Behaviour of Geopolymer Mortars after Exposure to Elevated Temperatures

Abstract

In this study it was investigated the behavior of class F fly ash based geopolymer mortars subjected to elevated temperatures. Geopolimer composites were prepared with CEN-sand, water, fly ash as the binder, nSiO2Na2O and NaOH mixture combination as alkali activator. After mixing fresh geopolymer mixture, prismatic specimens were prepared using 40 mm × 40 mm × 160 mm prism molds. After molding, fresh geopolymer mortar samples with their mold were subjected to heat curing at 50 °C, 60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C and 100 °C temperature for 48 hours in an oven. After 48 hours initial heat curing, the hardened samples were taken out of their mold. Then, they were further cured by leaving them in laboratory environment at about 22 ± 2 °C temperature, until 28 days together with heat curing duration. At the end of 28 days, geopolymer mortar samples developed flexural strength values between 2,9 MPa and 8,51 MPa. Geopolymer mortar samples developed compressive strength values between 7,63 MPa and 50,64 MPa. High temperature experiments were conducted to observe behaviour of geopolymer mortars at elevated temperatures. The control cement mortar mixtures were also prepared and subjected to high temperature exposure in comparison to geopolymer mortar mixtures. Control cement mortars were cured at laboratory environment for 28 days without initial temperature curing. Control cement mortar mixtures and geopolymer mortar mixtures were exposed to elevated temperatures of 200 °C, 400 °C, 600 °C and 800 °C temperature. The unit weight, ultrasonic pulse velocity, flexural and compressive strength of all mixtures were measured before and after high temperature exposure. Scanning electron microscope (SEM) images of the mixtures were taken and X-ray fluorescence (XRF) spectrometer analyses were carried out. It was observed that there was an increase in the flexural and compressive strengths of some geopolymer mortars after high temperature exposure. In general, geopolymer mortars exhibited better performance at elevated temperatures in comparison to control cement mortar mixture.

Effect of cement additive on physical and mechanical properties of high calcium fly ash geopolymer mortars

“…For this reason, as in some studies, it was preferred to use NaOH alone as an activator in this study 14,29 . In literature, it is stated that it is required to use a Na/binder ratio at least 10%, in production of geopolymers incorporating high class F fly ash with high SiO 2 content, to obtain a compressive strength over 10–15 MPa 6,7,9,14,28 . However, geopolymers containing slag, slag‐fly ash and kaolin can have good results at Na/binder ratio of 10% or less 27,34 …”

Yüksek ve Düşük Kalsiyum İçeren Uçucu Küller ile Üretilen Geopolimer Harçların Fiziksel ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

“…Bu şekilde üretilen bağlayıcılar ile üretilen betonlara geopolimer beton ismi verilmektedir [19]. Aktivasyon işleminde sodyum hidroksit (NaOH) [20], potasyum hidroksit (KOH) [21], sodyum silikat (Na [24][25]. Geleneksel portland çimentoda görülen C-S-H jeli, alkali aktivasyonu ile üretilen geopolimerlerde N-A-S-H veya C-A-S-H jeli olarak gözlenmektedir [26][27].…”

“…Bununla birlikte karışımda kullanılan cüruf ve UK gibi bağlayıcıların yapısındaki Si/Al oranlarının da bağ yapısı üzerinde etkileri bulunmaktadır [28][29]. UK içeren geopolimerin dayanım kazanması için sıcaklık kürüne ihtiyaç duyulmaktadır [20,24]. Yüksek fırın cürufu ve metakaolin esaslı geopolimerlerde 60 °C-80 °C sıcaklık dayanım için yeterli olurken [30][31], UK esaslı geopolimerlerde 80°C-110°C aralığında sıcaklık gerekmektedir [20,24].…”

“…UK içeren geopolimerin dayanım kazanması için sıcaklık kürüne ihtiyaç duyulmaktadır [20,24]. Yüksek fırın cürufu ve metakaolin esaslı geopolimerlerde 60 °C-80 °C sıcaklık dayanım için yeterli olurken [30][31], UK esaslı geopolimerlerde 80°C-110°C aralığında sıcaklık gerekmektedir [20,24]. Dayanım mekanizmasında kür sıcaklığı, kür süresi, kömürün yanmasına bağlı olarak bağlayıcı kalitesi, bağlayıcı içeriği, agrega cinsi, su miktarı, aktivatör oranı, aktivatör cinsi, kür şartları gibi unsurlar önemlidir [20,[32][33][34].…”

“…Dayanım mekanizmasında kür sıcaklığı, kür süresi, kömürün yanmasına bağlı olarak bağlayıcı kalitesi, bağlayıcı içeriği, agrega cinsi, su miktarı, aktivatör oranı, aktivatör cinsi, kür şartları gibi unsurlar önemlidir [20,[32][33][34]. Geopolimer betonlar geleneksel betonlara kıyasla, erken ve yüksek dayanım, yüksek sıcaklık, donma-çözülme, ıslanma-kurumaya ve aşınma karşı daha dirençli olup, daha düşük kuruma büzülmesi gösterirler [20,24,[35][36]. Buna karşılık bazı çalışmalarda asit ve sülfatlara karşı dirençleri geleneksel betonlardan daha düşük olduğunu belirtilmektedir [37].…”