natriumhydroksidopløsning med hensyn til molaritet ved opløsning-til-flyve askeforhold på 0,30, 0,35 og 0,40 på bearbejdelighed med hensyn til strømning i plastisk tilstand og effekt af opvarmningsgrad på trykstyrke efter specificeret periode med varmehærdning af flyveaskebaseret geopolymermørtel.

2. Eksperimentelt Program

2.1. Materialer

i denne undersøgelse blev der anvendt en lavkalciumforarbejdet FLYVEASKE som udgangsmateriale. Resten af FLYVEASKE tilbageholdt på 45 liter IS si blev rapporteret som 7,67%. Tabel 1 viser den kemiske sammensætning af tør behandlet FLYVEASKE prøve. Laboratoriekvalitet natriumhydroksid i flakeform (97,8% renhed) og natriumsilicat (50,72% faste stoffer) opløsninger blev anvendt som alkaliske aktivatorer. Lokalt tilgængeligt flodsand blev brugt som fyldmateriale. Sandet sigtes ved hjælp af is-sigter i størrelserne 2 mm, 1 mm, 500 mikron og 90 mikron. Disse størrelsesfraktioner kombineres i lige stor grad for at opretholde klassificering, der overholder standardsand i henhold til IS 650: 1991. Forholdet mellem alkalisk opløsning og flyveaske blev betragtet som 0,35, 0,40 og 0,45 for hver 2,91 M, 5,61 M, 8,11 M, 11,01 M, 13,11 M og 15,06 M koncentrerede natriumhydroksidopløsninger. Ovnhærdning blev udført ved 60 liter C, 90 liter C og 120 liter C hver i en opvarmningsperiode på 24 timers varighed og testet efter 3 dages testperiode efter opvarmning.

2.2. Fremstilling af Natriumhydroksidopløsning

afhængig af den krævede koncentration af natriumhydroksidopløsning blev flager af natriumhydroksid tilsat i en liter destilleret vand i stedet for at fremstille en liter opløsning. Derefter blev molaritet fundet fra laboratoriemålingerne. For eksempel består 3 M natriumhydroksidopløsning af 3 liter 40 = 120 gram NaOH-faste stoffer pr. Men i stedet blev der tilsat 120 g natriumhydroksidflager i en liter destilleret vand. Så det samlede volumen af opløsning var 1.030 liter. Det faste stof indeholdt i en liter natriumhydroksidopløsning blev estimeret som (120/1030) til 1000 = 116,40 gm. Derfor er opløsningens molaritet (116,40 / 40) = 2,91 M i stedet for 3 M. opløsningen blev fremstillet to dage før støbningen af mørtelterninger for at afkøle opløsningen op til stuetemperatur specifikt i sommersæsonen.

2.3. Fremstilling af Geopolymermørtelblandinger

Geopolymermørtelblandinger blev fremstillet efter udskiftning af cement fuldstændigt med den samme mængde flyveaske og aktivering af den ved alkaliske opløsninger af natriumhydroksid og natriumsilicat. Geopolymermørtelterninger blev fremstillet under anvendelse af 1 : 3 proportioner flyveaske og lokalt tilgængeligt sand klassificeret svarende til standardsand. Mængder af alkalisk opløsning og vand blev beregnet ved at overveje forholdet mellem opløsning og flyve aske på 0,35, 0,40 og 0,45, natriumsilicat og natriumhydroksidforhold efter masse på 1,0 og vand til geopolymer fast forhold efter masse på 0.2625 på grundlag af tidligere undersøgelser . Beregnede mængder natriumsilicatopløsning blandet med natriumsilicatopløsning sammen med eventuelt ekstra vand i en glasflaske med kapacitet fem liter og omrøres forsigtigt for at give homogen opløsning. 2 timer for at undgå forurening under støbning.

støbning af geopolymermørtel svarer til cementmørtel, hvor tør blanding af flyveaske og graderet sand blev fremstillet i en skål med kapacitet 6 kg og derefter tilsættes alkalisk opløsning til den og blandes grundigt i 2 til 3 minutter for at give homogen blanding. Det blev fundet, at den friske FLYVEASKE-baserede geopolymermørtel var tyktflydende, sammenhængende og mørk i farven. Efter fremstilling af den homogene blanding blev bearbejdeligheden af frisk geopolymermørtel målt ved strømningstabelapparat i henhold til IS 5512-1983 og er 1727-1967. Derefter for hver koncentration af natriumhydroksid, 48 kuber af størrelse 70.7 mm liter 70,7 mm liter 70,7 mm blev støbt i tre lag. Hvert lag blev godt komprimeret ved stampning stang med en diameter på 20 mm. efter komprimering af mørtel, blev den øverste overflade nivelleret ved hjælp af murske og siderne af formen blev forsigtigt tappet for at udvise luft, hvis nogen, til stede inde i mørtel. Alle terninger blev fjernet fra forme efter 24 timers støbning og derefter anbragt i en ovn til termisk hærdning (opvarmning). For at undgå den pludselige temperaturvariation fik mørtelterningerne lov til at køle ned op til stuetemperatur i selve ovnen. Efter 24 timer blev prøver fjernet fra ovnen, og vægten af hver prøve blev taget til bestemmelse af massetæthed og derefter testet for trykstyrke efter 3 dages opvarmning. Testproceduren svarer til den for cementmørtel som nævnt i IS 4031(Del-VI)-1981. Tre terninger blev støbt og testet for trykstyrke for hver hærdningsperiode.

3. Resultater og diskussioner

resultater af bearbejdelighed med hensyn til strømning og virkning af forskellige koncentrationer af natriumhydroksidopløsning og temperatur på trykstyrken af geopolymermørtel er præsenteret i de følgende afsnit.

3.1. Da geopolymermørtel var viskøs og vand kommer ud under polymerisationsprocessen, viser strømningstabeltesten forholdsvis gode resultater end de andre metoder til måling af bearbejdelighed. Figur 1 viser effekten af koncentrationen af natriumhydroksidopløsning i form af molaritet på strømmen af geopolymermørtel efter 10 jolter til opløsning-til-flyve askeforhold på 0,35, 0,40 og 0,45. Det observeres, at den højere koncentration af natriumhydroksidopløsning resulterede i højere strømning for alkalisk opløsning-til-flyve askeforhold på 0,35 og 0,40. Det betyder, at strømmen af geopolymermørtel øges med en stigning i koncentrationen af natriumhydroksidopløsning. Men for opløsning-til-fly aske forhold på 0,40, hastigheden af gevinst af strømmen er ikke meget signifikant ved og over 11.01 M koncentration af natriumhydroksidopløsning. Det kan skyldes reduktion i mængden af vand, der kræves for at opretholde forholdet mellem vand og geopolymer på 0,2625 i blandingen, og geopolymermørtel fremstillet med stærkt koncentreret natriumhydroksidopløsning giver meget viskøs blanding.

Figur 1

effekt af koncentrationen af natriumhydroksid på strømmen af geopolymermørtel til forskellige opløsning-til-flyve askeforhold.

3.2. Effekt af koncentrationen af Natriumhydroksid på trykstyrken af Geopolymermørtel

figur 2 viser effekten af koncentrationen af natriumhydroksidopløsning med hensyn til molaritet på trykstyrken af geopolymermørtel opvarmet i ovn ved temperaturer 40, 60, 90 og 120 liter C i 24 timer og testet efter 3 dages ovnopvarmning for opløsning-til-flyve-askeforhold på 0,35. Det observeres, at trykstyrken af geopolymerbeton stiger med stigning i koncentrationen af natriumhydroksidopløsning til alle temperaturer, men styrkeforøgelseshastigheden er forskellig for forskellige koncentrationer af natriumhydroksidopløsning. Styrkeforøgelseshastigheden er højere mellem hærdningstemperaturer på 40 og 60 liter C sammenlignet med 60 til 90 liter C og 90 til 120 liter C for alle koncentrationer af natriumhydroksidopløsning. Der er imidlertid ingen signifikant variation i trykstyrken af geopolymermørtel ved og over 13.11 M koncentration af natriumhydroksidopløsning. Det skyldes en meget viskøs blandingsdannelse ved højere koncentration af natriumhydroksid, hvilket skaber komprimeringsproblem. Det bemærkes også, at den milde koncentration af natriumhydroksidopløsning på 2,91 M giver dårlig styrke.

figur 2

effekt af opvarmningsgrad for forskellige koncentrationer af NaOH-opløsning på trykstyrke ved opløsning til FLYVEASKE-forhold på 0,35.

figur 3 og 4 viser effekten af koncentrationen af natriumhydroksidopløsning på trykstyrken af geopolymermørtel til opløsning-til-flyve askeforhold på 0,40 og 0,45 ved at opretholde andre parametre holdt konstant. Det observeres, at trykstyrken af geopolymerbeton stiger med stigning i koncentrationen af natriumhydroksidopløsning til alle temperaturer, men styrkeforøgelseshastigheden ved og over 60 liter C er ikke særlig signifikant. Det betyder, at opvarmningsgraden ved 60 liter C er tilstrækkelig, når forholdet mellem opløsning og flyve aske er 0,40 og 0.45. Tilsvarende natriumhydroksidopløsning med en koncentration på 8,01 M er tilstrækkelig til at opnå bemærkelsesværdig styrke. Højere opløsning-til-flyve askeforhold viser højere styrke ved den samme koncentration af natriumhydroksidopløsning. Men højere opløsning-til-flyve askeforhold giver mere viskøs blanding og skaber vanskeligheder ved komprimering, som i sidste ende reducerer styrken som tydeligt observeret fra Figur 4.

figur 3

effekt af opvarmningsgrad for forskellige koncentrationer af NaOH-opløsning på trykstyrke ved opløsning til FLYVEASKE-forhold på 0,40.

figur 4

effekt af opvarmningsgrad for forskellige koncentrationer af NaOH-opløsning på trykstyrke ved opløsning til FLYVEASKE-forhold på 0,45.

3.3. Effekt af koncentrationen af Natriumhydroksidopløsning på massetætheden af Geopolymermørtel

tabel 2 viser effekten af koncentrationen af natriumhydroksidopløsning på massetætheden af geopolymermørtel beregnet efter ovnopvarmning ved 90 liter C i en varighed på 24 timer og afkøling af terningerne i ovnen i yderligere 24 timer for opløsning-til-FLYVEASKE-forhold på 0,35. Det observeres, at den gennemsnitlige massetæthed er 2178,73 kg/m3 for alle blandinger. Der er ingen stor variation i massetætheden af geopolymermørtel for alle koncentrationer af natriumhydroksidopløsning for alle forhold mellem opløsning og flyveaske som observeret fra tabel 2, 3 og 4. Det betyder, at tætheden af geopolymerbeton ikke afhænger af koncentrationen af natriumhydroksidopløsning såvel som forholdet mellem opløsning og flyve aske.

3.4. Effekt af koncentrationen af Natriumhydroksidopløsning på alkalinitet af Geopolymermørtel

efter test af mørtelterningerne for trykstyrke blev mørtelterningsmaterialet knust og sigtet gennem 90 liter er sigte. Derefter blev 20 g pulveriseret materiale taget med 200 mL destilleret vand i et glasbæger med kapacitet 500 mL. Blandingen blev omrørt i få minutter, og efter 24 timer blev opløsningen filtreret under anvendelse af papir nr.9. Derefter blev alkalinitet af filtreret opløsning målt på digital pH-meter.

tabel 2, 3 og 4 viser effekten af koncentrationen af natriumhydroksidopløsning på alkaliniteten af geopolymermørtel til opløsning-til-flyve askeforhold på henholdsvis 0,35, 0,40 og 0,45. Det observeres, at alkaliniteten af geopolymermørtel ikke påvirkes meget med stigning i koncentrationen af natriumhydroksidopløsning. Den maksimale pH-værdi for geopolymermørtel er 10,92, hvilket er mindre end for konventionel cementmørtel (pH = 11,3–11,6). Det betyder, at der er mindre chance for alkali-aggregatreaktion, selvom der anvendes meget alkalisk opløsning til fremstilling af geopolymermørtel.

3.5. Effekt af opvarmningens varighed på trykstyrken af Geopolymermørtel

figur 5 viser effekten af opvarmningens varighed på trykstyrken af geopolymermørtel ved 60 kg, 90 kg og 120 kg c temperatur for 13,11 M koncentreret natriumhydroksidopløsning ved opløsning til FLYVEASKE-forhold på 0,40. Det observeres, at kompressionsstyrken af geopolymermørtel stiger med stigning i varigheden af opvarmning ved en bestemt temperatur. Det observeres også, at styrkeforøgelsen øges, da opvarmningens varighed stiger specifikt ved højere temperatur. Efter 12 timers temperaturhærdning er styrkeforøgelseshastigheden ikke særlig signifikant specifikt ved 90 liter C og 120 liter C. Men ved opvarmningstemperatur på 60 liter C øges styrkeforøgelseshastigheden konstant for alle hærdningsperioder. Det betyder, at styrken af geopolymerbeton kan øges ved at øge temperaturen med reduceret opvarmningstid. Men ved opvarmningstemperatur på 120 liter C udvikles revner på betonoverfladen, så den passende temperatur til fremstilling af geopolymerbeton er mellem 60 og 90 liter C.

figur 5

effekt af opvarmningens varighed på trykstyrke ved 13,11 M NaOH.

3.6. Effekt af testperioden på trykstyrken af Geopolymermørtel

for at optimere varigheden af temperaturhærdning er der foretaget yderligere undersøgelser ved at overveje yderligere varighed på 8 og 10 timer og for testperioden på 1, 2, 3 og 7 dage ved at opretholde temperaturhærdning ved 90 liter C. figur 6 viser effekten af testperioden på trykstyrken af geopolymermørtel ved temperaturhærdning på 90 liter C i forskellige opvarmningsvarigheder. Testperiode er varigheden af den tid, der overvejes efter opvarmning af terningerne op til test for trykstyrke under omgivelsestemperatur. Det observeres, at styrken af geopolymermørtel stiger med stigning i testperioden, når varigheden af opvarmning er 6 timer, mens der for højere varighed af opvarmning observeres betydelig styrkeforøgelse op til testperioden på 3 dage og derefter øges med langsom hastighed. Der er ingen stor ændring i trykstyrken af geopolymermørtel testet efter testperiode på 3 dage i 8, 10 og 12 timers opvarmningstid. Det betyder, at kun 3 dages testperiode er tilstrækkelig til at opnå den ønskede styrke til ovnopvarmning ved 90 liter C og i varigheden af 8 timer.

figur 6

effekt af testperioden på trykstyrken af geopolymermørtel ved temperaturhærdning på 90 liter C i forskellige opvarmningsvarigheder.

4. Konklusioner

dette papir præsenterede effekten af koncentrationen af natriumhydroksid, temperatur, varighed af opvarmning og testperiode på udviklingen af geopolymermørtel. Det bemærkes, at anvendeligheden såvel som trykstyrken af geopolymermørtel øges med stigning i koncentrationen af natriumhydroksidopløsning med hensyn til molaritet. Styrkeforøgelseshastigheden er langsom, når varmen hærdes ved 40 kg C sammenlignet med styrken ved 120 kg C. Men der er ingen mærkbar ændring i trykstyrke ud over hærdningstemperaturen på 90 kg C. tilsvarende giver opvarmningens varighed i området 6 til 24 timer højere trykstyrke. Stigningen i styrke ud over 12 timer er imidlertid ikke særlig signifikant. Det observeres også, at trykstyrken af geopolymerbeton stiger med stigning i testperioden op til tre dage. Så til passende fremstilling af geopolymermørtel anbefales 13-molær opløsning af natriumhydroksid på basis af bearbejdelighed og trykstyrke. Tilsvarende anbefales det også, at terningerne hærdes i en ovn ved 90 liter C i 8 timers varighed og testes efter en testperiode på 3 dage.

interessekonflikt

forfatterne erklærer, at der ikke er nogen interessekonflikt med hensyn til offentliggørelsen af dette papir.