Effect van de concentratie natriumhydroxide en de mate van uitharding door hitte op Geopolymeermortel op basis van VLIEGAS

Abstract

Geopolymeer beton/mortel is de nieuwe ontwikkeling op het gebied van bouwconstructies waarbij cement volledig wordt vervangen door puzzolaanmateriaal zoals vliegas en wordt geactiveerd door alkalische oplossing. Dit artikel presenteerde het effect van de concentratie van natriumhydroxide, de temperatuur en de duur van de ovenverwarming op de druksterkte van geopolymeermortel op basis van VLIEGAS. Natriumsilicaatoplossing met Na2O van 16,45%, SiO2 van 34,35% en H2o van 49.20% en natriumhydroxideoplossing van 2.91, 5.60, 8.10, 11.01, 13.11, en 15.08. Mollenconcentraties werden gebruikt als alkalische activatoren. Geopolymeermortelmengsels werden bereid door de verhouding tussen oplossing en vliegas van 0,35, 0,40 en 0,45 te overwegen. De uithardingstemperatuur in de oven werd gedurende een verwarmingsperiode van 24 uur op 40, 60, 90 en 120°C gehouden en op de leeftijd van 3 dagen als testperiode na een bepaalde mate van verhitting getest op druksterkte. Testresultaten tonen aan dat de werkbaarheid en de druksterkte beide toenemen met een toename van de concentratie van natriumhydroxideoplossing voor alle asverhoudingen tussen oplossing en vlieg. De mate van verhitting speelt ook een belangrijke rol bij het versnellen van de sterkte; er is echter geen grote verandering in de druksterkte na de testperiode van drie dagen na een bepaalde periode van ovenverwarming.

1. Inleiding

de cementindustrie is een van de belangrijkste bronnen voor de uitstoot van broeikasgassen zoals kooldioxide, die jaarlijks ongeveer 1,35 miljard ton bedraagt . Dag na dag ‘ s werelds Portland cementproductie stijgt met de toenemende vraag van de bouwindustrie die een miljard ton per jaar overschreden. Aan de andere kant is vliegas het afvalmateriaal van een thermische centrale op basis van steenkool, die overvloedig beschikbaar is, maar problemen met de verwijdering veroorzaakt. Verschillende hekken van waardevolle grond is nodig voor hun verwijdering. Aangezien vliegas licht in gewicht is en gemakkelijk vliegt, leidt dit tot ernstige gezondheidsproblemen zoals astma, bronchitis, enzovoort. Volgens het onderzoek is de totale productie van VLIEGAS in de wereld ongeveer 780 miljoen ton per jaar . Met silicium en aluminium als de belangrijkste bestanddelen, vliegas is een effectief cement vervangen materiaal, maar het gebruik is slechts 17-25%. Momenteel wordt vliegas gebruikt in de productie van Portland Pozzolana Cement, gedeeltelijke vervanging van cement en verwerkbaarheid verbeteren vermenging in beton, en ook in de productie van cellulaire blokken en bakstenen en in de bodemstabilisatie . Voor elke ton vliegas gebruikt in plaats van Portland cement bespaart ongeveer een ton kooldioxide uitstoot naar de atmosfeer . De mortel en beton gemaakt met vliegas zijn milieuvriendelijk en kunnen worden gemaakt om meer dan 50% van het cement te vervangen om hoog volume vliegas beton te produceren .

maar voor het volledige gebruik van VLIEGAS stelde Davidovits het activeringsproces voor waarbij cement volledig wordt vervangen door puzzolaanmateriaal en geactiveerd wordt door een alkalische oplossing die bekend staat als geopolymeer. De ontwikkeling van geopolymeer beton/mortel kan een oplossing bieden voor de productie van groenere bouwmaterialen voor duurzame ontwikkeling.

Davidovits benadrukte de impact van de opwarming van de aarde als gevolg van de CO2-uitstoot van Portlandcementproducties en de noodzaak van lage CO2-uitstoot cementhoudende materialen. Rai et al. presenteerde verschillende milieuaspecten van kolenasafvoer en verontreiniging van grondwater, terwijl Pandey et al. gewezen op het probleem als gevolg van de productie van VLIEGAS in thermische centrales en de verwijdering ervan, samen met de vervuiling als gevolg van de aanwezigheid van arseen. Rajamane en Sabitha bestudeerden de pozzolanische werking van vliegas en kiezeldamp met het calciumhydroxide dat tijdens de hydratatie van cement wordt gegenereerd. Suri legde de toepassing van VLIEGAS uit voor het maken van innovatieve bouwproducten voor de bouw van gedeeltelijk tot volledig gebruik van VLIEGAS in geopolymeer beton. Jiminez et al. gemeld dat de geactiveerde vliegas snel zettend en snel sterkteontwikkelingseigenschappen heeft en ook wordt gebruikt voor de immobilisatie van giftig afval. Davidovits demonstreerde de polycondensatie van geopolymeer bij temperaturen lager dan 100°C en de chemische reactie betrokken bij hun vorming. Hardjito et al. onderzocht het effect van water-geopolymeer vaste stoffen verhouding per massa op de druksterkte van op vliegas gebaseerd geopolymeer beton, terwijl Fongjan en Ludger observeerden de oxide-mol ratio ‘ s, fysische eigenschappen en morfologieën van vaste materialen en uithardingscondities zijn de belangrijkste factoren die de potentiële eigenschappen van geopolymeer mortel beïnvloeden. Rangan et al. gevonden dat de vliegas op basis van geopolymeer beton heeft een uitstekende weerstand tegen sulfaat aanval, ondergaat lage kruip, en lijdt zeer weinig droging krimp. Hardjito et al. bestudeerde de effecten van de mengtijd en de rustperiode terwijl Sumajouw et al. bestudeerde het gedrag en de sterkte van versterkte geopolymeer betonnen kolommen en balken. Het effect van de molaire samenstelling van de in het mengsel aanwezige oxiden en het watergehalte dat bij het polymerisatieproces wordt gebruikt, is bestudeerd door Barbosa et al. . van Jaarsveld et al. opgemerkt dat het watergehalte een aanzienlijk effect heeft op de uiteindelijke eigenschappen van het geopolymeer, terwijl de verhouding oplossing-vliegas geen relevante parameter is zoals waargenomen door Palomo en Fernandez-Jimenez . Ranganath en Mohammed benadrukten het effect van VLIEGAS, watergehalte, natriumsilicaat-natriumhydroxideverhouding en de duur van verhoogde temperatuurharding op de eigenschappen van geopolymeerbeton, terwijl Mustafa al Bakri et al. en Jamkar et al. waargenomen de toename van de werkbaarheid en druksterkte met de toename van de fijnheid van VLIEGAS.

in dit onderzoek wordt een experimenteel onderzoek uitgevoerd naar het effect van verschillende concentraties natriumhydroxideoplossing in termen van molariteit bij oplossing-tot-vliegasverhoudingen van 0,30, 0,35 en 0,40 op de werkbaarheid in termen van stroom in plastic toestand en het effect van de mate van verhitting op de druksterkte na een bepaalde periode van verhitting van geopolymeermortel op basis van VLIEGAS.

2. Experimenteel Programma

2.1. Materialen

in dit onderzoek werd een laag calciumverwerkte vliegas als uitgangsmateriaal gebruikt. Het residu van VLIEGAS op 45 µm is zeef werd gerapporteerd als 7,67%. Tabel 1 toont de chemische samenstelling van het droog verwerkte vliegasmonster. De laboratoriumkwaliteit natriumhydroxide in vlokvorm (97,8% zuiverheid) en natriumsilicaat (50,72% vaste stoffen) werden gebruikt als alkalische activatoren. Lokaal beschikbaar rivierzand werd gebruikt als vulmateriaal. Het zand wordt gezeefd met behulp van zeven van de maten 2 mm, 1 mm, 500 micron, en 90 micron. Deze groottefracties worden in gelijke verhouding gecombineerd om de sortering te handhaven die voldoet aan standaardzand Volgens is 650: 1991. De verhouding alkalische oplossing-vliegas werd beschouwd als 0,35, 0,40 en 0,45 voor elke 2,91 m, 5,61 m, 8,11 m, 11,01 m, 13,11 m en 15,06 m geconcentreerde natriumhydroxideoplossingen. Het uitharden van de Oven vond plaats bij 60°C, 90°C en 120°C elk gedurende een verwarmingsperiode van 24 uur en werd getest na 3 dagen van de testperiode na het verwarmen.

2.2. Bereiding van natriumhydroxideoplossing

afhankelijk van de vereiste concentratie natriumhydroxideoplossing werden natriumhydroxidevlokken toegevoegd in een liter gedestilleerd water in plaats van een oplossing van één liter te bereiden. Toen werd molariteit gevonden uit de laboratoriummetingen. 3 M natriumhydroxideoplossing bestaat bijvoorbeeld uit 3 × 40 = 120 g NaOH-vaste stoffen per liter oplossing. Maar in plaats daarvan werden 120 g natriumhydroxidevlokken toegevoegd in een liter gedestilleerd water. Dus het totale volume van de oplossing was 1.030 liter. De vaste stof in een liter natriumhydroxideoplossing werd geschat op (120/1030) × 1000 = 116,40 gm. Daarom is de molariteit van de oplossing (116,40 / 40) = 2,91 M in plaats van 3 M. twee dagen voor het gieten van mortelblokjes werd natriumhydroxideoplossing bereid om de oplossing specifiek in het zomerseizoen tot kamertemperatuur af te koelen.

2.3. Bereiding van Geopolymeermortelmengsels

Geopolymeermortelmengsels werden bereid nadat het cement volledig was vervangen door dezelfde hoeveelheid vliegas en het werd geactiveerd door alkalische oplossingen van natriumhydroxide en natriumsilicaat. Geopolymeermortelblokjes werden bereid met behulp van 1 : 3 verhoudingen vliegas en lokaal beschikbaar zand dat vergelijkbaar is met standaardzand. De hoeveelheden alkalische oplossing en water werden berekend door de verhouding tussen oplossing en vliegas van 0,35, 0,40 en 0,45, de massaverhouding tussen natriumsilicaat en natriumhydroxide van 1,0 en de massaverhouding tussen water en geopolymeer van 0 te beschouwen.2625 op basis van onderzoek in het verleden . Berekende hoeveelheden natriumsilicaatoplossing gemengd met natriumsilicaatoplossing met eventueel extra water in een glazen fles met een inhoud van vijf liter en voorzichtig bewogen tot een homogene oplossing. De bereide oplossing werd ongeveer 2 uur apart gehouden om verontreiniging tijdens het gieten te voorkomen.

gieten van geopolymeermortel is vergelijkbaar met die van cementmortel waarin een droog mengsel van vliegas en gesorteerd zand in een kom met een inhoud van 6 kg wordt gemaakt en er vervolgens een alkalische oplossing aan wordt toegevoegd en gedurende 2 tot 3 minuten grondig wordt gemengd om een homogeen mengsel te verkrijgen. De op vliegas gebaseerde geopolymeermortel bleek viskeus, samenhangend en donker van kleur te zijn. Na het maken van de homogene mix werd de verwerkbaarheid van verse geopolymeermortel gemeten door stromingstafelapparatuur Volgens is 5512-1983 en is 1727-1967. Vervolgens voor elke concentratie natriumhydroxide, 48 blokjes van grootte 70.7 mm × 70,7 mm × 70,7 mm werden in drie lagen gegoten. Elke laag werd goed verdicht door staaf met een diameter van 20 mm. na verdichting van mortel, werd het bovenoppervlak geëgaliseerd met behulp van troffel en de zijkanten van de schimmel werden voorzichtig getikt om lucht, indien aanwezig, in de mortel te verdrijven. Alle blokjes werden na 24 uur gieten uit mallen gehaald en vervolgens in een oven geplaatst voor thermische uitharding (verwarming). Om de plotselinge temperatuurschommelingen te voorkomen, mochten de mortelblokjes in de oven zelf afkoelen tot kamertemperatuur. Na 24 uur werden monsters uit de oven gehaald en werd het gewicht van elk monster genomen voor de bepaling van de massadichtheid en vervolgens getest op druksterkte na 3 dagen verhitting. De testprocedure is vergelijkbaar met die van cementmortel zoals vermeld in is 4031(Deel VI)-1981. Drie blokjes werden gegoten en getest op druksterkte voor elke uithardingsperiode.

3. Resultaten en discussies

resultaten van de werkbaarheid in termen van stroming en effect van verschillende concentraties natriumhydroxideoplossing en temperatuur op de druksterkte van geopolymeermortel worden in de volgende paragrafen gepresenteerd.

3.1. Effect van de concentratie van natriumhydroxide op de werkbaarheid van Geopolymeermortel

aangezien geopolymeermortel viskeus was en er tijdens het polymerisatieproces water uit komt, geeft de stroomtabel-test relatief goede resultaten dan de andere methoden voor het meten van de werkbaarheid. Figuur 1 toont het effect van de concentratie van natriumhydroxideoplossing in termen van molariteit op de stroom van geopolymeermortel na 10 schokken voor oplossing-vliegasverhoudingen van 0,35, 0,40 en 0,45. Opgemerkt wordt dat de hogere concentratie van natriumhydroxideoplossing resulteerde in een hogere flow voor alkalische oplossing-vliegasverhouding van 0,35 en 0,40. Het betekent dat de stroom van geopolymeermortel toeneemt met de toename van de concentratie van natriumhydroxideoplossing. Maar voor oplossing-naar-vlieg as verhouding van 0,40, de snelheid van de winst van de stroom is niet erg significant bij en boven 11.01 M concentratie natriumhydroxideoplossing. Het kan te wijten zijn aan een vermindering van de hoeveelheid water die nodig is om de water-geopolymeer vaste verhouding van 0,2625 in het mengsel te handhaven en geopolymeermortel gemaakt met sterk geconcentreerde natriumhydroxideoplossing geeft een zeer viskeuze mix.

figuur 1

Effect van de concentratie van natriumhydroxide op de stroom van geopolymeermortel voor verschillende asverhoudingen tussen oplossing en vlieg.

3.2. Effect van de concentratie van natriumhydroxide op de druksterkte van Geopolymeermortel

Figuur 2 toont het effect van de concentratie van natriumhydroxideoplossing in termen van molariteit op de druksterkte van geopolymeermortel die in de oven wordt verwarmd bij temperaturen van 40, 60, 90 en 120°C gedurende 24 uur en die na 3 dagen ovenverwarming wordt getest op de verhouding tussen oplossing en vliegas van 0,35. Er wordt opgemerkt dat de druksterkte van geopolymeerbeton toeneemt met de toename van de concentratie van natriumhydroxideoplossing voor alle temperaturen, maar de snelheid van versterking verschilt voor verschillende concentraties van natriumhydroxideoplossing. Bij alle concentraties natriumhydroxideoplossing is de sterkte hoger tussen de uithardingstemperaturen van 40 en 60°C in vergelijking met 60 tot 90°C en 90 tot 120°C. Er is echter geen significante variatie in druksterkte van geopolymeermortel bij en boven 13.11 m concentratie natriumhydroxideoplossing. Het is te wijten aan een zeer viskeuze mix vorming bij hogere concentratie van natriumhydroxide die verdichting probleem veroorzaakt. Ook wordt opgemerkt dat de milde concentratie van natriumhydroxideoplossing van 2,91 M een slechte sterkte geeft.

Figuur 2

Effect van de mate van verhitting voor verschillende concentraties van NaOH-oplossing op de druksterkte bij oplossing-vliegasverhouding van 0,35.

Figuur 3 en 4 tonen het effect van de concentratie van natriumhydroxideoplossing op de druksterkte van geopolymeermortel voor oplossing-vliegasverhouding van 0,40 en 0,45 door andere constante parameters te handhaven. Er wordt opgemerkt dat de druksterkte van geopolymeerbeton toeneemt met de toename van de concentratie van natriumhydroxideoplossing voor alle temperaturen, maar de snelheid waarmee de sterkte bij en boven 60°C toeneemt, is niet erg significant. Dat betekent dat de mate van verhitting bij 60°C voldoende is wanneer de verhouding tussen oplossing en vliegas 0,40 en 0 is.45. Ook natriumhydroxideoplossing met een concentratie van 8,01 M is voldoende om een opmerkelijke sterkte te bereiken. Hogere verhouding tussen oplossing en vliegas geeft een hogere sterkte aan bij dezelfde concentratie natriumhydroxideoplossing. Maar een hogere verhouding oplossing-vliegas geeft meer viskeuze mix en leidt tot moeilijkheden bij de verdichting die uiteindelijk de sterkte verminderen zoals duidelijk wordt waargenomen uit Figuur 4.

Figuur 3

Effect van de mate van verhitting voor verschillende concentraties van NaOH-oplossing op de druksterkte bij oplossing-vliegasverhouding van 0,40.

Figuur 4

Effect van de mate van verhitting voor verschillende concentraties van NaOH-oplossing op de druksterkte bij oplossing-vliegasverhouding van 0,45.

3.3. Effect van de concentratie van de natriumhydroxideoplossing op de massadichtheid van de Geopolymeermortel

Tabel 2 toont het effect van de concentratie van de natriumhydroxideoplossing op de massadichtheid van de geopolymeermortel, berekend na het verwarmen van de oven bij 90°C gedurende 24 uur en het afkoelen van de blokjes in de oven gedurende nog eens 24 uur bij een asverhouding tussen oplossing en vlieg van 0,35. De gemiddelde massadichtheid is 2178,73 kg / m3 voor alle mengsels. Er is geen grote variatie in de massadensiteit van geopolymeermortel voor alle concentraties natriumhydroxideoplossing voor alle verhouding oplossing-vliegas, zoals waargenomen uit de tabellen 2, 3 en 4. Dat betekent dat de dichtheid van geopolymeerbeton niet afhankelijk is van de concentratie van natriumhydroxideoplossing en van de verhouding tussen oplossing en vliegas.

3.4. Effect van de concentratie van natriumhydroxideoplossing op de alkaliniteit van Geopolymeermortel

na het testen van de mortelblokjes op druksterkte werd het mortelblokmateriaal geplet en gezeefd door 90 µm IS zeef. Vervolgens werd 20 g poedermateriaal genomen met 200 mL gedestilleerd water in een glazen beker van 500 mL. Het mengsel werd enkele minuten geroerd en na 24 uur werd de oplossing gefilterd met Whatman papier nr. 9. Vervolgens werd de alkaliniteit van de gefilterde oplossing gemeten op een digitale ph-meter.

de tabellen 2, 3 en 4 laten het effect zien van de concentratie van natriumhydroxideoplossing op de alkaliniteit van geopolymeermortel voor de verhouding tussen oplossing en vliegas van respectievelijk 0,35, 0,40 en 0,45. Er wordt opgemerkt dat de alkaliniteit van geopolymeermortel niet veel wordt beïnvloed door een toename van de concentratie van natriumhydroxideoplossing. De maximale pH-waarde van geopolymeermortel is 10,92, wat lager is dan die van conventionele cementmortel (pH = 11,3–11,6). Dat betekent dat er minder kans is op alkali-aggregaatreactie, ook al wordt een zeer alkalische oplossing gebruikt voor de bereiding van geopolymeermortel.

3.5. Effect van de Verhittingsduur op de druksterkte van de Geopolymeermortel

Figuur 5 toont het effect van de verhittingsduur op de druksterkte van de geopolymeermortel bij een temperatuur van 60°, 90° en 120°C voor een geconcentreerde natriumhydroxideoplossing van 13,11 M bij een asverhouding tussen oplossing en vlieg van 0,40. Er wordt opgemerkt dat de druksterkte van geopolymeermortel toeneemt met de duur van het verwarmen bij een bepaalde temperatuur. Er wordt ook opgemerkt dat de snelheid van de versterking van de sterkte toeneemt als de duur van het verwarmen stijgt specifiek bij hogere temperatuur. Na 12 uur temperatuuruitharding is de snelheid van krachtwinst niet erg significant specifiek bij 90°C en 120°C. Maar bij verwarmingstemperatuur van 60°C neemt de snelheid van krachtwinst voortdurend toe gedurende alle uithardingsperioden. Dat betekent dat de sterkte van geopolymeer beton kan worden verhoogd door het verhogen van de temperatuur met een kortere duur van de verwarming. Maar bij verhittingstemperatuur van 120°C worden scheuren op het betonoppervlak ontwikkeld, zodat de geschikte temperatuur voor het maken van geopolymeerbeton tussen 60 en 90°C ligt.

Figuur 5

Effect van de duur van de verwarming op de druksterkte op 13.11 M NaOH.

3.6. Effect van de testperiode op de druksterkte van Geopolymeermortel

om de duur van de temperatuurharding te optimaliseren, is verder onderzoek uitgevoerd door een extra duur van 8 en 10 uur in overweging te nemen en voor de testperiode van 1, 2, 3 en 7 dagen door de temperatuurharding op 90°C te houden.Figuur 6 toont het effect van de testperiode op de druksterkte van geopolymeermortel bij een temperatuurharding van 90°C gedurende verschillende verhittingsduur. De testperiode is de duur van de periode na het verwarmen van de blokjes tot het testen van de druksterkte onder omgevingstemperatuur. Er wordt waargenomen dat de sterkte van geopolymeermortel toeneemt met de toename van de testperiode wanneer de duur van het verwarmen 6 uur is, terwijl voor hogere duur van het verwarmen significante toename van de sterkte wordt waargenomen tot de testperiode van 3 dagen en vervolgens toeneemt met een langzame snelheid. Er is geen grote verandering in de druksterkte van geopolymeermortel getest na een testperiode van 3 dagen gedurende 8, 10 en 12 uur verhitting. Dat betekent dat slechts 3 dagen testperiode voldoende is om de gewenste sterkte te bereiken voor ovenverwarming bij 90°C en voor de duur van 8 uur.

Figuur 6

Effect van de testperiode op de druksterkte van de geopolymeermortel bij temperatuurharding van 90°C gedurende verschillende verhittingsduur.

4. Conclusies

dit document presenteerde het effect van de concentratie natriumhydroxide, de temperatuur, de duur van de verhitting en de testperiode op de ontwikkeling van geopolymeermortel. Opgemerkt wordt dat de werkbaarheid en de druksterkte van geopolymeermortel toenemen met een toename van de concentratie van natriumhydroxideoplossing in termen van molariteit. Het tarief van aanwinst van sterkte is langzaam wanneer de hitte bij 40°C in vergelijking met sterkte bij 120°C wordt uitgehard maar er is geen merkbare verandering in druksterkte voorbij het uitharden temperatuur van 90°C. evenzo, de duur van het verwarmen in het bereik van 6 tot 24 uren hogere druksterkte veroorzaakt. De toename in sterkte na 12 uur is echter niet erg significant. Ook wordt opgemerkt dat de druksterkte van geopolymeerbeton toeneemt met een toename van de testperiode tot drie dagen. Dus, voor de geschikte bereiding van geopolymeermortel, wordt 13-Molaire oplossing van natriumhydroxide aanbevolen op basis van werkbaarheid en druksterkte. Ook wordt aanbevolen de blokjes gedurende 8 uur in een oven bij 90°C uit te drogen en na een testperiode van 3 dagen te testen.

belangenconflicten

de auteurs verklaren dat er geen belangenconflicten zijn met betrekking tot de publicatie van dit artikel.