еволюція

В
В 		В

Індивідуальні послуги

Журнал

  • SciELO Analytics
  • Google Scholar H5M5 ()

Стаття

  • нова текстова сторінка (бета-версія)
  • Іспанська (pdf)
  • Стаття в XML
  • Посилання на статті
  • Як цитувати цю статтю
  • SciELO Analytics
  • Автоматичний переклад
  • Надішліть статтю електронною поштою

Показники

  • Цитується SciELO
  • Доступ

Пов’язані посилання

  • Подібне в SciELO

Поділіться

Журнал ALCONPAT

версія В он-лайн В ISSN 2007-6835

Стійкість до стиснення та мікроструктурної еволюції геополімерів на основі метакаоліну, що піддаються дії високої температури

О.В Burciaga-DГaz 1В

J. I.В Escalante-Garcia 1В

Р. X.В Magallanes-Rivera 2В

2 Будівельні матеріали, UANL Fac. De Ing. Civil, Av.Universidad s/n, Cd. Universitaria San NicolÃЎs de los Garza, Nuevo LeÃn.

У цьому дослідженні представлені результати стійкості до стиснення та мікроструктурної еволюції геополімерів, що піддаються дії високої температури. Пасти виготовляли із сумішами метакаоліну та силікату натрію та розчинів NaOH. Досліджено вплив хімічного складу на розвиток стійкості до стиснення; Пасти з високою стійкістю піддавали дії 200, 500 та 800 ° C, що характеризує їх мікроструктурну еволюцію та стійкість до стиснення. До впливу високої температури геополімери розвивалися

У цьому дослідженні представлені результати міцності на стиск та мікроструктурної еволюції геополімерів, що піддаються дії високих температур. Пасти молярів були розроблені сумішшю метакаоліну та розчинів силікату натрію, що містять NaOH. Досліджено вплив композиції на розвиток міцності на стиск, і пасти обрані для впливу на 200, 500 та 800 ° C, що характеризує їх мікроструктуру та міцність на стиск. До впливу високої температури зв’язувальні речовини розвивались

80MPa, і після їх експозиції втрата міцності залежала від співвідношення SiO2/Al2O3. Результати XRD, FT-IR та SEM дозволяють припустити, що реорганізація силікагелю та випаровування води зменшують термостабільність зразків, що піддаються дії високої температури.

Ключові слова: В Геополімери; метакаолін; теплові характеристики; міцність на стиск; мікроструктури

Палаврас-чаве: В геополімери; метакаулім; стійкість до нагрівання; опір стиску; мікроструктури

Вважається, що завдяки своїм керамічним властивостям геополімери мають хорошу здатність до стійкості до високих температур (Kong et al. 2008; Duxson et al. 2006 A). Тому цілком ймовірно, що найближчим часом ці матеріали можуть бути поставлені в конкурентну позицію проти портландцементу, особливо для будівництва інфраструктури з високим ризиком пожежі, наприклад, тунелів, мостів, житлових будинків та багатоповерхових будинків (Provis та ін. 2009).

Оскільки безпека людини у випадку пожежі є одним з найбільших міркувань при проектуванні будівель, надзвичайно необхідно добре знати поведінку будівельних матеріалів, перш ніж використовувати їх як конструктивні елементи, отже, метою цієї статті є оцінити структурну стійкість геополімерних паст на основі метакаоліну, що піддаються дії високих температур, шляхом характеристики їх мікроструктури та механічних властивостей.

2. Експериментальна процедура

Зразки випробовували на стиск за допомогою автоматизованої гідравлічної машини (модель Controls 50-C7024) при постійній швидкості навантаження 500 Н/с; Кожне повідомлене значення відповідає середньому значенню чотирьох вимірювань. На основі отриманих результатів було обрано три склади композиції, наведені в таблиці 1, та з високим коефіцієнтом вмісту, для оцінки їх властивостей стійкості при високій температурі.

Таблиця 1В Геополімерні склади, що піддаються дії високої температуриВ

Після RC-тестів фрагменти відібраних зразків подрібнювали в планетарному млині (PM 400/2; Restch), щоб пройти меш # 100. Розмелені порошки характеризувались дифракцією рентгенівських променів (XRD, Philips D-Expert) в діапазоні 7 ° -60В ° 2Оё з кроком 0,03 ° і часом падіння 2 с на крок, використовуючи CuKО ± випромінювання.

Далі зразки порошків характеризували інфрачервоною спектроскопією FT-IR (FTIR; Nicolet AVANTAR 320 FT-IR). Порошки, що аналізувались, складалися з 0,005 г зразка (геополімеру), змішаного з 0,05 г KBr, як стандарт.

Для аналізу скануючої електронної мікроскопії (SEM) використовували поліровані зразки, змонтовані в смолі та покриті вуглецем, щоб зробити зразок електропровідним під мікроскопом ESEM Philips XL30. Репрезентативні зображення мікроструктур були зроблені при 500x за допомогою розсіяних електронів та напруги прискорення 20 кВ.

3.1 Міцність на стиск геополімерів до впливу високої температури.

Рисунок 1В RC за 28 днів зразків геополімерів як функція молярних співвідношень SiO2/Al2O3, Na2O/Al2O3 та співвідношення вода/тверда речовина.

Для зразків геополімерів із співвідношенням SiO2/Al2O3 = 2,8 спостерігали значення RC від 55 до 75 МПа для співвідношення Na2O/Al2O3 = 0,55, проте збільшення вмісту натрію призвело до зменшення RC. Це свідчить про те, що кількість натрію, внесена шляхом включення NaOH у лужні розчини, сильно впливає на розвиток CR, тому можливо, що при використанні співвідношення Na2O/Al2O3> 0,60, підтримуючи співвідношення SiO2/Al2O3 = 2,8, надходить натрій надмірна, і замість того, щоб бути включеною для утворення продуктів реакції, вона залишається непрореагованою, механічно послаблюючи мікроструктуру матеріалу. Попередні дослідження прийшли до висновку, що надмірна присутність натрію в геополімерах призводить до їх карбонізації на шкоду їх механічним властивостям (Burciaga-Dáaz et al. 2010).

Важливо зазначити, що при 200 ° C геополімер композиції SiO2/Al2O3 = 2,6 мав коефіцієнт приросту CR 5%. Можливо, що підвищення температури прискорило і відновило реакції геополімеризації непрореагованого матеріалу, що залишився в мікроструктурах, що призвело до збільшення опору, що узгоджується з попереднім спостереженням (Pan et al. 2010). На відміну від них, зразки з SiO2/Al2O3 = 2,8 та 3,0, показали зниження опору на 9 і 15% відповідно при 200 ° С.

Підвищивши температуру до 500 ° C, помітно падіння RC для всіх сумішей; найбільш виражений ефект відповідав геополімеру із співвідношенням SiO2/Al2O3 = 3,0, який втратив 65% свого початкового опору.

3.4 Рентгенівська дифракція (XRD).

Рисунок 4В XRD геополімерних паст зі складом SiO2/Al2O3 = 2,6, 2,8 та 3,0 під впливом 800 ° С.

Порівнюючи дифракційні картини зразків, підданих високотемпературним випробуванням при 200 ° С і 500 ° С, і геополімерів, затверділих за 28 днів, спостерігали залишок характерних кварцових відбиттів (SiO2 при 26,6 і 45,7 ° 2Оё) та анатазу (TiO2 при 25,3, 48,03 і 55,05 ° 2Оё), а також стійкість аморфного ореолу (між 15-30 ° 2Оё). Однак, починаючи з 500 ° C, візерунки демонструють незначне зміщення аморфного гало до менших кутів по відношенню до малюнку геополімеру, затверділого при 20 ° C та обробленого при 200 ° C.

3.5 Інфрачервона спектроскопія (FT-IR).

3.3 Скануюча електронна мікроскопія (SEM).

Рисунок 6В Мікроструктури, отримані при 500x геополімеру А1 за 28 днів затвердіння при 20 ° C і під впливом 200, 500 і 800 ° C.

Рисунок 7В Мікроструктури, отримані при 500x геополімеру B1 за 28 днів затвердіння при 20 ° C і під впливом 200, 500 і 800 ° C.

Після 800 ° C відтінок продуктів реакції стає світлішим за рахунок видалення фізично та хімічно зв’язаної води, що сприяло збільшенню номінального атомного числа продуктів реакції. Крім того, кількість пор було більше, ніж у зразків при 500 ° C, що призвело до зниження механічного опору.

Рисунок 8В Мікроструктури, отримані при 500x геополімеру C1 за 28 днів затвердіння при 20 ° C і під впливом 200, 500 і 800 ° C.

З іншого боку, спостерігається, що від 200 ° C контраст між частинками та продуктами реакції не дуже хороший. Це свідчить про те, що з 200 ° C зразки почали зневоднювати, що призводило до утворення тріщин, як це спостерігається в мікроструктурах.

Вироблена пара має об'єм, більший за об'єм, який би зайняв однакову кількість води в рідкому стані, це створює внутрішній тиск, який створює експансивні сили всередині шматків геополімеру. Крім того, якщо на основі результатів SEM, які раніше обговорювались та враховували повідомлення деяких авторів (Barbosa et al. 2003; Burciaga-DГaz et al. 2012 B), відомо, що в структурі геополімерів присутня частина гелевого кремнезему конденсується з активуючого розчину, який не є частиною реакційних процесів під час геополімеризації. Коли вода видаляється під час зневоднення силікагелю за наступним рівнянням, відбувається виділення енергії.

Цей проект фінансувався змішаним фондом CONACYT - уряд штату Пуебла-2004-CO2-31.

Барбоза, В. Ф. Ф., Маккензі, К. Дж. Д. (2003), "Теплова поведінка неорганічних геополімерів та компонентів, одержуваних з полісіалата натрію", Матеріали дослідження бюлетеня, V. 38, № 2, с. 319-331. [В Посилання]

Burciaga-DГaz, O., Escalante-GarcГa, JI (2010), "Статистичний аналіз розвитку міцності як функція різних параметрів на активованих метакаолінових/шлакових цементах", Журнал Американського керамічного товариства, том 93, № 2, стор. 541-547. [В Посилання]

Burciaga-DГaz, O., Escalante-Garcia, JI, Gorokhovsky, A. (2012 A), "Геополімери на основі грубого мінералу каоліну низької чистоти: Механічна міцність як функція хімічного складу та температури", Цемент та Бетон Композити, т. 34, с. 18-24. [В Посилання]

Burciaga-DГaz, O., Escalante-Garcia, J. I. (2012 B), Міцність та довговічність у кислотних середовищах геополімерів метакаоліну, що активуються лужними силікатами, Журнал Американського керамічного товариства, V. 95, No 7, с. 2307-2313. [В Посилання]

Duxson, P., Lukey, G. C. and van Deventer, J. S. J. (2006 A), Теплова еволюція геополімерів метакаоліну: Частина 1 - Фізична еволюція. Журнал некристалічних твердих тіл, т. 352, с. 2186-2200. [В Посилання]

Дакссон, П. (лютий 2006 р. B), "Будова та термічна еволюція геополімерів метакаоліну" кандидатська дисертація. Університет Мельбурна. [В Посилання]

Duxson, P., Lukey, G. C., van Deventer, J. S. J. (2007), Фізична еволюція Na-геополімеру, отриманого з метакаоліну до 1000 ° C, Journal of Materials Science, V.42, No 9, pp. 3044. [В Посилання]

Kong, D. L. Y., Sanjayan, J. G., Sagoe-Crentsil, K. (2007), Порівняльна ефективність геополімерів, виготовлених з метакаоліном та золою, що лежить після впливу підвищених температур. Дослідження цементу та бетону, т. 37, No 12, с. 1583-1589. [В Посилання]

Kong, D. L. Y., Sanjayan, J. G., Sagoe-Crentsil, K. (2008), Фактори, що впливають на продуктивність геополімерів метакаоліну, що піддаються дії підвищених температур Journal of Materials Science, V. 43, pp. 824-831. [В Посилання]

Lee, W. K. W. Van Deventer J. S. J. (2003), Використання інфрачервоної спектроскопії для вивчення геополімеризації різнорідних аморфних алюмосилікатів Langmuir, V. 19, pp. 8726-34. [В Посилання]

McLellan, BC, Williams, RP, Lay, J., Van Riessen, A., Corder, GD (2011), Витрати та викиди вуглецю для геополімерних паст у порівнянні зі звичайним портландцементом, Journal of Cleaner Production, V.19, pp. .1080-90. [В Посилання]

Pacheco-Torgal, F. Labrincha, J. A. Leonelli, C. Palomo, A. Chindaparasirt, P. (2014), Довідник з активованих лугами цементів, розчинів та бетонів, (Sawston, Cambridge UK: Woodhead Publishing Ltd), с. 852. [В Посилання]

Паломо, А., Кривенко, П., Гарса-Лодейро, Е., Мальцева, О., Фернандес-Хіменес, А. (2014), "Огляд лужної активації: нові аналітичні перспективи". Будівельні матеріали, том 64, випуск 315, с. 24. [В Посилання]

Pan, Z, Sanjayan J. G. (2010), Напружено-деформована поведінка та різка втрата жорсткості геополімеру при підвищених температурах. Цементні та бетонні композити, т. 32, No 9, с.657-64. [В Посилання]

Провіс, Дж., Ван Девентер, Дж. (2009), "Геополімери: структура, технологічні властивості та промислове застосування". (Sawston, Cambridge UK: Woodhead Publishing Ltd)., P. 441. [В Посилання]

Provis, J. L., van Deventer, J. S. J. (2014), "Алкалінові активовані матеріали. Сучасний звіт, RILEM TC224-AAM", (Springer Dordrecht Heidelberg, Нью-Йорк, Лондон), с. 388. [В Посилання]

Рахір, Х., Саймонс, В., Ван Меле, Б., Бісеманс. (1997), "Низькотемпературні синтезовані алюмосилікатні склянки: Частина III Вплив складу силікатного розчину на виробництво, структуру та властивості", Journal of Materials Science, V. 32, № 9. pp. 2237-2247. [В Посилання]

Ровнанк, П., (2010), Вплив температури затвердіння на розвиток твердої структури геополімерів на основі метакаоліну, Будівництво та будівельні матеріали, В. 24. с. 1176-1183. [В Посилання]

Temuujin, J., Ricard, W., Lee, M., Van Riessen, A. (2011) Підготовка та теплові властивості вогнестійких покриттів на основі геокалімерів на основі метакаоліну. Journal of Non-Crystalline Solids, V. 357, pp. 1399 -1404. [В Посилання]

Отримано: 30 січня 2015 р .; Затверджено: 24 березня 2015 року

В Це стаття з відкритим доступом, що розповсюджується на умовах ліцензії Creative Commons Attribution