Výroba funkčních vzorků z kompozitů na bázi geopolymerů
Ing. Patrik Boura a kolektiv
Výroba funkčních vzorků z kompozitů na bázi geopolymerů prosinec 2010 REAL ECO SYSTEM, spol. s r.o. Autoři: Ing. P.Boura, Jiří Pelichovský, Olga Ertlová
Table of Contents Úvod ......................................................................................................................................... 4 Pěnové solidifikáty ................................................................................................................... 6 úvod...................................................................................................................................... 6 pokusy .................................................................................................................................. 8 výsledky a diskuze .............................................................................................................. 10 závěry ................................................................................................................................. 16 Monolitický geopolymer ........................................................................................................ 17 experimentální část ............................................................................................................ 17 výsledky .............................................................................................................................. 20 závěr ................................................................................................................................... 25 Struskové a popílkové kompozity ........................................................................................... 26 experimentální část ............................................................................................................ 27 příprava strusky ................................................................................................................. 27 syntéza geopolymerů ......................................................................................................... 27 2
mechanická pevnost analýza ............................................................................................. 28 výsledky a diskuze .............................................................................................................. 28 závěry ................................................................................................................................. 32 Vyztužené geopolymery ......................................................................................................... 33 experimentální postup ....................................................................................................... 34 testování vzorku ................................................................................................................. 35 analýza vzorku ................................................................................................................... 36 výsledky a diskuze .............................................................................................................. 37 závěry ................................................................................................................................. 43 Odkazy.................................................................................................................................... 44
3
Úvod Elaborát je zpracovaný v rámci prací na projektu FI-IM5/146, který se zabývá uplatněním popelů ze spalování biomasy. Cílem textu je prezentace nejvýznamnějších objevů na poli alkalicky aktivovaných alumosilikátů za posledních několik let. Tím bude možné zhodnotit výsledky VaV projektu v souvislostech se světovou úrovní poznání. Řešitel projektu se již řadu let zabývá poměrně novou technologií na výrobu solidifikátů, která není založena na hydrataci cementu nebo organických pryskyřicích. Jde o polymerizaci, která je charakteristická svým anorganickým chováním ve finální podobě. Již od počátku bylo záměrem vývojových prací najít takové principy, které by umožnily likvidaci převážně odpadních látek. V počátečních fázích byly hledány veškeré možné zdroje surovin mezi materiály, které ostatní vyhazovali na zemní skládky jako bezcennou až dokonce nevděčnou odpadní látku. Po téměř šesti letech se jasně ukazuje, že cesta byla správná a mnoho odpadních materiálů skýtá až netušený potenciál. Díky skutečnosti, že odpady často vznikají průmyslovou činností a jde de facto o hmoty tvářené energií, se vždy primárně hledal onen skrytý potenciál v uložené energii. Zvolená strategie se nakonec ukázala jako fungující a v mnohých odpadech z průmyslové činnosti byl nalezen aktivní potenciál. V případě projektu na solidifikáty šlo o schopnost materiálů vytvářet v jednoduchých podmínkách pevné výrobky s užitnými vlastnostmi. Konkrétně jde o popely ze spaloven a všeobecně o produkty spalování, které jsou svým složením velice podobné alumosilikátům a jsou schopny v alkalickém prostředí vytvářet pevné látky. To je ohromný posun oproti poznání, které bylo možné získat ze světových informačních zdrojů a na mezinárodních akcích. Není známo, že by někdo ve světě dokázal využívat odpadní popely s kolísavým obsahem látek a s použitím jiných činidel než je sodné nebo draselné sklo. Výše uvedené teze mohou potvrdit, že zvolený směr VaV není jen samoúčelné vymýšlení nové technologie, ale skutečně nový postup, který může přinést ohromné efekty. Zatímco mnoho současných technologií pomalu odhaluje svou stinnou stránku, solidifikáty z odpadních popelů zatím mají jen pozitiva. Konkrétní případy z oblasti geopolymerů je možné sledovat například v používání silikových prášků na pěnění základní hmoty. Přestože byl výzkumný úkol splněn, efekt výsledku nemůže mít valného uplatnění, a to díky ceně. Není možné, resp. účelné, pokračovat v projektu, jehož výsledek je sice skvělý, ale podmíněn využitím naprosto drahé suroviny, jakou silica fume zcela jistě je. Tým řešitele se například snaží najít mezi odpadními surovinami takovou, která by v základní hmotě způsobila napěnění. I zde byl zaznamenán úspěch. Projekt na využití geoplymerních principů s maximálním množstvím odpadových látek může znamenat jednu z vlaštovek VaV za poslední dobu. Poměrně odvážné tvrzení je dáno na těžítko vah společně s projekty na různé hi-tech technologie, které v sobě moří nepředstavitelné množství mrtvé energie, ačkoliv ony samotné jsou čisté jako lilie. Příkladem 4
budiž trend hybridních a elektrických aut. Již jen podpora automobilizmu znamená krok zpět ohledně ekologie. Důležitá jsou ale čísla. Elektromobil musí mít Ni-Cd baterii, a to dost velikou, ta se musí někde vyrobit a na to je třeba veliké množství energie. Nakonec je výpočet šokující. Celková bilance elektromobilu je v globálním pohledu mnohem horší než u konvenčního automobilu. Jde ovšem o přesun špinavé primární energie mimo státy vyspělého západního křídla civilizace. Využívání odpadů je skutečně jednou z mála cest jak dosáhnout v absolutních číslech menší spotřeby a dostat se do stavu šetrnosti. Projekt má potenciál být skutečně úsporný a přitom generovat kvalitní výrobky s vysokou přidanou hodnotou.
5
Pěnové solidifikáty Pěnové „betony“, které mají užitné vlastnosti pro moderní průmysl a konstrukce, jsou zajímavé zejména pro stavebnictví. V článku jsou prezentovány první výsledky na výrobu pěnové hmoty z popílku na základě metody a kombinace s pěnou geopolymerních hmot a tvorbu pěny na základě H2O2. Některé z konkrétních vlastností, jako je hustota, tepelná odolnost a pevnost v tlaku byly ve srovnání s tradičními lehkými betony. Zvláště, když byly pěnové betony syntetizované ve formě popílku metodou geopolymerních solidifikátů by teplotní odolnost výrobku byla okolo 10000°C.
úvod Ve stavebním průmyslu jsou lehké pěnové výrobky nebo betony na základě pojiva jako je Portlandský cement s jemným pískem a lehké agregáty, nadouvadla, včetně peroxidu vodíku, hliníkový prášek, polystyren, tradiční materiály. Jedním z problémů, které se vztahují k výrobnímu procesu je u portlandského cementu, který se částečně podílí na uvolňování CO2 do atmosféry. Kromě toho, některé z těchto produktů mají vlastnosti, jako je tepelný odpor, odolnosti vůči kyselému prostředí ale nejsou dobré. Pěnové betony syntetizované z popílku, křemičitanu sodného a roztoku H2O2 jako pěnidla může výrazně překonat tyto nevýhody.
Existují dva způsoby výroby pěnových geopolymerních betonů: (1) je tepelná expanze (Na, K) - (sialate-multisiloxo), s poměrem Si: Al>> 6, a (2) rozšíření geopolymeru s nadouvadly. Tato technologie byla vyvinuta Cordi-Géopolymere s MK-750 založeném na K-poly (sialate-siloxo) *1, 2, 3+. Pěnidlo je plynný kyslík vyplývající z rozkladu peroxidů alkalických v médiu (H2O2, organické peroxidy, sodík perboritan) *1, 2, 3+. Tam je několik koncentrací H2O2: 10, 30, 50, 110 svazků. Na ukázkovém pěnovém výrobním procesu je ukázán proces s 30 objemovými koncentracemi H2O2. Pokud je to nutné, může být přenesena na 110 objemových mutací. Průmyslové pěny Trolit jsou vyráběny s různými geopolymerními surovinami, jako je křemičitý úlet a oxid hlinitý v prášku [1,2,3+. Tabulka 1 udává fyzikální vlastnosti geopolymerní pěny, v tomto konkrétním případě Trolit pěny, po Liefk (1999) *1, 2, 3+.
6
Tepelná vodivost je funkcí hustoty, což znamená, že dobré tepelně izolační hodnoty vyžadují nízkou hustotou materiálu. Obrázek 1 ukazuje variace pevnosti v tlaku, kde se hustota pěnové MK mění na K-poly (sialate-silixo) *1, 2, 3+. Síla se liší silně s hustotou a při nízké hustotě jsou pěny křehké.
Obrázek 1: Pevnost v tlaku a hustoty MK-750 na K - poly (sialate-siloxo) Geopolymerní pěna představuje jedinečnou kombinaci nízké tepelné vodivosti spojené s výbornými mechanickými vlastnostmi a velmi vysokou teplotní stabilitou. Tyto ještě 7
markantnější vlastnosti jsou, zaměříme-li se na maximální teploty a ve srovnání s jinými izolačními materiály (obr. 2) [1, 2, 3].
Obrázek 2: Maximální teplota použití některých izolačních materiálů, adaptovaný od Liefke (1999).
pokusy V této studii na pěnový betonu je pěnový geopolymerní beton, který byl syntetizován z některých hlavních materiálů, jako jsou popílek, jemný písek, s přídavkem křemičitanu sodného v roztoku, činidel, a menší části hydroxidu vápenatého. Nadouvadlo je H2O2 s 50 objemových procent. Hlavní chemické složky popílku jsou zobrazeny v tabulce 2, a velikosti částic < 45 um tvoří více než 91%. Zrnitosti jemného písku jsou uvedeny v tabulce 3.
8
Zásaditý roztok je kombinací křemičitanu sodného a roztok sodného hydroxidu tak, že je to MR (SiO2: Na2O) = 1,2. Zásaditý roztok je připraven jeden den před použitím. V zásadě by bubliny v geopolymerní betonové pastě byly tvořeny přidáním peroxidu vodíku. Rozklad H2O2 ve vysoké pH prostředí vytváří H2O a atomové kyslíky. Mohlo by to reagovat s organickými materiály v popílku k uvolnění CO2 plynu. To je důvod pro rozšíření geopolymerní pasta.
Geopolymerní pasta má dvě části: pevné a tekuté materiální řešení. Pevná část je směs popílku, jemného písku s poměrem 50:50 hmotnosti, a menší část hydroxidu vápenatého s 2% hmotnostních, další část je směs alkalického roztoku, peroxid vodíku, a bez vody. Poměr hmotnosti mezi částmi pevné a tekuté složky jsou vždy konstantní a rovny 4,27. H2O2 řešení jsou smíšené do pasty s různými množstvími od nejnižší k nejvyšší, zatímco ostatní složky pasty jsou konstantní a to kromě stálých složek včetně vody. Poměr složek v geopolymerní betonové pastě je znázorněn v tabulce 4.
Směs, po míchání po dobu 5 minut, se nalije do forem z oceli s rozměry 15 x 15 x 15 cm, začne expandovat. Proces rozšíření bude ukončen do 20 minut. Vzorky jsou ošetřeny při pokojové teplotě 4 do 8 hodin, pak pomocí struny ocelovými odřezy formovány do zvláštní části betonového bloku.
Po osazení jsou všechny vzorky udržovány při pokojové teplotě po dobu tří dnů. Bylo zjištěno, že odložení vytvrzování na dobu vyšší způsobuje zvýšení pevnosti beton [1, 2, 3]. Na konci formování po třech dnech jsou vzorky umístěny uvnitř parní komory a vytvrzování probíhá při 60 ° C po dobu 24 hodin.
9
Aby se zabránilo kondenzaci na betonu, je betonový povrch pokryt folií z plastické hmoty. Po skončení odstřeďování jsou bloky vyjmuty z komory a nechá se odejít vzduch a vysušit při pokojové teplotě za dalších 24 hodin. Vzorky byly uloženy v laboratorních podmínkách okolního prostředí až do dne testování. Laboratorní teplotce pohybovaly mezi 27°C a 31°C během tohoto období. Po 28 dnech zrání vzorky byly testovány na základní vlastnosti, jako je pevnost v tlaku, objemová hmotnost, velikost pórů parametr, maximální teploty při použití, smrštění.
výsledky a diskuze Vzájemné vztahy mezi procentuálním obsahu peroxidu vodíku a pevností v tlaku, objemové hmotnosti a pórů z těchto vzorků jsou uvedeny v tabulce 5. V některých případech se ukázalo, že poměr mezi pevnou a kapalnou částí pasty opravdu postihuje schopnost rozšíření a pevnost v geopolymerních pastách. Tabulka 5: vztah mezi množstvím H2O2 a fyzikální charakteristikou výsledné hmoty Legenda k jednotlivé fotografii značí číslo vzorku, % množství přidaného H2O2, hustotu, výslednou pevnost v tlaku a velikost pórů.
B107 0.09 1.407 15.25 < 0.2
B106 0.13 1.303 10.12 < 0.5
10
B105 0.17 1.197 7.89 < 1.0
B104 0.22 1.110 7.45 < 1.2
B103 0.26 1.013 7.01 < 1.3
B102 0.30 0.950 5.89 < 1.5
B101 0.35 0.872 5.34 < 2.0
11
B100 0.39 0.847 5.01 < 2.3
B99 0.43 0.802 4.91 <2.5
B98 0.48 0.744 4.51 <3.0
B97 0.52 0.695 4.23 < 3.5
12
B96 0,55 0,668 3,89 <4,0
B95 0,61 0,619 3,76 <5,0
B94 0,65 0,618 3,65 <5,2
B89 0,67 0,561 3,42 <5,2
B90 0,71 0,549 3,38 <5,3 13
B91 0,74 0,542 3,35 <5,5
B92 0,77 0,518 3,00 <6,0 B93 0,81 bez úspěchu B86 0,89 bez úspěchu B85 0,00 1,8 30 Nano velikosti
14
Výsledky testů ukázaly, že množství peroxidu vodíku v geopolymerní pastě je přímo úměrné rozšířenému objemu a nepřímo úměrné hustotě a pevnosti pěnového betonového bloku. Užitečné limity H2O2 se změní z 0,09 hm% až 0,77% hmotnostních ve směsi do betonu past, a objem past se zvyšuje od 21% až po 71%.
Pěnidlo má silné vlivy na pevnost v tlaku. To by mohla být snížena z 90% až 50%. Proto jsou ve vyztužených aplikacích nevýhodu. Vztahy mezi H2O2 složkou a objemovou hmotností a pevností pěnového betonu jsou zobrazeny v Obrázek 4 a Obrázek 5.
Obrázek 4: Vztah mezi H2O2 množství a objemové hmotnosti pěnového betonu
Obrázek 5: vztah mezi H2O2 částkou a pevnost v tlaku. 15
Další fyzikální vlastnosti pěnového betonu byly testovány a zobrazeny v tabulce 6. Tabulka 6 ukazuje, že tepelný odpor pěnového betonu je vyšší než u tradičního pěnového betonu. Nicméně, v této studii by hustota pěnového betonu nedosáhnou na úroveň okolo 400 kg/m3.
závěry V článku jsou prezentovány první výsledky na to, aby pěnový beton z popílku na základě geopolymerní metody v kombinaci s nadouvadlem z peroxidu vodíku. Užitečné limity H2O2 na objem se používá od 0,77% hmot. do 0,09% hm. H2O2 obsah v geopolymerní pastě je přímo uměrná poměru a rozšíření objemu a nepřímo úměrný hustotě a pevnosti v tlaku pěnového bloků. Kapacita pěnového betonu se zvýšila z 21% na 71%. Pevnost v tlaku by mohla být snížena z 50 až 90 procent. Tepelný odpor pěnového betonu je vyšší než tradiční pěnového betonu. Teplota by mohla dosáhnout až 1000 °C.
16
Monolitický geopolymer Syntéza geopolymerů na bázi alkalických polysialate byla dosažena pomocí alkalické aktivacenerostných surovin a křemičitého úletu. Monolitická litá anorganická pěna je založena na křemenném prachu, průmyslovém odpad, kde se přidá k roztoku obsahujícího dehydroxylovaný kaolinit a alkalický hydroxid z rozpuštěných peletek (silikátový draslíku). Pěna byla syntetizována z látek na místě připravených jako reakce dihydrogenu přes oxidaci volného křemíku (oxid křemičitý přítomný v prášku) a s vodou v alkalickém prostředí. Vzhledem k jeho potenciálu jako izolačního materiálu pro použití ve stavebnictví geomateriálů, byla tato pěna mohla být používána podobně jako dřevo-pěna kompozitní materiál při pokojové teplotě. Kompozitní mechanické vlastnosti byly studované ve vztahu k chemickými vlastnostmi. V současné době je zde politická i společenská poptávka po produktech, které vyžadují méně energie během výrobního procesu a jsou snadno recyklovatelné. Nové materiály musí vykazovat obdobné nebo lepší vlastnosti s ohledem na ty existující.
Materiály sdružující minerální pojiva a místní suroviny včetně celulózy lze nalézt ve všech kulturách a časových periodách. Avšak fyzické a chemické vlastnosti musí být dneska lepší. K tomu slouží výměna informací mezi jednotlivými složkami.
Tyto kompozity nejsou dobře známé. Dále nové cementové materiály známé jako geopolymery včetně většiny silikátů nebo hlinitokřemičitanů, mohou být použity jako náhrada za klasické hydraulicképojiva a z geopolymerních materiálů mohou být také použity schránky pro uzavření průmyslových odpadů. Bohužel, vzhledem ke krátkému času poznání, hydraulické a mechanické vlastnosti chování těchto materiálů stále obtížné. V předchozí práci jsme prokázali syntézu anorganických pěn s izolačními vlastnostmi.
V této práci popíšeme přípravu různých kompozitních materiálů na bázi křížení této pěny a dřeva. Za prvé, studujeme biokompatibilitu z chemické báze dřeva a mezi minerální směsí s pH-závislou kompoziční analýzou, termické analýzy a rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM). Následně jsme zkoumali mechanické vlastnosti kompozitu s uplatňováním testů na pozorování povrchového smyku.
experimentální část Počáteční geomaterial byl připraven z roztoku obsahujícího dehydroxylovaný kaolinit a KOH pelety (85,7% čistota) rozpuštěné ve draselném roztoku silikátu (Si / K = 1,70 mol, hustota 17
1,20), jak je popsáno na obrázku 1a. Průmyslové odpady, jako je oxid křemičitý úlet (0,7% hm volného křemíku, 97,5% hmotnostních z oxidu křemičitého, 0,275% hm oxidu) byl přidán k předchozímu roztoku. Reakční směs se poté vloží do uzavřených polystyrenových forem v peci při teplotě 70 ° C po dobu 6 h na dokončení polykondenzace reakce.
Obrázek 1: (a) Souhrnný protokol o in-situ anorganických pěnách se dřevem, (b) složené vzorky pro testování ve dvoulůžkovém smyku. 18
Materiál byl pak odstraněn z formy a vloží se do pece při teplotě 70 ° C po dobu 24 h na sušení. Během tohoto procesu, in-situ anorganické pěna na základě křemičitého úletu byla tvořena z in-situ plynných částic výroby dihydrogenfosforečnanu kvůli oxidaci volného křemíku (obsah v křemičitém úletu), vodou v alkalickém prostředí, což bylo potvrzeno pomocí TGA-MS experimentů. Trvanlivost materiálů přicházejících do styku s roztokem byla vyšetřována ponořením kusů v roztoku na různých počátečních hodnotách pH. PH tohoto roztoku byla sledována na s MeterLab PHM240 při 25 ° C. Chcete-li studovat dřevo, byly kousky jedle ponořeny do roztoku křemičitanu draselného, sodného, hydroxidu sodného, hydroxidu draselného a destilované vody odpovídající počáteční hodnoty pH ve výši 11,5, 12,6, 13,8 a 7,5. Poměr mezi hmotností dřeva a roztoku byl 0,17 (S = 8.3 g m dřeva a m roztoku = 49 g). Hodnoty pH roztoků byly pak měřeny v průběhu příštích 10 dní, jednou denně. Pěna byla ponořená v roztoku připraveného s kyselinou chlorovodíkovou, sodný hydroxid nebo destilovanou vodu s počátečními hodnotami pH 2, 6,5 a 10,5, resp. Hodnoty pH roztoku byla následně měřena po dobu 40 min, jednou za 2 min. Příprava kompozitů s požadovaným spojem pěny a dřeva. Reaktivní směs pěny je poměrně tekutá, takže bylo nutné aktivovat směs s cílem zvýšit viskozitu, čímž proběhlo tvarování materiálu. Směs se aktivuje umístěním v peci při teplotě 70 ° C po dobu 30 min. Jednou z účinných metod bylo, když směs byla uložena na dřevo uchováváné při pokojové teplotě. Za účelem testování mechanických vlastností rozhraní dřeva a pěny a jejich porovnání je lepidlo na rozhraní dřeva ve dvou vrstvách, vzorky byly syntetizovány podle vzorku, který je uveden na obr. 1b. Tři kusy dřeva (každý 200x100x30 mm) se připojuje pomocí dvou vrstev pěny (každá 100x100x5 mm) nebo průmyslovým lepidlem. Tloušťka jednotlivých vrstev byla stanovena s tolerancí.
Po formování byly vzorky umístěny v sušárně při 70 ° C po dobu 6 h. Získaný produkt se skládal z 5,3% a 94,7% v objemu pěny a dřeva, resp. To znamená poměr objemu Vpěny / Vdřeva kolem 0,06. Morfologie konečných výrobků byla stanovena pomocí Cambridge Stereoscan S260 rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM). Před jejich analýzy na uhlíkových vrstvách byl uložen na vzorcích. Mapování bylo realizováno pomocí Kα paprsků kyslíku (0,523 keV), hliník (1.487 keV), křemíku (1.740 keV) a draslíku (3.313 keV). Diferenční termické analýzy (DTA) a termogravimetrické analýzy (TGA) byly provedeny na charakterizování tepelné vlastnosti pevných látek. TDA-TGA experimenty byly prováděny v posloupnosti prací.
Vzorky mezi 25 a 1200 ° C s použitím Setaram SETSYS Evolution. Vzorky byly zahřáty na 10 ° C / min v suchém vzduchu. Vzorek použitý pro experiment DTA je přijata na rozhraní mezi dřevo a pěny. 19
Mechanické zkoušky ve dvoulůžkovém smyku byly provedeny dvě na Zwick / Roel testovácí zatížení Z300 stroj. vzorků, viz obr. 1b, byly testovány s maximální kompresí 50 kN. Měření přesídlení bylo dáno příčním posunem. Vzorek byl umístěn mezi dvěma tlakovými moduly a nižší modul byl vybaven závažím pro lepší přizpůsobení zátěže během testování. Zkoušky ve dvoulůžkovém smyku byly provedeny do doby prasknutí při konstantním posunutí a rychlost 0,5 mm / min. Z chování křivky byly vyhodnoceny záznamy pro každý materiál. Korekce křivek na začátku každé zkoušky byla provedena na kompenzaci mechanickému poškození.
výsledky Chcete-li ověřit sdružení dvou sloučenin, testy trvanlivosti v různých roztocích byly provedeny (obr. 2). Pro pěny, byly vybrány tři řady hodnot pH. Za přítomnosti základního média, řešení rychle dosáhne rovnováhy při pH 11,8, odhalují se velmi slabá interakce s pěnou. Pokud je snížení pH, je dosaženo rovnováhy po 2 min, což naznačuje, že jsou uvolněny v médiu malá množství základních druhů, což vede ke konečné hodnotě pH asi 11,8. Tato hodnota je charakteristická pro alkalické roztoky uhličitanu, což naznačuje, že některé druhy jsou uhličitany uvolněné ve vodním prostředí. Navíc, tyto druhy uhličitanu byly pozorovány dříve na termických analýzách ve spojení s MS spektrometry 5. Přítomnost uhličitanů a jejich mutací je silně vyjádřené v kyselém prostředí, kde je rovnováha mezi druhy uhličitanu a H + z HCl pozorována. Základní druhy inklinují ovládnout celkové pH kultivačního média, jako rovnovážné pH 11,8 je sledován i v původně kyselých rozpouštědlechl. Hodnota dosáhne na vysokou hodnotu pH a je v souladu s údaje o geopolymeru, které odpovídá přirozenému pH této látky. Na různé hodnoty pH, elementární analýzy dle ponoření v roztoku nebyly provedeny. Prvky získané ze základní směsi pěny jsou hlavně křemík a draslík méně než 2%. Tyto experimenty ukazují, že tyto vzorky jsou stabilní v základním a neutrálním médiu vzhledem k tomu, že jsou čištěny v kyselém prostředí v důsledku uhličitanů souvisejících s draslíkem přítomným ve vzorcích. Zdá se, že draslík se jeví dobrým kandidátem na podporu přenosu iontů. V případě dřeva, volba základních roztoků, jako je draslík silikát (*Si+ = 3 × 10-3 mol / L, *K+ = 1,9 × 10 mol / L), hydroxid sodný (*Na+ = 1,02 mol / L), hydroxidu draselného (*K+ = 1,175 mol / l) a výběr neutrálních řešení je realizováno v souladu s hodnotou pH směsi pěny, která je asi 14. Chování (obr. 2b) roztoku v kontaktu se dřevem byly velmi podobné a ukázala se jen malá změna. Tyto experimenty ukazují, že žádná škoda nevznikla, jako v případě pěny v kontaktu s roztokem předchůdce.
20
Obrázek 2: (a) Vývoj hodnoty pH roztoku na různých počátečních hodnotách pH v kontaktu s pěnou a (b) různé počáteční hodnoty pH v kontaktu se dřevem. Křivky tepelného toku ze dřeva odhalí tři oddělené oblasti (obr. 3 (a)). První oblast, v teplotě až do 150 ° C, odpovídá dehydratačnímu procesu. Druhý region vystavujících exotermních vrcholů označuje pyrolýzy celulózy a hemicelulózy, proces, který generuje emise CO2 a CO plynu. Exotermní chování pozorovatelné ve třetím regionu je vzhledem k ligninu a jeho rozkladu týkající se VOC generaci. Tepelné křivky anorganické pěny zobrazí dva endotermické vrcholy vyplývající ze ztráty dehydrované a strukturální vody. Tepelný tok křivka kompozitní se zdá být kombinací obou interagujících látek od maxim teplot rozkladu jsou posunuty k vyšším teplotám.
21
Tento efekt je v souladu s prací C. Di Blasi et al., který ukázal, že zásadité sloučeniny vysoce prospívají uhlíku, dehydratace a dekarboxylace reakce dřeva. Za těchto podmínek se zdá být složení více stabilní, prokazující existenci silného rozhraní podporujícího přenos iontů. Je obtížné kvantitativní pochopení různých tepelných toků. Ve skutečnosti, úbytek hmotnosti (ne daný) ze dřeva se pohybuje kolem 88%, přibližně 9% z pěny. Ztráta hmotnosti vzorku testovaných v DTA umožňují hodnocení jejího složení, pokud jde o dřevo a pěny. Při 800 ° C, dřevo / pěna kompozitní současnosti úbytek hmotnosti o 24% což znamená, složení 20% dřeva a 80% pěny. Kompozitní zobrazí pouze asi 20% tepelného toku dřeva.
Obrázek 3: Tepelný tok v závislosti na teplotě (a) dřevo, (b) pěna (intenzita x10) a (c) dřevo / pěna kompozitů.
Důkazy z testů životnosti ukazuje převod vyskytující se v rozhraní materiálu. S cílem zjistit možné chemické interakce mezi rozhraním dřeva a pěny, jsme provedli Xray mapování na rozhraní (obr. 4). 22
Obrázek 4: X-ray mapování kyslíku, hliník, křemík, draslík a realizován na rozhraní mezi dřevo a pěny.
Navíc, chemický rozbor popela ze dřeva odhalily přítomnost K, Si, Na, O a C, jak se očekávalo. X-ray mapování a výsledky odhalily vysoký obsah anorganických prvků, jako jsou Al, Si, O a K v pěně, jak se očekávalo. V případě dřeva, Si, Al a O intenzity prvkem jsou slabé, protože tyto prvky jsou ve slabé částku nižší, než 2-3%. Nicméně, silný signál draslíku byl pozorován ze dřeva nelze vysvětlit přítomností draslíku ve dřevě, ale kombinace obou draslíku ve dřevě a draslíku vydání z pěny. Ve skutečnosti, šíření draslíku. Zdá se, že odpovídá silného rozhraní v kompozitu. Opravdu jsme již dříve uvedli, že draslík může migrovat snadno, jako uhličitan draselný vodíku hydratační účinky, které mohou být povýšen na rozhraní.
23
Obrázek 5. () Mechanické vlastnosti vzorků s (i) složené a (ii) vrstvy lepidla testovány v dvojité vrstvě. (B) SEM pozorování.
Obr. 5a ukazuje zatížení a posunutí, resp. záznamy z klíčových testů. Dva druhy vzorků byly testovány: jeden s pěnovou vrstvou a další s průmyslovou vrstvou lepidla. Smykového napětí mělo poruchu zhruba 1,3 MPa pro dřevo / pěna kompozitní, a 2,4 MPa pro průmyslové lepidlo / dřevo kompozitu. Ačkoli pěna / dřevoplast vykazuje nižší smykové selhání při napětí, je to mechanická pevnost dostačující pro kompozitní-obsahující anorganické materiály. Kromě toho, anorganické pěna má zajímavé přidružené vlastnosti. SEM měření (obr. 5b) poskytují důkaz, že mechanická porucha v důsledku smykové napětí se vyskytuje v pěně samotné, a nikoli na rozhraní. Vyvstává tak křehké chování pěny a silná přilnavost pěny na podkladu dřeva.
24
závěr Prokázali jsme rozvoj izolačních kompozitních geomateriálů složených ze dřeva a in-situ anorganické pěny, která může být syntetizovány při nízké teplotě a s nízkou spotřebou energie. Interakce mezi pěnou a dřevem vede k tvorbě rozhraní s žádoucími mechanickými vlastnosti. Tyto vlastnosti v kombinaci s izolační vlastnosti pěny, které mohou být využity pro výrobu protipožárních dveře. Jiné studie již prokázaly možnost tvorby anorganických pěn s celou řadou jílů, zejména těch, které nevyžadují pálení. Bylo by dále velmi zajímavé prozkoumat vlastnosti nových kompozitů tvořených s touto pěnou.
25
Struskové a popílkové kompozity
Účinek důvodu granulované vysokopecní strusky (GGBFS) metodu přípravy (mokré, suché, frézované) na mechanickou pevnost popílku (FA)-na základě geopolymerů byla stanovena jako funkce post-lék tepelné expozici teplotu. Struska metoda přípravy ovlivněna mechanická pevnost FA-GGBFS geopolymerů obsahující 20-40% GGBFS, mokré> suché> mleté. FA-založené geopolymerů obsahující 20-40% mokré nebo suché GGBFS nebo 20% mleté GGBFS vykazovali vyšší tlakové silných stránek než pojivo materiálů při teplotách ≤ 1000 ° C. Výsledky naznačují, že přidání GGBFS vedlo ke snížení v rozsahu tepelného namáhání popraskání FA-založené geopolymerů po tepelné expozici až 1000 ° C. Struska metoda přípravy pravděpodobně ovlivňuje rychlost uvolňování vápníku druhů z strusky a může mít vliv na vápenopískové-hlinitokřemičitan vápenatý gel poměr eopolymeru výrobku, množství strusky k dispozici funkce jako microaggregate, pórovitost vlastnosti gelu výrobku a materiálu mechanické pevnosti.
Přestože metalurgických strusek nejsou tak dobře-charakterizovat jako metakaolin (MK) nebo popílku (FA), Nedávné studie ukázaly, že mohou být použity k výrobě geopolymerů. Mletá granulovaná vysokopecní struska (GGBFS), nebo struska, je vápník aluminosilicate1 zahrnující sklovité částečky pravidelných chemické homogenity ale nepravidelné morfologie. Struska obsahuje významný podíl sklivce materiál, který je velmi reaktivní vůči geopolymerization, obzvláště když použitý v kombinaci s další hlinitokřemičitanu výchozích materiálů. Například, byly připraveny z geopolymerů směsí kaolinit-nízké hladiny vápníku feronikl slag2, MK-slag3, a třída C FA-vysoké pece slag.4 abrasion5, fire6, a erosion4 odpor geopolymerů obsahující vysokopecní strusky byly stanoveny.
Yunsheng et al. zkoumána syntéza a těžkých kovů chování imobilizace geopolymerů připravené z MK-strusky směsi v závislosti na obsahu strusky a vytvrzování method3. Yip et al. zkoumal soužití geopolymerních gelu a křemičitanu vápenatého hydrátu (CSH) v MK-GGBFS geopolymers.7
Tato práce představuje systematickou určení vlivu Kromě GGBFS na fyzickém a mechanické vlastnosti geopolymerů připravených z FA. Účinky struska obsahu, struska metoda přípravy (mokré, suché, mleté) a post-lék tepelné expozici na mechanickou pevnost a tepelná stabilita geopolymerů byly stanoveny.
26
experimentální část Materiály Hlinitokřemičitanu výchozí materiál byl třídy F popílku (FA) (Boral Materiál Technologies). FA obsažené 53,94% SiO2, Al2O3 28,25%, a 7,29% Fe2O3. GGBFS (Holcim Ltd) obsahoval 37,75% SiO2, Al2O3 8,73%, 0,37% Fe2O3, 36,42% CaO, 13,69% MgO, 0,43% a Mn2O3. Draslík silikátové Kasil 6 (PQ Corporation) byl použit jako křemičitan. Kasil 6 bsahuje 26,5% SiO2 a 12,65% K2O. Kvalita činidla hydroxidu draselného (Aldrich) byl používán příprava strusky Strusky byla začleněna do geopolymerních v jedné z tři stavy: mokré, suché, nebo mleté. Wet obsažené strusky přibližně 10-12% vody a byl používán jako od výrobce. Suché strusky byla připravena topení mokré strusky v 80 ° C troubě přes noc. Mletá struska byla řipravena broušení suché strusky v kulový mlýn na 2 dny. Tabulka 1 popisuje částici distribuce velikosti pro GGBFS. Pro účely této studie, se předpokládá, že distribuce velikosti částic pro mokré a suché strusky byly podobné.
syntéza geopolymerů FA geopolymerů byly připraveny pomocí SiO2/Al2O3 = 4 a H2O/M2O = 2. K2O/SiO2 na silikátových použité řešení pro přípravu geopolymerních materiálů byla 1,72. V typickém Příprava byla draslíku silikátové a hydroxidu draselného ve směsi pro 24-hr období před použitím.
27
FA pak byla přidána intenzivního míchání pomocí rotační mixér po dobu 10 minut k formě geopolymeru pojiva. Strusky byla založena ruční míchání, s výjimkou v případě suché mleté strusky. Suché mleté strusky bylo zamíchal do geopolymerních pojiv pomocí otočného mixer po dobu 2-3 minut. Materiály byly převedeny do formy na plasty, na něž se vztahuje s plastovou top, dovoleno sedět při pokojové teplotě přes noc, a vytvrzuje při 90 ° C po dobu 5 dnů. Po vytvrzení materiály byly chlazeny a koná se pod okolním podmínkám před analýzou. Množství strusky začleněna v rozmezí 20 až 80 hm. % A měnit strusky metodu přípravy. Post-Cure tepelné expozice Po vytvrzení při 90 ° C, materiály byly umístěny v troubě při 300, 500, 800, nebo 1000 ° C po dobu 1 hodinu. Po post-lék tepelné expozici, byly materiály ovoleno se ochladit na vzduchu na pokojovou teplota před analýzou.
mechanická pevnost analýza Pevnosti v vytvrzené geopolymerů byly stanoveny na ELE komprese tester ovládat pomocí 200 lbf / s rychlosti deformace v souladu s ASTM C109. Test vzorky byly 2 x 2 x 2 cm kostky. Všechny hodnoty uvedené v současné práce jsou v průměru Výsledky získané pro tři vzorky.
výsledky a diskuze Obrázek 1 ukazuje fyzický vzhled popílku-založené geopolymerů připravených s využitím mokrý, suchý, nebo mleté GGBFS po vytvrzení při 90 ° C a post-lék tepelné expozici 500 ° C nebo 1000 ° C. Mokré strusky byl snadno začleněny v koncentraci 20-80% do popílku-pojiva. Dobrá kvalita materiály byly připraveny s použitím 20-60% suché strusky a 20-40% mleté strusky. Pojiva materiál vystavoval známky praskání po zahřátí na 1000 ° C, zatímco materiály obsahující GGBFS vystavoval ne znatelný popraskání povrchu materiálu po tepelném expozici za stejných podmínek.
28
Obrázek 2 ukazuje pevnost v tlaku jako funkce obsahu GGBFS a metoda přípravy na FAzaložené materiálů. Obecně platí, že přídavek 20-40% mokré nebo suché strusky měl pouze okrajový vliv na pevnost materiálu, s předností v rozmezí from 6160-7950 psi. Navíc o 6080% mokré nebo suché strusky vedlo ke snížení síly, aby cca 980-3270 psi. Pro GGBFS FA29
materiály, přidáním mleté strusky snížené pevnost v tlaku až 5050 a 4000 psi pro materiály s obsahem 20 a 40% mleté strusky, příslušně.
Obrázek 3 ukazuje zbytkové tlakové síly jako funkce post-termální kúra expozici FA-založené geopolymerů obsahující mokré, suché, nebo mleté GGBFS. Pro pojiva a materiály obsahující mokra strusky, bylo zjištěno, že pevnost v tlaku rychle klesá s rostoucí teplotou, ačkoli sílu FA-GGBFS materiálů, které obsahují 20-40% GGBFS bylo srovnatelná nebo vyšší než pojiva po zahřátí na 300-500 ° C. Síla materiálů, které obsahují 60% mokré strusky zůstal relativně konstantní na přibližně 3100 psi až do post-vytvrzovací teplotu dosáhne 500 ° C, Poté klesla. Pevnost materiálu obsahující 80% za mokra GGBFS byla nízká, cca 1000 psi, a zůstal relativně konstantní během tepelné expozice. Zbytková pevnost materiálů obsahující 20-40% suché GGBFS byla větší než pojiva a zůstal poměrně konstantní po zahřátí na 300 ° C, ale poklesla na další topení do 500 ° C. Po zahřátí až 1000 ° C, pevnost materiálů obsahující 20 nebo 40% sušiny GGBFS bylo 1600 a 3100 psi, resp. Síla materiál, který obsahuje 60% sušiny GGBFS zůstal relativně konstantní u přibližně 1700 psi při tepelné expozici 800 ° C, a zvýšil na 2130 psi po zahřátí na 1000 ° C. Pro FA-GGBFS materiál obsahující 20% mleté strusky, zbytkové pevnost po zahřívání při 300 ° C byla přibližně 6500 psi a klesl na 4960 psi po zahřátí na 500 ° C, ale oba byli silnější než pojivo materiál ekvivalentní teploty. Síla FA-založený materiál, který obsahuje 40% mleté strusky byla nižší, přibližně 3200 psi, a zůstal relativně konstantní teplota ≤ 500 ° C.
30
31
Předchozí studie ukázaly, že přidání GGBFS na metakaolin8-nebo FA-based9 geopolymerů vyústí ve vytvoření křemičitanu vápenatého (CS) nebo vápníkem hlinitokřemičitanu (CAS) gel, v závislosti na uvolňování AlO4 - Tetrahedra z hlinitokřemičitanu zdrojového materiálu. V FA-GGBFS systému očekáváme vydání AlO4- Vzhledem k uvolňování vápníku z druhů struska být nízký, pravděpodobně za následek vytvoření křemičitanu vápenatého gel produktu. Příprava struska metod, které mohou ovlivňuje rychlost uvolňování vápníku z druhů strusky a může mít vliv na CS-CAS poměr ve výrobku gelu geopolymeru, množství strusky k dispozici funkce jako microaggregate, pórovitost vlastnosti gelu výrobku a materiálu mechanické pevnosti.
Jak uvedla Kong a Sanjayan10 a Pan et al.11, tepelná expozice za následek snížení zbytkové pevnosti pro oba pojiva a očerňovat-obsahovat materiály, pravděpodobně v důsledku dehydratace / dehydroxylace, fázové změny, a pórovitost změny způsobené zvýšenými teploty.
závěry Struska metoda přípravy ovlivnil mechanické pevnosti FA-GGBFS geopolymerů obsahující 20-40% GGBFS, mokré> suché> mleté. Struska začlenění snížení rozsahu a velikosti trhliny v důsledku tepelné namáhání pozorován po post-lék tepelné expozici až 1000 ° C. Pro FA-založené materiálů, incorporation 20-40% (mokré, suché), nebo 20% mleté GGBFS vyústil v materiálech vystavujících vyšší pevnost v tlaku po post-lék tepelné expozici 300 až 800 ° C, než je analogický pojiva. Z těchto výsledků jsme k závěru, že přídavek na GGBFS geopolymerů zvyšuje materiálu tepelná stabilita, celková pevnost materiálu je pravděpodobně příbuzný strska způsob přípravy, struska obsahu, post-lék tepelné expozice teploty, a mikrostruktury vlastnosti výsledného geopolymeru gel produktu.
32
Vyztužené geopolymery
Geopolymeru matice je ideální pro začlenění různých výztuh pro strukturální aplikace. V případě tohoto experimentu, posily se vysokou pevností v tahu polypropylen (PP) sekaná vlákna délek 0,5 ", 1" a 2 ". vlákna byly přidány krocích 0,92, 1,01, 1,32, 2,48 a hmotnost procent. Tyto vzorky pak byly testovány v tříbodový ohyb přístroj na nakládací rychlosti 176 newtonů za minutu. Maximální napětí pro každý vzorek byl pak ve srovnání s čisté, nonreinforced, sodík geopolymer matice. Vzorků připravených pomocí 0,5 "vlákna dosaženo průměrné maximální namáhání 9,9 ± 0,5, 9,0 ± 1,3, 9,9 ± 3,0, a 15,1 ± 1,5 MPa, respektive pro zvýšení hmotnosti procent vlákna. Vzorků připravených pomocí 1 "vlákna měl průměrnou maximální napětí o 9,6 ± 3,8, 10,5 ± 1,6, 12,4 ± 1,34 a 14,4 ± 1,0 MPa s ohledem na zvýšení obsahu vlákniny. Vzorků připravovány s 2 "vlákna měl průměrnou maximální napětí o 9,0 ± 0,9, 11,2 ± 1,4, 13,5 ± 1,7, a 18,3 ± 0,8 MPa s příslušným zvýšením složení vláken. Tato data byla porovnána s Průměrná maximální napětí dosaženo čistého sodíku geopolymerních (NaGP) o 1,8 ± 0,5 MPa. Od tohoto data byly vypočteny Weibullova statistika ke stanovení mechanické spolehlivosti materiál. Podle Weibullova statistika pro každého vlákna použité délka, 0,92, 1,01, 2,48 a vzorků procento hmotnosti vyrobeny nejspolehlivější údaje, kde se vzorky 1,32 hmotnostních procent produkoval data, která byla rozumně spolehlivá, zatímco čistá geopolymerních vzorky nepřinesly spolehlivé údaje. Geopolymerů jsou třída z keramického materiálu první nahlášené v Davidovits 19781. Tento materiál třídy se skládá z keramiky pocházející z koloidní reakce hlinitokřemičitanů s aktivátor složené z vodného hydroxidy a křemičitany. Reakce zahrnuje řešení silikátu z hydroxidu sodného (NaOH), amorfní oxid křemičitý (SiO2) a vodu (H2O). Toto je pak v kombinaci s hlinitokřemičitanu zdroje, například metakaolin (Al2O3 ∙ 2SiO2), dehydrované forma kaolinitu hlíny. Geopolymeru reakce je následující:
Jednou připravený roztok může být obsazen do požadovaného tvaru a vyléčit v blízké okolní podmínky v relativně krátkém čase. Vlastnosti pevné a kapalné geopolymerních komponenty přímo ovlivňují konečný výrobku. Fyzikálních vlastností pevných hlinitokřemičitanu (např. velikost částic a specifické plocha), zda to bude částečně nebo úplně oddělit, zatímco silikátové řešení bude určit, zda je pevný bude částečně nebo zcela nerozpustí. Vlastnosti silikátových Řešení určit rozpadu a rekombinace hlinitokřemičitanu struktury, stejně jako polykondenzace a poplatek rovnováhu reakce systému. 33
Využití geopolymerů pro strukturální aplikace je omezena vlastnostmi čistý geopolymeru systému. Stejně jako ostatní keramiky, geopolymerů mají své silné v komprimaci a tvrdost aplikací, a oni jsou slabí v tahu a ohybu zatížení. K vyrovnání inherentní slabina v ohybu zatížení, je možné posily být přidány, v tomto případě vlákna posily. Vlákno posily pomoci zlepšit ohybu vlastnosti geopolymerních Vzorek přes crack deformací a přemostění trhlin mechanismy. Tato studie se nezabývá vydání tahové slabosti nebo tahem posílení mechanismů. experimentální postup
Příprava vzorku Geopolymeru vzorky byly vyrobeny z křemičitanu sodného metasilicate řešení spočívající hydroxidu sodného, pyrogenní oxid křemičitý, (Cabot, Tuscola, IL) a destilované vody v poměru uvedený v tabulce I, což odpovídá molární poměry Na2O 11H2O • • 2SiO2. Sodného metasilicate řešení bylo v kombinaci s metakaolin syntetizovat geopolymerních produktu. Použitím vysoce pevnost v tahu z polypropylenu (PP) vlákna (Innegrity Inc, Greer, SC), různé délky, 0,5 ", 1 "a 2", jakož i různá množství vláken v matrici geopolymeru, viz., 0,92, 1,01, 1,32, 2,48% hm, mohlo by to studie prokázat vliv vyztužené vlákny na mechanické vlastnosti geopolymerních matice. Čísla 1 (a) až (c) jsou SEM micrographs vlákna, kde byly snímky pořízené s JEOL 6060LV SEM. Tabulka II uvádí relativní podíl sodíku metasilicate řešení, metakaolin a PP vlákna, které tvoří každou vzorků. Vzorky byly připraveny v sobě spojují odpovídající množství jednotlivých komponent geopolymeru mix. Za prvé, metakaolin a sodíku metasilicate byly smíšené s homogenní soulad s použitím vysoké smykové mixer (Model RW20DZM, IKA, Německo). Jakmile se geopolymeru pasta byla připravena, byla začleněna vlákna nízkou smykem, mechanické míchání. Po vlákna byla začleněna tyče byly obsazeny v 1 "x 1" x 6 "plastových forem. Tyče byl léčen v ochranné atmosféře na 50 ° C a relativní vlhkosti 20 procent pomocí TestEquity model 1007H teplota-vlhkost senátu (TestEquity, Moorpark, CA). Po dobu 24 hodin, vzorky byly odebrány z komory, a demolded, na kterém místě byli připraveni na testování jejich síly v ohybu tříbodový ohyb.
34
testování vzorku
Vzorky byly testovány podle normy ASTM C78 protokoly jako průvodce. Přístroj používá pro testování bylo Instron Univerzální zkušební stroj, model 5882 s 50 kN snímač zatížení. Vzorky byly rozděleny do tří konfiguraci bod ohybu se dnem podporuje 40 mm na obě strany z místa nakládky na horním povrchu. Pro testování byly vzorky se obrátil na své straně ve vztahu k jejich pozici tvarované. Vzorky nebyly předem, jak je předepsáno ASTM. Vzhledem k tomu, odhad pro 35
konečný zatížení nebylo známé vzorky nelze předem. Rychlost zatěžování na vzorku byl stanoveno podle rovnice 1 takto:
V této rovnici, r je míra zatížení v Newtonech za minutu, S je rychlost vzrůstu maximálního napětí na napětí v obličeji MPa / min, který byl vzat být 0,86 MPa / min, b je průměrná Šířka vzorku, d je průměrná hloubka, kde byli oba přijata být 25.4 mm, a L je rozpětí délky, který byl vzat být 80 mm. Z této rovnice, vypočtené zatížení byla míra 176 N / min. analýza vzorku
Z pozorovaných údajů ze zkoušek, pevnosti v ohybu (MOR), v jednotkách pascalů byla vypočítá podle rovnice 2:
V této rovnici, R je modul v ohybu (v Pa), P je maximální zatížení použít (v N), L je rozpětí délky (měřeno třeba 80 mm). Ve jmenovateli, b je průměrný vzorek na šířku zlomeniny, a d je průměr vzorku hloubku lomu, oba jsou konstantní hodnoty 25,4 mm. Po výpočtu MOR, byla data osnoval proti vzoru kmene produkovat stres versus diagram, který byl použit k analýze mechanických vlastností vyztužené materiály. MOR je hlášena jako pevnost ohybu vzorků jsou tyto podmínky jsou zaměnitelné. K výrobě Weibullova statistiky požadované řadě výpočtů a údajů pozemků, kde sbližování pravděpodobnost poruchy byla poprvé určena pomocí rovnice 3:
kde F je pravděpodobnost poruchy, n je pořadí vzorku v rámci svých vzorku bazén a, N je počet vzorků. Od tohoto data, spiknutí přírodních log 1 / *1-F]
36
versus přirozený protokol stres (lnσ) byl zakreslené a řada nejvhodnější použít na grafu. Sklon této linie, m, byl pak používán přiblížit se pravděpodobnosti zlomeniny u dotyčného vzorku za sadu. Poté, co určí, tato pravděpodobnost byla použita v rovnici 4 určit skutečný objem ve stresu.
kde v je objem vzorku (98,3 cm3), a m je Weibullova modul. Po stanovení efektivní hlasitost, funkce Weibullova vypočítat pomocí rovnice 5:
kde F je funkce Weibullova, Veff je efektivní objem z rovnice 4, a σ je aplikovaného napětí, σo je normalizace napětí (když pravděpodobnost poruchy je 0.632), přináší jako m Weibullova modul. Kterým se stanoví standardní odchylka dat je důležité, protože tato hodnota je použita k ověření konzistenci dat. Data jsou více replikovatelné, když směrodatná odchylka je nízká hodnotu. Směrodatná odchylka byla vypočtena pomocí rovnice 6:
kde S je směrodatná odchylka, σi je síla jednotlivých zkušební tyče, je průměrná pevnosti vzorku set, a N je počet vzorků výsledky a diskuze
Tříbodový ohyb ohybu pevnost zesílené geopolymerních matice byla stanovit pomocí Instron Univerzální zkušební stroj. Výsledná data pak byla kvantitativně analyzovány. Z měření lomu pod 3-bodové zatížení, data, která bylo nejdůležitější, aby tato studie byla maximální průhyb sílu. Srovnávat to přirozený ohyb stres geopolymerních umožňuje kvalitativní srovnání nárůst ve třech bod ohybu pevnost matrice. Graf 2 srovnává průměrné maximální průhyb síly pro každou třídu vzorku připraveny a testovány. To zahrnuje tři různé délky vláken testováno a různé složení vláken na základě hmotnostních procent vzorku. Maximální pevnost při 0,92 hm% došlo v 0,5 "dlouhá vlákna, zatímco u každé jiné složení maximální pevnost bylo dosaženo použitím 2 "dlouhá vlákna. Až tři silné bod ohybu 1,76 MPa, 9,96 37
MPa, 11,22 MPa, 13,63 MPa a 18,33 MPa bylo dosaženo s ohledem na rostoucí složení vzorků, od čistého sodíku geopolymerních.
Čísla 3-5 arů pozemků Weibullova funkce jednotlivých složení vzorku s použitím různých vlákno délky. Údaje za 0,92, 1,01, 2,48 a hm% vzorků složení byly nejvíce konzistentní a spolehlivé na základě funkce Weibullova pozemcích. Za 1,32% hmot složení 1 " vlákno je spolehlivá data, zatímco 0'5 "a 2" vlákno údaje by měly být považovány, ale nejsou považovány za spolehlivé. Pomocí spiknutí Weibullova čisté geopolymerních vzorky, byl závěr, že se tento materiál je neodmyslitelně křehký a selhání bod je nepředvídatelný.
38
Fig.3 Weibull function vs natural log of mean failure stress for 0.5" fibers
Fig.4 Weibull function vs natural log of mean failure stress for 1" fibers
39
Fig. 5 Weibull function vs natural log of mean failure stress for 2" fibers
Fig. 6. Mean maximum flexure stress of 0.5" fiber reinforced geopolymer
40
Fig.7. Mean maximum flexure stress of 1" fiber reinforced geopolymer
Fig.8 Mean maximum flexure stress of 2" fiber reinforced geopolymer Srovnáme-li maximální průhyb silné posílení vzorků k pevnosti čistý geopolymerního vzorek vykazoval zvýšení o 466%, 538%, 674% a 941% u 0,92 hm% (0,5 "vlákna), 1,01% hm (2" vlákna), 1,32% hm (2 "vlákna), a 2,48% hm (2" vlákna) kompozice, resp. Minimální ohybu pevnost zesílené geopolymerních v porovnání k síle čistého geopolymerních uvedených procent se zvyšuje o 410% (2 41
"vlákna), 410% (0,5 "vlákna), 465% (0,5" vlákna), a 719% (1 "vlákna), v závislosti na zvyšující se vlákna složení.
Čísla 6-8 zajištění maximální průhyb síly pro každý vzorek složení pomocí PP vlákna jako posily, kde se chybové úsečky označují čtrnácté do osmdesátýšestého percentil údajů shromážděných během testování. U vzorků připravených s 0,5 "vlákny zvyšuje v ohybu pevnost s ohledem na zvýšení obsahu vlákniny byly 464%, 409%, 463% a 757%. Pro vzorků připravených s 1 "vlákna, zvyšuje pevnost v ohybu v závislosti na zvyšující se obsah vlákniny byly 447%, 493%, 601% a 716%. %. U vzorků připravených s 2 " vlákna se zvyšuje pevnost v ohybu v závislosti na zvyšující se obsah vlákniny byly 409%, 536%, 672% a 938% v závislosti na zvyšující se vlákna složení vzorků. Tato data a další statistické údaje pro vzorky je sestavena v tabulce II výše.
42
závěry
V této studii, vlákny vyztužená geopolymerních Vzorky byly připraveny přidáním PP sekaná vlákna, v závislosti na pre-určoval váhu procent z celkové hmotnosti vzorku. závěru bylo dosaženo, že i ty nejmenší přidání výztuže, dramaticky vzrostl ohybu pevnost geopolymerních kompozitu. Chcete-li ověřit studii o tom, jak ovlivní vláken ohybu pevnost kontrolované množství vláken na základě hmotnosti procent z celkového vzorku byly přidáno. Druhé proměnné, délka vlákna, byl představen k vyšetřování jejich vliv na průhyb Síla geopolymerních kompozitu. Převládající problém s přípravou vzorků mechanicky přidáním vláken kapalina geopolymerního pasta bylo, že více vláken jsou přidány, zapletení vláken dojde, což komplikuje proces vytváření homogenních vzorků. Tento problém byl komplikované při použití delší vlákna, jako zapletení se stal problém při menší přídavek vlákna. Nicméně, tento problém nebyl natolik významné, aby snížila výsledky tohoto studie. Pozemku Weibullova pro vzorky připravené s 2,48% hmot z 2 "vlákna prokázala , že data byla spolehlivá pro vzorek testován bazénu.
43
Odkazy 1 J.
Davidovits, Geopolymer Chemistry & Applications, Institute Geopolymer, 469476 (2008). 2 E. Leifke, Industrial applications of foamed inorganic polymers, Geopolymer ’99 Proceedings, 189 (1999). 3 G. Schmidt, P. Randel, H-W. Engels and B. Geick, (1993), Furnace with in situ foamed insulation and process for its manufacture, PCT publication WO93/04010, US Patent 5,485,986 (1996). 4 S. E. Wallah, B. V. Rangan, Low-calcium fly ash-based geopolymer concrete: longterm properties, Research report GC2 faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Perth, Australia, 12-20 (2006). 5 M. D. J. Sumajouw, B. V. Rangan, Low-calcium fly ash-based geopolymer concrete: reinforced beams and columns, Research report GC3 faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Perth, Australia, 15-26 (2006). 1 I. Ganguly, C.T. Koebel, and R.A. Cantrell, A categorical modeling approach to analyzing new product adoption and usage in the context of building materials industry, Technological Forescating and social change, 10.1016/j.techfore.2009.10.011 (2009). 2 F. Shvara, P. Svoboda, J. Dolezal, Z. Bittnar, V. Smilauer, L. Kopecky, and R. Sulc. Geoplymer concrete - An ancient material too?, Ceramics Silikaty, 52 (4), 296-298 (2008). 3 J.L. Provis, V. Rose, S.A. Bernal, and J.S.J. van Deventer, High resolution nanoprobe X ray fluorescence characterization of heterogeneous calcium and heavy metal distributions in alkali-activated fly ash, Langmuir, 25(19), 11897-11904 (2009). 4 Buchwald A., Geopolymer binders Part I., ZKG International, 60 (12), 78-84 (2007). 5 E. Prud’homme, P. Michaud, E. Joussein, C. Peyratout, A. Smith, S. Clacens, J.M. Clacens, S. Rossignol, J. of Eur. Ceram. Soc. 30, 1641-1648 (2010) 6 Z. Aly, E.R. Vance, D.S. Perera, J.V. Hanna, C.S. Griffith, J. Davis, D; Durce, 2008, Aqueous leachability of metakaolinbased geopolymers with molar ratios of Si/Al=1.5-4, Journal of Nuclear Materials 378, 172179 (2008) 7 R. Cerc Korosec, B. Lavric, G. Rep, F. Pohleven, and P. Bukovec, Thermogravimetry as a possible tool for determining modification degree of thermally treated Norway spruce wood, J. Therm. Anal. and Calorim., 98, 189-195 (2009). 8 M. Jeguirim, and G. Trouvé, Pyrolysis characteristics and kinetics of Arundo donax using thermogravimetric analysis, Bioressources technology, 100, 4026-4031 (2009). 44
C. Di Blasi, A. Galgano, and C. Branca, Influence of the chemical state of alkaline compounds and the nature of alkali metal on wood pyrolysis, Ind. Eng. Chem. Res.,48, 33559-3369 (2009). 10 L. Etiegni, A.G. Campbell, Physical and chemical characteristics of wood ash, Bioressource Technology, 37 (2), 173-178 N. Tsuyuki, K. Koizumi, Granularity and Surface Structure of Ground Granulated Blast-Furnace Slags, J. Am. Ceram. Soc., 82, 2188–2192 (1999). 2 K. Komnitsas, D. Zaharaki, V. Perdikatsis, Geopolymerisation of Low Calcium Ferronickel Slags, J. Mater. Sci., 42, 3073–3082 (2007). 3 Z. Yunsheng, S. Wei, C. Qianli, C. Lin, Synthesis and Immobilization Behaviors of Slag Based Geopolymer, J. Hazard. Mat., 143, 206–213 (2007). 4 K.C. Goretta, N. Chen, F. Gutierrez-Mora, J.L. Routbort, G.C. Lukey, J.S.J. van Deventer, SolidParticle Erosion of a Geopolymer Containing Fly Ash and Blast-Furnace Slag, Wear, 256, 714–719 (2004). 5 S. Hu, J. Wang, G. Zhang, Q. Ding, Bonding and Abrasion Resistance of Geopolymeric Repair Material Made with Steel Slag, Cement & Concrete Composites, 30, 239–244 (2008). 6 T.W. Cheng, J.P. Chiu, Fire-Resistant Geopolymer Produced by Granulated Blast Furnace Slag, Miner. Eng., 16, 205-210 (2003). 7 C.K. Yip, G.C. Lukey, J.S.J. van Deventer, The Coexistence of Geopolymeric Gel and Calcium Silicate Hydrate at the Early Stage of Alkaline Activation, Cement Concrete Res., 35, 1688–1697 8 C.K. Yip, J.S.J. van Deventer, Microanalysis of Calcium Silicate Hydrate Gel Formed Within a Geopolymeric Binder, J. Mater. Sci., 38, 3851-3860 (2003). 9 S. Kumar, R. Kumar, S.P. Mehrotra, Influence of Granulated Blast Furnace Slag on the Reaction, Structure and Properties of Fly Ash Based Geopolymer, J. Mater. Sci., DOI 10.1007/s10853-0093934-5. 10D.Y. Kong, J.G. Sanjayan, Damage Behavior of Geopolymer Composites Exposed to Elevated Temperatures, Cement & Concrete Composites, 30, 986–991 (2008). 11Z. Pan, J.G. Sanjayan, B.V. Rangan, An Investigation of the Mechanisms for Strength Gain or Loss of Geopolymer Mortar after Exposure to Elevated Temperature, J. Mater. Sci., 44, 1873–1880 9
3Hongling
Wang, Haihong Li, Fengyuan Yan, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 268, Issues 1-3, 31 October 2005. 45
4Zhang
Yunsheng, Sun Wei, Li Zongjin, Zhou Xiangming, Chau Chungkong, Construction and Building Materials, Volume 22, Issue 3, March 2008. 5Richerson, David W., Modern Ceramic Engineering Second Addition, Marcel Dekker, Inc.
46
