Структурна та мікроскопічна характеристика альтернативного низькоенергетичного в'яжучого, що містить Ca(OH)2 в якості лужного активатора

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233182

Ключові слова:

низькоенергетичне в'яжуче, лужний активатор, метакаолін, пуццоланова реакція, горб дифрактограми, аморфна фаза, поляризований оптичний мікроскоп

Анотація

Розробка потенційних альтернативних портландцементу в'яжучих як і раніше стає глобальною проблемою в житловому та інфраструктурному аспектах. Це пов'язано з тим, що цемент і бетон стають основними матеріалами будівельних конструкцій. Звичайний портландцемент може утворювати тверду масу при змішуванні з водою в певному співвідношенні. Це пов'язано з утворенням фаз еттрінгіта і гідрату силікату кальцію (CSH), які сприяють міцності продуктів гідратації близько 33–53 МПа. Однак при виробництві клінкеру температура виготовлення портландцементу може досягати 1500 °C. Для зниження споживання енергії і собівартості виробництва, вчені намагалися використовувати пуццоланові матеріали.

Також проводяться дослідження пуццоланових матеріалів в якості лужно-активованого цементу, такого як грунтоцемент або геополімерний цемент. Отже, необхідне краще розуміння пуццоланової реакції та продуктів гідратації. У даній роботі були вивчені продукти гідратації низькоенергетичних в'яжучих, що складаються з сумішей Ca(OH)2-SiO2 і Ca(OH)2-метакаолін-гіпс.

Гідратовані продукти сумішей 41 мас. % Ca(OH)2 – 41 мас. % метакаоліну – 18 мас. % гіпсу з подальшим затвердінням у воді при 50 °C протягом 28 днів піддавалися пуццолановій реакції. Рентгеноструктурний аналіз показав, що гідратований продукт в основному складається з еттрінгіта (60,0 %) і кристалічного CSH (23,4 %). Отримані дифрактограми показали характерний горб, який вказує на наявність аморфних фаз поряд з кристалічними. Для підтвердження наявності некристалічних або аморфних фаз гідратованих продуктів використовували поляризаційний оптичний мікроскоп (ОМ) з використанням методу схрещених ніколей. Характеристика фаз є новизною цього дослідження. Еттрінгіт, кристалічний CSH і аморфні фази діють як міцне в'яжуче, що сприяють середній максимальній міцності на стиск 22,17 МПа

Спонсор дослідження

  • This research is self and partially funded by the Faculty of Mechanical and Aerospace Engineering, Bandung Institute of Technology, Bandung, Indonesia

Біографії авторів

Aditianto Ramelan, Bandung Institute of Technology

Doctor of Engineering

Department of Materials Science and Engineering

Adhi Setyo Nugroho, Bandung Institute of Technology

Bachelor of Engineering

Department of Materials Science and Engineering

Teti Indriati, Bandung Institute of Technology

Master of Engineering

Department of Mining Engineering

Riska Rachmantyo, Bandung Institute of Technology

Master of Engineering

Department of Materials Science and Engineering

Посилання

  1. Bye, G. C. (1999). Portland cement: composition, production and properties. Thomas Telford Ltd. doi: https://doi.org/10.1680/pccpap.27664
  2. Taylor, H. F. W. (1997). Cement chemistry. Thomas Telford Ltd. doi: https://doi.org/10.1680/cc.25929
  3. Flatt, R. J., Roussel, N., Cheeseman, C. R. (2012). Concrete: An eco material that needs to be improved. Journal of the European Ceramic Society, 32 (11), 2787–2798. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2011.11.012
  4. Rado, P. (1988). An introduction to the technology of pottery. Institute of Ceramics by Pergamon Press, 266.
  5. Shi, C., Jiménez, A. F., Palomo, A. (2011). New cements for the 21st century: The pursuit of an alternative to Portland cement. Cement and Concrete Research, 41 (7), 750–763. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.03.016
  6. Žemlička, M., Kuzielova, E., Kuliffayova, M., Tkacz, J., Palou, M. T. (2015). Study of hydration products in the model systems metakaolin–lime and metakaolin–lime–gypsum. Ceramics – Silikáty, 59 (4), 283–291. Available at: https://www.ceramics-silikaty.cz/2015/pdf/2015_04_283.pdf
  7. Morsy, M. S., Alsayed, S. H., Salloum, Y. A. (2012). Development of eco-friendly binder using metakaolin-fly ash–lime-anhydrous gypsum. Construction and Building Materials, 35, 772–777. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.04.142
  8. Bhanumathidas, N., Kalidas, N. (2004). Dual role of gypsum: Set retarder and strength accelerator. Indian Concrete Journal, 78 (3), 170–173. Available at: https://www.researchgate.net/publication/287679112_Dual_role_of_gypsum_Set_retarder_and_strength_accelerator
  9. Nežerka, V., Slížková, Z., Tesárek, P., Plachý, T., Frankeová, D., Petráňová, V. (2014). Comprehensive study on mechanical properties of lime-based pastes with additions of metakaolin and brick dust. Cement and Concrete Research, 64, 17–29. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.06.006
  10. Siegesmund, S., Snethlage, R. (Eds.) (2011). Stone in architecture: properties, durability. Springer, 552. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-14475-2
  11. Khatib, J. M., Baalbaki, O., ElKordi, A. A. (2018). Metakaolin. Waste and Supplementary Cementitious Materials in Concrete, 493–511. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-102156-9.00015-8
  12. Rahhal, V., Talero, R. (2014). Very early age detection of ettringite from pozzolan origin. Construction and Building Materials, 53, 674–679. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.10.082
  13. Kovalchuk, O., Gelevera, O., Ivanychko, V. (2019). Studying the influence of metakaolin on self-healing processes in the contact-zone structure of concretes based on the alkali-activated Portland cement. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (101)), 33–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.181501
  14. Alonso, S., Palomo, A. (2001). Alkaline activation of metakaolin and calcium hydroxide mixtures: influence of temperature, activator concentration and solids ratio. Materials Letters, 47 (1-2), 55–62. doi: https://doi.org/10.1016/s0167-577x(00)00212-3
  15. French, W. J. (1991). Concrete petrography: a review. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 24 (1), 17–48. doi: https://doi.org/10.1144/gsl.qjeg.1991.024.01.03
  16. Reedy, C. L. (2006). Review of Digital Image Analysis of Petrographic Thin Sections in Conservation Research. Journal of the American Institute for Conservation, 45 (2), 127–146. doi: https://doi.org/10.1179/019713606806112531
  17. James, T., Malachi, A., Gadzama, E. W., Anametemok, A. (2011). Effect of curing methods on the compressive strength of concrete. Nigerian Journal of Technology, 30 (3), 14–20. Available at: https://www.ajol.info/index.php/njt/article/view/123538
  18. Narmluk, M., Nawa, T. (2014). Effect of Curing Temperature on Pozzolanic Reaction of Fly Ash in Blended Cement Paste. International Journal of Chemical Engineering and Applications, 5 (1), 31–35. doi: https://doi.org/10.7763/ijcea.2014.v5.346
  19. Jumate, E., Manea, D. L. (2011). X-ray diffraction study of hydration processes in the Portland cement. Journal of Applied Engineering Science, 1 (1), 79–86. Available at: https://www.researchgate.net/file.PostFileLoader.html?id=54c14753d2fd6445588b45b8&assetKey=AS%3A273678338592769%401442261409008
  20. Šavija, B., Luković, M. (2016). Carbonation of cement paste: Understanding, challenges, and opportunities. Construction and Building Materials, 117, 285–301. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.04.138
  21. Matschei, T., Lothenbach, B., Glasser, F. P. (2007). The role of calcium carbonate in cement hydration. Cement and Concrete Research, 37 (4), 551–558. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.10.013
  22. Bergold, S. T., Goetz-Neunhoeffer, F., Neubauer, J. (2013). Quantitative analysis of C–S–H in hydrating alite pastes by in-situ XRD. Cement and Concrete Research, 53, 119–126. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2013.06.001
  23. Bhagath Singh, G. V. P., Subramaniam, K. V. L. (2016). Quantitative XRD Analysis of Binary Blends of Siliceous Fly Ash and Hydrated Cement. Journal of Materials in Civil Engineering, 28 (8), 04016042. doi: https://doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0001554
  24. Hunnicutt, W. A. (2013). Characterization of calcium-silicate-hydrate and calcium-alumino-silicate-hydrate. Urbana, Illinois. Available at: https://core.ac.uk/download/pdf/16750866.pdf
  25. Fabbri, B., Gualtieri, S., Shoval, S. (2014). The presence of calcite in archeological ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 34 (7), 1899–1911. doi: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2014.01.007
  26. Lukschová, Š., Přikryl, R., Pertold, Z. (2009). Petrographic identification of alkali–silica reactive aggregates in concrete from 20th century bridges. Construction and Building Materials, 23 (2), 734–741. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2008.02.020
  27. Herwani, Pane, I., Imran, I., Budiono, B. (2018). Compressive Strength of Fly ash-based Geopolymer Concrete with a Variable of Sodium Hydroxide (NaOH) Solution Molarity. MATEC Web of Conferences, 147, 01004. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201814701004
  28. Ivashchyshyn, H., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Rusyn, B. (2019). Study of low-emission multi-component cements with a high content of supplementary cementitious materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (100)), 39–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175472
  29. Krivenko, P., Petropavlovskyi, O., Kovalchuk, O., Lapovska, S., Pasko, A. (2018). Design of the composition of alkali activated portland cement using mineral additives of technogenic origin. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (94)), 6–15. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.140324
  30. Bhagath Singh, G. V. P., Subramaniam, K. V. L. (2016). Quantitative XRD study of amorphous phase in alkali activated low calcium siliceous fly ash. Construction and Building Materials, 124, 139–147. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.07.081
  31. Suherman, P. M., van Riessen, A., O’Connor, B., Li, D., Bolton, D., Fairhurst, H. (2002). Determination of amorphous phase levels in Portland cement clinker. Powder Diffraction, 17 (3), 178–185. doi: https://doi.org/10.1154/1.1471518

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-18

Як цитувати

Ramelan, A., Nugroho, A. S., Indriati, T., & Rachmantyo, R. (2021). Структурна та мікроскопічна характеристика альтернативного низькоенергетичного в’яжучого, що містить Ca(OH)2 в якості лужного активатора. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(6 (111), 71–79. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.233182

Номер

Том 3 № 6 (111) (2021): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Aditianto Ramelan, Adhi Setyo Nugroho, Teti Indriati, Riska Rachmantyo

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.