混合对强度的分布环境的影响治愈的偏高岭土和棕榈油灰基础地质聚合物砂浆

文摘

探讨混合的影响偏高岭土与硅富棕榈油灰(POFA)地质聚合物砂浆的强度分布。的富有想象力的强度分布的混凝土脆性材料很大程度上取决于孔隙等缺陷的存在,微裂隙,在物质和杂质。混合材料的含氧化铝和二氧化硅的目的提高地质聚合物的性能使得综合描述必要的。威布尔分布是用于研究地质聚合物砂浆的强度分布和可靠性标本准备从偏高岭土的100%,50%和70%的棕榈和治愈环境条件下。砂浆棱镜和多维数据集被用来测试材料在弯曲和压缩,分别在28天,结果用威布尔分布进行了分析。曲,威布尔与POFA更换模量增加,表明减少露骨的强度分布均匀性增加的材料。然而,模量,减少与增加更换POFA标本测试下压缩。结果表明,威布尔分布适用于地质聚合物混合系统的分析。而多孔微结构主要负责弯曲故障,异质性反应文物负责压缩失败。

1。介绍

具体描述由硅酸盐水泥与混凝土机械和化学行为特征强烈影响的微观-中构造当受到压力1]。断裂行为从而影响microdefects的存在形式的微裂隙、空洞,弱的区域材料(1- - - - - -3]。因此考虑硬化混凝土断裂行为是派拉蒙在结构安全评估4]。裂缝或缺陷的随机性质带来了散射强度,因此贷款支持统计考虑。正态分布通常被用来描述混凝土材料的强度行为。使用正态分布是有吸引力的,因为它简单。然而,它受限于规模参数处方因素扩展到负值即使在材料断裂强度不能小于零值(5]。此外,获得裂纹的可能性大小大于临界裂纹随体积试样的体积依赖性负责减少平均强度随着试样的体积增加带来不变的问题关于正态分布的参数(6,7]。缺乏理论依据正态分布的应用使它与其他分布与深度理论考虑(8]。一个理性的基础是材料强度的表征基于极值分布,因为材料失败由最薄弱的环节体现材料最大的缺陷。样本分布的测试,例如,偏于遵循人口分布的尾部需要关注在尾巴产生极端值参数函数应用于极值统计模型(9]。甘力克、f和威布尔分布极值分布的例子。然而,威布尔分布受到选民的青睐,因为它的边界限制最低断裂强度为零和形状参数的灵活性;相对较少的测试样本可以提供合理准确的估计失败和它提供了图形化的情节非常有用的结果分析(9]。脆性材料如陶瓷通常使用威布尔分布函数特征(6,10因为机械故障的统计特性充分符合威布尔分布(11]。ASTM C1239 [12提供详细的程序实现的威布尔分布在结构设计中使用陶瓷。研究也报道成功利用威布尔分布描述普通硅酸盐水泥混凝土的强度数据(8,13]。据报道,威布尔分布对混凝土力学性能的最佳结果相比正常和对数正态分布14]。

地质聚合物作为胶结材料准备等铝硅酸盐活化粉煤灰和偏高岭土与钠碱性溶液/氢氧化钾和硅酸盐发展替代硅酸盐基胶结材料如砂浆和混凝土。基于烤箱固化粉煤灰地质聚合物混凝土被发现的行为更脆弱的方式比传统的硅酸盐水泥混凝土基础(15]。还报道,基于粉煤灰地质聚合物混凝土粘贴少断裂特征长度比普通硅酸盐水泥混凝土,伴有骨折减少能源和弹性模量,增加地质聚合物混凝土的劈裂抗拉强度指示高脆性的地质聚合物16]。这是进一步报道,粉煤灰地质聚合物的生成矩阵和OPC混凝土通过geopolymerization和水化反应,分别负责不同在他们的行为16]。这应该会因为地质聚合物,x射线非晶态无机聚合物材料,属于陶瓷材料的远大集团(17脆性材料的很好的例子)。地质聚合物是一组激活基于铝硅酸盐材料形成的胶结材料与碱性溶液含有碱土金属的氢氧化物和硅酸盐的混合物(钠或钾)。三价和四价硅铝之间的反应形成长范围共价键和离子键聚合物网络。

脆性陶瓷结果广泛强度分布,限制其在建筑中使用。地质聚合物的脆性性质因此动力特性的强度和分布。这是特别需要理解材料的行为可能是异质性的影响因使用废料合成铝矽酸盐需求的主要来源。例如,使用地质聚合物生产偏高岭土有限高要求激活碱由于相对较低的硅/铝比(18]。粒子的形态也需要过多的水需求达到足够的流动;其他高剪切混合必须使用(19,20.]。这可能是有害的地质聚合物的性能尤其是收缩(19和行为暴露在火下21]。为了解决这个问题,可能偏高岭土与二氧化硅混合丰富的废料,如棕榈油灰(POFA),降低成本,减少碱需求调整硅铝比,同时保护机械和持久性属性。混合强度统计的影响因此,一个完整的描述的重要材料。这不过是很少在文献中报道。

因此,本文研究了影响不同POFA组成的基于强度分布的偏高岭土地质聚合物固化环境条件的威布尔分布的应用。抗压强度也可以决定给材料强度的可靠性的措施。的意义是地质聚合物作为一种新兴材料可能会进一步被特征的强度和可靠性,并洞察到混合的含义,尤其是废料。

2。实验程序

2.1。材料

偏高岭土煅烧高岭土在750°C 4小时在炉与POFA混合来自一个棕榈油工厂在马来西亚南部。POFA被筛分处理收集150 -微米粒子通过筛。其次是在洛杉矶磨耗磨机5个小时获得95%的粒径小于45微米。偏高岭土的化学成分和POFA由x射线荧光光谱仪是包含在表中1。硅酸钠和氢氧化钠用于制备地质聚合物砂浆的标本。

2.2。方法

地质聚合物砂浆棱镜(毫米)和多维数据集(毫米)准备从偏高岭土和POFA前体材料确定的抗弯和抗压强度20标本为每个数据集的三个层次混合的100%,50%,和30%的体重偏高岭土为0%,50%,和70%重量的POFA分别。每个系列的二十个标本是由激活氧化铝和二氧化硅偏高岭土和POFA碱性溶液由氢氧化钠和硅酸钠(Na(氢氧化钠)₂SiO₃)。表中给出的混合比例2。标本被从模具铸造后24小时内,并保持在大约27°C的环境温度为28天。棱镜标本进行测试在三分负载配置使用Inspiron获得挠曲强度试验机的加载速率1 KN / s。抗压强度来自于一位万能试验机的加载速率1 KN / s。场发射扫描电镜(FESEM)是用于获得关于测试样品的微观结构信息。

2.3。应用威布尔分布的强度特性

威布尔分布和其他极端值分布是用来描述出现主导性影响理论最薄弱的一环。重要的假设是,材料的失败是衡量元素拥有小强度越弱。这一理论形成了强度的可靠性的基础考虑脆性材料(2]。威布尔参数累积概率函数给出 在哪里低于最低压力,材料不会失败成型参数被称为威布尔模数和尺度参数也被称为特征或引用的力量,取决于压力的价值模式,标本的大小(9,12)、材料类型和处理(2]。的意义作为一个材料属性是描述材料的脆性(22]。威布尔模数也揭示了特征、严重程度、分布与较低的缺陷值意味着广泛的强度分布的非均匀分布所产生的缺陷,一个高值表明缺陷分布导致降低强度分布均匀性(6,11),典型的值对结构陶瓷受到处理路线躺3至12 (6]。

压力参数当设置为零的事实材料强度不能低于这一限制产量的两个参数分布。但是带三个参数的分布也可能用于强度与预定的下界证明或筛选测试的结果。与等于零,(1)成为9] 双自然对数的2)的收益率 骨折的概率样品估计 在哪里试样的数量和吗是数据(12]。表达式(3)描述了材料的可靠性。在这项研究中,20个标本的挠曲强度在升序和相应的排名计算使用(4)获得的左边(3)

策划的左边(3)对ln的强度数据和拟合数据点了一个斜坡这是一个估计威布尔分布。同样,抗压强度是由获得强度的值对应于一个零值或的63.2%。曲线拟合是使用线性回归分析(执行23]。

3所示。结果与讨论

3.1。POFA混合效应的应力-应变行为

弯曲应力-应变曲线的三个标本在28天20标本的100%偏高岭土,POFA 50%, 70% POFA见图1。所有这三个样本显示突然失败在不同峰值压力与紧张是0.003,0.0028,和0.0024,分别和没有塑料范围说明材料的脆性。除了POFA增加压力降低,混合与POFA显示对脆性的影响考虑到减少POFA的应力-应变曲线的陡峭程度增加。脆性是归因于高geopolymerization产品的存在24]。

3.2。回归分析的地质聚合物威布尔的阴谋

实验数据的线性拟合数据2和3显示足够的回归系数()的阴谋。为不同的混合模型方面表示在图。进一步证实了亲密的测试数据回归数据,方差分析(方差分析)。只给出了偏高岭土混合100%的方差分析表3。方差分析测试证实,在0.05的水平,回归数据没有显著不同的测试数据混合。所有的混合也获得了类似的调查结果证实了威布尔的充足率回归模型。

表4和5说明威布尔和正态分布参数之间的比较。混合更保守的威布尔特色优势为正态分布相比,评估时,例如,在通常的0.05显著水平。从研究Tumidajski et al。8)不明显,威布尔直接依赖于特征强度和模量等这里不能得出的结论也存在明显的关系。

3.3。混合强度分布的影响

用威布尔块图3研究混合的影响强度的分布,发现,一般来说,抗弯强度增加的威布尔模数POFA更换偏高岭土,表明挠曲强度变异性降低POFA增加内容。它可以观察到在图2直线的斜率为100%的偏高岭土地质聚合物是9.763估计威布尔模数的纯偏高岭土的标本。斜率为11.3与50% POFA替换而获得标本POFA替换为16.69 70%,配合的脆性行为图1。这往往表明ceramic-like行为(宽强度分布)的地质聚合物样品减少与增加POFA替代考虑到模量对陶瓷位于3和12之间(6]。

标本的组织准备从100%偏高岭土透露异构谷物组成的松散结构的沉淀形成的片状填料未反应的偏高岭土与连通孔隙(图4 (b))。这可能是负责标本的广义特征强度与微孔隙的片状排列,均匀密集的微观结构与微孔隙减少标本中的POFA替代品增加到50%和70%。100%偏高岭土的硅/铝比率小于3 (Si / Al = 2.41)会导致地质聚合物的形成硬和脆属性作为它的三维交联结构刚性网络(25)突然失败在空洞等缺陷的存在(图4 (b))。硅/铝比率越高50%和70% POFA混合地质聚合物(Si / Al = 4.49和6.72)倾向于形成一个更少的刚性结构凌日从三维到二维网络。观察到的扭动POFA曲线的50%和70%(图2)可能是由于缺陷的体积分布POFA文物的微观结构(9]。纯偏高岭土样品最低威布尔模量下降的陶瓷材料(3 - 12)。POFA 50%替换几乎下跌70%替换的范围,是陶瓷的范围之外。言外之意是,纯粹的偏高岭土威布尔模量最低的系统具有广泛的挠曲强度分布,70%狭窄的挠曲强度分布之间有50%的下降。正如之前提到的,狭窄的分布相对均匀分布的缺陷的一个特性。材料呈现狭窄的强度分布是可取的,因为这样的材料更容易预测,最失败的机会在一个压力低于特征值(9]。

威布尔模数的抗压强度的100%偏高岭土和50%和70% POFA替换图所示3。偏高岭土地质聚合物的模量100%,50%和70% POFA是15.557,14.070,和12.367,分别。这表明变异性POFA地质聚合物的最高70%,最低为100%偏高岭土在压缩加载。

有趣的是,虽然强度变异性增加POFA替代压缩试验,弯曲强度的情况恰恰相反。同时,威布尔压缩变化趋势也不同于正态分布的表4。这可能是由于这样的事实,威布尔变异性结果主要来自材料结构的缺陷。此外,弯曲断裂主要是影响作用被认为是主要在纯偏高岭土体系(图4 (b)),而变化压缩失败可能是由于异质性造成的未反应的POFA引人注目的人物4 (c)和4 (d)。压缩的失效模式可能是由于传播缓慢许多裂缝,联手创造了破碎带对快速和不稳定裂纹发展的典型弯曲故障(8]。虽然反应遗迹的存在可能扮演一个重要角色在破碎标本的失败,微孔隙可能负责分散在弯曲破坏的主导因素。

3.4。混合对特性的影响力量

威布尔的特点获得挠曲强度在63.2%的概率断裂是最高价值为14.339 MPa的地质聚合物样品准备100%的偏高岭土(图2)。特征强度值随着POFA替换给值降低12.013 MPa和9.38 MPa POFA替换为50%和70%,分别。挠曲强度特点给出了关于材料的断裂韧性的增加强度描述断裂韧性的增加(26]。较高的抗压强度基于纯粹的偏高岭土地质聚合物可能因此导致高断裂韧性,尽管它体现相对宽带脆性材料的分布。

以类似的方式、特点与POFA替代抗压强度降低显示在图3。压缩的优势特点69.4 MPa, 60.58 MPa,和46.95 MPa POFA偏高岭土为100%,50%和70%,分别。

的趋势特点抗弯和抗压强度由于POFA替换可能是由于Si /阿尔比的主要材料,在地质聚合物的强度起着非常重要的作用。二氧化硅和氧化铝的可用性影响聚合反应的程度和速度。假设,地质聚合物的强度应该与Si / Al比率增加,因为增加Si-O-Si债券,比Si-O-Al和Al-O-Al债券,更应该与Si /阿尔比的增加。然而通常不是这种情况由于一些其他综合因素(27]。增加POFA替代了Si /阿尔比从2.41纯偏高岭土地质聚合物POFA混合4.49和6.72为50%和70%,分别。POFA高容量的替代可能会阻止完整的反应材料留下遗迹中观察到的数字4 (c)和4 (d)。因此强度的减少可能是由于这些遗迹的存在,没有在聚合过程中使用。他们体积分布的缺陷形式,作为组织的“薄弱环节”,因此成为了材料的断裂强度的主要因素。

3.5。场发射扫描电子显微镜

场发射扫描电镜(FESEM)显微图的偏高岭土原料图所示3与地质聚合物样品数据所示4(一),4 (b),4 (c),4 (d)。凝胶形成的微观结构偏高岭土地质聚合物图所示4 (b)主要是采取偏高岭土的板状表之后形成的。这种安排不允许完全由凝胶填充表之间的空间。作用也观察到哈瓦等。28)不同数量和规模在整个组织。纹理方向的显著差异的床单不定期安排可能导致不同诱导microresistance由不同标本应用负载的性质取决于形成凝胶层压制品,因此,广泛分布的强度在弯曲加载失败。

50%的显微照片POFA标本在图4 (c)礼物包装凝胶复合材料低后偏高岭土粒子微观结构的形状。片状颗粒的存在表明更好的一致性负责可能降低凝胶形成的挠曲强度的变化。然而,存在一些工件不完全反应的偏高岭土对微观结构的同质性产生了影响。似乎是最低限度的文物分布往往影响抗压强度以类似的方式的变化。图4 (d)显示70% POFA灰浆的显微照片显示的微观结构明显存在POFA文物和缺席的片状颗粒凝胶。

3.6。x射线衍射

地质聚合物砂浆的XRD模式如图所示5。宽频带和低强度模式表现出24°28°之间2 -θ角三个标本显示高度的无定形结构的砂浆地质聚合物的特征(29日]。水晶峰观察与原料有关。没有显著差异阶段观察到POFA替代品的增加在28天,这表明观察到的变化可能不是由于矿物地质聚合物的内容。

4所示。结论

基于这一研究获得的结果,以下的结论。

威布尔分布可以用来描述的抗弯和抗压强度分布地质聚合物与高容量混合偏高岭土和POFA。它也可以被用来规定的阈值的一个可靠的强度混合威布尔描述地质聚合物的强度特征。

用来描述的威布尔分布的挠曲强度分布偏高岭土地质聚合物混合显示,纯偏高岭土地质聚合物试样最小同质性与广泛的挠曲强度混合威布尔分布所描述的模量即以POFA改善的强度分布POFA混合地质聚合物的填充多孔微结构的反应产物偏高岭土和POFA。另一方面,增加抗压强度分布的标本与POFA归因于文物系统的异构反应的影响。

特征样本的抗弯和抗压强度普遍降低与POFA混合至少70% POFA混合强度主要是由于增加了Si /阿尔比导致反应遗迹的存在。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

作者欣然承认RMC的财政支持,GUP,批准号03 h35、马来西亚各种大学。

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