Efeito da Concentração de Hidróxido de Sódio e o Grau de Calor de Polimerização em Cinzas Baseado Geopolymer Argamassa

Resumo

Geopolymer concreto/argamassa é o novo desenvolvimento no domínio da construção de edifícios em que o cimento é totalmente substituído por pozolânicas material como cinzas volantes e ativado pela solução alcalina. Este artigo apresenta o efeito da concentração de hidróxido de sódio, temperatura e duração do aquecimento do forno sobre a força de compressão da argamassa geopolímero baseada em cinzas volantes. Solução de silicato de sódio contendo Na2O de 16,45%, SiO2 de 34,35% e H2O de 49.20% e Solução de hidróxido de sódio de 2.91, 5.60, 8.10, 11.01, 13.11, e 15.08. As concentrações Moles foram utilizadas como activadores alcalinos. As misturas de argamassas de geopolímero foram preparadas considerando a razão solução-para-voar de 0,35, 0,40 e 0,45. A temperatura de cura do forno manteve-se a 40, 60, 90 e 120°C cada uma durante um período de aquecimento de 24 horas e foi testada para a resistência à compressão com a idade de 3 dias como período de ensaio após um grau especificado de aquecimento. Os resultados do ensaio mostram que a capacidade de trabalho e a resistência à compressão aumentam com o aumento da concentração da solução de hidróxido de sódio para todas as razões de cinzas volantes. O grau de aquecimento também desempenha um papel vital na aceleração da resistência; no entanto, não há grandes alterações na resistência à compressão para além do período de ensaio de três dias após o período especificado de aquecimento do forno.

1. Introdução

a indústria do cimento é um dos principais contribuintes para a emissão de gases de estufa como o dióxido de carbono, que é cerca de 1,35 bilhões de toneladas por ano . Dia a dia, a produção mundial de cimento Portland aumenta com a crescente demanda da indústria de construção, que ultrapassou mil milhões de toneladas por ano. Por outro lado, as cinzas volantes são os resíduos de Centrais térmicas à base de carvão, que estão disponíveis abundantemente, mas criam problemas de eliminação. São necessários vários vetores de terrenos valiosos para a sua eliminação. Como as cinzas voadoras são leves em peso e voam facilmente, isso cria graves problemas de saúde como asma, bronquite, e assim por diante. De acordo com a pesquisa, a produção total de cinzas volantes no mundo é de cerca de 780 milhões de toneladas por ano . Com silício e alumínio como os principais constituintes, cinzas volantes é um material de substituição de cimento eficaz, mas a utilização é de apenas 17-25%. Atualmente, cinzas volantes são usadas na produção de cimento pozzolana Portland, substituição parcial de cimento e capacidade de trabalho melhorando a mistura em concreto, e também na produção de blocos celulares e tijolos e na estabilização do solo . Para cada tonelada de cinzas utilizadas no lugar do cimento Portland economiza cerca de uma tonelada de emissão de dióxido de carbono para a atmosfera . A argamassa e o concreto feitos com cinzas são eco-amigáveis e podem ser feitos para substituir mais de 50% do cimento para produzir concreto de cinzas voadoras de alto volume .

mas para utilização completa de cinzas volantes, Davidovits sugeriu o processo de ativação no qual o cimento é totalmente substituído por material pozzolânico e ativado por solução alcalina conhecida como geopolímero. O desenvolvimento de geopolímero concreto / argamassa pode fornecer uma solução para produzir materiais de construção mais verdes para o desenvolvimento sustentável.

Davidovits destacou o impacto do aquecimento global devido à emissão de CO2 das produções de cimento Portland e a necessidade de materiais cimenticiosos com baixas emissões de CO2. Rai et al. apresentou vários aspectos ambientais da eliminação de cinzas de carvão e contaminação das águas subterrâneas, enquanto Pandey et al. destacou o problema devido à geração de cinzas volantes em usinas térmicas e sua eliminação, juntamente com a poluição envolvida devido à presença de arsênico. Rajamane and Sabitha studied the pozzolanic action of fly ash and sílica fume with the calcium hydroxide generated during the hydration of cement. Suri explicou a aplicação de cinzas volantes para a fabricação de produtos de construção inovadores, de utilização parcial a total de cinzas volantes em concreto geopolímero. Jiminez et al. informou que as cinzas volantes activadas têm propriedades de ativação rápida e de desenvolvimento de resistência rápida e também são utilizadas para a imobilização de resíduos tóxicos. Davidovits demonstrou a policondensação do geopolímero a temperaturas inferiores a 100°C e a reação química envolvida na sua formação. Hardjito et al. estudou o efeito da razão água-geopolímero de sólidos em massa na força de compressão do geopolímero de concreto à base de cinzas volantes, enquanto Fongjan e Ludger observaram as razões óxido-mole, propriedades físicas e morfologias de materiais sólidos e condições de cura são os principais fatores que influenciam as propriedades potenciais da argamassa geopolimérica. Rangan et al. descobriu-se que o geopolímero de concreto baseado em cinzas-mosca tem excelente resistência ao ataque de sulfato, sofre baixo rastro, e sofre muito pouca diminuição de secagem. Hardjito et al. estudou os efeitos do tempo de mistura e do período de repouso enquanto Sumajouw et al. estudou o comportamento e a força de colunas e vigas de betão armado de geopolímero. O efeito da composição molar dos óxidos presentes na mistura e do teor de água utilizado no processo de polimerização foi estudado por Barbosa et al. . van Jaarsveld et al. observou-se que o teor de água tem um efeito substancial nas propriedades finais do geopolímero, enquanto a razão solução-para-voar de cinzas não é um parâmetro relevante como observado por Palomo e Fernandez-Jimenez . Ranganath e Mohammed destacaram o efeito das cinzas volantes, do teor de água, da razão silicato de sódio para hidróxido de sódio, e a duração da cura de temperatura elevada sobre as propriedades do geopolímero concreto, enquanto Mustafa Al Bakri et al. e Jamkar et al. observou o aumento da capacidade de trabalho e da força de compressão com o aumento da finura de cinzas volantes.

Na presente investigação, um trabalho experimental é realizado para estudar o efeito de diferentes concentrações de solução de hidróxido de sódio em termos de molarity em solução-a-fly ash rácios de 0.30, 0.35 e 0.40 na trabalhabilidade em termos de fluxo em estado plástico e o efeito do grau de aquecimento na resistência à compressão após determinado período de calor de polimerização de cinzas-com base geopolymer argamassa.

2. Programa Experimental

2.1. Materiais

no presente inquérito, foram utilizadas como matérias-primas cinzas volantes tratadas com baixo cálcio. O resíduo de cinzas volantes retido em 45 µm é peneiro foi relatado como 7,67%. O quadro 1 mostra a composição química da amostra de cinzas volantes processadas a seco. As soluções de hidróxido de sódio de qualidade laboratorial em forma de flocos (97,8% de pureza) e de silicato de sódio (50,72% de sólidos) foram utilizadas como activadores alcalinos. A areia do Rio disponível localmente foi usada como material de enchimento. A areia é peneirada com crivos de dimensões 2 mm, 1 mm, 500 mícron e 90 mícron. Estas frações de tamanho são combinadas em proporção igual para manter a classificação conforme com a areia padrão como per é 650: 1991. As razões de cinza da solução alcalina para voar foram consideradas como 0,35, 0,40 e 0,45 para cada solução de hidróxido de sódio concentrado de 2,91 M, 5,61 M, 8.11 M, 11.01 M, 13.11 M e 15,06 M para cada solução de hidróxido de sódio concentrado. A cura do forno foi feita a 60°C, 90°C e 120°C cada uma por um período de aquecimento de 24 horas e testada após 3 dias do período de ensaio após o aquecimento.

2.2. Preparação da solução de Hidróxido De Sódio

dependendo da concentração necessária da solução de hidróxido de sódio, foram adicionados flocos de hidróxido de sódio num litro de água destilada em vez de preparar a solução de um litro. Então a molaridade foi encontrada nas medições laboratoriais. Por exemplo, 3 M de solução de hidróxido de sódio consiste em 3 × 40 = 120 gramas de sólidos de NaOH por litro de solução. Mas em vez disso, 120 GM de hidróxido de sódio foram adicionados em um litro de água destilada. Então o volume total da solução era 1,030 litros. O sólido contido em um litro de solução de hidróxido de sódio foi estimado como (120/1030) × 1000 = 116,40 gm. Portanto, o molarity de solução é (116.40/40) = 2.91 M em vez de 3 M. solução de hidróxido de Sódio foi preparada dois dias antes da fundição de cubos de argamassa, de modo a resfriar a solução até a temperatura ambiente, especificamente, na temporada de verão.

2.3. A preparação das misturas de argamassa Geopolímero

as misturas de argamassa Geopolímero foram preparadas após a substituição total do cimento pela mesma quantidade de cinzas volantes e activando-o por soluções alcalinas de hidróxido de sódio e silicato de sódio. Geopolymer mortar cubes were prepared using 1: 3 proportions of fly ash and locally available sand graded similar to standard sand. As quantidades de solução alcalina e água foram calculadas considerando a razão solução-para-voar de 0,35, 0,40 e 0,45, a razão hidróxido de sódio-silicato-para-sódio em massa de 1,0, e a razão sólido Água-geopolímero em massa de 0.2625 com base em investigações anteriores . Quantidades calculadas de solução de silicato de sódio misturadas com solução de silicato de sódio, juntamente com água extra, se existir, numa garrafa de vidro de capacidade de cinco litros e agitadas suavemente de modo a obter uma solução homogénea. A solução preparada foi mantida de lado durante cerca de 2 horas para evitar qualquer contaminação durante o vazamento.

o vazamento de argamassa geopolímero é semelhante ao de argamassa de cimento em que a mistura seca de cinzas volantes e areia graduada foi feita em uma tigela de capacidade de 6 kg e, em seguida, a solução alcalina é adicionada e cuidadosamente misturada durante 2 a 3 minutos, de modo a dar uma mistura homogénea. Descobriu-se que a argamassa geopolímero à base de cinzas frescas era viscosa, coesa e de cor escura. Depois de fazer a mistura homogênea, a capacidade de trabalho de argamassa geopolímero fresco foi medida pelo aparato de tabela de fluxo como por é 5512-1983 e é 1727-1967. Em seguida, para cada concentração de hidróxido de sódio, 48 cubos de tamanho 70.7 mm × 70,7 mm × 70,7 mm foram moldados em três camadas. Após a compactação da argamassa, a superfície superior foi nivelada utilizando a espátula e os lados do molde foram cuidadosamente tapados para expelir o ar, se existir, presente no interior da argamassa. Todos os cubos foram retirados dos moldes após 24 horas de vazamento e, em seguida, colocados num forno para cura térmica (aquecimento). Para evitar a variação súbita da temperatura, os cubos de argamassa foram autorizados a arrefecer até à temperatura ambiente no próprio forno. Após 24 horas, As amostras foram removidas do forno e o peso de cada amostra foi tomado para determinação da densidade de massa e, em seguida, testado para resistência à compressão após 3 dias de aquecimento. O procedimento de ensaio é semelhante ao da argamassa de cimento, tal como mencionado em IS 4031(parte VI)-1981. Foram lançados três cubos e testados para a resistência à compressão para cada período de cura.

3. Resultados e discussões

resultados de exequibilidade em termos de fluxo e efeito de várias concentrações de solução de hidróxido de sódio e temperatura na força de compressão da argamassa geopolímero são apresentados nas seguintes secções.

3.1. Efeito da concentração de hidróxido de sódio na capacidade de trabalho da argamassa de Geopolímero

como a argamassa de geopolímero era viscosa e a água sai durante o processo de polimerização, o teste da tabela de fluxos mostra comparativamente bons resultados do que os outros métodos de medição da capacidade de trabalho. A figura 1 mostra o efeito da concentração da solução de hidróxido de sódio em termos de molaridade no fluxo de argamassa geopolímero após 10 solavancos para rácios de cinzas solution-to-fly de 0,35, 0,40 e 0,45. Observa-se que a concentração mais elevada de solução de hidróxido de sódio resultou num fluxo mais elevado para a razão entre solução alcalina e cinzas volantes de 0, 35 e 0, 40. Significa que o fluxo de argamassa geopolímero aumenta com o aumento da concentração da solução de hidróxido de sódio. Mas para a razão solução-para-voar de cinzas de 0,40, a taxa de ganho de fluxo não é muito significativa a e acima de 11.01 M concentração da solução de hidróxido de sódio. Pode dever-se à redução da quantidade de água necessária para manter a relação água / geopolímero sólido de 0,2625 na mistura e a argamassa de geopolímero feita com solução altamente concentrada de hidróxido de sódio dá uma mistura muito viscosa.

Figura 1

Efeito da concentração de hidróxido de sódio no fluxo de geopolymer argamassa para solução diferente-a-fly ash proporções.

3.2. Efeito da Concentração de Hidróxido de Sódio na Resistência à Compressão de Geopolymer Argamassa

Figura 2 mostra o efeito da concentração da solução de hidróxido de sódio em termos de molarity na resistência à compressão de geopolymer argamassa aquecida em um forno a temperaturas de 40, 60, 90 e 120°C, para uma duração de 24 horas e testado depois de 3 dias de forno de aquecimento de solução-de-cinzas taxa de 0,35. Observa-se que a força de compressão do geopolímero concreto aumenta com o aumento da concentração da solução de hidróxido de sódio para todas as temperaturas, mas a taxa de ganho de força é diferente para diferentes concentrações da solução de hidróxido de sódio. A taxa de ganho de resistência é mais elevada entre as temperaturas de cura de 40 e 60°C, em comparação com 60 a 90°C e 90 a 120°C para todas as concentrações da solução de hidróxido de sódio. No entanto, não há variação significativa na força de compressão da argamassa geopolímero a 13 ou mais.Concentração de 11 M de solução de hidróxido de sódio. É devido a uma formação de mistura muito viscosa a uma maior concentração de hidróxido de sódio que cria problema de compactação. Observa-se também que a concentração ligeira da solução de hidróxido de sódio de 2,91 M dá uma fraca resistência.

Figura 2

Efeito do grau de aquecimento para as diferentes concentrações de NaOH em solução de resistência à compressão a solução-para-fly ash taxa de 0,35.

As Figuras 3 e 4 mostram o efeito da concentração da solução de hidróxido de sódio na força de compressão da argamassa geopolímero para uma razão de cinzas solução-mosca de 0,40 e 0,45, mantendo outros parâmetros mantidos constantes. Observa-se que a força de compressão do geopolímero concreto aumenta com o aumento da concentração da solução de hidróxido de sódio para todas as temperaturas, mas a taxa de ganho de força a e acima de 60°C não é muito significativa. Isso significa que o grau de aquecimento a 60°C é suficiente quando as proporções de cinzas da solução em voo são de 0,40 e 0.45. Do mesmo modo, a solução de hidróxido de sódio com uma concentração de 8.01 M é suficiente para obter uma resistência notável. Uma razão mais elevada entre a solução e a mosca mostra uma maior resistência à mesma concentração de solução de hidróxido de sódio. Mas uma maior proporção de cinzas solução-a-mosca dá uma mistura mais viscosa e cria dificuldades na compactação que, em última análise, reduzem a força, como claramente observado na Figura 4.

Figura 3

Efeito do grau de aquecimento para as diferentes concentrações de NaOH em solução de resistência à compressão a solução-para-fly ash taxa de 0,40.

Figura 4

Efeito do grau de aquecimento para as diferentes concentrações de NaOH em solução de resistência à compressão a solução-para-fly ash taxa de 0,45.

3.3. Efeito da Concentração da Solução de Hidróxido de Sódio sobre a Densidade de Massa de Geopolymer Argamassa

Tabela 2 mostra o efeito da concentração da solução de hidróxido de sódio sobre a densidade de massa de geopolymer argamassa calculado após forno de aquecimento a 90°C por uma duração de 24 horas e de refrigeração os cubos no forno por mais 24 horas para solução-a-fly ash taxa de 0,35. Observa-se que a densidade média da massa é de 2178,73 kg/m3 para todas as misturas. Não há grande variação na densidade de massa da argamassa geopolímero para todas as concentrações de solução de hidróxido de sódio para todas as razões de cinzas solution-to-fly, conforme observado nas Tabelas 2, 3 e 4. Isso significa que a densidade de geopolímero concreto não depende da concentração de solução de hidróxido de sódio, bem como as razões de cinzas solução a voar.

3.4. Efeito da concentração da solução de hidróxido de sódio na alcalinidade da argamassa de Geopolímero

após ensaio dos cubos de argamassa para determinação da resistência à compressão, o material da argamassa cúbica foi esmagado e peneirado através de uma peneira de 90 µm. Em seguida, tomou-se material em pó de 20 gm com 200 mL de água destilada num copo de vidro de 500 mL. A mistura foi agitada por alguns minutos e após 24 horas a solução foi filtrada usando o Whatman paper No. 9. Em seguida, a alcalinidade da solução filtrada foi medida no medidor de pH digital.

as Tabelas 2, 3 e 4 mostram o efeito da concentração da solução de hidróxido de sódio na alcalinidade da argamassa de geopolímero para razões de cinzas solution-to-fly de 0.35, 0.40 e 0.45, respectivamente. Observa-se que a alcalinidade da argamassa de geopolímero não é muito afetada pelo aumento da concentração da solução de hidróxido de sódio. O valor máximo de pH da argamassa geopolímero é de 10,92, o que é inferior ao da argamassa de cimento convencional (pH = 11,3–11,6). Isso significa que há menos chance de reação de agregado alcalino, embora a solução altamente alcalina seja usada para a preparação de argamassa geopolímero.

3.5. O efeito da duração do aquecimento sobre a força de compressão da argamassa de Geopolímero

Figura 5 mostra o efeito da duração do aquecimento sobre a força de compressão da argamassa de geopolímero a 60°, 90°, e a 120°C durante uma solução concentrada de hidróxido de sódio de 13.11 M com uma razão de cinzas solução em voo de 0.40. Observa-se que a força de compressão da argamassa geopolímero aumenta com o aumento da duração do aquecimento a uma determinada temperatura. Observa-se também que a taxa de ganho de força aumenta à medida que a duração do aquecimento aumenta especificamente a uma temperatura mais elevada. Após 12 horas de cura da temperatura, a taxa de ganho de força não é muito significativa especificamente a 90°C e 120°C. Mas a uma temperatura de aquecimento de 60°C, a taxa de ganho de força está constantemente a aumentar para todos os períodos de cura. Isso significa que a força do geopolímero concreto pode ser aumentada aumentando a temperatura com a duração reduzida do aquecimento. Mas, ao aquecimento da temperatura de 120°C, fendas desenvolvem-se sobre a superfície de concreto para a temperatura adequada para a tomada de geopolymer concreto é entre 60 e 90°C.

Figura 5

Efeito da duração do aquecimento na resistência à compressão em 13.11 M de NaOH.

3.6. Efeito do Período de Teste na Resistência à Compressão de Geopolymer Argamassa

Para otimizar a duração da temperatura de cura, outras investigações têm sido realizadas considerando o adicional de duração de 8 a 10 horas, e para o período de teste de 1, 2, 3 e 7 dias, mantendo a temperatura de cura em 90°C. a Figura 6 mostra o efeito do período de teste na resistência à compressão de geopolymer argamassa na temperatura de cura de 90°C para diversas duração do aquecimento. O período de ensaio é a duração do tempo considerado após o aquecimento dos cubos até ao ensaio de resistência à compressão à temperatura ambiente. Observa-se que a resistência da argamassa geopolímero aumenta com o aumento do período de ensaio quando a duração do aquecimento é de 6 horas, enquanto que para maior duração do aquecimento se observa um ganho significativo de resistência até ao período de ensaio de 3 dias e depois aumenta com uma taxa lenta. Não há grande variação na força de compressão da argamassa geopolímero testada após o período de teste de 3 dias durante 8, 10 e 12 horas de duração do aquecimento. Isso significa que apenas 3 dias do período de ensaio são suficientes para obter a resistência desejada para o aquecimento do forno a 90°C e durante 8 horas.

Figura 6

Efeito do período de teste na resistência à compressão de geopolymer argamassa na temperatura de cura de 90°C para diversas duração do aquecimento.

4. Conclusões

este artigo apresentou o efeito da concentração de hidróxido de sódio, temperatura, Duração do aquecimento e período de ensaio sobre o desenvolvimento de argamassa geopolímero. Observa-se que a capacidade de trabalho, bem como a força de compressão da argamassa geopolímero, aumenta com o aumento da concentração da solução de hidróxido de sódio em termos de molaridade. A taxa de ganho de resistência é lenta quando o calor é curado a 40°C em comparação com a resistência a 120°C. Mas não há alteração apreciável na força de compressão para além da temperatura de cura de 90°C. da mesma forma, a duração do aquecimento no intervalo de 6 a 24 horas produz uma maior força de compressão. No entanto, o aumento de força para além de 12 horas não é muito significativo. Observa-se também que a força de compressão do betão geopolímero aumenta com o aumento do período de teste até três dias. Assim, para a preparação adequada de argamassa geopolímero, recomenda-se a solução de 13-molar de hidróxido de sódio com base na capacidade de trabalho e na força de compressão. Do mesmo modo, recomenda-se que os cubos sejam curados num forno a 90°C durante 8 horas e testados após um período de ensaio de 3 dias.

conflito de interesses

os autores declaram que não há conflito de interesses em relação à publicação deste artigo.