Some durability aspects of ambient cured bottom ash geopolymer concrete

• Autorzy: Saravanakumar R. , Revathi V.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ace-2017-0031

Warianty tytułu

PL

Niektóre aspekty trwałości betonu geopolimerowego na bazie popiołu dennego utwardzanego w temperaturze otoczenia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present study examines some durability aspects of ambient cured bottom ash geopolymer concrete (BA GPC) due to accelerated corrosion, sorptivity, and water absorption. The bottom ash geopolymer concrete was prepared with sodium based alkaline activators under ambient curing temperatures. The sodium hydroxide used concentration was 8M. The performance of BA GPC was compared with conventional concrete. The test results indicate that BA GPC developes a strong passive layer against chloride ion diffusion and provides better protection against corrosion. Both the initial and final rates of water absorption of BA GPC were about two times less than those of conventional concrete. The BA GPC significantly enhanced performance over equivalent grade conventional concrete (CC).

PL

W przypadku proponowania oraz dostosowywania popiołu dennego jako materiału źródłowego w betonie geopolimerowym, ważne jest, aby oprócz jego właściwości wytrzymałościowych, zapewnić jego wydajność w odniesieniu do aspektów trwałości. Jak wynika z poprzednich badań, należy rozumieć, iż istnieje luka w pewnym wykorzystywaniu betonu geopolimerowego na bazie popiołu dennego. W związku z tym, w niniejszej pracy zbadano wydajność betonu geopolimerowego na bazie popiołu dennego pod kątem przyspieszonej korozji, sorpcyjności oraz absorpcji wody. W odniesieniu do proporcji mieszanki, klasa betonu została zaprojektowana dla 40 MPa. Do wywołania reakcji geopolimerycznych zastosowano aktywatory chemiczne na bazie sodu. Ilość roztworu chemicznego została przyjęta jako 0,5-krotność masy materiału źródłowego. Zachowanie betonu geopolimerowego na bazie popiołu dennego porównano z typowym betonem cementowym. Badania wytrzymałościowe wskazują, że beton geopolimerowy na bazie popiołu dennego wykazał większą wytrzymałość niż beton cementowy. Podczas gdy kilku badaczy zaleca utwardzanie termiczne w celu aktywacji betonu geopolimerowego, na tym etapie można stwierdzić, że beton geopolimerowy na bazie popiołu dennego osiągnął wytrzymałość przy utwardzaniu w temperaturze otoczenia. Ze względu na przyspieszoną korozję, czas rozpoczęcia korozji betonu geopolimerowego na bazie popiołu dennego został wydłużony 1,76 razy w porównaniu z betonem cementowym. Beton geopolimerowy na bazie popiołu dennego tym samym zwiększył bardziej katodową reakcję oraz zmniejszył aktywność korozyjną ze względu na wzmocniony proces reakcji polimerowej. Ze względu na efekt wypełniacza mikrocząsteczek popiołu dennego, a także reakcję geopolimeryzacji pomiędzy popiołem dennym a aktywatorami alkalicznymi, betonowi geopolimerowemu na bazie popiołu dennego przypisano wyraźnie niższą sorpcyjność. Natomiast wyższa wytrzymałość na ściskanie betonu geopolimerowego na bazie popiołu dennego wykazała niższą absorpcję wody. Można zatem stwierdzić, że beton geopolimerowy na bazie popiołu dennego utwardzony w temperaturze otoczenia jest uznawany za wysoce wytrzymały materiał kompozytowy.

Słowa kluczowe

EN

geopolymer; bottom ash; alkaline activator; curing; ambient conditions; durability; accelerated corrosion; sorptivity; water absorption

PL

geopolimer; popiół denny; aktywator alkaliczny; utwardzanie; warunki otoczenia; trwałość; korozja przyśpieszona; sorpcyjność; chłonność wody

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 63, nr 3
• Strony: 99--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Saravanakumar R.

• Department of Civil Engineering, KPR Institute of Engineering and Technology, Coimbatore, Tamilnadu, India

autor

Revathi V.

• Department of Civil Engineering, K.S.R.College of Engineering, Tiruchengode, Tamilnadu, India

Bibliografia

• 1. Aggarwal.P, Aggarwal.Y, Gupta.S.M, “Effect of bottom ash as replacement of fine aggregates in concrete” Asian journal of civil engineering (building and housing) vol.8, no.1, pp 49-62, 2007.
• 2. Apha Sathonsaowaphak A, Chindaprasirt P, Pimraksa K, “Workability and strength of lignite bottom ash geopolymer mortar” Journal of Hazardous Materials, vol.168, no.1, pp.44–50, 2009.
• 3. ASTM C 1585 –13 “Standard test method for measurement of rate of absorption of water by hydraulic cement concrete”, West Conshohocken, PA.
• 4. ASTM C 642 – 13 “Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete”, West Conshohocken, PA.
• 5. Bastidas.D.M, Fernandez-Jimenez.A, Palomo.A, Gonza-lez.J.A. “A study on the passive state stability of steel embedded in activated fly ash mortars”, Corrosion Science, vol.50, no.4, pp.1058-1065, 2008.
• 6. Chindaprasirt P, Jaturapitakkul C, Chalee W, Rattanasak U “Comparative study on the characteristics of fly ash and bottom ash geopolymers” Waste Management, vol.29, no. 2, pp.539–543, 2009.
• 7. Chaicharn chotetanorm, Prinya Chindaprasirt, Vanchi sata, Sumrerng Rukzon, Apha sathonsaowaphak “High calcium bottom ash Geopolymer: Sorptivity, pore size, and resistance to sodium sulphate stack”, Journal of Materials in civil Engineering, vol.25, pp. 105-111, 2013.
• 8. Davidovits.J,“Geopolymer - Inorganic polymeric new materials” Journal of thermal analysis, vol. 37, no. 8, pp.1633-1656, 1991.
• 9. Diana Bajarea, Girts Bumanisb, Liga Upeniecec, “Coal Combustion Bottom Ash as Microfiller with Pozzolanic Properties for Traditional Concrete”, Procedia Engineering, vol. 57, pp.149 – 158, 2013.
• 10. Duxon.P, Provis.J, Grant.L, Mallicoat.S, Kriven.K.M, Van Deventer J.S.J, “Understanding the relationship between geopolymer composition, microstructure and mechanical properties” Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 269, no. 1-3, pp.47-58, 2005.
• 11. Esam Elawady, Amr A. El Hefnawy, Rania A. F. Ibrahim, ‘Comparative Study on Strength, Permeability and Sorptivity of Concrete and their relation with Concrete Durability’, International Journal of Engineering and Innovative Technology, vol. 4, no. 4, pp.132-139, 2014.
• 12. Emad Benhelal, Alireza Rafiei, Ezzatollah Shamsaei “Green cement production: potentials and Achievements” International journal of chemical Engineering and application vol.3, no.6, pp. 407-409, 2012.
• 13. Fernandez-Jimenez A, Palomo.A, “Characterization of fly ashes. Potencial reactivity as alkaline cements” Fuel vol.82, no.18, pp.2259-2265, 2003.
• 14. Fernandez-Jimenez A, Palomo.A, Sobrados.I, Sanz.J, “ The role played by reactive alumina content in the alkaline activation of fly ashes” Microporous and Mesoporous Materials, vol. 91, no.1–3, pp.111-119, 2006.
• 15. Florida Method of Test (FM 5-522-2000) of An Accelerated Laboratory Method for corrosion testing of reinforced concrete specimens using impressed current.
• 16. Ghafoori N, Bucholic.J, “Properties of high-calcium dry bottom ash concrete” ACI Materials Journal, vol.94, pp.90-101, 1997.
• 17. Hardjito, D. Rangan B.V. “Development and Properties of Low-Calcium Fly Ash-Based Geopolymer Concrete” Curtin University of Technology, Perth, Australia, 2005.
• 18. Hall. C, “Water movement in porous building materials - I. Unsaturated flow theory and its applications” Building and Environment, vol.12, no.2, pp.117-125, 1997.
• 19. Hall .C, “Water Sorptivity of Mortars and Concretes: a review”, Magazine of Concrete Research, vol. 41, no. 147, pp. 51-61, 1989.
• 20. Ho.D. W. S, Chirgwin.G. J, “A performance specification for durable concrete” Construction and Building Materials, vol.10, no.5, pp.375-379, 1996.
• 21. Ilker Bekir Topcu, Mehmet Ugur Toprak, “Properties of geopolymer from circulating fluidized bed combustion coal bottom ash” Material. Science and Engineering: A, vol. 528, no. 3, pp. 1472–1477, 2011.
• 22. IS 10262 (2009), Recommended Guidelines for Concrete Mix Design, Bureau of Indian Standards, New Delhi, India.
• 23. IS: 516-1959 (Reaffirmed 2004), Indian Standard methods of Tests for strength of concrete, Bureau of Indian Standards, New Delhi.
• 24. IS : 4031 ( Part 11 ) – 1988, Methods of physical tests for Hydraulic cement, Part 11 determination of density, Bureau of Indian Standards, New Delhi, India.
• 25. IS 383 (1987), Specification of coarse and fine aggregate from natural sources for concrete, Bureau of Indian Standards, New Delhi, India.
• 26. IS 2386 (part 3) (1963), Methods for testing for aggregates for concrete, specific gravity, density, voids, absorption and bulking, Bureau of Indian Standards, New Delhi, India.
• 27. IS 12269: 2013, Ordinary Portland Cement, 53 Grade — Specification, Bureau of Indian Standards, New Delhi, India.
• 28. Kim H K, Lee H K, “Use of power plant bottom ash as fine and coarse aggregate in high-strength concrete”, Construction and Building Materials, vol. 25, pp.1115–22, 2011.
• 29. Logesh Kumar. M, Revathi. V, “Metakaolin bottom ash blend geopolymer mortar- A Feasible Study” Construction and Building Materials, vol. 114, pp. 1-5, 2016.
• 30. Malhotra.V.M. “Introduction: sustainable development and concrete technology”, ACI Concrete. International, vol.24, no.7, pp. 22, 2002.
• 31. Malkit Singh, Rafat Siddique, “Strength properties and micro-structural properties of concrete containing coal bottom ash as partial replacement of fine aggregate”, Construction and Building Materials vol.50, pp.246–256, 2014.
• 32. McPolin.D.O, “New test method to obtain pH profiles due to carbonation of concretes containing supplementary cementitious materials” Journal of Materials in Civil Engineering, vol.19, no.11, pp. 936-946, 2007.
• 33. Mohammed Ba-Shammakh, Hernane Caruso, Ali Elkamel, Eric Croiset, Peter L. Douglas, “Analysis and Optimization of Carbon Dioxide Emission Mitigation Options in the Cement Industry”, American Journal of Environmental Sciences vol. 4, no.5, pp.482-490, 2008.
• 34. Monita Olivia,Hamid R Nikraz, “Durability of fly ash Geopolymer concrete in a Sea Water Environment”, Proceedings of the concrete conference, Perth,WA, 2011.
• 35. Monita Olivia, Hamid Nikraz “Properties of fly ash geopolymer concrete designed by Taguchi method” Materials and Design vol.36, pp. 191–198, 2012.
• 36. Milagre Martins.I.M, Gonçalves.A, Marques.J.C, “Durability and Strength Properties of Concrete Containing Coal Bottom Ash”, In: Brameshuber, W, (ed.) Proceedings pro077 : International RILEM Conference on Material Science - AdIPoC - Additions Improving Properties of Concrete - Theme 3.6-10 September 2010, Aaschen. RILEM Publications SARL, 275 - 283 (9) 2010.
• 37. Rajamane.N.P, Jeyalakshmi.R, “Quantity of sodium hydroxide solids and water to prepare sodium hydroxide solution of given molarity for Geopolymer concrete mixes” ICI journal, pp.33-36, 2015.
• 38. Rangan.B. V. “Fly ash-based geopolymer Concrete”, Research Report GC 4, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Perth, Australia, 2008.
• 39. Rangan.B. V, Wallah, S. E. “Low-calcium fly ash-based geopolymer concrete: long-term properties”, Research Report GC 2 Faculty of Engineering Curtin University of Technology Perth, Australia, 2006.
• 40. Reddy.D.V, Edouard.J.B, Sobhan.K, Rajpathak.S.S. “Durability of Reinforced Fly Ash-Based Geopolymer concrete in the Marine Environment”, 36th Conference on our world in concrete & structures, Singapore, 2011.
• 41. Revathi.V, Saravanakumar.R, Thaarrini.J, ”Effect of molar ratio of SiO2/Na2O, Na2SiO3/NaOH ratio and Curing Mode on Compressive Strength of Ground Bottom Ash Geopolymer Mortar”, International Journal of Earth Science and Engineering, vol. 07, no.4, pp. 1511-1516, 2014.
• 42. Si-Hwan Kim, Gum-Sung Ryu, Kyung-Taek Koh, Jang-Hwa Lee “Flowability and Strength Development Characteristics of Bottom Ash based Geopolymer” World Academy of Science, Engineering and Technology, vol.70, pp. 53-59, 2012.
• 43. Tianyu Xie, Togay Ozbakkaloglu, “Influence of coal ash properties on compressive behaviour of FA- and BAbased GPC”, Magazine of Concrete Research, pp. 1-14, 2015.
• 44. Tianyu Xie, Togay Ozbakkaloglu “Behavior of low-calcium fly and bottom ash-based geopolymer concrete cured at ambient temperature” Ceramics International, vol.41, pp. 5945–5958, 2015a.
• 45. Vanchai Sata, Apha Sathona Saowaphak, Prinya Chindaprasirt, “Resistance of Lignite Bottom Ash Geopolymer Mortar to Sulfate and Sulfuric Acid Attack” Cement and Concrete Composites, vol.34, pp. 700-708, 2012.
• 46. Yodmunee.S, Yodsujai.W, “Study on corrosion of steel bar in fly ash based geopolymer concrete”, Proceedings, International Conference on Pozzolan, Concrete and Geopolymer, Khon Kaen, Thailand, pp.24-25 May 2006.