Geopolymers in construction - recent developments

Abstract

Geopolymers are inorganic materials that result from the alkali activation of aluminosilicates. The aluminosilicates source materials can either occur naturally (e.g. kaolin, metakaolin, rice husk ash, volcanic rock powders) or produced by industrial processes (e.g. fly-ash, blast furnace slag). While the potential application of geopolymers as construction materials (e.g. concrete manufacturing and soil stabilization) has been studied in the past, their widespread use has been limited. This is mainly because the technology is still relatively new and research in this field is still emerging. However, the use of geopolymers in lieu of conventional binders (e.g. cement and lime) has substantial environmental advantages particularly in terms of the energy expended for their production and greenhouse gas emissions. The current trend to enhance sustainability practices in the construction industry has recently driven research in this area. This paper aims to offer a comprehensive overview of past studies on geopolymers synthesised from various precursors, the factors affecting geopolymerisation process, their microstructural characteristics as well as mechanical, chemical, thermal and environmental properties of geopolymers. Further, recent developments associated with the use of geopolymers as construction materials in civil engineering applications have also been discussed. Research findings show that geopolymers can achieve comparable or superior performance to conventional binders and/or concrete in terms of shear strength and durability but with a reduced environmental footprint.

Fly-Ash-Based Geopolymers Reinforced by Melamine Fibers

“…The main objective of the addition of these types of fibers is improving mechanical properties, in particular bending strength [ 24 , 27 ], and reducing the propagation of microcracks in materials [ 23 , 28 ]. Other benefits that can be achieved as a result of introducing chemical fibers into geopolymers, depending on their type, may include an increase in fire resistance [ 24 , 27 ] or a decrease in the thermal conductivity coefficient. The main advantages of chemical, polymer fibers are their higher strength properties and repeatability compared to natural fibers [ 25 , 29 ].…”

An Application Review of Fiber-Reinforced Geopolymer Composite

“…Synthetic carbon and E-glass fibers contribute toward better mechanical properties at RT and higher temperatures. Basalt fiber has strong adhesion with the geopolymer matrix at RT [70,71]. The durability of the FRGCs sustains after damage to a certain extent.…”

Erzurum Pasinler Bölgesi Perlitinin Geopolimer Üretiminde Kullanımının Araştırılması

“…Diğer taraftan çimento üretimi, temel olarak kalker ve kilin homojen ve uygun oranlarda karıştırılıp 1400-1600°C'de yakılması sonucu elde edildiğinden yüksek enerji tüketimi gerektirmektedir. Ayrıca, kalkerin kalsinasyonu, büyük miktarlarda sera gazı, özellikle karbondioksit (CO 2 ) salınımına yol açmaktadır [1]. Çimento üretimindeki enerji tüketimi, toplam endüstriyel enerji tüketiminin %10'undan fazlasını oluşturmaktadır ve bir ton çimento üretiminde yaklaşık 0,9 ton CO 2 açığa çıkmaktadır [2,3].…”

“…Alüminosilikat esaslı kaynak malzemeler ya doğal olarak meydana gelen kaolin, metakaolin, pirinç kabuğu külü, volkanik kaya tozları veya endüstriyel işlemlerle atık ürün olarak ortaya çıkan uçucu kül, yüksek fırın cürufu vb. SiO 2 ve Al 2 O 3 içeren mineral malzemelerdir [1].…”

“…Hu et al [13], geopolimerlerin aderans ve aşınma dirençlerinin çimento esaslı onarım malzemesinden daha iyi olduğunu ve Sakkas et al [14] ayrıca, geopolimerlerin genellikle seramik benzeri mikro yapıları ve özelliklerinden dolayı yüksek sıcaklıklara maruz kaldıktan sonra iyi termalfiziksel ve mekanik özelliklere sahip olduğunu ifade etmişlerdir [15]. Geopolimerler ile ilgili son yıllarda yapılan derleme çalışmalarında detaylı bilgi mevcuttur [1,[16][17][18] [25], perlit esaslı geopolimerlerde kür süresi ve kür sıcaklığının etkisini araştırmışlar ve sonuç olarak en iyi dayanımı veren karışım; 15,5 NaOH molaritesinde, 24 saatlik kür süresi ve 110ºC'de elde edilmiş olup bu değer 46,76 MPa olarak belirlenmiştir. Fakat bu çalışmada yalnızca ısı kürünün hemen sonrası dayanım özellikleri mevcut olup ileri yaş dayanımları bulunmamaktadır.…”