Zaprawa geopolimerowa z popiołu lotnego aktywowanego Na2SiO3 i NaOH o bardzo dużej wytrzymałości

• Autorzy: Atabey İsmail İsa , Karahan Okan , Bilim Cahit , Atiş Cengiz Duran

Identyfikatory

DOI

10.32047/CWB.2020.25.4.4

Warianty tytułu

EN

Very high strength Na2SiO3 and NaOH activated fly ash based geopolymer mortar

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań zapraw geopolimerowych o dużej wytrzymałości przygotowanych z dwóch rodzajów popiołu lotnego krzemionkowego. Jako aktywatory użyto wodorotlenku sodu oraz mieszaniny wodorotlenku i krzemianu sodu, w postaci roztworów. Aktywator dodawano w ilościach od 6 do 15% NaOH, w stosunku do masy popiołu. Zaprawy po przygotowaniu dojrzewały w temperaturach 60ºC, 80ºC lub 100ºC przez różny czas, od 24 godzin do 7 dni. Zwiększenie dodatku sodu lub wyższa temperatura dojrzewania zwiększają wytrzymałość badanych zapraw na zginanie i ściskanie. Najlepsze wyniki – wytrzymałość na ściskanie i zginanie odpowiednio 100 MPa i 20 MPa, uzyskano dla zapraw aktywowanych 15% dodatkiem wodorotlenku sodu, poddanych naparzaniu w 100ºC przez 24 godziny. Mieszany aktywator – krzemian i wodorotlenek sodu pozwolił również uzyskać duże wytrzymałości, jednak mniejsze niż sam wodorotlenek sodu. Wydłużenie czasu pielęgnacji w wysokiej temperaturze o ponad 24 godziny nie dawało w większości przypadków korzystnych wyników. Zaprawa geopolimerowa z popiołu lotnego, aktywowana 15% NaOH w stosunku do masy popiołu, utwardzana w temperaturze 100ºC przez 24 godziny, wykazała około 18% zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych w porównaniu ze zwykłą zaprawą cementową z cementu portlandzkiego.

EN

The paper presents the results of research of high-strength geopolymer mortars, prepared from two types of siliceous fly ash. Sodium hydroxide and mixtures of sodium hydroxide and sodium silicate in the form of solutions were used as activators. The activator was added in amounts ranging from 6 to 15% NaOH in relation to the ash mass. After preparation, the mortars were cured at the temperature of 60ºC, 80ºC or 100ºC for various times, from 24 hours to 7 days. Increasing the addition of sodium or a higher curing temperature increase the flexural and compressive strength of the tested mortars. The best results - compressive and flexural strength of 100 MPa and 20 MPa, respectively, were obtained for mortar activated with 15% sodium hydroxide, cured at 100°C for 24 hours. Blended activator – sodium silicate and sodium hydroxide also allowed to obtain high strengths, but lower than sodium hydroxide alone. Extending the curing time at high temperature beyond 24 hours did not produce favourable results in most cases. Fly ash geopolymer mortar, activated with 15% NaOH by mass of ash, cured at 100°C for 24 hours, showed about 18% reduction in greenhouse gas emissions compared to common Portland cement mortar.

Słowa kluczowe

PL

aktywacja alkaliami; zaprawa geopolimerowa; obróbka termiczna; popiół lotny; zaprawa wysokowartościowa; gęstość objętościowa; wytrzymałość na zginanie; wytrzymałość na ściskanie

EN

alkali activation; fly ash; geopolymer mortar; high strength mortar; thermal curing; density; flexural tensile strength; compressive strength

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 25, nr 4
• Strony: 292--305
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Atabey İsmail İsa

• Nevşehir Hacı Bektaş Veli University, Civil Engineering Department, Nevşehir, Turkey

autor

Karahan Okan

• Erciyes University, Civil Engineering Department, Kayseri, Turkey

autor

Bilim Cahit

• Mersin University, Civil Engineering Department, Mersin, Turkey

autor

Atiş Cengiz Duran

• Erciyes University, Civil Engineering Department, Kayseri, Turkey

Bibliografia

• 1. G. Görhan, E. Kahraman, M.S. Baspinar, I. Demir, Fly Ash Part I: Formation, Classification and Usage Areas. Electr. J. Build. Techn. 2, 85-94 (2008).
• 2. I. Kara, Evaluation of Seyitomer Fly Ash as Different Building Materials. Master’s Thesis, Eskisehir Osmangazi University, Institute of Science and Technology, Eskisehir, 2008.
• 3. M.B. Ali, R. Saidur, M.S. Hossain, A review on emission analysis in cement industries. Renew. Sust. Energ. Rev. 15, 2252-2261, (2011).
• 4. X. Guo, H. Shi, W.A. Dick, Compressive strength and microstructural characteristics of class-C fly ash geopolymer. Cem. Concr. Comp. 32, 142-147, (2010).
• 5. H. Kühl, Zement-Chemie: Die Erhärtung und die Verarbeitung der hydraulischen Bindemittel (Vol. 3). Verlag Technik, 1951.
• 6. V.D. Glukhovsky, Soil silicates : their properties, technology and manufacturing and fields of application. DTech. Sc. Thesis, Civil Engineering Institute, Kiev, Ukraine, 1965.
• 7. J. Davidovits, Geopolymer Chemistry and Applications. 4th ed. J. Davidovits.- Saint-Quentin, France, 2015.
• 8. The University of Queensland, World first structural use of Earth friendly concrete, https://gci.uq.edu.au/world-first-structural-use-of-earth-friendlyconcrete, 2020.
• 9. R.M. Hamidi, Z. Man, K.A. Azizli, Concentration of NaOH and the Effect on the Properties of Fly Ash Based Geopolymer. Proc. Eng. 148, 189-193, (2016).
• 10. E.B. Görür, Investigate the Strength and Durability Characteristics of Fly Ash Geopolymer Concrete with Alkali, PhD Thesis, Erciyes University Institute of Science and Technology, Kayseri, 2015.
• 11. M. Kaya, Examination Of Mechanical And Durability Properties Of Various Types Of Fly Ash Produced By Using Alkali Activated Mortars, PhD Thesis, Sakarya University Institute of Science and Technology, Sakarya, 2016.
• 12. Y.H. Leong, D.E.L. Ong, J.G. Sanjayan, A. Nazari, The effect of different Na2O and K2O ratios of alkali activator on compressive strength of fly ash based-geopolymer. Constr. Build. Mater. 106, 500-511, (2016).
• 13. A. Fernández-Jiménez, A. Palomo, Composition and microstructure of alkali activated fly ash binder: Effect of the activator. Cem. Concr. Res. 35, 1984-1992, (2005).
• 14. A.I.I. Helmy, Intermittent curing of fly ash geopolymer mortar, Constr. Build. Mater. 110, 54-64, (2016).
• 15. G.S. Ryu, Y.B. Lee, K.T. Koh, Y.S. Chung, The mechanical properties of fly ash-based geopolymer concrete with alkaline activators. Constr. Build. Mater. 47, 409-418, (2013).
• 16. G. Görhan, G. Kürklü, The influence of the NaOH solution on the properties of the fly ash-based geopolymer mortar cured at different temperatures, Compos. B. Eng. 58, 371-377, (2014).
• 17. L.N. Assi, E. Deaver, M.K. Elbatanouny, P. Ziehl, Investigation of early compressive strength of fly ash-based geopolymer concrete, Constr. Build. Mater. 112, 807-815, (2016).
• 18. K. Vijai, R. Kumutha, B.G. Vishnuram, Effect of Types of Curing on Strength of Geopolymer Concrete. Int. J. Phys. Sci. 5, 1419-1423, (2010).
• 19. A. Sathonsaowaphak, P. Chindaprasirt, K. Pimraksa, Workability and strength of lignite bottom ash geopolymer mortar. J. Hazard. Mater. 168, 44-50, (2009).
• 20. A.M.M.A. Bakri, H. Mohammed, H. Kamarudin, I.K. Niza, Y. Zarina, Review on Fly Ash-Based Geopolymer Concrete Without Portland Cement, J. Eng. Techn. Res. 3, 1, 1-4, (2011).
• 21. TS EN 196-1., Method of Testing Cement - Part 1: Determination of Strength, TSE, Ankara, 2009.
• 22. TS EN 1008, Concrete mixed water- Conformity assessment rules for water, concrete mixed water, sampling, experiments and water recovered from operations in the concrete industry, TSE, Ankara, 2003.
• 23. L.K. Turner, F.G. Collins, Carbon dioxide equivalent (CO2-e) emissions: A comparison between geopolymer and OPC cement concrete. Constr. Build. Mater. 43, 125-130, (2013).
• 24. İ.İ. Atabey, Investigation Of Durability Properties Of F Class-Fly Ash Geopolymer Mortar, PhD Thesis, Erciyes University Institute of Science and Technology, Kayseri, Turkey, 2017.
• 25. ASTM C642-13., Standard Test Method forDensity, Absorption, and Voids in Hardened Concrete, Annual Book of ASTM Standards, 2013.
• 26. TS EN 1015-11, Mortar Testing Method. Part 11: Measurement of Compressive and Flexural Tensile Strength of Mortar, TSE, Ankara, 2000.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).