17738

17738

شناسايي و توليد آزمايشگاهي سيمان ژئوپليمري مقاوم در محيط اسيدي

دكتري

مهندسي شيمي

خرداد 1396

دكتر اله وردي

مهندسي شيمي

سيمان پرتلند در محيط‌هاي اسيدي از دوام كافي برخوردار نبوده و در اين گونه‌ محيط‌ها دچار تخريب مي‌شود. به همين دليل لازم است تمهيدات لازم براي مقابله با اين مشكل انديشيده شود. هدف اصلي در اين پژوهش، شناسايي و توليد آزمايشگاهي سيمان‌هاي ژئوپليمري مقاوم در محيط ‌اسيدي مي‌باشد. بدين منظور در ابتدا پس از بررسي واكنش‌پذير بودن مواد اوليه و قابليت استفاده از آنها در توليد سيمان‌ ژئوپليمري از بين مواد آلومينو سيليكاتي در دسترس، پوزولان تفتان، پودر شيشه، پودر آجر و خاكستر بادي به عنوان مواد اوليه مناسب انتخاب گرديدند. هم‌چنين به منظور اصلاح تركيب شيميايي و بهبود واكنش پذيري مواد اوليه از اصلاح‌كننده‌هاي معدني موجود همچون سيمان‌هاي آلومينايي و سرباره‌هاي صنعتي كمك گرفته شد. در ادامه فرآيند فعال‌سازي قليايي مخلوط‌هاي مواد اوليه صورت گرفت و تاثير عوامل مهم شامل تركيب شميايي و درصد اكسيدهاي موجود در مواد اوليه و محلول فعال‌ساز بر مقاومت فشاري چسباننده بررسي شد و فرمول بهينه براي ملات‌هاي سيماني بدست آمد. سپس جهت برآورد اوليه از عملكرد دوامي سيمان‌هاي ژئوپليمري در محيط‌هاي اسيدي، دوام آزمونه¬هاي ملات در كلريدريك اسيد و سولفوريك اسيد با pH تقريباً برابر 5/0 به مدت دو ماه بررسي شد و سيمان هاي ژئوپليمري فاقد دوام مناسب از فهرست اوليه حذف شدند. در پايان آزمايش‌هاي اصلي بررسي عملكرد دوامي در محيط‌هاي اسيدي با غوطه‌وري آزمونه‌هاي ملات ساخته شده از سيمان‌هاي ژئوپليمري پايه پودر آجر، پودر شيشه و خاكستر بادي و همچنين ملات سيمان پرتلند و ملات سيمان آلومينايي به عنوان آزمونه هاي مرجع در كلريدريك اسيد و سولفوريك اسيد با pH تقريباً برابر 1 به مدت 6 ماه و pH تقريباً برابر 3 به مدت 24 ماه انجام شد و عملكرد دوامي مخلوط‌هاي سيماني در محيط‌هاي اسيدي قرار گرفت. يافته هاي اين تحقيق ثابت نمود كه ملات‌هاي ژئوپليمري بخصوص ملات ژئوپليمري پايه پودر شيشه و خاكستر بادي نسبت به آزمونه¬هاي مرجع در محيط هاي اسيدي و خورنده به مراتب با سرعت كمتري دچار تخريب مي-شوند، بطوري‌كه ميزان افت وزني اين سيمان‌ها در پايان دوره آزمايش به ترتيب در حدود 60% و 50% براي كلريدريك اسيد و 50% و 50% براي سولفوريك اسيد كمتر از ملات سيمان پرتلند بود. افت مقاومت فشاري اين سيمان‌ها نيز در همين شرايط به ترتيب در حدود 40% و 60% براي كلريدريك اسيد و 60% و 60% براي سولفوريك اسيد ثبت شد، در حالي كه مقاومت فشاري ملات سيمان پرتلند تنها پس از طي حدوداً 4 ماه در كلريدريك اسيد و 3 ماه در سولفوريك اسيد بطور كامل افت پيدا نمود.

1396/06/18

1/1/1900 12:00:00 AM

This research work presents a study is on the synthesis and characterization of acid-resistant geopolymer binder. In the first stage, based on preliminary experiments on the reactivity and suitability of different geopolymer precursors, taftan pozzolan, waste-glass powder (WGP), clay brick waste powder (CBWP) and fly ash (FA) were selected as geopolymer source materials. Some commercially available additives such as calcium alumina cements (Fundo, Secar 71 and Secar 80) and phosphorous slag were also incorporated into the dry binders in order to increase the reactivity of source materials. The selected blends were then activated by aqueous solution of NaOH and sodium silicate with different Na2O contents and SiO2/Na2O ratios and the effects of a number of major factors such as chemical composition of the source materials and the nature and concentration of alkali activators on the compressive strength of resultant geopolymer mortars were investigated. Besides, the optimized geopolymer mortars tested for workability, setting time, free-alkali content and tendency towards efflorescence formation. X-ray diffractometry (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) analyses were also performed to characterize the molecular- and micro- structures of the produced geopolymers. In the next stage, the optimized geopolymer specimens (WGP-, CBWP- and FA-based geopolymer mortars) were immersed in HCl and H2SO4 solutions of pH=1 and pH=3 for 6 and 24 months, respectively, to monitor changes in the physical and mechanical properties of the mortars. These experiments were repeated with Portland cement and high alumina cement mortars as control specimens. Microstructural and characterization tools were also employed to examine the compositional and microstructural changes of the geopolymers. The findings showed the superior performance of WGP- and FA-based geopolymer mortars against both acidic solutions compared to the control mortars, as indicated by the significant lower strength loss and lower mass change. Meanwhile, the CBWP-based geopolymer mortar was less susceptible to acid attack than the control mortars; however, superior enhancement in durability properties was not achieved in this case. The results, finally, demonstrate a new potential of value-added reuse application for WGP and FA (by adding suitable additives) in production of acid-resistant geopolymer binders.