地质聚合物混凝土的力学性能与粉煤灰和矿渣微粉材料来源

b . Rajini¹前任所长A.V. Narasimha Rao²

打开学生,土木工程系,SVCET Chittoor,印度
教授,土木工程系,SVCET Chittoor、印度

文摘

这个项目的目的是研究类粉煤灰的效应(FA)和地面粒状高炉矿渣(矿渣微粉)地质聚合物混凝土的力学性能(GPC)在不同的更替水平(FA0-GGBS100、FA25-GGBS75 FA50-GGBS50;FA75-GGBS25、FA100 GGBS0)。硅酸钠(Na2SiO3)和氢氧化钠(氢氧化钠)解决方案作为碱性催化剂。在目前的调查,提出了研究力学性能viz.抗压强度、抗拉强度的低钙粉煤灰和矿渣微粉混凝土基础地质聚合物。这些属性确定在不同养护时间喜欢7,28岁,56和90天,在环境室温。

关键字

地质聚合物混凝土、硅酸钠、氢氧化钠、粉煤灰、粒状高炉矿渣、抗压强度、抗拉强度。

介绍

硅酸盐水泥的生产消耗了相当大的精力,同时也造成大量的二氧化碳到大气中。气候变化导致全球变暖已经成为一个主要问题。全球变暖是由于温室气体的排放,如二氧化碳(CO2),由人类活动向大气中。水泥行业的二氧化碳排放负责,因为生产一吨波特兰水泥发出大约一吨的二氧化碳到大气中[1]。然而,波特兰水泥仍然是混凝土施工的主要粘结剂促使寻找更环保的材料。几个努力进步补充使用波特兰水泥混凝土为了解决全球变暖问题。这些包括利用辅助胶凝材料,如粉煤灰、硅灰、粒状高炉矿渣,稻壳灰和偏高岭土,选择绑定来波特兰水泥的发展。一个可能的替代方法是使用alkali-activated粘结剂利用工业副产品含硅酸盐材料。1978年,Davidovits建议绑定可以聚合反应产生的碱性液体硅和铝源材料地质起源或副产品材料,如粉煤灰、矿渣微粉和稻壳灰。他称这些绑定地质聚合物[1]。 The most common industrial by-products used as binder materials are fly ash (FA) and ground granulated blast furnace slag (GGBS) [2-4].

2001年,当这项研究开始时,可用一些出版物描述地质聚合物贴和地质聚合物涂层材料[5 - 7]。然而,很少有发表的文献中关于地质聚合物的使用技术来做低钙粉煤灰和矿渣微粉(ASTM F类)基础地质聚合物混凝土。本文的研究报告是专门调查的过程基础地质聚合物混凝土和粉煤灰和矿渣微粉短期硬化混凝土的工程性质。这个项目是开发和研究的bjective抗压强度和抗拉强度的粉煤灰和矿渣微粉GPC与不同比例混合在不同养护期在环境室温固化。

试验研究

1。材料

虽然可以使用各种地质聚合物混凝土材料来源,本研究使用类F粉煤灰和矿渣微粉。也,如OPC,总量占据了75 - 80的总质量的混凝土。下面的章节将讨论组成材料用于制造GPC。组成材料的化学和物理性质提出了在这一节中。

以下材料通常用于生产gpc: -

(我)粉煤灰(FA)

(2)地面粒状高炉矿渣(矿渣微粉)

(3)细骨料

(四)粗骨料

(v)碱性液体

一。粉煤灰

粉煤灰(FA)的副产品在火力发电厂煤粉的燃烧。细粒度,粉和玻璃微粒从废气收集的材料通过静电除尘器或袋式过滤器。粉煤燃烧时产生热量,残留物包含底灰粉煤灰80%和20%。粒子的大小在很大程度上是依赖于类型的除尘设备。粉煤灰颗粒直径范围从小于1μm - 150μm。它通常是更好的比硅酸盐水泥。他们的面积通常是300 - 500平方米/公斤,虽然有些可以飞灰表面区域低至200平方米/公斤和高达700平方米/公斤。然而,增加比表面积的影响超过600平方米/公斤是无关紧要的。

b。地面粒状高炉矿渣

地面粒状高炉矿渣(矿渣微粉)是一种副产品从植根用来制造铁。这些操作在1500摄氏度的温度,再辅以精心控制铁矿石、焦炭和石灰石。铁矿石是减少铁和剩余的材料形成一个花车上的铁渣。这个渣定期利用熔融液体,如果它是用于生产矿渣微粉必须迅速扑灭在大量的水。淬火,优化胶结特性和产生颗粒,类似于粗砂。这„粒状slagA¢然后干和细粉。矿渣微粉是„greenestA¢的建筑材料以及环境效益的利用副产品,矿渣微粉代替的东西是由一个高度能源密集型的过程。与硅酸盐水泥相比,生产矿渣微粉需要不到五分之一的能量并产生不到十五分之一的二氧化碳排放。

c。细骨料

天然河沙作为细骨料。大部分比重在烘箱干燥条件和水吸收的沙子按照2386(第三部分,1963)[8]分别为1%和2.62。的分级砂是由筛分析/ 383(1970)[9],在表1。细骨料的颗粒级配曲线按是383(1970)[9]是图1所示。砂的细度模数2.69被发现。

d。粗骨料

碎花岗岩石头大小20毫米和10毫米作为粗骨料。大部分比重在烘箱干燥条件和粗骨料的吸水20毫米,10毫米/ 2386(第三部分,1963)[8]分别为0.30%和2.58。粗骨料的级配大小20毫米,10毫米被筛分分析确定为每383(1970)[9],分别在表2和3。粗骨料的级配曲线按是383(1970)[9]无花果所示。分别是2和3。

e。碱性液体

是使用的碱性液体硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液。硅酸钠溶液(Na2O = 13.7%,二氧化硅= 29.4%,由质量和水= 55.9%)从当地的供应商购买。氢氧化钠(氢氧化钠)在薄片或颗粒从97% - -98%纯度也从当地的供应商购买。氢氧化钠(氢氧化钠)的解决方案是由薄片或颗粒溶解在水里。氢氧化钠固体在溶液中不同的质量取决于溶液的浓度表示mol / l, m .例如,氢氧化钠溶液浓度的10 m由x40 = 400克氢氧化钠固体(片状或颗粒形式)解决方案的每升,其中40个是氢氧化钠的分子量。

对粉煤灰进行了测试

以下是在粉煤灰上进行测试

(我)比重

结果:-

粉煤灰= 2.133的比重

测试进行地面粒状高炉矿渣(矿渣微粉)

以下是在矿渣微粉上进行测试

(我)比重

结果:-

矿渣微粉= 2.92的比重

细集料进行测试

以下测试是进行细骨料

(我)比重

(2)水的吸收

(3)技巧模量

结果:-

细骨料= 2.415的比重

对细骨料吸水= 1%

手腕细集料模量= 2.47

粗集料进行测试

以下测试是进行粗骨料尺寸10毫米和20毫米

(我)比重

(2)水的吸收

(3)技巧模量

结果:-

粗骨料= 2.16的比重

吸水率为10毫米粗骨料= 0.3%

吸水率为20毫米粗骨料= 0.3%

手腕模量为10毫米粗骨料= 5.89

手腕模量为20毫米粗骨料= 6.95

2。混合料配合比设计

Hardjito和Rangan(2005)[10]指出,与传统水泥混凝土GPC是一种新的建筑材料,因此没有标准的混合料配合比设计方法对GPC可用。GPC涉及更多的组分的粘结剂(即,FA、矿渣微粉、硅酸钠、氢氧化钠和水),其相互作用和最终的结构和化学成分在强大的研究。

假设正常密度聚合物在使用SSD条件和混凝土的单位重量是2400公斤/立方米。以结合骨料的质量为77%的混凝土的质量,即0.77画素= 1848公斤/立方米。合并后的骨料可以选择匹配标准分级曲线用于硅酸盐水泥混凝土混合物的设计。例如,粗骨料(70%)可能由776公斤/立方米(60%)的20毫米骨料,517公斤/立方米(40%)的10毫米总量,和554公斤/立方米(30%)的细骨料级配曲线的要求标准。在考虑粗和细骨料的吸水值,调整值的粗和细骨料20毫米总量774公斤/立方米,516公斤/立方米的10毫米骨料和549公斤/立方米(30%)的细骨料。

地质聚合物粘合剂的质量(粉煤灰和矿渣微粉)和碱性液体= 2400 - 1848 = 552公斤/立方米。以碱性liquid-to-fly灰比的质量为0.35;粉煤灰的质量= 552 /(1 + 0.35)= 409公斤/立方米和碱性液体的质量= 552 - 409 = 143千克/立方米。硅酸钠的比率solution-to-sodium氢氧化溶液的质量为2.5;氢氧化钠溶液的质量= 144 /(1 + 2.5)= 41公斤/立方米;硅酸钠溶液的质量= 143 - 41 = 102公斤/立方米。氢氧化钠固体(氢氧化钠)是与水混合溶液的浓度10 mol / l。这个解决方案包括40%的氢氧化钠固体和60%的水,通过质量。审判的混合物,water-to-geopolymer固体比例由质量计算如下:硅酸钠溶液中,水= 0.559 x102 = 57公斤,固体= 102 - 57 = 45公斤。在氢氧化钠溶液中,固体= 0.40 x41 = 16公斤,和水= 41 - 16 = 25公斤。 Therefore, total mass of water = 57+25 = 82 kg, and the mass of geopolymer solids = 409 (i.e. mass of fly ash and GGBS) + 45 + 16 = 470 kg. Hence, the water-to-geopolymer solids ratio by mass = 82/470 = 0.17. Extra water of 55 litres is calculated on trial basis to get adequate workability. M 45 grade of conventional concrete (CC) has been designed as per IS 10262:2009 [11] and IS 456:2000 [12] for comparative study. The mix proportions of CC and GPC mixes are presented in Table 4.

结果与讨论

1。机械性能的CC和GPC

抗压强度。

传统混凝土的抗压强度7天养护期为26.12 mpa。对地质聚合物混凝土配合比FA:矿渣微粉:0:100,费尔南多-阿隆索:矿渣微粉:25:75和FA:矿渣微粉:50:50 7天养护期的抗压强度值高于传统的混凝土,至于混合比例FA:矿渣微粉:25和FA:矿渣微粉:100:0。抗压强度值低于传统的混凝土。传统混凝土的抗压强度28天养护期为51.39 mpa。地质聚合物混凝土的混合比例FA:矿渣微粉:0:100和FA:矿渣微粉:25:75,28天养护期的抗压强度值高于传统的混凝土,至于混合比例FA:矿渣微粉:五五开,费尔南多-阿隆索:矿渣微粉:25和FA:矿渣微粉:100:0。抗压强度值低于传统的混凝土。观察到的类似的趋势是56和90天养护期。

地质聚合物混凝土的抗压强度的变化对不同混合比例的费尔南多-阿隆索:矿渣微粉和不同养护期显示为条形图在图4所示。从条形图很明显,地质聚合物混凝土混合了100%的矿渣微粉显示最大抗压强度值养护期的值大于普通混凝土(M45年级)。FA的地质聚合物混凝土混合了100%。抗压强度值最大的养护时间和较低的值比传统混凝土(M45年级)。地质聚合物混凝土抗压强度的变化与不同比例的费尔南多-阿隆索:矿渣微粉是图5所示。从图5可以看出地质聚合物混凝土抗压强度降低,增加足总含量无论养护期组合。也观察到,对于一个给定的比例混合,抗压强度随着年龄的增加。地质聚合物混凝土的抗压强度最大,当费尔南多-阿隆索:比例矿渣微粉:0:100无论养护期。

地质聚合物混凝土的抗压强度与普通混凝土的抗压强度相同的年龄。即传统的混凝土被认为是引用混合。地质聚合物混凝土的抗压强度值增加的百分比在7日,28日,56和90天107.8%,分别为17.2%、16.3%和15.7%。看到利率获得的地质聚合物混凝土的抗压强度是非常快7天养护期,随着年龄的增长会减少。

b。抗拉强度

表6显示了分裂CC(45米)的抗拉强度和GPC混合在不同养护时间。分割传统混凝土抗拉强度在7天养护期为2.23 mpa。对地质聚合物混凝土配合比FA:矿渣微粉:0:100和FA:矿渣微粉:25:75分割在7天养护期抗拉强度值高于普通混凝土,至于混合比例FA:矿渣微粉:五五开,费尔南多-阿隆索:矿渣微粉:25和FA:矿渣微粉:100:0。分裂的抗拉强度值低于传统的混凝土。分割传统混凝土抗拉强度在28天养护期为3.44 mpa。地质聚合物混凝土的混合比例FA:矿渣微粉:0:100,分割在28天养护期抗拉强度值高于普通混凝土,至于混合比例FA:矿渣微粉:25:75,费尔南多-阿隆索:矿渣微粉:五五开,费尔南多-阿隆索:矿渣微粉:25和FA:矿渣微粉:100:0。分裂的抗拉强度值低于传统的混凝土。观察到的类似的趋势是56和90天养护期。

分裂地质聚合物混凝土抗拉强度的变化对不同混合比例的费尔南多-阿隆索:矿渣微粉和不同养护期显示为条形图在图6所示。从条形图很明显,地质聚合物混凝土混合了100%矿渣微粉显示最大抗拉强度值,养护期和分裂的值大于常规混凝土(M45年级)。FA的地质聚合物混凝土混合了100%。分裂的抗拉强度值最大的养护时间和较低的值比传统混凝土(M45年级)。分地质聚合物混凝土抗拉强度的变化与不同比例的费尔南多-阿隆索:矿渣微粉是图6所示。从图6,可以看出分裂地质聚合物混凝土抗拉强度降低,增加足总含量无论养护期。也观察到,对于一个给定的比例混合,分割抗拉强度随着年龄的增加。分地质聚合物混凝土的抗拉强度最大。当足总比例:矿渣微粉:0:100无论养护期。分割地质聚合物混凝土的抗拉强度比同龄的普通混凝土抗拉强度。 That is, conventional concrete is considered as the reference mix. The percentage increase in split tensile strength values of geopolymer concrete at 7, 28, 56 and 90 days are 23.76%, 3.48%, 8.83% and 13.09% respectively. It is seen that rate of gain in split tensile strength of geopolymer concrete is very faster at 7 days curing period and the rate gets reduced with age. The variation of split tensile strength of geopolymer concrete with various proportions of FA:GGBS is shown in Fig.7. From the Fig.7, it is observed that split tensile strength of geopolymer concrete decreases with increasing FA content in the mix irrespective of curing period. It is also observed for a given proportion of the mix, the split tensile strength increases with age.

结论

根据这次调查报告的结果,以下的结论

1。地质聚合物混凝土的抗压强度和抗拉强度降低而增加足总内容的组合无论养护期。

2。对于一个给定的比例混合时,抗压强度和抗拉强度随年龄的增加而增加的。

3所示。地质聚合物混凝土的抗压强度和抗拉强度是最大的FA0-GGBS100无论养护期。

4所示。获得的速度地质聚合物混凝土的抗压强度和抗拉强度是非常快7天养护期,随着年龄的增长会减少。

5。地质聚合物混凝土可以被推荐为一个创新的建筑材料使用建筑的使用

引用

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