مطالعه آزمایشگاهی اثر غلظت محلول‌های سیلیکات سدیم و پتاسیم هیدروکسید و دمای ساخت بر زمان گیرش و مقاومت فشاری ملات ژئوپلیمری

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

1 مدیریت ساخت، عمران، صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران

2 مدیریت ساخت، عمران، صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران/

چکیده

ژئوپلیمرها به عنوان یک بتن بدون سیمان توجه بسیاری از محققین را در سال‌های اخیر جلب کرده است. در ساخت این نوع بتن‌ها به جای سیمان از مواد مختلفی (دارای ساختار آلومینوسیلیکاتی) مانند متاکائولن، زئولیت و... استفاده می‌شود. برای تشکیل ماده چسباننده از محلول‌های شیمیایی جهت تکمیل فرآیند ژئوپلیمرازاسیون استفاده می‌شود. تهیه محلول‌های شیمیایی معمولا گرمای زیادی آزاد می‌کند. در این تحقیق از سرباره کوره‌های آهنگدازی به عنوان جایگزین سیمان و از محلول‌های سیلیکات سدیم و پتاسیم هیدروکسید به عنوان محلول‌های شیشمایی استفاده شده است. در این تحقیق اثرات مواد شیمیایی و دمای ساخت در خواص تازه و سخت شده خمیر و ملات ژئوپلیمری ارزیابی شده است. بدین منظور 20 نسبت اختلاط مختلف ساخته شد و زمان گیرش، دمای ساخت، مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته برای آنها اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد هرچه میزان مواد شیمایی بیشتر باشد زمان گیرش کمتر شده و همزمان دمای ساخت و مقاومت فشاری بیشتری در نمونه ها بدست آمده است. .همچنین در بین دو محلول سیلیکات سدیم و پتاسیم هیدروکسید، اثرات غلیظ تر کردن محلول سیلیکات سدیم در افزایش مقاومت و کاهش زمان گیرش بیشتر است. اثر این دو محلول بر دمای ساخت نیز بررسی شد و برای بررسی معنی داری رابطه بین آن‌ها تحلیل آماری صورت گرفت. همچنین رابطه بین مدول الاستیسیته ملات های ساخته شده با مقاومت فشاری بدست آمد. عکس‌های میکروسکوپ الکترونی نمونه‌ها با بیشترین و کمترین میزان مقاومت نشان داد، بیشتر بودن مواد شیمایی و دمای ساخت موجب تشکیل بیشتر ژل ژئوپلیمر سخت‌ شده گردیده و عرض ترک‌های مشاهده شده در طرح با محلول های شیمیایی کمتر، نزدیک به 3 برابر بیشتر است. همچنین آزمایش پرتو نگاری اشعه X برای نمونه‌ها نشان داد شدت بازتابش در نمونه با مقاومت پایین بیشتر بوده که حاکی از کمتر از تشکیل شدن ژئوپلیمر سخت شده به دلیل کاهش غلظت مواد شیمیایی بوده است

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study of sodium silicate and potassium hydroxide solutions and mixing temperature on setting time and compressive strength of the geopolymer mortar

نویسندگان [English]

  • Hadi Nazarpour 1
  • Milad Jamali 2
1 Construction Management, Civil, Babol Noshirvani university of technology, Babol, Iran
2 Construction management, Civil, Babol Noshirvani university of technology, Babol, Iran
چکیده [English]

Geopolymers have attracted the attention of many researchers in recent years as a non-cement concrete. Instead of cement, various material such as metakaoline, zeolite, rice husk ash, etc are used in Geopolymers. In order to complete the geopolymerization process, a binder is used along with the selected material from the chemical solutions. Preparation of chemical solutions usually liberates a lot of heat. In this research, steel slag was used as a substitute for cement. In addition, solutions of sodium silicate and potassium hydroxide used as chemical solutions. This research evaluates the effects of chemicals and the mixing temperature on properties of geopolymer mortar. For this purpose, 20 different mixing ratios were made. Setting time, mixture temperature, elasticity module and compressive strength of sample were measured. The results showed that the higher the amount of chemicals solution creates mores mixing temperature and compressive strength and less setting time. Between solutions of sodium silicate and potassium hydroxide, the effects of increasing of the sodium silicate solution are greater in strength growth, temperature growth and setting time reduction. The electron microscopic images of the samples with the highest and the least strength showed that the higher amount of chemicals and the temperature of the construction caused the formation of more hardened geopolymer gel and the width of the cracks observed in the mix design with less chemical solutions It is nearly 3 times more. In addition, X-ray radiation testing for the samples with the highest and lowest strenght showed that the intensity of reflection in the sample with lower strenght was higher; indicating that the hardened geopolymer gel was less due to the reduction of chemical concentration.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geopolymer mortar
  • slag
  • elasticity module
  • mixing temperature
  • setting time
  • compressive strength
[1] Davidovits, J. 4thedition, (2015), Geopolymer Chemistry and Applications, Institute Geopolymer, 3-5.
[2] Hooton, R. D. (2007), Canadian use of ground granulated blast-furnace slag as a supplementary cementing material for enhanced performance of concrete, Canadian Journal of Civil Engineering, 27, 44-59.
[3] Chidiac SE, P. D. (2008), Evolution of mechanical properties of concrete containing ground granulated blast furnace slag and effects on the scaling resistance test at 28 days, Cement and Concrete Composites, 30, 63–71.
[4] Ahmed, S. O., Anderson W M. (2008), Chloride penetration in binary and ternary blended cement concretes as measured by two different rapid methods, Cement and Concrete Composites, 30, 576-582.
[5] Kumar, S., Bandopadhyay, A., Alex, T. Ravi Kumar C. (2008), Mechanical activation of granulated blast furnace slag and its effect on the properties and structure of Portland slag cement, Cement and Concrete Campsites, 30, 679-685.
[6] Arya, Y. X. (1995), Effect of cement type on chloride binding and corrosion of steel in concrete, Cement and concrete Research, 25, 893-902.
[7] Glass B. R., Buenfeld N.R. (2000), Corrosion inhibition in concrete arising from its acid neutralization capacity, Corrosion Science, 42, 1587-1598.
[8] Binici H., et al. (2007), The effect of fineness on the properties of the blended cements incorporating ground granulated blast furnace slag and ground basaltic pumice, Construction and Building Materials, 21, 1122-1128.
[9] Gopalakrishnan B. K. Krishnamoorthy S, Bharatkumar BH. (2001), Investigation on the flexural behaviour of reinforced concrete beams containing supplementary cementitious materials, ACI Materials Journal, 645-643.
[10] Johari M., et al. (2011), Influence of supplementary cementitious materials on engineering properties of high strength concrete, Construction and Building Materials, 25, 2639-2648.
[11] Song H. W., Saraswathy V. (2006), Studies on the corrosion resistance of reinforced steel in concrete with ground-granulated blast furnace slag-an overview. Journal of hazardous materials, 138, 226-233.

[12] BS 6699:1992. (1992), Specification for ground granulated blast furnace slag for use with Portland cement, 1Ed.

[13] Van Jaarsveld JGS, Van Deventer JSJ. (2013), the effect of metal contaminants on the formation and properties of waste-based geopolymers, Cement and Concrete Research, 29, 189-200.
[14] Mermerdas K., Manguri S. (2017), Effect of aggregate properties on the mechanical and absorption characteristics of geopolymer mortar, Engineering Science and Technology,an International Journal, 20,1642-1652.
 [15] Pan Z., et al. (2017), Compressive strength and microstructure of alkali-activated fly ash/slag binders at high temperature, Cement and Concrete Composites, 86, 9-18
[16] Kwasny, J., et al, (2018), Sulfate and acid resistance of lithomarge-based geopolymer mortars, Construction and building materials, 166, 537-553.

[17] JiZhuang, H., et al, (2017), Resistance of geopolymer mortar to acid and chloride attacks, Procedia Engineering, 210, 126-131. 

[18] Singh, N.B. et al, (2018), Effect of nanomaterials on the properties of geopolymer mortars and concrete, Materials today proceeding, 5(1), 9035-9040.

[19] Shadnia. R. et al, (2015), Experimental study of geopolymer mortar with incorporated PCM, Construction and Building Materials, 84, 95-102.

[20] Almashahadani, M. et al, (2018), Mechanical and microstructural characterization of fiber reinforced fly ash based geopolymer composites, Construction and Building Materials, 167, 505-513.

[21] Behra. P. et al, (2018), Microstructure and mechanical properties of carbon microfiber reinforced geopolymers at elevated temperatures, Construction and Building Materials, 160, 733-743.

[22] Bondar. D. et al, (2011), Effect of heat treatment on reactivity-strength of alkali-activated natural pozzolans, Construction and Building Materials, 25, 4065-4071.

[23] Nadoushan, M, Ramezanianpor, A.A, (2018), Mechanical Properties of Slag- based Geopolymer Pastes and Determination of Optimum Parameters, Amirkabir Journal of Civil Engineering, Article in press.
[24] Greenwood, N., EarnShow, A. (1997), Chemistry of the Elements (second ed.), Butterworth-Heinemann, 224-226.