| В В | В |
Testreszabott szolgáltatások
Magazin
- SciELO Analytics
- Google Tudós H5M5 ()
Cikk
- új szöveges oldal (béta)
- Spanyol (pdf)
- Cikk XML-ben
- Cikk hivatkozások
Hogyan lehet idézni ezt a cikket - SciELO Analytics
- Automatikus fordítás
- Cikk küldése e-mailben
Mutatók
- Idézi SciELO
- Hozzáférés
Kapcsolódó linkek
- Hasonló a SciELO-ban
Részvény
ALCONPAT Magazine
verzióВ on-line ISSN 2007-6835
Magas hőmérsékletnek kitett metakaolin-alapú geopolimerek préseléssel és mikrostrukturális evolúcióval szembeni ellenállása
O.В Burciaga-DГaz 1В
J. I.В Escalante-Garcia 1В
R. X.В Magallanes-Rivera 2В
2 Építőanyagok, UANL Fac. De Ing. Civil, Av. Universidad s/n, Cd. Universitaria San Nicolés de los Garza, Nuevo LeÃn.
Ez a kutatás a magas hőmérsékletnek kitett geopolimerek préseléssel szembeni ellenállásának és mikrostrukturális evolúciójának eredményeit mutatja be. A pasztákat metakaolin, nátrium-szilikát és NaOH oldatok keverékével készítettük. Vizsgálták a kémiai összetétel hatását a kompresszióval szembeni ellenálló képesség kialakulására; A nagy ellenállású pasztákat 200, 500 és 800 ºC-nak tették ki, jellemezve mikrostrukturális fejlődésüket és a kompresszióval szembeni ellenállást. A magas hőmérsékleti expozíció előtt geopolimerek fejlődtek ki
Ez a kutatás a magas hőmérsékletnek kitett geopolimerek nyomószilárdságának és mikrostrukturális evolúciójának eredményeit mutatja be. A moláris pasztákat metakaolin és nátrium-szilikát oldatok keverésével dolgoztuk ki, amelyek NaOH-t tartalmaztak. Megvizsgálták a kompozíciónak a nyomószilárdság alakulására gyakorolt hatását, és a pasztákat úgy választották meg, hogy azok 200, 500 és 800 ° C hőmérsékletnek legyenek kitéve, jellemezve ezek mikrostruktúráját és nyomószilárdságát. A magas hőmérsékletű expozíció előtt a kötőanyagok kifejlődtek
80MPa, és expozíciójuk után az szilárdságvesztés a SiO2/Al2O3 aránytól függ. Az XRD, FT-IR és SEM eredményei arra utalnak, hogy a szilikagél átszervezése és a víz elpárologtatása csökkenti a magas hőmérsékletnek kitett minták hőstabilitását.
Kulcsszavak: В Geopolimerek; metakaolin; hőteljesítmény; nyomószilárdság; mikrostruktúrák
Palavras-barlang: В geopolimerek; metacaulim; hőállóság; nyomóellenállás; mikrostruktúrák
Kerámiaszerű tulajdonságaik miatt a geopolimerekről úgy gondolják, hogy jó magas hőmérséklet-ellenálló képességgel rendelkeznek (Kong és mtsai 2008; Duxson és mtsai 2006 A). Ezért valószínű, hogy a közeljövőben ezek az anyagok versenyhelyzetbe kerülhetnek a portland-cementtel szemben, különösen nagy tűzveszélyességű infrastruktúra, például alagutak, hidak, lakóházak és sokemeletes épületek építése szempontjából (Provis et al., 2009).
Mivel az emberi biztonság tűz esetén az egyik legnagyobb szempont az épület tervezésénél, rendkívül fontos, hogy alaposan ismerjük az építőanyagok viselkedését, mielőtt azokat szerkezeti elemként használnánk, ezért a cikk célja értékelje a magas hőmérsékletnek kitett metakaolin alapú geopolimer paszták szerkezeti stabilitását, jellemezve azok mikrostruktúráját és mechanikai tulajdonságait.
2. Kísérleti eljárás
A mintákat kompresszióban teszteltük automatizált hidraulikus géppel (Controls 50-C7024 modell), állandó 500 N/s terhelési sebesség mellett; Minden jelentett érték négy mérés átlagának felel meg. A kapott eredmények alapján három, az 1. táblázatban bemutatott és magas RC-értékű készítményt választottunk ki a magas hőmérsékleten mutatott rezisztencia tulajdonságainak értékelésére.
1. táblázat: Magas hőmérsékletű geopolimer készítményekВ
RC tesztek után a kiválasztott minták töredékeit bolygómalomban (PM 400/2; Restch) őröltük a # 100 háló átjutása érdekében. Az őrölt porokat röntgendiffrakcióval (XRD, Philips D-Expert) jellemeztük egy tartományban. 7 ° -60 ° 2Оё értéke 0,03 ° fokos lépéssel és lépésenként 2 másodperces beesési idővel, CuKО ± sugárzás alkalmazásával.
A pormintákat tovább jellemeztük FT-IR infravörös spektroszkópiával (FTIR; Nicolet AVANTAR 320 FT-IR). Az elemzett porok 0,005 g minta (geopolimer) és 0,05 g KBr standard elegyével voltak elegyítve.
A pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) elemzéséhez gyantába szerelt és szénnel borított csiszolt mintákat használtunk arra, hogy a mintát vezetővé tegyük az ESEM Philips XL30 mikroszkóp alatt. A mikrostruktúrák reprezentatív képei 500x-on készültek visszaszórt elektronok és 20 kV gyorsulási feszültség alkalmazásával.
3.1. A geopolimerek nyomószilárdsága magas hőmérsékleti expozíció előtt.
1В RC ábra geopolimer minták 28 napján a SiO2/Al2O3, Na2O/Al2O3 moláris arány és a víz/szilárd anyag arányának függvényében.
A SiO2/Al2O3 = 2,8 arányú geopolimer minták esetében a Na2O/Al2O3 = 0,55 arányú RC értékeket 55 - 75 MPa között figyeltük meg, azonban a nátriumtartalom növekedése az RC csökkenését eredményezte. Ez arra utal, hogy a NaOH lúgos oldatokba történő beépítésével járó nátriummennyiség erősen befolyásolja a CR kialakulását, így lehetséges, hogy a Na2O/Al2O3 arány> 0,60 alkalmazásakor, a SiO2/Al2O3 arány = 2,8 fenntartása mellett a szállított nátrium túlzott, és ahelyett, hogy reakciótermékeket képeznének, reagálatlan marad, mechanikusan gyengíti az anyag mikrostruktúráját. Korábbi tanulmányok arra a következtetésre jutottak, hogy a nátrium túlzott jelenléte a geopolimerekben szénsavasodásukat eredményezi, a mechanikai tulajdonságok rovására (Burciaga-Daz és mtsai 2010).
Fontos megjegyezni, hogy 200 ° C-on a SiO2/Al2O3 = 2,6 összetételű geopolimer 5% RC erősítést mutatott. Lehetséges, hogy a hőmérséklet növekedése felgyorsította és újraaktiválta a mikrostruktúrákban megmaradt reagálatlan anyag geopolimerizációs reakcióit, ami az ellenállás növekedését eredményezte, amely összhangban áll a korábban megfigyeltekkel (Pan et al. 2010). Ezzel szemben a SiO2/Al2O3 = 2,8 és 3,0 mintákkal rendelkező minták 9, illetve 15% -os rezisztencia-csökkenést mutattak 200 ° C-on.
A hőmérséklet 500 ° C-ra történő emelésével az összes keveréknél figyelemre méltó RC csökkenést figyeltünk meg; a legnyilvánvalóbb hatás a geopolimernek felelt meg SiO2/Al2O3 = 3,0 aránnyal, amely elvesztette kezdeti ellenállásának 65% -át.
3.4 Röntgendiffrakció (XRD).
4В ábra XRD a SiO2/Al2O3 összetételű geopolimer pasztákból = 2,6, 2,8 és 3,0 800 ° C hőmérsékletnek kitéve
Összehasonlítva a magas hőmérsékleti vizsgálatoknak alávetett minták diffrakciós mintáit 200 ° C-on és 500 ° C-on a 28 napon megkötött geopolimerek diffrakciós mintáival, megfigyeltük a jellegzetes kvarcvisszaverődések (SiO2 26,6 és 45,7 ° 2Оё) és anatáz maradványait (TiO2 25,3, 48,03 és 55,05 ° 2Оё), valamint az amorf halo állandósága (15-30 ° 2Оё között). Azonban 500 ° C-tól a minták az amorf halo enyhe elmozdulását mutatják kisebb szögek felé a 20 ° C-on kikeményedett geopolimer mintájához képest, és a 200 ° C-on kezelthez.
3.5 Infravörös spektroszkópia (FT-IR).
3.3 Pásztázó elektronmikroszkópia (SEM).
6В ábra Mikrostruktúrák, amelyeket az A1 geopolimer 500x-os előállításával kaptunk, 28 napos keményedés után 20 ° C-on, és 200, 500 és 800 ° C-on kitéve.
7 ° ábra: A B1 geopolimer 500x-os mérésénél kapott mikrostruktúrák 28 napos keményedésnél 20 ° C-on és 200, 500 és 800 ° C hőmérsékletnek kitéve
800 ° C után a reakciótermékek árnyalata világosabb a fizikailag és kémiailag kötött víz eltávolítása miatt, ami elősegítette a reakciótermékek névleges atomszámának növekedését. Ezenkívül a pórusok száma nagyobb volt, mint a mintáknál 500 ° C-on, ami a mechanikai ellenállás csökkenéséhez vezetett.
8В ábra Mikrostruktúrák, amelyeket a C1 geopolimer 500x-os előállításával kapunk, 28 napos keményedés után 20 ° C-on, és 200, 500 és 800 ° C hőmérsékletnek kitéve.
Másrészt megfigyelhető, hogy 200 ° C-tól a részecskék és a reakciótermékek közötti kontraszt nem túl jó. Ez arra utal, hogy 200 ° C-tól a minták dehidratálódni kezdtek, és repedések keletkeztek, amint azt a mikrostruktúrákban megfigyelték.
Az előállított gőz térfogata nagyobb, mint amely ugyanolyan mennyiségű vizet foglalna el folyékony állapotban, ez belső nyomást eredményez, amely táguló erőket generál a geopolimer darabokban. Ezenkívül, ha a korábban tárgyalt SEM eredmények alapján és néhány szerző beszámolóját figyelembe véve (Barbosa és mtsai 2003; Burciaga-Daz és mtsai 2012 B), akkor ismert, hogy a geopolimerek szerkezetében a gél egy része kondenzált szilícium-dioxid az aktiváló oldatból, amely nem része a geopolimerizáció során lejátszódó reakciónak. Amikor a vizet a szilikagél dehidratálása során a következő egyenlet segítségével eltávolítjuk, energia felszabadul.
A projektet a CONACYT - Puebla állam kormánya - 2004-CO2-31 vegyes alap finanszírozta.
Barbosa, V. F. F., MacKenzie, K. J. D. (2003), "Szervetlen geopolimerek és nátrium-poliszialátból származó összetételek termikus viselkedése" Anyagkutatási Közlöny, V. 38, 2. szám, pp. 319-331. [В linkek]
Burciaga-DÃaz, O., Escalante-GarcA, JI (2010), "Az erõfejlõdés statisztikai elemzése az aktivált metakaolin/salakcementek különbözõ paramétereinek függvényében", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 93 No. 2, pp. 541-547. [В linkek]
Burciaga-DГaz, O., Escalante-Garcia, JI, Gorokhovsky, A. (2012 A), "Durva alacsony tisztaságú kaolin-ásványon alapuló geopolimerek: mechanikai szilárdság a kémiai összetétel és a hőmérséklet függvényében", Cement és beton Composites, V. 34, pp. 18–24. [В linkek]
Burciaga-DГaz, O., Escalante-Garcia, J. I. (2012 B), Alkáli-szilikáttal aktivált metakaolin geopolimerek szilárdsága és tartóssága savas közegben, Journal of the American Ceramic Society, V. 95, 7. szám, pp. 2307-2313. [В linkek]
Duxson, P., Lukey, G. C. és van Deventer, J. S. J. (2006 A), Metakaolin geopolimerek hőfejlődése: 1. rész - Fizikai evolúció. Journal of Non-crystally Solids, V. 352, pp. 2186-2200. [В linkek]
Duxson, P. (2006. február, B), "A metakaolin geopolimerek szerkezete és hőfejlődése" PhD tézis. Melbourne-i Egyetem. [В linkek]
Duxson, P., Lukey, G. C., van Deventer, J. S. J. (2007), A metakaolinból származó Na-geopolimer fizikai evolúciója 1000 ° C-ig, Journal of Materials Science, V.42, 9. szám, pp. 3044. [В linkek]
Kong, D. L. Y., Sanjayan, J. G., Sagoe-Crentsil, K. (2007), Metakaolinnal és pernyével készített geopolimerek összehasonlító teljesítménye megemelkedett hőmérsékletnek való kitettség után. Cement- és betonkutatás, V. 37, 12. sz., 1583-1589. [В linkek]
Kong, D. L. Y., Sanjayan, J. G., Sagoe-Crentsil, K. (2008), Magas hőmérsékletnek kitett metakaolin geopolimerek teljesítményét befolyásoló tényezők Journal of Materials Science, V. 43, pp. 824-831. [В linkek]
Lee, W. K. W. Van Deventer J. S. J. (2003), Infravörös spektroszkópia alkalmazása a heterogén amorf alumínium-szilikátok geopolimerizációjának tanulmányozásához Langmuir, V. 19, pp. 8726-34. [В linkek]
McLellan, BC, Williams, RP, Lay, J., Van Riessen, A., Corder, GD (2011), A geopolimer paszták költségei és szén-dioxid-kibocsátása a szokásos portlandcementhez képest, Journal of Cleaner Production, V.19, pp .1080-90. [В linkek]
Pacheco-Torgal, F. Labrincha, J. A. Leonelli, C. Palomo, A. Chindaparasirt, P. (2014), Alkáli-aktivált cementek, habarcsok és betonok kézikönyve (Sawston, Cambridge UK: Woodhead Publishing Ltd), p. 852. [В linkek]
Palomo, A., Krivenko, P., Garca-Lodeiro, E., Maltseva, O., Fernandez-Jimenez, A. (2014), "A lúgos aktiváció áttekintése: új analitikai perspektívák". Építőanyagok, 64. évfolyam, 315. szám, pp. 24. [В linkek]
Pan, Z, Sanjayan J. G. (2010), Stressz-törzs viselkedés és a geopolimer merevségének hirtelen elvesztése magas hőmérsékleten. Cement- és betonkompozitok, V. 32, 9. sz., 657-64. [В linkek]
Provis, J., Van Deventer, J. (2009), "Geopolimerek: szerkezet, feldolgozási tulajdonságok és ipari alkalmazások". (Sawston, Cambridge, Egyesült Királyság: Woodhead Publishing Ltd)., P. 441. [В linkek]
Provis, J. L., van Deventer, J. S. J. (2014), "Alkáli-aktivált anyagok. Korszerű jelentés, RILEM TC224-AAM" (Springer Dordrecht Heidelberg, New York London), p. 388. [В linkek]
Rahier, H., Simons, W., Van Mele, B., Biesemans. (1997), "Alacsony hőmérsékleten szintetizált alumínium-szilikát üvegek: A szilikát-oldat összetételének III. Része a termelésre, szerkezetére és tulajdonságaira", Journal of Materials Science, V. 32, 9. szám, pp. 2237-2247. [В linkek]
RovnanГk, P., (2010), A kikeményedési hőmérséklet hatása a metakaolin alapú geopolimerek kemény szerkezetének fejlődésére, Építőipari és építőanyagok, V. 24. pp. 1176-1183. [В linkek]
Temuujin, J., Ricard, W., Lee, M., Van Riessen, A. (2011) Tűzálló metakaolin-alapú geopolimer típusú bevonat előkészítése és hő tulajdonságai. Journal of Non-Crystalline Solids, V. 357, pp. 1399–1404. [В Linkek]
Beérkezett: 2015. január 30 .; Jóváhagyva: 2015. március 24
Ez egy nyílt hozzáférésű cikk, amelyet a Creative Commons Nevezési licenc feltételei szerint terjesztenek