микроструктурна

В
В 		В

Персонализирани услуги

Списание

  • SciELO Analytics
  • Google Scholar H5M5 ()

Член

  • нова текстова страница (бета)
  • Испански (pdf)
  • Статия в XML
  • Препратки към статии
  • Как да цитирам тази статия
  • SciELO Analytics
  • Автоматичен превод
  • Изпратете статия по имейл

Индикатори

  • Цитирано от SciELO
  • Достъп

Свързани връзки

  • Подобно в SciELO

Дял

Списание ALCONPAT

версия В он-лайн В ISSN 2007-6835

Устойчивост на компресия и микроструктурна еволюция на геополимери на базата на метакаолин, изложени на висока температура

О.В Burciaga-DГaz 1В

J. I.В Escalante-Garcia 1В

R. X.В Magallanes-Rivera 2В

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

Това изследване представя резултати от устойчивост на компресия и микроструктурна еволюция на геополимери, изложени на висока температура. Пастите бяха направени със смеси от метакаолин и натриев силикат и разтвори на NaOH. Изследван е ефектът от химичния състав върху развитието на устойчивост на компресия; Пастите с висока устойчивост бяха изложени на 200, 500 и 800 ° C, характеризиращи тяхната микроструктурна еволюция и устойчивост на компресия. Преди излагане на висока температура се развиха геополимери

Това изследване представя резултати от якостта на натиск и микроструктурната еволюция на геополимери, изложени на високи температури. Моларни пасти бяха разработени чрез смесване на метакаолин и разтвори на натриев силикат, съдържащи NaOH. Изследван е ефектът на състава върху развитието на якост на натиск и са избрани пасти за излагане на 200, 500 и 800 ° C, характеризиращи тяхната микроструктура и якост на натиск. Преди излагане на висока температура свързващите вещества се развиват

80MPa и след тяхното излагане загубата на якост зависи от съотношението SiO2/Al2O3. Резултатите от XRD, FT-IR и SEM предполагат, че реорганизацията на силикагела и изпаряването на вода намаляват термичната стабилност на пробите, изложени на висока температура.

Ключови думи: В Геополимери; метакаолин; термични характеристики; якост на натиск; микроструктури

Palavras-chave: В геополимери; метакаулим; устойчивост на топлина; устойчивост на натиск; микроструктури

Поради своите керамични свойства, геополимерите се считат за добре устойчиви на високи температури (Kong et al. 2008; Duxson et al. 2006 A). Следователно е вероятно в близко бъдеще тези материали да бъдат поставени в конкурентна позиция срещу портландцимента, особено за изграждане на инфраструктура с висок риск от пожар като тунели, мостове, жилища и високи сгради (Provis и др. 2009).

Тъй като безопасността на човека в случай на пожар е едно от най-големите съображения при проектирането на сгради, изключително е необходимо да имаме задълбочени познания за поведението на строителните материали, преди да ги използваме като конструктивни елементи, следователно целта на тази статия е да оценяват структурната стабилност на геополимерните пасти на базата на метакаолин, изложени на високи температури, като характеризират тяхната микроструктура и механични свойства.

2. Експериментална процедура

Пробите бяха тествани под компресия с помощта на автоматизирана хидравлична машина (Controls модел 50-C7024) при постоянна скорост на натоварване 500 N/s; Всяка отчетена стойност съответства на средната стойност от четири измервания. Въз основа на получените резултати са избрани три формулировки на състав, показани в Таблица 1 и с висока RC, за да се оценят техните свойства на устойчивост при висока температура.

Таблица 1В Геополимерни състави, подложени на висока температураВ

След RC тестване, фрагменти от избрани проби се смилат в планетарна мелница (PM 400/2; Restch), за да преминат мрежата # 100. Смлените прахове се характеризират с рентгенова дифракция (XRD, Philips D-Expert) в диапазон от 7 ° -60В ° 2Оё със стъпка от 0,03 ° и време на падане от 2 s на стъпка, използвайки CuKО ± радиация.

По-нататък прахообразните проби се характеризират чрез FT-IR инфрачервена спектроскопия (FTIR; Nicolet AVANTAR 320 FT-IR). Анализираните прахове се състоят от 0,005 g проба (геополимер), смесена с 0,05 g KBr като стандарт.

За анализ на сканираща електронна микроскопия (SEM) бяха използвани полирани образци, монтирани в смола и покрити с въглерод, за да направят образеца проводим под микроскопа ESEM Philips XL30. Представителни изображения на микроструктурите са направени при 500x с използване на обратно разсеяни електрони и напрежение на ускорение 20 kV.

3.1 Якост на натиск на геополимерите преди излагане на висока температура.

Фигура 1В RC на 28 дни проби от геополимери като функция от моларните съотношения SiO2/Al2O3, Na2O/Al2O3 и съотношението вода/твърдо вещество.

За геополимерни проби със съотношение SiO2/Al2O3 = 2,8, RC стойности между 55 - 75 MPa са наблюдавани за съотношение Na2O/Al2O3 = 0,55, но увеличението на съдържанието на натрий води до намаляване на RC. Това предполага, че количеството натрий, допринесено от включването на NaOH в алкални разтвори, силно влияе върху развитието на CR, така че е възможно, когато се използват съотношения Na2O/Al2O3> 0,60, като се поддържа съотношението SiO2/Al2O3 = 2,8, доставеният натрий е прекомерен и вместо да бъде включен за образуване на реакционни продукти, той остава нереагирал, механично отслабвайки микроструктурата на материала. Предишни проучвания стигнаха до заключението, че прекомерното присъствие на натрий в геополимерите води до тяхното карбонизиране в ущърб на механичните свойства (Burciaga-DÃaz et al. 2010).

Важно е да се отбележи, че при 200 ° C геополимерът на SiO2/Al2O3 = 2.6 показва 5% RC печалба. Възможно е повишаването на температурата да ускори и реактивира реакциите на геополимеризация на нереагиралия материал, останал в микроструктурите, което води до увеличаване на устойчивостта, което е в съответствие с наблюдаваното по-рано от (Pan et al. 2010). За разлика от това, пробите със SiO2/Al2O3 = 2,8 и 3,0, показват намаляване на съпротивлението съответно от 9 и 15% при 200 ° C.

Чрез повишаване на температурата до 500 ° C се забелязва забележим спад на RC за всички смеси; най-изразеният ефект съответства на геополимера със съотношение SiO2/Al2O3 = 3.0, който загуби 65% от първоначалната си устойчивост.

3.4 Рентгенова дифракция (XRD).

Фигура 4В XRD на геополимерни пасти със състав SiO2/Al2O3 = 2.6, 2.8 и 3.0, изложени на 800 ° C.

Сравнявайки дифракционните характеристики на пробите, подложени на високотемпературни тестове при 200 ° C и 500 ° C с тези на геополимерите, втвърдени на 28 дни, се наблюдава оставането на характерните кварцови отражения (SiO2 при 26,6 и 45,7 ° 2Оё) и анатаза (TiO2 при 25.3, 48.03 и 55.05 ° 2Оё), както и постоянството на аморфния ореол (между 15-30 ° 2Оё). Въпреки това, от 500 ° C моделите показват леко изместване на аморфния ореол към по-малки ъгли по отношение на модела на геополимера, втвърден при 20 ° C и този, обработен при 200 ° C.

3.5 Инфрачервена спектроскопия (FT-IR).

3.3 Сканираща електронна микроскопия (SEM).

Фигура 6В Микроструктури, получени при 500x геополимер А1 за 28 дни втвърдяване при 20 ° C и изложени на 200, 500 и 800 ° C.

Фигура 7В Микроструктури, получени при 500x геополимер В1 за 28 дни втвърдяване при 20 ° C и изложени на 200, 500 и 800 ° C.

След 800 ° C оттенъкът на реакционните продукти е по-светъл поради отстраняването на физически и химически свързана вода, което насърчава увеличаването на номиналния атомен номер на реакционните продукти. Освен това броят на порите е по-голям, отколкото при пробите при 500 ° C, което води до намаляване на механичното съпротивление.

Фигура 8В Микроструктури, получени при 500x геополимер C1 за 28 дни втвърдяване при 20 ° C и изложени на 200, 500 и 800 ° C.

От друга страна се наблюдава, че от 200 ° C контрастът между частиците и реакционните продукти не е много добър. Това предполага, че от 200 ° C пробите започват да се дехидратират, което води до образуване на пукнатини, както се наблюдава в микроструктурите.

Произведената пара има обем, по-голям от този, който би заел същото количество вода в течно състояние, което създава вътрешно налягане, което генерира експанзивни сили в геополимерните парчета. Освен това, ако въз основа на предварително обсъдените резултати от SEM и като се вземат предвид докладите на някои автори (Barbosa et al. 2003; Burciaga-DÃaz et al. 2012 B), е известно, че в структурата на геополимерите има част от гел от кондензиран силициев диоксид от активиращия разтвор, който не е част от реакционните процеси по време на геополимеризация. Когато водата се отстранява по време на дехидратацията на силикагел по следното уравнение, има освобождаване на енергия.

Този проект е финансиран от смесен фонд CONACYT - правителство на провинция Пуебла-2004-CO2-31.

Barbosa, V. F. F., MacKenzie, K. J .D. (2003), "Термично поведение на неорганични геополимери и съставки, получени от натриев полизиалат" Материали Изследователски бюлетин, V. 38, No. 2, pp. 319-331. [В Връзки]

Burciaga-DГaz, O., Escalante-GarcГa, JI (2010), "Статистически анализ на развитието на якостта като функция от различни параметри на активирани метакаолин/шлакови цименти", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 93 No. 2, стр. 541-547. [В Връзки]

Burciaga-DГaz, O., Escalante-Garcia, JI, Gorokhovsky, A. (2012 A), "Геополимери на основата на груб каолинов минерал с ниска чистота: Механична якост в зависимост от химичния състав и температура", цимент и бетон Composites, V. 34, pp. 18-24. [В Връзки]

Burciaga-DГaz, O., Escalante-Garcia, J. I. (2012 B), Сила и издръжливост в киселинни среди на метакаолинови геополимери, активирани с алкален силикат, Journal of the American Ceramic Society, V. 95, No. 7, pp. 2307-2313. [В Връзки]

Duxson, P., Lukey, G. C. и van Deventer, J. S. J. (2006 A), Термична еволюция на метакаолинови геополимери: Част 1 - Физическа еволюция. Journal of Non-crystalline Solids, V. 352, pp. 2186-2200. [В Връзки]

Duxson, P. (февруари 2006 г. B), "Структура и термична еволюция на метакаолиновите геополимери" докторска дисертация. Университет в Мелбърн. [В Връзки]

Duxson, P., Lukey, G. C., van Deventer, J. S. J. (2007), Физическа еволюция на Na-геополимер, получен от метакаолин до 1000 ° C, Journal of Materials Science, V.42, No. 9, pp. 3044. [В линкове]

Kong, D. L. Y., Sanjayan, J. G., Sagoe-Crentsil, K. (2007), Сравнително представяне на геополимери, направени с метакаолин и летяща пепел след излагане на повишени температури. Изследване на цимент и бетон, V. 37, No 12, стр. 1583-1589. [В Връзки]

Kong, D. L. Y., Sanjayan, J. G., Sagoe-Crentsil, K. (2008), Фактори, влияещи върху работата на метакаолиновите геополимери, изложени на повишени температури Journal of Materials Science, V. 43, pp. 824-831. [В Връзки]

Lee, W. K. W. Van Deventer J. S. J. (2003), Използване на инфрачервена спектроскопия за изследване на геополимеризация на хетерогенни аморфни алумосиликати Langmuir, V. 19, pp. 8726-34. [В Връзки]

McLellan, BC, Williams, RP, Lay, J., Van Riessen, A., Corder, GD (2011), Разходи и емисии на въглерод за геополимерни пасти в сравнение с обикновения портландски цимент, Journal of Cleaner Production, V.19, pp .1080-90. [В Връзки]

Pacheco-Torgal, F. Labrincha, J. A. Leonelli, C. Palomo, A. Chindaparasirt, P. (2014), Наръчник на алкално активирани цименти, хоросани и бетони, (Sawston, Cambridge UK: Woodhead Publishing Ltd), p. 852. [В Връзки]

Palomo, A., Krivenko, P., GarcГa-Lodeiro, E., Maltseva, O., Fernandez-Jimenez, A. (2014), "Преглед на алкалната активация: нови аналитични перспективи". Строителни материали, том 64, брой 315, стр. 24. [В линкове]

Pan, Z, Sanjayan J. G. (2010), Поведение на напрежение и деформация и рязка загуба на твърдост на геополимера при повишени температури. Циментови и бетонни композити, V. 32, No 9, стр. 657-64. [В Връзки]

Provis, J., Van Deventer, J. (2009), "Геополимери: структура, обработващи свойства и промишлени приложения". (Sawston, Cambridge UK: Woodhead Publishing Ltd)., P. 441. [В линкове]

Provis, J. L., van Deventer, J. S. J. (2014), "Алкално активирани материали. Съвременен доклад, RILEM TC224-AAM", (Springer Dordrecht Heidelberg New York London), p. 388. [В Връзки]

Rahier, H., Simons, W., Van Mele, B., Biesemans. (1997), "Нискотемпературни синтезирани алумосиликатни стъкла: Част III влияние на състава на силикатен разтвор върху производството, структурата и свойствата", Journal of Materials Science, V. 32, No. 9. pp. 2237-2247. [В Връзки]

Rovnangk, P., (2010), Влияние на температурата на втвърдяване върху развитието на твърда структура на геополимери на базата на метакаолин, Строителство и строителни материали, V. 24. pp. 1176-1183. [В Връзки]

Temuujin, J., Ricard, W., Lee, M., Van Riessen, A. (2011 г. Подготовка и термични свойства на огнеупорни метакаолинови покрития от геополимерен тип. Journal of Non-Crystalline Solids, V. 357, pp. 1399 -1404. [В линкове]

Получава: 30 януари 2015 г .; Одобрен: 24 март 2015 г.

В Това е статия с отворен достъп, разпространявана при условията на лиценза за признаване на Creative Commons