Strength and durability characteristics of pumice based geopolymer paste

Abstract

Çimento tüketimi, büyük miktarda enerji kullanımı ve gaz emisyonlarının serbest bırakılması nedeniyle çeşitli çevresel sorunlara neden olmaktadır. Yeni bir teknolojik süreç olan jeopolimerizasyon, çimento kullanmadan beton üretmek için yenilikçi bir çözümdür. Bu çalışmada, uçucu kül ve metakaolin gibi silika ve alüminyum bakımından zengin olan pomza tozu, jeopolimer betonu üretmek için bağlayıcı olarak kullanılmış ve pomza tozu inceliğinin, farklı sodyum hidroksit konsantrasyonunun, kürlenme sıcaklığının ve kürlenme süresinin, pomza tozu ile üretilen jeopolimer betonların basınç ve eğilme dayanımı ile donma ve çözülmeye karşı dayanıklılık özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Tüm örneklerde, sodyum silikat çözeltisinin kütlece sodyum hidroksite oranı ve alkali aktivatör/bağlayıcı oranı sırasıyla 2.50 ve 0.35 alınmıştır. Farklı konsantrasyonda (8, 10, 12, 14, 16 ve 18M) sodyum silikat ve sodyum hidroksit çözeltisi, 24 saat bekletme süresine tabi tutularak jeopolimer beton numunelerinin hazırlanmasında kullanılmıştır. Farklı kürlenme sıcaklıklarına (ortam sıcaklığı, 60 oC, 80 oC ve 100 oC) tabi tutulan beton örnekleri 24, 48, 72 ve 120 saat kürlendikten sonra test edilmiştir. Jeopolimer betonların mikroyapısal özelliklerini belirlemek üzere SEM analizleri yapılmıştır. Sonuç olarak, optimum eğilme ve basınç dayanımı, 12 molariteye sahip jeopolimer betonların altmış derecelik fırında 120 saatlik kürlenmesi ile elde edilmiştir. Her ne kadar yüksek kürlenme sıcaklıklarında daha az kürlenme süresi ile daha yüksek dayanımlar elde edilebilmesine rağmen, düşük sıcaklık ve sertleşme süresi ile karşılaştırıldığında eğilme ve basınç dayanımı kazançları daha azdır.

Cement consumption causes several environmental issues due to using a massive amount of energy and releasing gas emissions. Geopolymerization, a new technological process, provides an innovative way to produce concrete without cement usage. In this study, pumice powder, which is rich in silica and aluminum such as fly ash and metakaolin, is utilized as a binder to produce geopolymer paste. The influences of fineness of pumice, different sodium hydroxide concentration, curing temperature and curing period on the strength and freezing and thawing durability characteristics. The mass ratio of sodium silicate solution to sodium hydroxide and alkali binder ratio was fixed to 2.50 and 0.35 respectively. The geopolymer paste specimens were placed at ambient temperature for 24 hours as a rest period with different concentration (8, 10, 12, 14, 16 and 18M) of sodium hydroxide and then cured at room temperature, 60, 80 and 100 oC temperature for 24, 48, 72 and 120 hours. The compressive strengths of geopolymer pastes were tested at the ages of 7 and 28 days. Flexural strength tests were conducted at age of 28 days. The SEM analyses were performed to identify the morphology characteristics and to determine the unreacted particles of the geopolymer pastes. The results showed that optimum flexural and compressive strength can be obtained at 60 oC of oven curing for 120h with 12M. Although, high strengths can be obtained at high curing temperatures with less curing time, but when compared to low temperature and more curing time, flexural and compressive strength gains are less.