effekt av koncentration av natriumhydroxid och grad av värmehärdning på Flygaskabaserad Geopolymermortel

Abstrakt

Geopolymerbetong/murbruk är den nya utvecklingen inom byggnadskonstruktioner där cement helt ersätts av pozzolaniskt material som flygaska och aktiveras av alkalisk lösning. Detta dokument presenterade effekten av koncentrationen av natriumhydroxid, temperatur, och varaktigheten av ugnsuppvärmning på tryckhållfasthet av FLYGASKA-baserade geopolymer murbruk. Natriumsilikatlösning innehållande Na2O på 16,45%, SiO2 på 34,35% och H2O på 49.20% och natriumhydroxidlösning av 2.91, 5.60, 8.10, 11.01, 13.11, och 15.08. Molkoncentrationer användes som alkaliska aktivatorer. Geopolymer murbruk blandningar framställdes genom att överväga lösning-till-flygaska förhållande av 0,35, 0,40, och 0,45. Temperaturen för ugnshärdning bibehölls vid 40, 60, 90 och 120 kg c vardera under en uppvärmningsperiod på 24 timmar och testades med avseende på tryckhållfasthet vid 3 års ålder som testperiod efter angiven uppvärmningsgrad. Testresultat visar att bearbetbarheten och tryckhållfastheten båda ökar med ökad koncentration av natriumhydroxidlösning för alla förhållanden mellan lösning och flygaska. Graden av uppvärmning spelar också en viktig roll för att påskynda styrkan; men det finns ingen stor förändring i tryckhållfasthet utöver testperioden på tre dagar efter angiven period av ugnsuppvärmning.

1. Introduktion

cementindustrin är en av de största bidragsgivarna till utsläpp av växthusgaser som koldioxid som är cirka 1,35 miljarder ton årligen . Dag för dag ökar världens Portlandcementproduktion med den ökande efterfrågan på byggindustrin som korsade tusen miljoner ton per år. På andra sidan är flygaska avfallsmaterialet från kolbaserat värmekraftverk, vilket är tillgängligt rikligt men skapar bortskaffningsproblem. Flera hektorer av värdefullt land krävs för deras bortskaffande. Eftersom flygaska är lätt i vikt och lätt flyger, skapar detta allvarliga hälsoproblem som astma, bronkit och så vidare. Enligt undersökningen är den totala flygaskaproduktionen i världen cirka 780 miljoner ton per år . Med kisel och aluminium som huvudbeståndsdelar är flygaska ett effektivt cementbytesmaterial men utnyttjandet är bara 17-25%. För närvarande används flygaska vid produktion av Portland Pozzolana-Cement, delvis ersättning av cement och bearbetbarhet som förbättrar blandning i betong, och även vid produktion av cellblock och tegelstenar och i jordstabilisering . För varje ton flygaska som används i stället för Portlandcement sparar ungefär ett ton koldioxidutsläpp till atmosfären . Murbruk och betong tillverkad med flygaska är miljövänliga och kan göras för att ersätta mer än 50% av cementet för att producera hög volym flygaska betong .

men för fullt utnyttjande av FLYGASKA föreslog Davidovits aktiveringsprocessen där cement helt ersätts av pozzolaniskt material och aktiveras av alkalisk lösning som kallas geopolymer. Utvecklingen av geopolymerbetong / murbruk kan ge en lösning för att producera grönare byggmaterial för hållbar utveckling.

Davidovits lyfte fram den globala uppvärmningseffekten på grund av CO2-utsläpp från Portlandcementproduktioner och behovet av låga CO2-utsläpp cementmaterial. Rai et al. presenterade flera miljöaspekter av bortskaffande av kolaska och förorening av grundvatten, medan Pandey et al. belyste problemet på grund av generering av FLYGASKA i värmekraftverk och dess bortskaffande, tillsammans med föroreningen på grund av arsenik. Rajamane och Sabitha studerade den pozzolaniska verkan av flygaska och kiseldioxidrök med kalciumhydroxiden som genererades under hydrering av cement. Suri förklarade tillämpningen av FLYGASKA för att göra innovativa byggprodukter för konstruktion från delvis till fullt utnyttjande av FLYGASKA i geopolymerbetong. Jiminez et al. rapporterade att den aktiverade flygaska har snabb inställning och snabb styrka utvecklingsegenskaper och används också för immobilisering av giftigt avfall. Davidovits demonstrerade polykondensationen av geopolymer vid temperaturer lägre än 100 kcal C och den kemiska reaktionen involverad i deras bildning. Hardjito et al. studerade effekten av vatten-till-geopolymer fasta förhållandet genom massa på tryckhållfasthet av FLYGASKA-baserade geopolymer betong, medan Fongjan och Ludger observerade oxid-mol förhållanden, fysikaliska egenskaper, och morfologier av fasta material och härdningsförhållanden är de viktigaste faktorerna som påverkar de potentiella egenskaperna hos Geopolymer murbruk. Rangan et al. fann att den flygaska-baserade geopolymerbetong har utmärkt motståndskraft mot sulfat attack, genomgår låg krypning, och lider mycket lite torkning krympning. Hardjito et al. studerade effekterna av blandningstiden och viloperioden medan Sumajouw et al. studerade beteendet och styrkan hos förstärkta geopolymerbetongkolumner och balkar. Effekten av den molära sammansättningen av oxiderna närvarande i blandningen och vatteninnehållet som används på polymerisationsprocessen har studerats av Barbosa et al. . van Jaarsveld et al. observerade att vatteninnehållet har en väsentlig effekt på geopolymerens slutliga egenskaper, medan förhållandet mellan lösning och flygaska inte är en relevant parameter som observerats av Palomo och Fernandez-Jimenez . Ranganath och Mohammed lyfte fram effekten av FLYGASKA, vatteninnehåll, natriumsilikat-till-natriumhydroxidförhållande, och varaktigheten av förhöjd temperaturhärdning på egenskaperna hos geopolymerbetong, medan Mustafa Al Bakri et al. och Jamkar et al. observerade ökningen i bearbetbarhet och tryckhållfasthet med ökad finhet av FLYGASKA.

i den aktuella undersökningen utförs ett experimentellt arbete för att studera effekten av olika koncentrationer av natriumhydroxidlösning i termer av molaritet vid lösning-till-flygaska-förhållanden på 0,30, 0,35 och 0,40 på bearbetbarhet när det gäller flöde i plasttillstånd och effekt av graden av uppvärmning på tryckhållfasthet efter angiven period av värmehärdning av flygaskabaserad geopolymermortel.

2. Experimentellt Program

2.1. Material

i den aktuella undersökningen användes en bearbetad flygaska med låg kalciumhalt som källmaterial. Återstoden av FLYGASKA kvarhålles på 45 occurm är sikt rapporterades som 7.67%. Tabell 1 visar den kemiska sammansättningen av torrt bearbetat flygaska prov. Laboratoriekvalitet natriumhydroxid i flingform (97,8% renhet) och natriumsilikat (50,72% fasta ämnen) lösningar användes som alkaliska aktivatorer. Lokalt tillgänglig flodsand användes som fyllnadsmaterial. Sanden siktas med IS-siktar i storlekarna 2 mm, 1 mm, 500 mikron och 90 mikron. Dessa storleksfraktioner kombineras i lika stor andel för att upprätthålla gradering som överensstämmer med standardsand enligt IS 650: 1991. De alkaliska förhållandena för lösning-till-flygaska betraktades som 0,35, 0,40 och 0,45 för varje 2,91 m, 5,61 m, 8,11 M, 11,01 m, 13,11 M och 15,06 m koncentrerade natriumhydroxidlösningar. Ugnshärdning gjordes vid 60 kg C, 90 kg C och 120 kg C vardera under en uppvärmningsperiod på 24 timmar och testades efter 3 dagars testperiod efter uppvärmning.

2.2. Beredning av natriumhydroxidlösning

beroende på koncentrationen av natriumhydroxidlösning som krävdes tillsattes flingor av natriumhydroxid i en liter destillerat vatten istället för att bereda en liter lösning. Sedan hittades molaritet från laboratoriemätningarna. Till exempel består 3 m natriumhydroxidlösning av 3 20 x 40 = 120 gram NaOH-fasta ämnen per liter lösning. Men istället för det tillsattes 120 g natriumhydroxidflingor i en liter destillerat vatten. Så den totala volymen av lösningen var 1.030 liter. Det fasta ämnet som finns i en liter natriumhydroxidlösning uppskattades som (120/1030) 1000 = 116,40 g. Därför molaritet lösning är (116,40 / 40) = 2,91 M i stället för 3 M. natriumhydroxidlösning framställdes två dagar före gjutning av murbruk kuber för att kyla ner lösningen upp till rumstemperatur specifikt under sommarsäsongen.

2.3. Beredning av Geopolymermortelblandningar

geopolymermortelblandningar bereddes efter att cement helt ersattes med samma mängd flygaska och aktiverades med alkaliska lösningar av natriumhydroxid och natriumsilikat. Geopolymermortelbitar bereddes med användning av 1: 3 proportioner flygaska och lokalt tillgänglig sand graderad liknande standardsand. Mängder alkalisk lösning och vatten beräknades genom att överväga lösning-till-flygaska-förhållandet 0,35, 0,40 och 0,45, natriumsilikat-till-natriumhydroxidförhållande med massa av 1,0 och vatten-till-geopolymer fast förhållande med massa av 0.2625 på grundval av tidigare utredning . Beräknade mängder natriumsilikatlösning blandad med natriumsilikatlösning tillsammans med eventuellt extra vatten i en glasflaska med kapacitet fem liter och omrördes försiktigt för att ge homogen lösning. Beredd lösning hölls åt sidan i ca 2 timmar för att undvika kontaminering under gjutning.

gjutning av geopolymermortel liknar den för cementmortel i vilken torr blandning av flygaska och graderad sand gjordes i en skål med kapacitet 6 kg och sedan tillsätts alkalisk lösning till den och blandas noggrant i 2 till 3 minuter för att ge homogen blandning. Det visade sig att den färska flygaskabaserade geopolymermorteln var viskös, sammanhängande och mörk i färg. Efter att ha gjort den homogena blandningen mättes bearbetbarheten av färsk geopolymermortel med flödestabelapparat enligt IS 5512-1983 och IS 1727-1967. Sedan för varje koncentration av natriumhydroxid, 48 kuber av storlek 70.7 mm 70,7 mm 70,7 mm 70,7 mm har gjutits i tre skikt. Varje skikt var väl packas genom Stamp stav med diameter 20 mm. efter komprimering av murbruk, var den övre ytan planat med hjälp av spackel och sidorna av formen var försiktigt knackade att utvisa luft, om någon, närvarande inuti murbruk. Alla kuber avlägsnades från formar efter 24 timmars gjutning och placerades sedan i en ugn för termisk härdning (uppvärmning). För att undvika den plötsliga temperaturvariationen fick mortelkuberna svalna upp till rumstemperatur i själva ugnen. Efter 24 timmar avlägsnades prover från ugnen och vikten på varje prov togs för bestämning av massdensitet och testades sedan för tryckhållfasthet efter 3 dagars uppvärmning. Testförfarandet liknar det för cementmortel som nämns i IS 4031 (Del-VI)-1981. Tre kuber gjutits och testades för tryckhållfasthet för varje härdningsperiod.

3. Resultat och diskussioner

resultat av bearbetbarhet när det gäller flöde och effekt av olika koncentrationer av natriumhydroxidlösning och temperatur på tryckhållfasthet hos geopolymermortel presenteras i följande avsnitt.

3.1. Effekt av koncentration av natriumhydroxid på bearbetbarhet av Geopolymermortel

eftersom geopolymermortel var viskös och vatten kommer ut under polymerisationsprocessen visar flödestabelltestet jämförelsevis goda resultat än de andra metoderna för mätning av bearbetbarhet. Figur 1 visar effekten av koncentrationen av natriumhydroxidlösning i termer av molaritet på flödet av geopolymer mortel efter 10 stötar för lösning-till-flygaska förhållanden av 0,35, 0,40, och 0,45. Det observeras att den högre koncentrationen av natriumhydroxidlösning resulterade i högre flöde för alkalisk lösning-till-flygaska-förhållande på 0,35 och 0,40. Det betyder att flödet av geopolymermortel ökar med ökad koncentration av natriumhydroxidlösning. Men för lösning-till-flygaska-förhållandet 0,40 är flödeshastigheten inte särskilt signifikant vid och över 11.01 M koncentration av natriumhydroxidlösning. Det kan bero på minskning av mängden vatten som krävs för att upprätthålla det fasta förhållandet mellan vatten och geopolymer 0,2625 i blandningen och geopolymermortel tillverkad med högkoncentrerad natriumhydroxidlösning ger mycket viskös blandning.

Figur 1

effekt av koncentrationen av natriumhydroxid på flödet av geopolymer mortel för olika lösning-till-flygaska förhållanden.

3.2. Effekt av koncentrationen av natriumhydroxid på tryckhållfasthet av Geopolymer murbruk

Figur 2 visar effekten av koncentrationen av natriumhydroxidlösning i termer av molaritet på tryckhållfasthet av geopolymer murbruk värms i ugn vid temperaturer 40, 60, 90, och 120 C i 24 timmar och testas efter 3 dagars ugn uppvärmning för lösning-till-flygaska förhållande av 0,35. Det observeras att tryckhållfastheten hos geopolymerbetong ökar med ökning av koncentrationen av natriumhydroxidlösning för alla temperaturer men förstärkningshastigheten är olika för olika koncentrationer av natriumhydroxidlösning. Graden av förstärkning av styrka är högre mellan härdningstemperaturer på 40 och 60 CCX jämfört med 60 till 90 CCX och 90 till 120 ccxx för alla koncentrationer av natriumhydroxidlösning. Det finns emellertid ingen signifikant variation i tryckhållfastheten hos geopolymermortel vid och över 13.11 m koncentration av natriumhydroxidlösning. Det beror på en mycket viskös blandningsbildning vid högre koncentration av natriumhydroxid vilket skapar komprimeringsproblem. Det observeras också att den milda koncentrationen av natriumhydroxidlösning på 2,91 M ger dålig styrka.

Figur 2

effekt av graden av uppvärmning för olika koncentrationer av NaOH-lösning på tryckhållfasthet vid lösning-till-flygaska förhållandet 0,35.

figurerna 3 och 4 visar effekten av koncentrationen av natriumhydroxidlösning på tryckhållfastheten hos geopolymermortel för lösning-till-flygaska förhållandet 0,40 och 0,45 genom att bibehålla andra parametrar hålls konstant. Det observeras att tryckhållfastheten hos geopolymerbetong ökar med ökning av koncentrationen av natriumhydroxidlösning för alla temperaturer, men förstärkningshastigheten för styrka vid och över 60 kcal C är inte särskilt signifikant. Det betyder att uppvärmningsgraden vid 60 CCB är tillräcklig när förhållandena mellan lösning och flygaska är 0,40 och 0.45. På liknande sätt är natriumhydroxidlösning med en koncentration av 8,01 M tillräcklig för att uppnå anmärkningsvärd styrka. Högre förhållande mellan lösning och flygaska visar högre styrka vid samma koncentration av natriumhydroxidlösning. Men högre lösning-till-flygaska-förhållande ger mer viskös blandning och skapar svårigheter vid komprimering som i slutändan minskar styrkan, vilket tydligt observeras från Figur 4.

Figur 3

effekt av graden av uppvärmning för olika koncentrationer av NaOH-lösning på tryckhållfasthet vid lösning-till-flygaska förhållandet 0,40.

Figur 4

effekt av graden av uppvärmning för olika koncentrationer av NaOH-lösning på tryckhållfasthet vid lösning-till-flygaska förhållandet 0,45.

3.3. Effekt av koncentration av natriumhydroxidlösning på Massdensiteten hos Geopolymermortel

Tabell 2 visar effekten av koncentrationen av natriumhydroxidlösning på massdensiteten hos geopolymermortel beräknad efter ugnsuppvärmning vid 90 kcal C under en varaktighet av 24 timmar och kylning av kuberna i ugnen i ytterligare 24 timmar för lösning-till-flygaska-förhållande på 0,35. Det observeras att den genomsnittliga massdensiteten är 2178,73 kg/m3 för alla blandningar. Det finns ingen stor variation i massdensiteten hos geopolymermortel för alla koncentrationer av natriumhydroxidlösning för alla förhållanden mellan lösning och flygaska som observerats i tabellerna 2, 3, och 4. Det betyder att densiteten hos geopolymerbetong inte beror på koncentrationen av natriumhydroxidlösning såväl som förhållanden mellan lösning och flygaska.

3.4. Effekt av koncentration av natriumhydroxidlösning på alkalinitet av Geopolymermortel

efter testning av mortelkuberna för tryckhållfasthet krossades mortelkubmaterialet och siktades genom 90 occurm är sikt. Därefter togs 20 g pulveriserat material med 200 mL destillerat vatten i en glasbägare med kapacitet 500 mL. Blandningen omrördes i några minuter och efter 24 timmar filtrerades lösningen med användning av Whatman-papper nr 9. Därefter mättes alkalinitet av filtrerad lösning på digital pH-mätare.

tabellerna 2, 3 och 4 visar effekten av koncentrationen av natriumhydroxidlösning på alkalinitet av geopolymermortel för lösning-till-flygaska förhållanden på 0,35, 0,40 respektive 0,45. Det observeras att alkaliniteten hos geopolymermortel inte påverkas mycket med ökad koncentration av natriumhydroxidlösning. Det maximala pH-värdet för geopolymermortel är 10,92 vilket är mindre än för konventionell cementmortel (pH = 11,3–11,6). Det betyder att det finns mindre risk för alkaliaggregatreaktion även om mycket alkalisk lösning används för framställning av geopolymermortel.

3.5. Effekt av varaktigheten av uppvärmning på tryckhållfasthet av Geopolymer murbruk

Figur 5 visar effekten av varaktigheten av uppvärmning på tryckhållfasthet av geopolymer murbruk vid 60, 90, och 120, c c temperatur för 13,11 m koncentrerad natriumhydroxidlösning vid lösning-till-flygaska förhållandet 0,40. Det observeras att tryckhållfastheten hos geopolymermortel ökar med ökad varaktighet av uppvärmning vid en viss temperatur. Det observeras också att förstärkningshastigheten ökar när uppvärmningstiden ökar specifikt vid högre temperatur. Efter 12 timmars temperaturhärdning är graden av förstärkning av styrka inte särskilt signifikant specifikt vid 90 C och 120 C. Men vid uppvärmningstemperatur på 60 C ökar styrkan för styrka ständigt för alla härdningsperioder. Det betyder att styrkan hos geopolymerbetong kan ökas genom att öka temperaturen med minskad uppvärmningstid. Men vid uppvärmningstemperatur på 120 CCG utvecklas sprickor på betongytan så att den lämpliga temperaturen för att göra geopolymerbetong ligger mellan 60 och 90 CCG.

Figur 5

effekt av varaktigheten av uppvärmning på tryckhållfasthet vid 13,11 M NaOH.

3.6. Effekt av testperioden på tryckhållfastheten hos Geopolymermortel

för att optimera temperaturhärdningens varaktighet har ytterligare undersökning utförts genom att överväga ytterligare varaktighet på 8 och 10 timmar och för testperioden på 1, 2, 3 och 7 dagar genom att bibehålla temperaturhärdningen vid 90 kg C. Figur 6 visar effekten av testperioden på tryckhållfastheten hos geopolymermortel vid temperaturhärdning på 90 kg C under olika uppvärmningstider. Testperioden är den tid som beaktas efter uppvärmning av kuberna upp till testning för tryckhållfasthet under omgivande temperatur. Det observeras att styrkan hos geopolymermortel ökar med ökning av testperioden när uppvärmningstiden är 6 timmar, medan för högre uppvärmningstid observeras signifikant förstärkning av styrka upp till testperioden på 3 dagar och ökar sedan med långsam hastighet. Det finns ingen stor förändring i tryckhållfastheten hos geopolymermortel testad efter testperiod på 3 dagar för 8, 10 och 12 timmars uppvärmningstid. Det betyder att endast 3 dagars testperiod är tillräcklig för att uppnå önskad styrka för ugnsuppvärmning vid 90 CCG och under 8 timmar.

Figur 6

effekt av testperioden på tryckhållfasthet av geopolymer murbruk vid temperatur härdning av 90 C-C under olika varaktighet av uppvärmning.

4. Slutsatser

detta dokument presenterade effekten av koncentration av natriumhydroxid, temperatur, uppvärmningstid och testperiod på utvecklingen av geopolymermortel. Det observeras att bearbetbarheten såväl som tryckhållfastheten hos geopolymermortel ökar med ökad koncentration av natriumhydroxidlösning i termer av molaritet. Förstärkningshastigheten för styrka är långsam när värmehärdas vid 40 CCG C jämfört med styrkan vid 120 CCG C. Men det finns ingen märkbar förändring i tryckhållfasthet utöver härdningstemperaturen på 90 CCG C. På samma sätt ger uppvärmningstiden i intervallet 6 till 24 timmar högre tryckhållfasthet. Ökningen i styrka utöver 12 timmar är emellertid inte särskilt signifikant. Det observeras också att tryckhållfastheten hos geopolymerbetong ökar med ökning av testperioden upp till tre dagar. Så, för lämplig beredning av geopolymermortel rekommenderas 13-molär lösning av natriumhydroxid på grundval av bearbetbarhet och tryckhållfasthet. På samma sätt rekommenderas det också att kuberna härdas i en ugn vid 90 kcal C under 8 timmars varaktighet och testas efter en testperiod på 3 dagar.

intressekonflikt

författarna förklarar att det inte finns någon intressekonflikt när det gäller publiceringen av detta dokument.