Effekt Av Konsentrasjon Av Natriumhydroksid Og Grad Av Varmeherding På Flyveaske-Basert Geopolymermørtel

Abstrakt

Geopolymerbetong / mørtel er den nye utviklingen innen bygningskonstruksjoner der sement er helt erstattet av pozzolanic materiale som flyveaske og aktivert av alkalisk løsning. Dette papiret presenterte effekten av konsentrasjon av natriumhydroksid, temperatur og varighet av ovnsoppvarming på trykkfasthet av flyaskebasert geopolymermørtel. Natriumsilikatoppløsning som inneholder Na2O På 16,45%, SiO2 på 34,35% og H2O på 49.20% og natriumhydroksidoppløsning av 2.91, 5.60, 8.10, 11.01, 13.11, og 15.08. Molkonsentrasjoner ble brukt som alkaliske aktivatorer. Geopolymermørtelblandinger ble utarbeidet ved å vurdere forholdet mellom oppløsning og flyveaske på 0,35, 0,40 og 0,45. Temperaturen på ovnsherdingen ble opprettholdt ved 40, 60, 90 og 120°c hver i en oppvarmingsperiode på 24 timer og testet for trykkstyrke i en alder av 3 dager som testperiode etter spesifisert grad av oppvarming. Testresultater viser at bearbeidbarhet og trykkfasthet begge øker med økning i konsentrasjonen av natriumhydroksidoppløsning for alle løsnings-til-fly-askeforhold. Grad av oppvarming spiller også viktig rolle i akselererende styrke; men det er ingen stor endring i trykkfasthet utover test periode på tre dager etter angitt periode av ovnen oppvarming.

1. Innledning

Sementindustrien er en av de viktigste bidragsyterne til utslipp av grønne husgasser som karbondioksid som er om lag 1,35 milliarder tonn årlig . Dag for dag øker Verdens Portland sementproduksjon med den økende etterspørselen av byggebransjen som krysset tusen millioner tonn per år. På den andre siden er flyveaske avfallsmaterialet av kullbasert termisk kraftverk, som er tilgjengelig rikelig, men skaper avhendingsproblem. Flere hektorer av verdifullt land er nødvendig for avhending. Som flyveaske er lett i vekt og flyr lett, skaper dette alvorlige helseproblemer som astma, bronkitt og så videre. Ifølge undersøkelsen er den totale flyaskeproduksjonen i verden ca 780 millioner tonn per år . Med silisium og aluminium som hovedbestanddeler er flyveaske et effektivt sementskiftende materiale, men utnyttelsen er bare 17-25%. For tiden brukes flyveaske til produksjon Av Portland Pozzolana Sement, delvis erstatning av sement og bearbeidbarhet som forbedrer blanding i betong, og også i produksjon av cellulære blokker og murstein og i jordstabilisering . For hvert tonn flyveaske som brukes i Stedet For Portland sement sparer omtrent et tonn karbondioksidutslipp til atmosfæren . Mørtel og betong laget med flyveaske er miljøvennlige og kan gjøres for å erstatte mer enn 50% av sementen for å produsere høyt volum flyveaske betong .

Men For full utnyttelse av flyveaske foreslo Davidovits aktiveringsprosessen der sement er helt erstattet av pozzolanisk materiale og aktivert av alkalisk løsning kjent som geopolimer. Utviklingen av geopolymerbetong / mørtel kan gi en løsning for å produsere grønnere byggematerialer for bærekraftig utvikling.

Davidovits fremhevet den globale oppvarmingen på GRUNN AV CO2-utslipp FRA Portland sementproduksjoner og behovet for lave CO2-utslipp sementmaterialer. Rai et al. presentert flere miljømessige aspekter av kull aske avhending og grunnvann forurensning, mens Pandey et al. fremhevet problemet på grunn av generering av flyveaske i termiske kraftverk og avhending, sammen med forurensningen som er involvert på grunn av tilstedeværelse av arsen. Rajamane og Sabitha studerte den pozzolaniske virkningen av flyaske og silisiumrøyk med kalsiumhydroksidet generert under hydrering av sement. Suri forklarte anvendelsen av flyveaske for å lage innovative byggprodukter for bygging fra delvis til full utnyttelse av flyveaske i geopolymerbetong. Jiminez et al. rapportert at aktivert flyveaske har rask innstilling og rask styrkeutviklingsegenskaper og brukes også til immobilisering av giftig avfall. Davidovits demonstrerte polykondensasjonen av geopolymer ved temperaturer lavere enn 100°C og den kjemiske reaksjonen som er involvert i dannelsen. Hardjito et al. studerte effekten av vann-til-geopolymer faste stoffer ratio ved masse på trykkfasthet av fly aske-baserte geopolymerbetong, mens Fongjan og Ludger observert oksid-mol forhold, fysiske egenskaper, og morfologier av faste materialer og herding forhold er de viktigste faktorene som påvirker de potensielle egenskapene til geopolymere mørtel. Rangan et al. fant at flyaskebasert geopolymerbetong har utmerket motstand mot sulfatangrep, gjennomgår lavt kryp, og lider svært lite tørkekrymping. Hardjito et al. studerte effekten av blandetiden og hvileperioden mens Sumajouw et al. studerte atferd og styrken av forsterkede geopolymer betong søyler og bjelker. Effekten av den molare sammensetningen av oksydene tilstede i blandingen og vanninnholdet som brukes på polymerisasjonsprosessen, har blitt studert Av Barbosa et al. . van Jaarsveld et al. observert at vanninnholdet har en betydelig effekt på de endelige egenskapene til geopolimer, mens løsning-til-fly aske forholdet er ikke en relevant parameter som observert Av Palomo og Fernandez-Jimenez . Ranganath og Mohammed fremhevet effekten av flyveaske, vanninnhold, natriumsilikat-til-natriumhydroksidforhold, og varigheten av forhøyet temperaturherding på egenskapene til geopolymerbetong, Mens Mustafa Al Bakri et al. Og Jamkar et al. observert økningen i bearbeidbarhet og trykkstyrke med økningen i finhet av flyveaske.

i den foreliggende undersøkelsen utføres et eksperimentelt arbeid for å studere effekten av forskjellige konsentrasjoner av natriumhydroksidoppløsning når det gjelder molaritet ved oppløsning til flyveaskeforhold på 0,30, 0,35 og 0,40 på bearbeidbarhet når det gjelder strømning i plasttilstand og effekt av grad av oppvarming på trykkstyrke etter spesifisert periode med varmeherding av flyveaskebasert geopolymermørtel.

2. Eksperimentelt Program

2.1. Materialer

i den foreliggende undersøkelsen ble en lav kalsiumbehandlet flyveaske brukt som kildemateriale. Resten av flyveaske beholdt på 45 ④m IS sieve ble rapportert som 7.67%. Tabell 1 viser den kjemiske sammensetningen av tørr behandlet flyveaske prøve. Laboratoriekvaliteten natriumhydroksid i flakform (97,8% renhet) og natriumsilikat (50,72% faste stoffer) løsninger ble brukt som alkaliske aktivatorer. Lokalt tilgjengelig elvesand ble brukt som fyllmateriale. Sanden siktes ved HJELP av siver av størrelser 2 mm, 1 mm, 500 mikron og 90 mikron. Disse størrelsesfraksjonene er kombinert i like stor andel for å opprettholde gradering i samsvar med standard sand som PER IS 650: 1991. De alkaliske oppløsnings-til-fly askeforholdene ble vurdert 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 konsentrerte natriumhydroksidløsninger. Ovnsherdingen ble gjort med 60°C, 90°C og 120 hryvnias C hver for en oppvarmingsperiode på 24 timer og testet etter 3 dagers testperiode etter oppvarming.

2.2. Fremstilling Av Natriumhydroksydoppløsning

Avhengig av konsentrasjonen av natriumhydroksydoppløsning som kreves, ble flak av natriumhydroksyd tilsatt i en liter destillert vann i stedet for å fremstille en liter oppløsning. Deretter ble molaritet funnet fra laboratoriemålinger. For eksempel består 3 m natriumhydroksidoppløsning av 3 × 40 = 120 gram NaOH faste stoffer per liter oppløsning. Men i stedet for det ble 120 g natriumhydroksydflak tilsatt i en liter destillert vann. Så det totale volumet av løsningen var 1,030 liter. Det faste stoffet i en liter natriumhydroksidoppløsning ble estimert til (120/1030) × 1000 = 116,40 g. Derfor er molariteten til løsningen (116,40 / 40) = 2,91 m i stedet for 3 M. Natriumhydroksydoppløsning ble fremstilt to dager før støping av mørtelbiter for å avkjøle løsningen opp til romtemperatur spesielt i sommersesongen.

2.3. Fremstilling Av Geopolymermørtelblandinger

Geopolymermørtelblandinger ble fremstilt etter å ha erstattet sement helt med samme mengde flyveaske og aktivert den med alkaliske løsninger av natriumhydroksid og natriumsilikat. Geopolimer mørtel kuber ble fremstilt ved hjelp av 1: 3 andeler av flyveaske og lokalt tilgjengelig sand gradert lik standard sand. Mengder av alkalisk oppløsning og vann ble beregnet ved å vurdere løsning-til-fly aske forhold på 0,35, 0,40, og 0,45, natriumsilikat-til-natriumhydroksid forhold ved masse på 1,0, og vann-til-geopolymer fast forhold ved masse på 0.2625 på grunnlag av tidligere undersøkelser . Beregnede mengder natriumsilikatoppløsning blandet med natriumsilikatoppløsning sammen med ekstra vann hvis noen i en glassflaske med kapasitet fem liter og omrørt forsiktig for å gi homogen løsning. Forberedt løsning ble holdt til side i ca 2 timer for å unngå forurensning under støping.

Støping av geopolymermørtel ligner sementmørtel der tørr blanding av flyveaske og gradert sand ble laget i en bolle med kapasitet 6 kg og deretter tilsettes alkalisk oppløsning og blandes grundig i 2 til 3 minutter for å gi homogen blanding. Det ble funnet at den ferske flyaskebaserte geopolymermørtelen var viskøs, sammenhengende og mørk i fargen. Etter å ha gjort den homogene blandingen ble bearbeidbarheten av fersk geopolymermørtel målt ved strømningsbordapparat som PER IS 5512-1983 og er 1727-1967. Deretter for hver konsentrasjon av natriumhydroksyd, 48 kuber av størrelse 70.7 mm × 70.7 mm × 70.7 mm ble støpt i tre lag. Hvert lag ble godt komprimert ved å tampere stang med diameter 20 mm. etter komprimering av mørtel ble toppflaten nivellert ved hjelp av trowel og muggsidene ble forsiktig tappet for å utvise luft, om noen, tilstede inne i mørtelen. Alle kubene ble fjernet fra støpeformer etter 24 timers støping og deretter plassert i en ovn for termisk herding (oppvarming). For å unngå den plutselige temperaturvariasjonen fikk mørtelkubene avkjøles opp til romtemperatur i selve ovnen. Etter 24 timer ble prøver fjernet fra ovnen og vekten av hver prøve ble tatt for bestemmelse av massetetthet og deretter testet for trykkstyrke etter 3 dagers oppvarming. Testprosedyren ligner på sementmørtel som nevnt i IS 4031 (del-VI) -1981. Tre kuber ble støpt og testet for trykkfasthet for hver herdeperiode.

3. Resultat Og Diskusjoner

Resultater av workability i form av flyt og effekt av ulike konsentrasjoner av natriumhydroksid løsning og temperatur på trykkfasthet av geopolymermørtel er presentert i de følgende avsnittene.

3.1. Effekt Av Konsentrasjon Av Natriumhydroksid På Bearbeidbarhet Av Geopolymermørtel

som geopolymermørtel var viskøs Og vann kommer ut under polymerisasjonsprosessen, viser flyttabelltesten relativt gode resultater enn de andre metoder for måling av bearbeidbarhet. Figur 1 viser effekten av konsentrasjon av natriumhydroksidoppløsning i form av molaritet på strømmen av geopolymermørtel etter 10 støt for oppløsning-til-fly askeforhold på 0,35, 0,40 og 0,45. Det er observert at høyere konsentrasjon av natriumhydroksidoppløsning resulterte i høyere strømning for alkalisk oppløsning-til-fly aske-forhold på 0,35 og 0,40. Det betyr at strømmen av geopolymermørtel øker med økning i konsentrasjonen av natriumhydroksydoppløsning. Men for løsning-til-fly aske forhold på 0,40, frekvensen av gevinst av flyt er ikke veldig viktig på og over 11.01 m konsentrasjon av natriumhydroksydoppløsning. Det kan være på grunn av reduksjon i mengden av vann som kreves for å opprettholde vann-til-geopolymer solid forhold på 0,2625 i blandingen og geopolymer mørtel laget med høykonsentrert natriumhydroksid løsning gir meget viskøs blanding.

Figur 1

Effekt av konsentrasjon av natriumhydroksid på flyten av geopolymermørtel for ulike løsning-til-fly aske forholdstall.

3.2. Effekt Av Konsentrasjon Av Natriumhydroksid På Trykkfasthet Av Geopolymermørtel

Figur 2 viser effekten av konsentrasjon av natriumhydroksidoppløsning i form av molaritet på trykkfasthet av geopolymermørtel oppvarmet i ovn ved temperaturer 40, 60, 90 Og 120°c i varighet på 24 timer og testet etter 3 dager med ovn oppvarming for løsning-til-fly aske forhold på 0,35. Det er observert at trykkfasthet av geopolymerbetong øker med økning i konsentrasjonen av natriumhydroksid løsning for alle temperaturer, men frekvensen av gevinst av styrke er forskjellig for forskjellige konsentrasjoner av natriumhydroksid løsning. Styrkegevinsten er høyere mellom herdetemperaturer på 40 Og 60°C sammenlignet med 60 til 90 hryvnias C og 90 til 120 hryvnias C for alle konsentrasjoner av natriumhydroksidoppløsning. Det er imidlertid ingen signifikant variasjon i trykkstyrken til geopolymermørtel ved og over 13.11 m konsentrasjon av natriumhydroksydoppløsning. Det er på grunn av en meget viskøs blanding dannelse ved høyere konsentrasjon av natriumhydroksid som skaper komprimering problem. Det er også observert at den milde konsentrasjonen av natriumhydroksydoppløsning på 2,91 M gir dårlig styrke.

Figur 2

Effekt av grad av oppvarming for Forskjellige konsentrasjoner Av NaOH-oppløsning på trykkfasthet ved oppløsning-til-fly aske-forhold på 0,35.

Figur 3 og 4 viser effekten av konsentrasjon av natriumhydroksidoppløsning på trykkfasthet av geopolymermørtel for løsning-til-fly aske-forhold på 0,40 og 0,45 ved å opprettholde andre parametere holdt konstant. Det er observert at trykkfasthet av geopolymerbetong øker med økning i konsentrasjonen av natriumhydroksid løsning for alle temperaturer, men frekvensen av gevinst av styrke ved og over 60°C er ikke veldig signifikant. Det betyr at graden av oppvarming ved 60°C er tilstrekkelig når løsningen-til-fly-askeforholdene er 0,40 og 0.45. På samme måte er natriumhydroksydoppløsning med konsentrasjon på 8,01 M tilstrekkelig til å oppnå bemerkelsesverdig styrke. Høyere oppløsning-til-fly aske forholdet viser høyere styrke ved samme konsentrasjon av natriumhydroksid løsning. Men høyere løsning-til-fly aske forholdet gir mer tyktflytende blanding og skaper vanskeligheter i komprimering som til slutt redusere styrken som klart observert Fra Figur 4.

Figur 3

Effekt av grad av oppvarming for Forskjellige konsentrasjoner Av NaOH-oppløsning på trykkfasthet ved oppløsning-til-fly aske-forhold på 0,40.

Figur 4

Effekt av grad av oppvarming for Forskjellige konsentrasjoner Av NaOH-oppløsning på trykkfasthet ved oppløsning-til-fly aske-forhold på 0,45.

3.3. Effekt Av Konsentrasjon Av Natriumhydroksidoppløsning På Massetetthet Av Geopolymermørtel

Tabell 2 viser effekten av konsentrasjon av natriumhydroksidoppløsning På massetetthet av geopolymermørtel beregnet etter ovnsoppvarming ved 90°C i en varighet på 24 timer og avkjøling av kubene i ovnen i ytterligere 24 timer for oppløsning-til-fly aske-forhold på 0,35. Det observeres at gjennomsnittlig massetetthet er 2178,73 kg / m3 for alle blandingene. Det er ingen stor variasjon i massetettheten til geopolymermørtel for alle konsentrasjoner av natriumhydroksidoppløsning for alle oppløsnings-til-fly-askeforhold som observert fra Tabell 2, 3 og 4. Det betyr at tettheten av geopolymerbetong ikke er avhengig av konsentrasjon av natriumhydroksidoppløsning, så vel som løsnings-til-fly-askeforhold.

3.4. Effekt Av Konsentrasjon Av Natriumhydroksidoppløsning På Alkalitet Av Geopolymermørtel

etter å ha testet mørtelterningene for trykkfasthet, ble mørteltermematerialet knust og siktet gjennom 90 µ er sil. Deretter ble 20 g pulverisert materiale tatt med 200 mL destillert vann i et glassbeger med kapasitet 500 mL. Blandingen ble omrørt i noen minutter, og etter 24 timer ble oppløsningen filtrert ved Bruk Av Whatman paper No. 9. Deretter ble alkalitet av filtrert oppløsning målt på digital pH-meter.

Tabell 2, 3 og 4 viser effekten av konsentrasjon av natriumhydroksidoppløsning på alkalitet av geopolymermørtel for oppløsning-til-fly askeforhold på henholdsvis 0,35, 0,40 og 0,45. Det er observert at alkaliteten av geopolymermørtel ikke påvirkes mye med økning i konsentrasjonen av natriumhydroksydoppløsning. Maksimal pH-verdi for geopolymermørtel er 10,92, som er mindre enn for konvensjonell sementmørtel (pH = 11,3–11,6). Det betyr at det er mindre sjanse for alkali-aggregatreaksjon, selv om svært alkalisk løsning brukes til fremstilling av geopolymermørtel.

3.5. Effekt Av Oppvarmingens Varighet På Trykkfastheten Til Geopolymermørtel

Figur 5 viser effekten av oppvarmingens varighet På trykkfastheten til geopolymermørtel ved 60°, 90° og 120°C temperatur for 13.11 M konsentrert natriumhydroksidoppløsning ved oppløsning-til-fly aske-forhold på 0.40. Det observeres at trykkstyrken til geopolymermørtel øker med økning i varigheten av oppvarming ved en bestemt temperatur. Det er også observert at frekvensen av gevinst av styrke øker som varigheten av oppvarming øker spesielt ved høyere temperatur. Etter 12 timers temperaturherding er styrkegevinsthastigheten ikke særlig signifikant spesielt ved 90°C Og 120°C. men ved oppvarmingstemperatur på 60°C øker styrkegevinsthastigheten stadig for alle herdeperioder. Det betyr at styrken av geopolymerbetong kan økes ved å øke temperaturen med redusert varighet av oppvarming. Men ved oppvarmingstemperatur på 120°C utvikles sprekker på betongoverflaten, slik at den passende temperaturen for å lage geopolymerbetong er mellom 60 og 90°C.

Figur 5

Effekt av varighet av oppvarming på trykkstyrke Ved 13,11 M NaOH.

3.6. Effekt Av Testperiode På Trykkfasthet Av Geopolymermørtel

for å optimalisere varigheten av temperaturherding, har ytterligere undersøkelser blitt utført ved å vurdere ytterligere varighet på 8 og 10 timer og for testperioden på 1, 2, 3 og 7 dager ved å opprettholde temperaturherding ved 90°C. Figur 6 viser effekten av testperiode på trykkfasthet av geopolymermørtel ved temperaturherding av 90°C for ulike varighet av oppvarming. Testperiode er varigheten av tiden som vurderes etter oppvarming av kubene opp til testing for trykkstyrke under omgivelsestemperatur. Det er observert at styrken av geopolimer mørtel øker med økning i testperioden når varigheten av oppvarming er 6 timer, mens for høyere varighet av oppvarming betydelig gevinst av styrke er observert opp til test periode på 3 dager og deretter øker med langsom hastighet. Det er ingen stor endring i trykkfasthet av geopolymermørtel testet etter testperiode på 3 dager for 8, 10 og 12 timers oppvarmingstid. Det betyr at bare 3 dagers testperiode er tilstrekkelig til å oppnå ønsket styrke for ovnsoppvarming ved 90°C og i løpet av 8 timer.

Figur 6

Effekt av testperiode på trykkfasthet av geopolymermørtel ved temperaturherding på 90°C for ulike oppvarmingsvarigheter.

4. Konklusjoner

dette papiret presenterte effekten av konsentrasjon av natriumhydroksid, temperatur, varighet av oppvarming og testperiode på utviklingen av geopolymermørtel. Det er observert at bearbeidbarhet samt trykkfasthet av geopolymermørtel øker med økning i konsentrasjonen av natriumhydroksydoppløsning i form av molaritet. Styrkeforsterkningshastigheten er langsom når varmeherdet ved 40°C sammenlignet med styrke ved 120 hryvnias C. men det er ingen merkbar endring i trykkstyrken utover herdetemperatur på 90 hryvnias C. tilsvarende gir oppvarmingstid i området 6 til 24 timer høyere trykkstyrke. Økningen i styrke over 12 timer er imidlertid ikke særlig viktig. Det er også observert at trykkfasthet av geopolymerbetong øker med økning i testperioden opp til tre dager. Så, for egnet fremstilling av geopolymermørtel, anbefales 13-molar løsning av natriumhydroksyd på grunnlag av bearbeidbarhet og trykkstyrke. På samme måte anbefales det også at kubene herdes i en ovn ved 90°C i 8 timers varighet og testes etter en testperiode på 3 dager.

Interessekonflikt

forfatterne erklærer at det ikke er noen interessekonflikt angående publisering av dette papiret.