文摘

城市化和工业化大大提高了水泥的生产造成大量的环境污染。主要的全球关注相关水泥制造的管理大量的碳足迹。环保胶结材料的使用结构的建设已被证明是一个可行的选项来解决这个环境问题。因此,有必要进一步探讨胶结材料的使用可以替代水泥虽然部分。在这个方向的研究,两个这样的胶结材料,即天然沸石和偏高岭土进行了调查。高强混凝土与天然沸石和偏高岭土M60部分替代水泥一直在准备这个工作。多羧酸的ether-based强塑剂解决方案已被用来提高和易性。试样的演员和治愈3,7日,28岁,60岁,90天环境室温已经测试了抗压强度、抗拉强度、分裂和挠曲强度按印度标准。高强混凝土的最优组合因此遭到了印度标准制造,和水泥的组合+ 5%天然沸石+ 10%偏高岭土表现出最高的压缩,分裂抗拉、抗弯强度在90天的治疗。天然沸石和偏高岭土在较小的比例增加了混凝土强度,和这些材料推荐部分替代水泥。

1。介绍

混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料。水泥、水(有效成分),微粒,粗骨料(不活跃的会员)混凝土的基本成分(1,2]。水泥生产会产生大量的二氧化碳。可以部分取代水泥火山灰材料或工业废物减少二氧化碳排放3,4]。通过填充毛孔和降低混凝土的孔隙度和渗透率不牺牲所需的特性,天然沸石和偏高岭土材料提高混凝土的耐久性和强度。以满足当前和未来的需求,可持续性提高人类福祉的概念和质量的前提下。由于城市化、人口膨胀、经济、建设部门直接影响环境利用水泥(5,6]。有必要使用可持续的建筑材料或流程以减少二氧化碳排放和全球变暖温和7]。因为水泥的主要建筑材料在建筑领域,有必要转变为可持续的方法和材料由于危险增加水泥的需求及其重大环境影响。各种掺合料用于生产混凝土,因此混凝土用水泥组件可以更加宽容。天然沸石是一种矿物组成的硅酸盐和铝酸盐成分。偏高岭土是火山灰物质可以代替水泥混凝土。偏高岭土和高岭石粘土矿物,dehydroxylated [8,9]。这些矿物掺合料的使用吸引了太多的关注在过去二十年来尤其是在建筑行业,因为他们是生态良性,提高混凝土的强度和耐久性。沸石的生产和成功使用10,11和偏高岭土12,13讨论了。硬化混凝土的主要调查是分裂的抗拉强度、抗压强度、吸水率、弹性模量。实验室实验通过添加沸石对高强度混凝土的耐久性和强度是由descriptive-analytical方法(14- - - - - -16]。包含沸石的耐力和混凝土的力学特性,研究了偏高岭土,小nanobubbles水(17,18]。榆树模型被用来研究高强混凝土的抗压强度利用324从实验室测试获得的数据记录。榆树模型训练和验证(19]。

一项研究进行了评估的影响磁水与不同比例的天然沸石(新西兰)自密实混凝土(SCC)混合20.]。生化的表征沸石和评估潜在的火山灰材料结构混凝土两个独立实验的被试在硬化混凝土的抗压强度也评估(21]。

研究混凝土使用天然沸石作为部分代替普通硅酸盐水泥53级粗骨料的10 - 12毫米,细骨料,沸石和水。抗压强度进行了测试在150年150∗∗为7 150毫米的立方体,14日和28天22]。在这项研究中,沸石和水泥的物理力学特性和化学和矿物细和粗骨料被估计的参数。抗压强度、密度、吸水率、孔隙度、超声波脉冲速度和耐冻融在实验室里进行了测试。结果表明,用天然沸石取代10%的水泥,提高孔隙度和后冻融性提高。当10%天然沸石取代10%的水泥冻融阻力计算,具体表现出更强的抵抗力的3.3倍(23]。实验对混凝土结合天然沸石代替水泥混合硅酸盐水泥质量的60%。基本物理参数、断裂力学性能、力学性能、耐久性的品质,和氢气的热性能研究24]。

考试天然沸石作为一种添加剂的影响混凝土建筑从冻结/解冻阻力的角度使用计算机模拟进行。考试覆盖两种类型的具体行为的行为:参考混凝土没有任何外加剂和沸石水泥40%沸石水泥替代。数学计算是有效的使用计算机仿真程序HEMOT,和采用的流程输入参数有限元法(25]。进行一项研究高强混凝土使用试验组合设计实现目标强度90 MPa以上控制混合物经过28天的治疗和一个一致的水灰比0.3的混合。四个不同的混合,每个部分替代水泥的偏高岭土的0 5,10,和15%,创建测试低水粘合剂的影响比机械和耐久性混凝土混合质量包含偏高岭土(26,27]。立方体抗压强度和吸水率的大小100毫米∗100毫米∗100毫米和分割拉伸测试气缸的尺寸100毫米∗200毫米,GWT水渗透率测试和水渗透测试进行了150毫米∗150毫米∗150毫米的立方体。28]。实验检查混凝土的耐久性和强度与水泥取代沸石(29日,30.和偏高岭土31日- - - - - -33)进行。

研究混凝土混合偏高岭土和混凝土混合3沸石进行抗压强度测试,7日,28,90天。该研究使用普通硅酸盐水泥(OPC)、偏高岭土(可),硅气体(SF)和粉煤灰作为混凝土粘结剂(FA)。Polymetric萘磺酸盐被用作化学添加剂在混凝土34,35]。考试的结晶学绑定组件是使用XRD分析进行的。0.5 W / B比率被确定为56天的固化SEM、EDS和XRD技术(36]。耐久性研究偏高岭土水泥替代进行(37,38]。一项研究得出结论说,具体的特征已经提高了偏高岭土。研究提出了百分之五、百分之十和百分之十五替代水泥的重量(39- - - - - -41]。对混凝土的耐久性研究偏高岭土对硫酸盐的攻击(42]。

1.1。研究的意义

混凝土是全球消耗的大量建设。水泥、混凝土的主要成分,需要大量的能量来制造和释放大量的二氧化碳,不利的环境影响。因此,研究涉及辅助胶凝材料不断被证明将水泥替代材料的好处。促成这一研究领域,在这项研究中,天然沸石和高岭土(用作偏高岭土)调查到达推荐量的偏高岭土和沸石作为替代部分水泥。

2。实验工作

2.1。原材料

天然沸石和高岭土是来自印度的拉贾斯坦邦矿。沸石是通过一个过滤过程去除杂质。偏高岭土是由高岭土燃烧过程类似于水泥生产600和850°C之间的温度在Astrra化工、钦奈,印度。铝、硅、氧占据了绝大多数的天然沸石。铝硅酸盐,属于“分子筛”家庭的微孔固体。氧化铝的框架包括一个四面体组合4和SiO4在不同的配置与氧原子连接在一起,形成一个简单的晶格与分子可以通过分子直径的孔。

天然沸石是利用水泥浆pH值为8.1 10%,容重100年之后下降(g / cc) 0.60, 81.8克/ 100克水吸收,比重为2.1。偏高岭土的pH值(10%固体)使用4.5 - -5.5,体积密度(0.4 - -0.5公斤/点燃),比表面积(m2 / g) 19日至20日,和2.6的比重。水泥的OPC 53级比重为3.15,正常的一致性为27%,初始设置的78分钟,528分钟的最后设置。水泥稳定性测试了2毫米的结果。

OPC 53级水泥的化学成分,天然沸石,偏高岭土在表表示1。

表1
OPC 53级水泥的化学性质,天然沸石和偏高岭土。

强塑剂是多羧酸的ether-based液pH值约为6.0,1.09公斤/升的体积质量在200 c,和一个碱含量低于1.5 g Na2O /升的外加剂。混凝土是由细骨料(砂),通过一个4.75毫米筛和粗骨料,通过20毫米筛。利用水pH值为7。

2.1.1。扫描电子显微镜(SEM)的天然沸石和偏高岭土

图1显示了扫描电子显微镜(SEM)的天然沸石。SEM进行主要了解系统的形态。的异构特性表面显微照片也证明了这一点。表面表现出一种无形、棒状和球形结构的高度聚合。系统显示,天然沸石空洞的存在。


图1
扫描电子显微镜(SEM)的天然沸石。

图2显示了偏高岭土的扫描电子显微镜(SEM)。表面表现出更多的孔隙主要有细长棒状结构用更少的独立粒子和谷物。一些是不成形的,和其他人在球形式。加工条件可能推动了晶体生长主要向棒状形态。


图2
偏高岭土的扫描电子显微镜(SEM)。
2.1.2。XRD分析天然沸石和偏高岭土

x射线衍射分析是一个材料科学技术来确定材料的晶体结构。

图3显示了天然沸石的XRD图。XRD模式显示在最终系统结晶化合物的存在。剧烈的疼痛峰半宽度较低明确地证实了大尺寸的微晶的存在。一些化合物没有观察,观察强度较低可能是由于他们的低浓度或由于其非晶的特性。米勒的少接触飞机由于系统的复杂性可能没有峰值对应的另一个原因中的某些化合物的模式。发现的主要化合物是石英氧化铝和氧化钙与小数量的二氧化钛,铁氧体,氧化镁。山峰在2θ值约23°27°30°,37°,40°是石英结构索引。


图3
天然沸石XRD图。

图4显示了偏高岭土的XRD图。锋利的峰值点指高岭石的存在,和2θ,更低的峰值点指的是石英的存在。在2的感染高峰θ值18°左右,25°28°,32°34°,36°,41°氧化钙索引。


图4
偏高岭土XRD图。
2.2。测试方法

表2显示了混合的混合设计细节根据计算是10262 - 2019。原材料的重量在计算机根据最优混合比例平衡和批处理。原材料如细骨料、粗骨料、水泥、天然沸石和偏高岭土是测量和充分混合。强塑剂溶液溶解在水中被添加到混合,直到它变得均匀。极端谨慎是为了避免混凝土出血和隔离。样品制备完成后用平底锅混合器。

表2
混凝土混合料配合比设计。
2.3。坍落试验(456 - 2000)

衰退测试执行根据456 - 2000年评估新鲜混凝土的和易性。

2.4。制备的混凝土试件

锅里混合机是用来把混凝土和各种不同的组件。选择模具的内表面润滑。产生均匀的混凝土混合物放入模具和压实准备必要的尺寸的样品。混凝土试件的模具24小时直到它变硬,后在室温下固化。

2.5。抗压强度

混凝土抗压强度试验进行了以下是515 - 1959。观察和结果记录为3,7日,28岁,60岁,90天治愈标本。

抗压强度=(最大负载/净面积的混凝土立方体)MPa。

2.6。分裂的抗拉强度

是515 - 1959被用来进行分割在混凝土抗拉强度测试。观察和结果记录为3,7日,28岁,60岁,90天治愈标本。

抗拉强度= (2 p /分裂πDL) MPa。

2.7。抗弯强度

混凝土梁的尺寸100×100×500毫米是对称由两个平行钢辊的距离40厘米两辊的中心。负载应用通过两辊安装在支承跨度的1/3。混凝土应用没有冲击负载,负载不断增加的速度0.06 + 0.04 N /毫米2每秒。抗弯强度是表示为断裂模量的是515 - 1959。观察和结果记录为3,7日,28岁,60岁,90天治愈标本。

抗弯强度= (PL / bd2) MPa。

3所示。结果和分析

3.1。流动度试验

从图5,观察新鲜混凝土与天然沸石混合的衰退值和偏高岭土在43毫米至48毫米的范围。混合3获得了最大衰退值48毫米。


图5
图衰退值不同的混合。
3.2。抗压强度测试

从图6,被观察到为不同的混合硬化混凝土的抗压强度值为3,7日,28岁,60岁,90天的范围在30 MPa 72 MPa。在90天,3人获得的最大抗压强度72 MPa的价值。


图6
对不同的混合图的抗压强度。
3.3。分割抗拉强度测试

从图7,观察到分裂为不同的混合硬化混凝土的抗拉强度值为3,7日,28岁,60岁,90天的范围在3.1 MPa 5.3 MPa。90天,混合3已经达到5.3 MPa的最大分离抗拉强度值。


图7
对不同的混合图的抗拉强度。
3.4。抗弯强度测试

从图8,发现对于不同的混合硬化混凝土的抗弯强度值为3,7日,28岁,60岁,90天的范围在4.03 MPa 9.44 MPa。90天,混合3已经达到9.44 MPa的最大分离抗拉强度值。


图8
图的挠曲强度不同的混合。
3.5。机理分析
3.5.1。XRD分析

在这个研究中,混合2和4准备考虑偏高岭土混合浓度四肢(5%和15%),而保持天然沸石的浓度不变。混凝土立方体的尺寸150毫米∗∗150毫米150毫米为两个混合制备和治愈28天,然后是细碎的小方块。XRD研究进行的地面材料通过筛90微米。

图9指的是混合的XRD图2所示。结果与光谱仪在协议的结果。高峰在2θ= 13°是归因于高岭石。偏高岭土中没有观察到模式由于其非晶特性。山峰在2θ值约21°27°,43°,52°,和60°是石英结构索引。峰值约23.4°和29.4°是归因于石膏和方解石,分别为(43- - - - - -45]。相对应的峰值石膏被观察到的强烈和清晰。不那么强烈的峰值在24°是铁氧体结构索引。山峰在2θ值大约28.5°34°和指向莫来石晶体的飞机。


图9
混合2 x射线衍射图。

图10指的是混合的XRD图4所示。在混合4中,大多数的山峰被发现是尖锐和激烈,证实了晶体化合物的存在。一些广泛的峰高的半宽度支持非晶态化合物的存在。天然沸石的主导峰2θ观察值在7°的模式。高峰在11°是索引石膏的米勒(100)飞机。17°的山峰,28°,34°是由莫来石相对应的晶面。一个顶点好信噪比观察到2θ= 21°,被分配到莫斯科的米勒(003)飞机。峰值强度相当不错的29.5°是方解石的索引。32°,周围的山峰37.38°和64.30°米勒被分配到飞机的氧化钙(曹)。山峰在27°,43°,46°,55°,和60°是由石英结构(43- - - - - -46]。


图10
混合4 x射线衍射图。
3.5.2。傅立叶变换红外光谱分析

数据11和12指红外混合模式组合2和4,分别。傅立叶变换红外光谱模式的混合或多或少是相同的。乐队在464厘米1是归因于O-Si-O弯曲振动(47,48]。一个乐队有良好的强度在587厘米1是索引相对应的振动Si-O-Al债券(49]。另一个乐队在533厘米1是由于振动Ca-O债券(50]。锋利的乐队在777厘米1被分配到的对称伸缩振动Si-O-Si债券(51]。强大的乐队在995厘米1支持铝在八面体位置的存在,这证实了莫来石的存在(52]。一个好看乐队1430厘米左右1是指向的切断拉伸碳酸盐组。切断的谐波振动模式是观察一个小乐队在2985厘米1(50]。宽带约3379厘米1被分配到的不对称拉伸模式天然沸石的羟基。结果清楚地证实了硅酸铝和钙化合物的存在在最后的系统。


图11
2台混合模式。

图12
混合4红外模式。
3.5.3。热重分析(TGA)

数据13和14指的是热重分析(TGA)的混合2和4,分别。热重量分析法是用于研究准备系统的热稳定性。都或多或少表现出相同的混合分解模式。未成年人减肥观察到100°C到200°C之间由于去除吸附和lattice-held水。另一个重要的减肥410°C到420°C的分解归因于杂质(主要是碳质材料)出现在系统中。在420°C之后,化合物被发现是稳定的800°C。没有明显的重量损失由于降解的化合物或相位的变化分析。系统的分析证明了能力能够承受高温条件可能是由于稳定的金属氧化物的存在在很大程度上。


图13
:混合2热重分析(TGA)。

图14
混合4热重分析(TGA)。
3.5.4。扫描电镜:扫描电子显微镜

图15是指混合2的扫描电镜。系统显示稍微多孔性质,表面表现出不成形的独立粒子高度聚合,这可能是由于天然沸石的存在。然而,随后的孔隙分布不均匀模式。加工条件可能促进了晶体生长对特定形状和聚合过程。


图15
扫描电子显微镜(SEM)的混合2。

图16是指混合4的SEM。表面的显微照片展出异构性质,其中包含不成形的独立粒子和棒状结构的高度聚合。由于高浓度的偏高岭土,大部分孔隙度可能成为系统中占主导地位。


图16
扫描电子显微镜(SEM)的混合4。
3.5.5。回归分析的证据

回归模型的结果如下所示。

如方程所示1)和(2),单因素回归模型退化对混合组合和养护混凝土强度分别的日子。方程(3)是一个双因素回归模型显示混凝土强度作为混凝土混合物的函数组合和养护加在一起的日子。 在哪里年代米是指混凝土的强度的参数, 系数是常数, 是混凝土混合物的系数, 固化时间系数,Ct是矿物掺合料混凝土的组合(即。混合),Dt是养护天, 是标准的错误。

混凝土混合组合和固化模型中的自变量。混凝土强度是因变量。的拦截 发现更大的单因素模型表明模型没有充分解释独立变量之间的联系紧密。这可能会导致错误的参数的水灰比。

结果显示为微分方程描述混凝土强度SPSS软件对单因素(固化天或混凝土混合物组合)和双因素(养护,混凝土混合组合),方程(2)最高R平方值。这显示了一个更强大的链接在混凝土强度,固化的天数,混凝土混合。获得的分析如表所示3。

表3
混合线性回归为混凝土的强度设计为3,7日,28岁,60岁,90天5%的天然沸石与不同比例的偏高岭土。

4所示。讨论

使用天然沸石和偏高岭土在混凝土生产可以帮助促进可持续和环保建筑实践不牺牲力量。使用羧化物ether-based强塑剂作为掺合料可以改善和易性。矿物掺合料可以减少二氧化碳排放,当水泥部分取代。最近的研究结果表明,采用天然沸石和偏高岭土等矿物掺合料,使环保混凝土可持续建筑战略是向前迈出的一步。

5。结论

本研究到达下面的结论:(我)最优混凝土混合物混合3含有85%水泥,5%天然沸石,10%的偏高岭土。混合达到64.58 MPa, 28天抗压强度最高的养护和72 MPa经过90天的治疗,从而表明它是一种高强度混凝土。(2)混合3最重要的分离抗拉强度4.95 MPa后28天,90天的治疗后5.3 MPa。最大挠曲强度为8.56 MPa经过28天的治疗和9.44 MPa经过90天的治疗同样的混合。(3)氧化钙的存在,石英、石膏和少量的二氧化钛,铁氧体,氧化镁被XRD分析验证。这些协助火山灰绑定和强度的提高。TGA分析结果符合前的XRD分析结果表明,在混凝土中金属氧化物的存在大量的辅助改善的机械特性。(iv)硅酸铝和钙化合物在混凝土使用傅立叶变换红外光谱。他们协助混凝土强度的发展和改进性能。SEM暴露了棒状结构和无形的存在独立的偏高岭土和天然沸石颗粒。这使得粘贴结构更加复杂,增加了孔隙和孔隙度。因此,更高比例的偏高岭土可能会影响混凝土的强度不利。(v)的R平方值的双因素模型可以被看作是一个非常好的方法来估计混凝土强度。

数据可用性

所有的数据、模型或分析研究包括在发表的这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。