Synteza i właściwości produktów hydratacji alkalicznie aktywowanych szkieł glinokrzemianowych

• Autorzy: Żak R. , Deja J.

Warianty tytułu

EN

Synthesis and properties of hydration products of alkaline activated aluminosilicate glasses

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Matryca uwodnionych krzemianów wapnia (faza C-S-H), ze względu na swą obecność w produktach hydratacji materiałów budowlanych, takich jak: cement, spoiwa żużlowo-alkaliczne czy aktywowane szkła glinokrzemianowe, jest w świetle dostępnej literatury wyjątkowo ciekawa, ale co ważne, od wielu lat budzi żywe zainteresowanie. Rozwój technik analitycznych, jak również pojawienie się nowych technik badawczych, stwarza nowe możliwości w badaniu fazy C-S-H, a tym samym w rozwoju nauki – fundamentu technologii. Produkty hydratacji alkalicznie aktywowanych szkieł żużlowych – uwodnione krzemiany wapnia – stanowią obiekt intensywnych prac badawczych, ze względu na proces ich powstawania, strukturę i zmienny skład chemiczny, ale również z punktu widzenia możliwości immobilizowania przez tę fazę substancji niebezpiecznych dla zdrowia i życia ludzkiego. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące syntezy oraz właściwości produktów hydratacji alkalicznie aktywowanych szkieł glinokrzemianowych, czyli uwodnionych krzemianów wapnia typu C-S-H. Szczególną uwagę zwrócono na warunki powstawania fazy C-S-H. Ponadto, zbadano wpływ czasu hydratacji i stosunków molowych CaO/SiO2 na przebieg syntezy prowadzonej w temperaturze pokojowej. Praca obejmuje badania mikrostrukturalne i strukturalne otrzymanych żeli C-S-H. Dokonano także analizy składu fazowego metodą XRD i IR. Obserwacje mikrostruktury otrzymanych żeli wykonano przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) wraz z wyznaczeniem widma pierwiastków z powierzchni (analiza EDS).

EN

The matrix of hydrated calcium silicate (C-S-H phase), due to their presence in the products of hydration of construction materials such as cement, binder slag – alkaline or aluminosilicate glasses, in the light of available literature is extremely interesting, but what is important, for many years provoked still lively interest. The development of analytical techniques, as well as the emergence of new research techniques, opens up new possibilities in the study phase of C-S-H, and thus the development of science – the foundation of technology. The products of hydration of alkali-activated slag glass – hydrated calcium silicates, are the object of intense researches, due to the process of their formation, structure and variable chemical composition, but also from the viewpoint of immobilization through this phase of substances hazardous to human health and life. The work presents the results of research, concerning on the synthesis and properties of products of hydration of alkali-activated aluminosilicate glasses, the type of calcium silicate hydrates C-S-H as a matrix for immobilization the heavy metals. Particular attention was paid to the conditions of formation the C-S-H phases. Furthermore, effect of hydration time and the molar ratios of CaO/SiO2 of the mentioned synthesis, carried out at room temperature, were estimated. The work includes microstructure and structure studies of obtained C-S-H gels. Phase composition was analyzed by XRD and IR. Observations of the microstructure of obtained gels were performed using scanning electron microscopy (SEM) with the determination of the spectra of elements from the surface (EDS analysis).

Słowa kluczowe

PL

szkło glinokrzemianowe; aktywacja alkaliczna; faza C-S-H; mikrostruktura; hydratacja

EN

aluminosilicate glass; alkaline activation; C-S-H phase; microstructure; hydration

• Wydawca: Wydawnictwo Instytut Śląski Sp. z o.o.
• Czasopismo: Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 5, nr 11
• Strony: 159--171
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., il.

Twórcy

autor

Żak R.

autor

Deja J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Bibliografia

• [1] Nocuń-Wczelik W., Struktura i właściwości uwodnionych krzemianów wapniowych, „Prace Komisji Nauk Ceramicznych PAN” 1999 „Ceramika” 59.
• [2] Taylor H.F.W., The chemistry of cements, Academic Press, New York 1964.
• [3] Czarnecki L., Broniewski T., Henning O., Chemia w budownictwie, Arkady, Warszawa 2010.
• [4] Rahman M.M., Nagasaki S., Tanaka S., A model for dissolution of CaO-SiO2-H2O gel at Ca/Si > 1, „Cement and Concrete Research” 1999, Vol. 29, s. 1091-1097.
• [5] Deja J., Trwałość zapraw i betonów żużlowo-alkalicznych, Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków 2004.
• [6] Małolepszy J., Hydratacja i właściwości spoiwa żużlowo-alkalicznego, „Zeszyty Naukowe AGH” 1989 „Ceramika” 53.
• [7] Palomo A., Lopezde la Fuente J.I., Alkali-activated cementitous materials, „Cement and Concrete Research” 2003, Vol. 33, s. 281-288.
• [8] Tennis P.D., Jennings H.M., A model for two types of calcium silicate hydrate in the microstructure of Portland cement pastes, „Cement and Concrete Research” 2000, Vol. 30, s. 855-863.
• [9] Thomas J.J., Jennings H.M., A colloidal interpretation of chemical aging of the C-S-H gel and its effects on the properties of cement paste, „Cement and Concrete Research” 2006, Vol. 36, s. 30-38.
• [10] Richardson I.G., The nature of C-S-H in hardened cements, „Cement and Concrete Research” 1999, Vol. 29, s. 113-1147.
• [11] Renaudin G., Russias J., Leroux F., Cau-dit-Coume C., Frizon F., Structural characterization of C-S-H and C-A-S-H samples. Part 2: Local environment investigated by spectroscopic analyses, „Journal of Solid State Chemistry” 2009, Vol. 182, s. 3320-3329.
• [12] Kurdowski W., Chemia cementu i betonu, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.
• [13] Nonat A., The structure of C-S-H, „Cement, Wapno, Beton” 2005, nr 2, s. 65-73.
• [14] Richardson I.R, The calcium silicate hydrates, „Cement and Concrete Research” 2008, Vol. 38, s. 137-158.
• [15] Richardson I.R, Tobermorite/jennite- and tobermorite/calcium hydroxide - based models for the structure of C-S-H: applicability to hardened pastes of tricalcium silicate, β-dicalcium silicate, Portland cement, and blends of Portland cement with blast - furnace slag, metakaolin or silica fume, „Cement and Concrete Research” 2004, Vol. 34, s. 1733-1777.
• [16] Bonaccorsi E., Merlino S., Taylor H.F.W., The crystal structure of jennite, Ca9Si6O18(OH)68H2O, „Cement and Concrete Research” 2004, Vol. 34, s. 1481-1488.
• [17] Taylor H.F.W., Cement chemistry, Thomas Telford Publishing, London 1997.
• [18] Kurdowski W., C-S-H state of art, Part 1, „Cement, Wapno, Beton” 2008, nr 4, s. 216-222.
• [19] Kurdowski W., C-S-H state of art, Part 2, „Cement, Wapno, Beton” 2008, nr 5, s. 258-268.
• [20] Nocuń-Wczelik W., Immobilizacja metali ciężkich przez fazę C-S-H, „Cement, Wapno, Beton” 1997, nr 5, s. 188-191.
• [21] Gawlicki M., Bobrowski A., Spyrka J., Immobilizacja metali ciężkich w zaczynach cementowych, „Prace Komisji Nauk Ceramicznych PAN” 1994 „Ceramika” 44, s. 237-241.
• [22] Giergiczny Z., Król A., Immobilization of heavy metals (Pb, Cu, Cr, Zn, Cd, Mn) in the mineral additions containing concret composites, „Journal of Hazardous Materials” 2008, Vol. 160, s. 247-255.
• [23] Deja J., Immobilization of Cr6+ Cd2+, Zn2+, Pb2+ in alkali-activated slag binders, „Cement and Concrete Research” 2002, Vol. 32, s. 1971-1979.
• [24] Bolewski A., Żabiński W., Metody badań minerałów i skał, Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1979.
• [25] Alpert N.L., Keiser W.E., Szymański H.A., Spektroskopia w podczerwieni, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1974.
• [26] Taylor H.W.F., Nanostructure of C-S-H: current status, „Advanced Cement Based Materials” 1993, Vol. 1, s. 38-46.
• [27] Garcia-Lodeiro I., Fernandez-Jimenez A., Blanco-Varela M.T., Palomo A., Sol-gel synthesis of cementitious gels (C-S-H and N-A-S-H), FTIR studies, „Journal of Sol-Gel Science and Technology” 2008, Vol. 45, s. 63-72.
• [28] Nocuń-Wczelik W., Effect of Na and Al on the phase composition and morphology of autoclaved calcium silicates hydrates, „Cement and Concrete Research” 1999, Vol. 29, s. 1759-1767.
• [29] Ping Y., Kirkpatrick R.J., Poe B., Mc Millan P.F., Cong X., Structure of calcium silicate hydrate (C-S-H); near-, mid- and far - infrared spectroscopy, „Journal of the American Ceramic Society” 1999, Vol. 82, No. 3, s. 63-72.
• [30] Sitarz M., Mozgawa W., Handke M., Ring in the structure of silicate glasses, „Journal of Molecular Structure” 1999, Vol. 511/512, s. 281-285.
• [31] Lodeiro G., Fernandez-Jimenez A., Palomo A., Macphee D.E., Effect of fresh gels of the simultaneous addition of alkali and aluminium, „Cement and Concrete Research” 2010, Vol. 40, s. 27-32.