热处理可以提高地缘聚合物混凝土的耐碱性

燃煤电厂产生的飞灰是一个令人头疼的环境问题，大量的垃圾填埋场和灰坝造成了地下水和空气污染。一些废料可以重新用于地聚合物混凝土，如预制的热固化构件。

然而，临界耐久性问题是对极端碱性攻击的低抗性。约翰内斯堡大学的研究人员发现，高温热处理（HTHT）可以减少粉煤灰地质聚合物混凝土中的这种有害机制。

“在以前的一项研究中，我们发现粉煤灰地缘聚合物混凝土可以在极端碱性条件下易受伤害。研究的建议是，这种材料不应在暴露于高碱性介质的结构中使用，例如一些化学储存设施。

“我们的新研究结果表明，通过将其暴露于评估温度，最佳200摄氏度，可以显着提高地缘聚合物混凝土的耐碱性。纳格希扎德博士博士说。

该研究在约翰内斯堡大学土木工程科学系博士学位构成了纳格希扎德博士研究的一部分。亚博老虎机网登录

极端碱性媒体

在研究中发表的建筑材料案例研究亚博网站下载，将飞灰地质聚合物砂浆块在100、200、400或600摄氏度下进行不同程度的热固化6小时。然后把它们浸泡在水中，中等碱或极碱的介质中;并在80摄氏度下储存14天或28天，这取决于性能测量。

（进行28天的延长热固化以将结果与由其他研究获得的结果进行比较，该结果采用相同的固化制度。这种长期固化适用于研究目的，但不推荐用于实际结构。媒体碱培养基是1M NaOH溶液。极端碱介质是3M NaOH溶液。）

“硬化块以200度热固化，然后浸入极端碱培养基（”200 / 3M“块中），在碱攻击时保持约50％的残余强度。在碱攻击时保持约50％的残余强度。该块在另一个块加热固化温度保持在10.3 - 14.6 MPa的残余优势较低，“Naghizadeh说。

“浸泡在极端碱介质中的200/3M块只显示出有限的细微裂缝，表明低膨胀，而其他块显示出严重裂缝。在200/3M区块，硅酮和铝的浸出率最低。

x射线衍射表明，在200/3M块体的粘结相中形成了钠长石和硅线石等结晶矿物。200/3M粘合剂的扫描电子显微镜图像显示存在一种凝胶状物质，具有碱侵蚀的特征。热固化显著降低了攻击的强度，但不能防止它，”他说。

“200度的高温热处理（HTHT）通过抑制硬化的地质聚合物混凝土基质内未反应的粉煤灰颗粒的溶解而产生这种效果。然而，HTHT也将这些块的抗压强度降低了26.7％。”yabo214

最好用作预制

粉煤灰地质聚合物粘结剂具有显著的耐久性。抗碱-硅反应能力强;优越的耐酸性;Naghizadeh说，高耐火、低碳化和有限的硫酸盐侵蚀。

粉煤灰地缘聚合物水泥主要适用于在工厂或车间制造的预制混凝土。原因是在环境温度下，地缘聚合物水泥混合物中的强度发展通常是缓慢的。

这使得热固化对于早期强度的增加是必要的或必不可少的。已建立的普通硅酸盐水泥(OPC)热养护预浇铸实用方法可适用于此。

这使得粉煤灰地聚合物适用于预制混凝土构件，如建筑和桥梁的梁或梁，铁路轨枕，墙板，空心板和混凝土管道。

对于常规粉煤灰缘聚合物混凝土，24小时的加热时间为60-80摄氏度，足以实现足够的强度。这种固化制度（温度和持续时间）在水泥工业中是常见的，这也用于一些波特兰水泥混凝土。

虽然每年使用地缘聚合物水泥生长，但与OPC相比，其应用仍然非常小。Geo聚物已被用作住宅结构，桥梁和跑道中的粘合剂，主要是在欧洲，中国，澳大利亚和美国。

新一代水泥

自从18世纪中叶以来，OPC已被广泛用于生产混凝土。其耐用性性能得到很好的理解，并且可以预测其长期行为。

然而，在某些应用中，新一代水泥正在成为OPC的合适替代品。这些地聚合物胶结物(或地聚合物粘结剂)的性质和微观结构与OPC完全不同。

用于地缘聚合物粘合剂的原料需要富含氧化铝和硅酸盐含量。在这一标准，多种工业废物或副产品资格 - 如稻壳灰，棕榈油燃料灰和煤电厂飞灰。

然而，粉煤灰有两个优点，用作地质聚合物水泥，说是Naghizadeh。

首先，全球有数百万吨的粉煤灰，发展中国家也有。将粉煤灰重新用作建筑材料可能会减少其对环境的一些影响。目前，它被处理在巨大的灰坝和垃圾填埋场附近的燃煤电厂，产生空气和地下水污染。

粉煤灰作为地质聚合物水泥原料的第二个优点是其化学组成。通常，粉煤灰在反应性硅和氧化铝中足够丰富，这导致更好的地缘聚合物化。

与使用含有铝硅酸盐的其他废物制成的地质混凝土相比，这又产生了具有优异机械，物理和耐久性的粘合剂。

更复杂的混合设计

在设计建筑物时，工程师需要确保结构中使用的混凝土将具有使用寿命的预期实力。然而，混凝土和其他施工材料的物理和力学性能随时间变化。亚博网站下载这种变化可以影响建筑的使用寿命跨度的材料性能。

通常，OPC混凝土混合物包括水泥，水和骨料。该土木工程师使用本三种成分的特定比例为预期结构开发OPC混合设计。

“对于由硅酸钠和氢氧化钠活化的粉煤灰基地质聚合物混凝土，配合比OPC更复杂，”Naghizadeh说。

“涉及更多参数：粉煤灰，硅酸钠，氢氧化钠，水和骨料量;以及氢氧化钠的浓度;碱内玻璃的比例和质量。”

粉煤灰从灰烬坝

斯蒂芬·埃尔苏教授说，在南非使用粉煤灰的研究是有限的。Ekolu是该研究和土木工程学院和约翰内斯堡大学建造环境的共同作者。

“现有研究粉煤灰缘聚合物混凝土采用直接从发电站供应的粉煤灰。需要从垃圾填埋场和灰尘坝上使用粉煤灰进行进一步的研究，从技术上被称为”底灰“以产生地质聚合物水泥。

“最大的研究问题是材料质量，混合设计和开发技术的问题，以允许在环境条件下固化，而不是在升高的温度下固化的实践。一旦这三个科学问题已经解决了，粉煤灰和最重要的其他形式的地质聚合物水泥可以更好地放置在全球opc替代品，“埃科苏说。

不是混凝土扩展器

目前，少量的粉煤灰用作常见的水泥增量剂。在南非，金额是每年生产3600万吨的10％。它与熟料混合，以生产波兹洛兰植物水泥（PPC）。

虽然粉煤灰用作普通的OPC扩展器，但粉煤灰的地质聚合物混凝土（FA-GC）不与OPC的混凝土结合。

原因是OPC的水合过程与Fa-GC的地质聚合物反应完全不同。此外，OPC的混凝土和地质混凝土各自需要不同的固化条件。

不同的生产而不是OPC

OPC生产的主要阶段是煅烧和磨矿过程。

与OPC不同，地缘聚合物生产不需要这些阶段。粉煤灰基地质聚合物粘合剂包括两个组分：粉煤灰和碱活化剂。通常，粉煤灰在发电站中生产，无需进一步处理。

在工业中也广泛生产碱活性剂溶液，例如硅酸钠和氢氧化钠。这些用于多种目的，例如洗涤剂和纺织品生产。

“格林”混凝土

“地聚合物水泥在不同环境条件下的长期耐久性需要进一步研究。此外，全球建筑行业缺乏生产地聚合物的技术知识。为了使用地聚合物粘合剂，工程师、技术人员和建筑工人需要接受培训，以设计和生产具有所需性能的地聚合物混凝土配合比设计。”Naghizadeh说。

“毫无疑问，由于其巨大的环境影响，毫无疑问，由于其巨大的环境影响，将来需要将来受到限制。这包括大约5-8％的全球人为二氧化碳排放到大气中，这有助于气候变化，”添加ekolu。

几项研究，包括约翰内斯堡大学的研究表明，粉煤灰地质聚合物可以表现出优越的，或与波特兰水泥的性质相似。这使得它成为在某些应用中取代波特兰水泥的合适替代方案。

此外，从潜在重新估算问题废料产品的观点来看，全世界粉煤灰的可用性提供了生产比普通波特兰水泥更经济的混凝土“更环保”。

来源：https://www.uj.ac.za/