Thermally Induced Microstructural Changes in Fly Ash Geopolymers: Experimental Results and Proposed Model

Abstract

This study presents a proposed model for thermally induced microstructural changes in fly ash geopolymers. Two paste mixes with different as‐cured microstructures are evaluated for thermal resistance. One mix was a highly reacted, high‐strength geopolymer with a compact microstructure and the other mix had higher degree of unreacted fly ash resulting in a low strength, low‐density geopolymer. Changes in the microstructure and bulk properties for each formulation were assessed at 100°C temperature intervals up to 1000°C using SEM, Q‐XRD and physical testing. It was observed that the higher density and apparent lower permeability of the high‐strength geopolymer led to it being more vulnerable to dehydration damage. Dimensional and phase changes also caused further strength losses before sintering at higher temperatures promoted strength gains. The low‐strength geopolymer was not damaged by dehydration and was better able to accommodate volumetric changes; hence it exhibited an increase in strength after thermal exposure due to the sintering. From these results and others in the literature, a model has been proposed for thermally induced changes in fly ash geopolymers.

Neue Wege: Reaktive Brandschutzbeschichtungen für Extrembedingungen

“…Inzwischen werden daher auch die auf diesem Weg hergestellten Materialien allgemein als Geopolymere bezeichnet; alternative Bezeichnungen sind u. a. aluminosilicate inorganic polymer (AIP) und geocement . Geopolymere geeigneter Zusammensetzung zeichnen sich u. a. durch einen hohen Widerstand gegenüber hohen Temperaturen aus , wodurch sich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten z. B. für verschiedene Hochtemperaturanwendungen oder als Binder für Betone mit erhöhtem Feuerwiderstand , ergeben.…”

“…A. zur Kristallisation von keramischen Phasen wie z. B. Nephelin und Cristobalit . Das Besondere ist hierbei, dass die Geopolymere wie zementäre Bindemittel zunächst im plastischen Zustand verarbeitet werden können und anschließend bei Raumtemperatur oder leicht erhöhten Temperaturen aushärten.…”

Modification of mechanical and thermal properties of fly ash-based geopolymer by the incorporation of steel slag

“…The strength decrease and shrinkage of GB samples after exposure to temperatures up to 600 o C is a result of structure damage (cracks) caused by the dehydration process [19]. Evaporation of water during heating produces pressure which, in a dense matrix with less permeability, causes thermal cracks due to thermal shrinkage [14].…”

Mechanische Hochtemperatureigenschaften von flugaschebasierten Geopolymerbetonen

“…Diese beachtliche Festigkeitssteigerung kann auf Sinterungsprozesse, die in Geopolymeren bei Temperaturen oberhalb von ca. 500 °C auftreten, zurückgeführt werden . Es ist zu prüfen, ob die Festigkeit bei höheren Temperaturen sogar noch weiter zunimmt.…”

“…B. ), sind die mechanischen Hochtemperatureigenschaften von Geopolymerbetonen bisher nur unzureichend untersucht worden. Es stellt sich die Frage, ob die im EC 2 angegebenen temperaturabhängigen mechanischen Materialkennwerte für Normalbeton und hochfesten Beton zur Berechnung des Feuerwiderstands für Bauteile bzw.…”