a nátrium-hidroxid koncentrációjának hatása és a hőkezelés mértéke pernye alapú Geopolimer habarcson

absztrakt

a Geopolimer beton/habarcs az új fejlesztés az épületszerkezetek területén, ahol a cementet teljesen pozzolán anyaggal, például pernye anyaggal helyettesítik, és lúgos oldattal aktiválják. Ez a tanulmány bemutatta a nátrium-hidroxid koncentrációjának hatását, hőmérséklet, a sütő melegítésének időtartama a pernye alapú geopolimer habarcs nyomószilárdságára. Nátrium-szilikát oldat, amely Na2O 16,45%, SiO2 34,35% és H2O 49.20% – os nátrium-hidroxid-oldat 2.91, 5.60, 8.10, 11.01, 13.11, és 15.08. A Mol koncentrációkat alkáli aktivátorként használtuk. A geopolimer habarcs keverékeket 0,35, 0,40 és 0,45 pernye arány figyelembevételével állítottuk elő. A kemencében történő kikeményedés hőmérsékletét egyenként 40, 60, 90 és 120 oc hőmérsékleten tartottuk egy 24 órás hevítési időszakon keresztül, és nyomószilárdság szempontjából 3 napos korban vizsgáltuk a meghatározott melegítési fok utáni vizsgálati időszakként. A vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy mind a megmunkálhatóság, mind a nyomószilárdság növekszik a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának növekedésével az összes oldat / pernye arány tekintetében. A fűtés mértéke szintén létfontosságú szerepet játszik a szilárdság felgyorsításában; azonban a nyomószilárdság nem változik jelentősen a sütő meghatározott melegítési időszakát követő három napos vizsgálati időszakon túl.

1. Bevezetés

a cementipar az egyik legfontosabb hozzájárulója a zöld ház gázok, például a szén-dioxid kibocsátásának, amely évente körülbelül 1,35 milliárd tonna . A világ Portlandcement-termelése napról napra növekszik az építőipar növekvő keresletével, amely évente ezer millió tonnát tett ki. A másik oldalon a pernye a szénalapú hőerőmű hulladékanyaga, amely bőségesen rendelkezésre áll, de ártalmatlanítási problémát okoz. Az ártalmatlanításhoz több értékes földterület szükséges. Mivel a pernye könnyű súlyú és könnyen repül, ez súlyos egészségügyi problémákat okoz, mint például asztma, hörghurut és így tovább. A felmérés szerint a világ teljes pernye termelése évente mintegy 780 millió tonna . Mivel a szilícium és az alumínium a fő alkotóelemek, a pernye hatékony cementhelyettesítő anyag, de a felhasználás csak 17-25%. Jelenleg pernye használják a termelés Portland Pozzolana Cement, részleges cseréje cement és a megmunkálhatóság javítása adalékanyag beton, valamint a termelés celluláris blokkok és téglák és a talaj stabilizálása . A Portlandcement helyett használt pernye minden tonnája körülbelül egy tonna szén-dioxid-kibocsátást takarít meg a légkörbe . A pernye habarcs és beton környezetbarát, és a cement több mint 50% – át helyettesítheti nagy mennyiségű pernye beton előállításához .

de a pernye teljes hasznosítása érdekében Davidovits azt az aktiválási folyamatot javasolta, amelyben a cementet teljesen pozzolán anyaggal helyettesítik, és geopolimer néven ismert lúgos oldattal aktiválják. A geopolimer beton/habarcs fejlesztése megoldást jelenthet a zöldebb építőanyagok előállítására a fenntartható fejlődés érdekében.

Davidovits kiemelte a globális felmelegedés hatását a Portlandcement-termelés CO2-kibocsátása és az alacsony CO2-kibocsátású cementkötésű anyagok szükségessége miatt. Rai et al. bemutatta a szénhamu ártalmatlanításának és a talajvíz szennyeződésének számos környezeti szempontját, míg Pandey et al. kiemelte a hőerőművekben a pernye keletkezéséből és ártalmatlanításából eredő problémát, valamint az arzén jelenléte miatti szennyezést. Rajamane és Sabitha a pernye és a szilícium-dioxid füst pozzolán hatását vizsgálták a cement hidratálása során keletkező kalcium-hidroxiddal. Suri elmagyarázta a pernye alkalmazását innovatív építési termékek építéséhez, a pernye részleges vagy teljes felhasználásától a geopolimer betonban. Jiminez et al. beszámoltak arról, hogy az aktivált pernye gyors kötési és gyors szilárdsági tulajdonságokkal rendelkezik, és mérgező hulladékok immobilizálására is használják. Davidovits bemutatta a geopolimer polikondenzációját 100cc-nál alacsonyabb hőmérsékleten, valamint a kialakulásukban szerepet játszó kémiai reakciót. Hardjito és munkatársai. tanulmányozta a víz-geopolimer szilárd anyagok tömegarányának hatását a pernye alapú geopolimer beton nyomószilárdságára, míg Fongjan és Ludger megfigyelte, hogy a szilárd anyagok oxid-MOL aránya, fizikai tulajdonságai és morfológiája, valamint a kikeményedési feltételek a legfontosabb tényezők, amelyek befolyásolják a geopolimer habarcs potenciális tulajdonságait. Rangan és munkatársai. megállapította, hogy a pernye alapú geopolimer beton kiválóan ellenáll a szulfát támadásnak, alacsony kúszáson megy keresztül, és nagyon kevés szárítási zsugorodást szenved. Hardjito és munkatársai. tanulmányozta a keverési idő és a pihenőidő hatásait, míg Sumajouw et al. tanulmányozta a megerősített geopolimer beton oszlopok és gerendák viselkedését és erejét. A keverékben jelen lévő oxidok moláris összetételének és a polimerizációs folyamatban használt víztartalomnak a hatását Barbosa et al. . van Jaarsveld et al. megfigyelték, hogy a víztartalom jelentős hatással van a geopolimer végső tulajdonságaira, míg az oldat / pernye arány nem releváns paraméter, amint azt Palomo és Fernandez-Jimenez megfigyelte . Ranganath és Mohammed kiemelte a pernye hatását, a víztartalmat, a nátrium-szilikát / nátrium-hidroxid arányt és a magas hőmérsékletű kikeményedés időtartamát a geopolimer beton tulajdonságaira, míg Mustafa Al Bakri et al. és Jamkar et al. megfigyelték a megmunkálhatóság és a nyomószilárdság növekedését a pernye finomságának növekedésével.

ebben a vizsgálatban kísérleti munkát végeztek a nátrium-hidroxid-oldat különböző koncentrációinak a 0,30, 0,35 és 0,40 pernye-oldat arányú molaritásra gyakorolt hatásának tanulmányozására a műanyag állapotban való áramlás szempontjából, valamint a pernye alapú geopolimer habarcs meghatározott hőkezelési időszakát követően a hevítési fok nyomószilárdságra gyakorolt hatásának tanulmányozására.

2. Kísérleti Program

2.1. Anyagok

ebben a vizsgálatban alacsony kalciummal feldolgozott pernye került felhasználásra forrásanyagként. A maradékot a pernye visszatartott 45 MHz is szitán jelentették, mint 7.67%. Az 1. táblázat a száraz feldolgozott pernye minta kémiai összetételét mutatja. A laboratóriumi minőségű nátrium-hidroxid pehely formában (97,8% tisztaságú) és nátrium-szilikát (50,72% szilárd anyag) oldatokat alkáli aktivátorként használták. A helyben rendelkezésre álló folyami homokot használták töltőanyagként. A homokot 2 mm, 1 mm, 500 mikron és 90 mikron méretű szitákkal szitáljuk. Ezeket a méretfrakciókat egyenlő arányban kombinálják, hogy fenntartsák a szabványos homoknak megfelelő osztályozást az IS 650: 1991 szerint. A lúgos oldat pernye aránya 0,35, 0,40 és 0,45 volt minden 2,91 M, 5,61 M, 8,11 M, 11,01 M, 13,11 M és 15,06 M tömény nátrium-hidroxid oldat esetében. A kemencében történő kikeményedést egyenként 60, 90, C és 120, 24 órás hevítési időszakon keresztül végeztük,és a bemelegítést követő 3 napos próbaidőszak után vizsgáltuk.

2.2. Nátrium-hidroxid-oldat elkészítése

a szükséges nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjától függően egy liter desztillált vízben nátrium-hidroxid-pelyheket adtunk hozzá egy liter oldat elkészítése helyett. Ezután a laboratóriumi mérésekből molaritást találtak. Például a 3 M-es nátrium-hidroxid-oldat 3-40 = 120 gramm NaOH szilárd anyagot tartalmaz egy liter oldatban. De ehelyett 120 g nátrium-hidroxid pelyheket adtak hozzá egy liter desztillált vízben. Tehát az oldat teljes térfogata 1,030 liter volt. Az egy liter nátrium-hidroxid-oldatban lévő szilárd anyagot (120/1030) 6000 = 116,40 gm-re becsülték. Ezért az oldat molaritása (116,40 / 40) = 2,91 M 3 m helyett.a nátrium-hidroxid oldatot két nappal a habarcskockák öntése előtt állítottuk elő, hogy az oldatot szobahőmérsékletre lehűtsük, kifejezetten a nyári szezonban.

2.3. A

Geopolimer Habarcskeverékek előállítása a cement azonos mennyiségű pernye általi teljes helyettesítése és nátrium-hidroxid és nátrium-szilikát lúgos oldatokkal történő aktiválása után történt. A geopolimer habarcskockákat 1 : 3 arányú pernye és a helyben rendelkezésre álló homok felhasználásával állítottuk elő, a standard homokhoz hasonlóan osztályozva. A lúgos oldat és a víz mennyiségét úgy számítottuk ki, hogy az oldat pernye aránya 0,35, 0,40 és 0,45, a nátrium-szilikát / nátrium-hidroxid tömegaránya 1,0, a víz / geopolimer szilárd tömegaránya 0 volt.2625 korábbi vizsgálat alapján . Számított mennyiségű nátrium-szilikát oldatot összekeverünk nátrium-szilikát oldattal együtt extra vizet, ha van ilyen egy üveg kapacitás öt liter, és óvatosan keverjük, hogy homogén oldatot. Az elkészített oldatot körülbelül 2 órán át félretettük, hogy elkerüljük a szennyeződést az öntés során.

a geopolimer habarcs öntése hasonló a cementhabarcséhoz, amelyben pernye és Osztályozott homok száraz keverékét készítették egy 6 kg kapacitású tálban, majd lúgos oldatot adtak hozzá, és 2-3 percig alaposan összekeverték, hogy homogén keveréket kapjanak. Megállapították, hogy a friss pernye alapú geopolimer habarcs viszkózus, összetartó és sötét színű volt. A homogén keverék elkészítése után a friss geopolimer habarcs működőképességét áramlásmérő berendezéssel mértük az is 5512-1983 és az IS 1727-1967 szerint. Ezután minden nátrium-hidroxid-koncentrációhoz 48 kocka 70 méretű.7 mm-es 60,7 mm-es 70,7 mm-es, három rétegben öntött. Mindegyik réteget jól tömörítették 20 mm átmérőjű döngölőrúddal.a habarcs tömörítése után a felső felületet simítóval kiegyenlítették, és a penész oldalait óvatosan megérintették, hogy a habarcs belsejében lévő levegőt, ha van ilyen, kiszorítsák. Az összes kockát 24 órás öntés után eltávolítottuk az öntőformákból, majd kemencébe helyeztük termikus kikeményítés (fűtés) céljából. A hirtelen hőmérsékletváltozás elkerülése érdekében a habarcskockákat szobahőmérsékleten hagyjuk lehűlni magában a sütőben. 24 óra elteltével a mintákat kivettük a sütőből, és az egyes minták tömegét vettük a tömegsűrűség meghatározásához, majd 3 napos melegítés után megvizsgáltuk a nyomószilárdságot. A vizsgálati eljárás hasonló a cementhabarcshoz, amint azt az IS 4031(vi.rész)-1981 említi. Három kockát öntöttünk, és nyomószilárdságot vizsgáltunk minden egyes kikeményedési periódusra.

3.

a nátrium-hidroxid-oldat és a hőmérséklet különböző koncentrációinak a geopolimer habarcs nyomószilárdságára gyakorolt hatása tekintetében a megmunkálhatóság eredményeit a következő részekben mutatjuk be.

3.1. A nátrium-hidroxid koncentrációjának hatása a Geopolimer habarcs Megmunkálhatóságára

mivel a geopolimer habarcs viszkózus volt, és a polimerizációs folyamat során víz jön ki, az áramlási táblázat tesztje viszonylag jó eredményeket mutat, mint a megmunkálhatóság más mérési módszerei. Az 1. ábra a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának molaritás szerinti hatását mutatja a geopolimer habarcs áramlására 10 lökés után, 0,35, 0,40 és 0,45 pernye arány esetén. Megfigyelhető, hogy a nátrium-hidroxid-oldat magasabb koncentrációja a lúgos oldat pernye arányának nagyobb, 0,35-0,40-es áramlását eredményezte. Ez azt jelenti, hogy a geopolimer habarcs áramlása növekszik a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának növekedésével. De a 0,40-es oldat-pernye arány esetén az áramlás nyereségének mértéke nem túl jelentős 11 – nél.01 M koncentrációjú nátrium-hidroxid oldat. Ennek oka lehet a vízmennyiség csökkenése, amely a keverékben a víz / geopolimer szilárd Arány 0,2625-ös fenntartásához szükséges, és az erősen koncentrált nátrium-hidroxid-oldattal készített geopolimer habarcs nagyon viszkózus keveréket eredményez.

ábra 1

a nátrium-hidroxid koncentrációjának hatása a geopolimer habarcs áramlására a különböző oldat-pernye arányokhoz.

3.2. A nátrium-hidroxid koncentrációjának hatása a Geopolimer habarcs Nyomószilárdságára

a 2.ábra a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának molaritás szerinti hatását mutatja a kemencében 40, 60, 90 és 120 C hőmérsékleten hevített geopolimer habarcs nyomószilárdságára 24 órán át, és 3 napos kemencefűtés után tesztelve 0,35-ös oldat pernye arányra. Megfigyelhető, hogy a geopolimer beton nyomószilárdsága a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának növekedésével növekszik minden hőmérsékleten, de a szilárdság növekedésének sebessége a nátrium-hidroxid-oldat különböző koncentrációinál eltérő. A szilárdság erősödésének mértéke nagyobb a 40-60 C közötti kikeményedési hőmérsékletek között, mint a 60-90 C és 90-120 C közötti minden nátrium-hidroxid-koncentráció esetén. A geopolimer habarcs nyomószilárdságában azonban 13-nál vagy annál nagyobb mértékben nincs jelentős eltérés.11 M koncentrációjú nátrium-hidroxid oldat. Ennek oka a nagyon viszkózus keverékképződés nagyobb koncentrációjú nátrium-hidroxid esetén, ami tömörítési problémát okoz. Azt is megfigyelték, hogy a 2,91 M-es nátrium-hidroxid-oldat enyhe koncentrációja gyenge szilárdságot eredményez.

ábra 2

a melegítés fokának hatása a NaOH-oldat különböző koncentrációira a nyomószilárdságra 0,35-ös oldat / pernye arány mellett.

a 3.és 4. ábra a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának hatását mutatja a geopolimer habarcs nyomószilárdságára 0,40 és 0,45 pernye arány mellett, más paraméterek állandó szinten tartásával. Megfigyelhető, hogy a geopolimer beton nyomószilárdsága a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának növekedésével növekszik minden hőmérsékleten, de a szilárdság növekedésének sebessége 60 C vagy annál magasabb nem túl jelentős. Ez azt jelenti, hogy a fűtés mértéke 60 CAC-nál elegendő, ha az oldat-pernye Arány 0,40 és 0.45. Hasonlóképpen a 8,01 M koncentrációjú nátrium-hidroxid-oldat elegendő a figyelemre méltó szilárdság eléréséhez. A magasabb oldat-pernye arány nagyobb szilárdságot mutat a nátrium-hidroxid-oldat azonos koncentrációjánál. De a magasabb oldat-pernye Arány viszkózusabb keveréket eredményez, és nehézségeket okoz a tömörítésben, ami végső soron csökkenti a szilárdságot, amint azt a 4.ábra egyértelműen megfigyeli.

ábra 3

a melegítés fokának hatása a NaOH-oldat különböző koncentrációira a nyomószilárdságra 0,40-es oldat / pernye arány mellett.

ábra 4

a melegítés fokának hatása a NaOH-oldat különböző koncentrációira a nyomószilárdságra 0,45-ös oldat / pernye arány mellett.

3.3. A nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának hatása a Geopolimer habarcs Tömegsűrűségére

a 2.táblázat mutatja a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának a geopolimer habarcs tömegsűrűségére gyakorolt hatását, amelyet a kemencében 90 64 órán át tartó hevítés és a kockáknak a kemencében további 24 órán át történő hűtése után számítottak ki, az oldat / pernye Arány 0,35. Megfigyelhető, hogy az átlagos tömegsűrűség 2178,73 kg/m3 az összes keverék esetében. A geopolimer habarcs tömegsűrűsége nem változik nagy mértékben a nátrium-hidroxid-oldat összes koncentrációja esetén az oldat / pernye arány tekintetében, amint azt a 2., 3. és 4. táblázat mutatja. Ez azt jelenti, hogy a geopolimer beton sűrűsége nem függ a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjától, valamint az oldat / pernye aránytól.

3.4. A nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának hatása a Geopolimer habarcs Lúgosságára

a habarcskockák nyomószilárdságának vizsgálata után a habarcskocka anyagát összezúztuk és szitáltuk át 90 km szitán. Ezután 20 g porított anyagot vettünk 200 mL desztillált vízzel egy üveg főzőpohárban kapacitása 500 mL. Az elegyet néhány percig kevertük, majd 24 óra elteltével az oldatot a Whatman 9.számú papírjával szűrtük. Ezután a szűrt oldat lúgosságát digitális pH-mérőn mértük.

a 2., 3. és 4. táblázat a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának hatását mutatja a geopolimer habarcs lúgosságára, az oldat pernye-pernye Arány 0,35, 0,40 és 0,45. Megfigyelhető, hogy a geopolimer habarcs lúgosságát nem befolyásolja nagymértékben a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának növekedése. A geopolimer habarcs maximális pH-értéke 10,92, ami kisebb, mint a hagyományos cementhabarcsé (pH = 11,3–11,6). Ez azt jelenti, hogy kisebb az alkáli-aggregátum reakció esélye, annak ellenére, hogy erősen lúgos oldatot használnak a geopolimer habarcs előállításához.

3.5. A melegítés időtartamának hatása a Geopolimer habarcs Nyomószilárdságára

az 5. ábra a melegítés időtartamának hatását mutatja a geopolimer habarcs nyomószilárdságára 60, 90, illetve 120 C hőmérsékleten 13,11 m tömény nátrium-hidroxid oldat esetén 0,40 pernye arány mellett. Megfigyelhető, hogy a geopolimer habarcs nyomószilárdsága növekszik a melegítés időtartamának növekedésével egy adott hőmérsékleten. Azt is megfigyelték, hogy az erőnövekedés sebessége növekszik, mivel a melegítés időtartama kifejezetten magasabb hőmérsékleten növekszik. 12 órás hőmérsékleti kikeményedés után az erőnövekedés mértéke nem túl jelentős, kifejezetten 90-120-120-20-60-60 Celsius-fokos melegítési hőmérsékleten azonban az erőnövekedés üteme folyamatosan növekszik minden kikeményedési periódusban. Ez azt jelenti, hogy a geopolimer beton szilárdsága növelhető a hőmérséklet növelésével a fűtés csökkentett időtartamával. De 120 6CC fűtési hőmérsékleten repedések keletkeznek a beton felületén, így a geopolimer beton készítéséhez a megfelelő hőmérséklet 60 és 90 C között van.

ábra 5

a melegítés időtartamának hatása a nyomószilárdságra 13,11 M NaOH-nál.

3.6. A vizsgálati időszak hatása a Geopolimer habarcs Nyomószilárdságára

a hőmérséklet-kikeményedés időtartamának optimalizálása érdekében további vizsgálatot végeztek 8 és 10 órás további időtartam, valamint az 1, 2, 3 és 7 napos vizsgálati időszak figyelembevételével, a hőmérséklet-kikeményedés fenntartása mellett 90 USD C hőmérsékleten. A vizsgálati időszak a kockák melegítése után a nyomószilárdság környezeti hőmérsékleten történő vizsgálatáig figyelembe vett időtartam. Megfigyelhető, hogy a geopolimer habarcs szilárdsága növekszik a vizsgálati időszak növekedésével, amikor a melegítés időtartama 6 óra, míg a fűtés nagyobb időtartama esetén jelentős szilárdságnövekedés figyelhető meg a 3 napos vizsgálati időszakig, majd lassú sebességgel növekszik. Nincs nagy változás nyomószilárdsága geopolimer habarcs után vizsgált vizsgálati időszak 3 nap 8, 10 és 12 óra fűtési időtartam. Ez azt jelenti, hogy csak 3 napos vizsgálati időszak elegendő a kívánt szilárdság eléréséhez a sütő 90 6c hőmérsékleten történő melegítéséhez és 8 órán át.

ábra 6

a vizsgálati időszak hatása a geopolimer habarcs nyomószilárdságára 90C hőmérsékleten történő kikeményedéskor különböző fűtési időtartamokra.

4. Következtetések

ez a tanulmány bemutatta a nátrium-hidroxid koncentrációjának, hőmérsékletének, a melegítés időtartamának és a vizsgálati időszaknak a geopolimer habarcs kifejlesztésére gyakorolt hatását. Megfigyelhető, hogy a geopolimer habarcs megmunkálhatósága, valamint nyomószilárdsága növekszik a nátrium-hidroxid-oldat koncentrációjának növekedésével a molaritás szempontjából. Az erőnövekedés sebessége lassú, ha a hő kikeményedik 40 6-24 óra, összehasonlítva a 120 oc erősséggel. de a nyomószilárdságban nincs észrevehető változás a 90 oc-os kikeményedési hőmérsékleten túl.Hasonlóképpen, a 6-24 órás melegítés időtartama nagyobb nyomószilárdságot eredményez. Az erő 12 órán túli növekedése azonban nem túl jelentős. Azt is megfigyelték, hogy a nyomószilárdság geopolimer beton növekszik a növekedés vizsgálati időszak legfeljebb három napig. Tehát a geopolimer habarcs megfelelő előkészítéséhez 13 mólos nátrium-hidroxid-oldatot ajánlunk a megmunkálhatóság és a nyomószilárdság alapján. Hasonlóképpen azt is javasoljuk, hogy a kockákat 90 6CC-os kemencében 8 órán át keményítsék, és 3 napos vizsgálati időszak után teszteljék.

összeférhetetlenség

a szerzők kijelentik, hogy nem áll fenn összeférhetetlenség a jelen cikk közzétételét illetően.