文摘

了众多作品发表在文学有关抗压强度增强的飞ash-GGBS地质聚合物组合与添加不同浓度的碱催化剂。然而,有限的研究已经记录,揭示了特定角色的碱或碱土贡献飞ash-GGBS组合抗压强度发展。众所周知,地质聚合物的强度取决于凝胶的形成从Al / Si比率,Ca / Si比率和Ca / (Si + Al)比不过他们的确切作用当治愈各种长时间是未知的。在目前的研究中,碱浓度在一只苍蝇ash-GGBS地质聚合物组合不一从6米到12米和增量两摩尔的六种不同的飞行ash-GGBS组合最低20%,最高70%的矿渣微粉。抗压强度之间的相关系数和Al / Si, Ca / Si和Ca / (Si + Al)比率值高于0.95单独来看展出。多重线性回归分析与抗压强度(如相关参数)和个人的铝/ Si值,Ca / Si和Ca / (Si + Al)比率(作为独立参数)是有效的。观察到,根据成分,抗压强度详加说明转换从Ca / Si Ca / (Si + Al)比在中间成分范围。这样一个详细的分析被认为是支持发展一个合适的成分将提供最优组合的抗压强度。

1。介绍

对含钙固体在alkali-activated地质聚合物系统与硅酸铝源,如地面粒状高炉矿渣(矿渣微粉)和钙粉煤灰(FA),快速形成C-A-S-H凝胶(1- - - - - -3)(连同钙类C FA)导致快速设置(4,5据报道。C-A-S-H凝胶显示出类似的功能,比如C-S-H凝胶在传统OPC(普通硅酸盐水泥混凝土)。添加可溶性硅酸盐,通常的办法是到碱性激活解决方案获得快速溶胶/凝胶转变与改进的属性。钙归因于早期年龄设置,从而增加随时间(6- - - - - -8]。在Na2O-CaO-SiO2 Al2O3-H2O系统,共同沉淀的地质聚合物凝胶由于Si-Al-H和C-A-S-H被发现有一个交换反应在Na取代了Ca (9- - - - - -11]。

关于基于Ca的偏高岭土地质聚合物的角色,陈et al。10)建议增加Ca偏高岭土导致更快的地质聚合物凝胶的形成导致更快的设置时间,有证据表明C-A-S-H形成。这些结论是由NMR(核磁共振)研究支持。Pulgalia和Mondal11)表示,在calcia-based系统中,相位特性变得困难,因为C-A-S-H共存的,(C (N, K) -A-S-H)和(N, K)反应产物的-A-S-H飞ash-metakaolin地质聚合物含有可溶性钙的形式。他们进一步指出,传统功能处理量振动分析提供了从最初的未反应的渣和硅酸钙水合物和重叠模式类似于OPC样本模式。他们采取传统的选择性酸溶解技术也暗示他们不能区分N-A-S-H和C-S-H凝胶。

1.1。地质聚合物粘贴造型在文学

先前用数值模拟研究地球化学反应聚合的飞ash-GGBS地质聚合物组合包括通过Dao et al。(2019)12),使用数值方法估计地质聚合物的抗压强度(神经网络和遗传算法)找到一个最佳的混合料配合比设计。Dao et al。(2019) (12)还表明,他们的模型有很强的潜力预测28天抗压强度和建议的造型将有助于减少实验室测试的时间和成本的优化设计地质聚合物。Yadollahi et al。(2015)13]估计地质聚合物混凝土的抗压强度利用人工神经网络(ANN)方法,发现参数包括硅模量、Na₂O内容、水/固体比率,和固化时间会影响地质聚合物混凝土的抗压和抗拉强度。Naseri et al。(2017)14]估计混凝土抗压强度的结果使用SVM(支持向量机)。Nano-CuO添加不同含量水平自密实混凝土和措效果测定。Khotbehsara et al。(2018)15]估计混凝土的抗压强度与SnO₂ZrO₂,和CaCO₃纳米颗粒。SVM(支持向量机),简称ANFIS(自适应neurofuzzy接口系统)被用来分析结果。Badarloo et al。(2018)16]估计混凝土的抗压和抗拉强度之间的关系用MATLAB软件和概率方法,与实验数据和误差估计是零。Awoyera et al。(2020)17)包括机械性能包括滑坡流和漏斗流在自密实混凝土地质聚合物的机器学习模型。然而,该模型没有进行完整的商业生产的地质聚合物混凝土。

更多mechanistic-based造型,Zhang et al。(2018) (18生产地质聚合物凝胶的理论模型,并发现他们接近那些利用计算机仿真通过生产实验医学分子动力学模型与Si /艾尔摩尔比率是2和3。仿真进行了温度从650到1800 K和Si /阿尔比的影响以及温度对聚合过程和计算综合地质聚合物凝胶的性质。崔et al。(2020)19]OPC和地质聚合物混凝土的弯曲行为相比,使用有限元分析模型。使用数据从测试和文献,获得经验方程推导出描述非线性关系的抗压强度和弹性模量粉煤灰地质聚合物混凝土(CFGPC)。他们观察到相当高的建议公式R2值为0.7663,密度变化时被添加到回归分析,R2增加到0.8652。凌(2019)(20.)观察到的角色SiO₂/ Na₂O摩尔比在碱性溶液中,碱性溶液浓度质量百分比,liquid-to-fly灰质量比(L / F)。凌观察使用人工神经网络(ANN)的固化温度和时间有明显影响的时间,抗压强度,热的geopolymerization混凝土粘结剂的关键属性。得出最优混合设计参数导致有利的粉煤灰地质聚合物的性质(即。、抗压强度、凝结时间和产生热量)。通过使用Levenberg-Marquardt和贝叶斯正则化算法,克里希纳湿婆和Ranga拉奥(2019)(21)能够使用ANN模型预测抗压等力学性能,混凝土分离抗拉和抗弯强度值和观察到Levenberg-Marquardt算法比贝叶斯模型更精确的结果。量化这些活动最后,麦迪扎德et al。(2018)22)使用一个统计实验设计基于响应面方法(RSM)在一个alkali-activated磷渣不同年龄的预测和优化抗压强度(3、7和28天)。在他们的研究中,活页夹样本准备与不同摩尔比的二氧化硅/ Na2O (S / N), Na2O /氧化铝(Na / Al)和H2O /氧化铝(H / Al)作为碱性催化剂和结果表明,S / N摩尔比率有显著影响7和28天抗压强度。另一方面,H /铝摩尔比被发现最重要影响抗压强度相比其他参数。他们得出的结论是,RSM模型在统计学上足够的和可以用来预测抗压强度。

1.2。研究的意义

按照文学、铝/ Si比率,Ca / Si比率和Ca / (Si + Al)比例组合可能扮演着相当重要的角色发展的地质聚合物系统的抗压强度包含钙和碱性催化剂负责启动聚合反应。根据曹/二氧化矽比氧化铝/二氧化矽比,和曹/(氧化铝+二氧化硅)比凝胶的组成和性质会发生变化,可能影响产品的整体抗压强度。本文试图使用实证方法建立相关性的报道。

在目前的研究中,也关注物质转变;地质聚合物显示抗压强度与波特兰水泥的抗压强度和额外的好处的耐高温和酸攻击下稳定。然而,地质聚合物的设置是与过渡从液体到固体密切相关,可以加速的钙。发现减少钙铝/ Si率地质聚合物的形成,尤其是Al-substituted硅酸钙水合物(C-A-S-H)形成和硅酸钙水合物(C-S-H)的形成。相比noncalcium混合由Al / Si比率控制在正常地质聚合物凝胶,钙混合经验快解散与更高的抗压强度。

有人建议,钙,这种凝胶大大加快了设置行为和(C-S-H)和(C-A-S-H)凝胶的形成造成了增强解散源物质的前体。

在当前的研究中,核磁共振测试表明,相当数量的地质聚合物凝胶存在设置为钙和noncalcium混合,这表明地质聚合物凝胶部分负责设置过程。自快地质聚合物凝胶的形成是由于更快的解散,产生更多的艾尔和降低了地质聚合物凝胶形成的铝/ Si(定量分析证实了使用Si 29日和27日核磁共振光谱),较低的铝/ Si比率可以被认为是足以导致设置行为明显不同。此外,消耗硅钙溶液中,已经从间接证明实验和仿真。

在合成(C-S-H), Ca / Si比率低导致高溶解二氧化硅浓度和低钙的浓度,同时Ca / Si比率高,在存在高pH值的12.5高钙、低硅通常是测量。与Ca / Si (C-S-H)≥1,铝吸收的总量(C-S-H)取决于铝存在于样品和水之间的紧密关系铝浓度和摩尔C-A-S-H Al / Si比率是观察到大约0.1的铝/ Si (10、12)。

然而,值得注意的是,实验样品准备是基于合成材料不一样复杂的商业样品和不代表商业产品的实际情况,因此它是合乎逻辑的结论,同时上述观察可能发生与长期养护期随着反应的进行。此外,任何改变样品的强度是一种间接测量的不同阶段形成,是一个动态情况的近似表示,由Si-Al-Ca-Na复杂控制协会在反应的不同阶段,在实际的商业产品。因此,动态情况下的地质聚合物反应随时间不能与静态实验条件现状报告。然而,应用程序和帮助的相关系数和多元线性回归分析在一起都是定指标的有效性假设和科学观察现实生活中的情况。

科学社区的帮助都依赖之间的统计相关性两个观测数据建立的直接证据依赖/独立的观察;时间事件,多元线性回归分析的方法建立不同时间事件之间的相关性。在目前的研究中,使用类似的方法。

1.3。理论

如果一个样本的数量(G,表1)与因变量(Y)和独立变量A, B和C(如表所示),那么关系可以表示为 日元,日元是因变量(对于不同的实验数据点)相关的独立实验变量参数(A1 A6)、B (B1 B6), C (C1 C6)。

这里,K1, K2, K3比例常数不同的X和Y值之间的相关关系:

这些可能是通用的

在方程(2),如果N1 = 1,则方程表现出一个完美的线性关系。在实际实验中,是传统情节Ln (Y)与Ln (A)值和观察数据点是否遵循一个变量之间的线性关系表明高度相关。类似回归之间的情节Ln (Y) (Y1日元)和Ln (B) (B1 B6)和Ln (C) (C1 C6)可以检查的相关性。一个非常高的相关系数(近一个)是表明一个优秀的依赖和独立变量之间的关系。

从方程(2)- (5),可以确定以下修改表达式: 和 或 或

Ln的值(K1), Ln (K2)和Ln (K3)可以确定的拦截Y设在从个人Ln (Y)与Ln (A)值,Ln (Y)与Ln (B)值,和Ln (Y)与Ln (C)的情节。

方程(9)被修改成多元线性回归分析,由解代数方程与三个未知参数。此外,Y值修改为(Ln (Y) - [(Ln (K1) + Ln (K2) + Ln (K3)]的值。不同改性y的数值(Y1、Y2、Y3等)等同于不同,B和C值的多元线性回归分析。

如果有大量的实验数据点(a, B, C, D, E, F, G),那么可以用单个图形Ln (Y) (Y = Y₁…. .日元)与Ln (a) (= A1….A6)之间的相关系数值来确定Y和a .类似的情节也可以用Ln (Y)与Ln (B)和Ln (Y)与Ln (C)。只能包含在相关系数接近1的关系方程。

多元线性回归分析,不同组合(ABC, ABD,安倍,沛富、ABG、BCD,公元前,公元前,等等)和N1、N2, N3值获得解决后不同的方程,说明了这些个人的影响参数N1、N2和N3 Y值。例如,如果某些N1、N2和N3值是负的,然后进一步对Y没有影响,比较数值的N1、N2和N3将突出的相对影响每个变量Y值。

在目前的实验工作,抗压强度值作为参数(Y)的依赖,而铝的摩尔比率/ Si, Ca / Si和Ca / (Si + Al)被作为独立的参数(即A1、A2和A3)。

假定的术语与每个反应物种相关联(铝/ Si、Ca / Si和Ca / (Si + Al))与凝胶的形成,从而样品的强度(表示数值的N1、N2和N3)。另外,数值接近1被认为是最佳的相关性。在实际实践中,上述的每个组合之间的相关系数计算抗压强度应提供值高于0.95。

测定铝/ Si的摩尔,Ca / Si和Ca / (Si +基地)从化学成分。相关识别,石英(二氧化硅)、氧化铝(氧化铝),和氧化钙(曹)主要参与硅凝胶的形成,如果高于凝胶,Ca-Si-Al凝胶,所有这些导致最终产品的抗压强度。

2。材料(材料)的细节

粉煤灰和矿渣微粉渣的化学成分表2。

XRD和SEM图像模式的下面(数据样本1- - - - - -4)。

2.1。碱性溶液

碱性催化剂是氢氧化钠和硅酸钠的组合解决方案,在氢氧化钠溶液(纯度98%)被用来作为碱性催化剂和硅酸钠(二氧化硅= 31.0%,Na2O = 11.6%,水= 57.4%)。这些氢氧化钠解决方案所需的物质的量浓度(6米= 240通用和12米= 480 gm)分别准备。所需的物质的量浓度氢氧化钠溶液和水玻璃在液态混合,在使用前储存在室温下。

2.2。样品制备的实验研究

粉煤灰和矿渣微粉,10%按重量变化在干旱条件下,pan-mixed。混合物不同粉煤灰80%和20%矿渣微粉(F80G20) 30%粉煤灰和矿渣微粉70% (F30G70)在六种不同成分(F)。通过添加碱性催化剂混合物被激活的解决方案(6米和12米分别氢氧化钠)和硅酸钠溶液充分混合。

外部源材料(粉煤灰和矿渣微粉)混合比例如上所述。根据混合比例、碱催化剂溶液量是不同的。最低的解决办法是全美浮尘成分越高,而最大的GGBS-based成分高。新鲜的六种不同成分的混合物(6 M氢氧化钠摩尔浓度)和其他六个不同成分(12 M氢氧化钠摩尔浓度)在50 mm×50 mm×50毫米钢模具。在完成养护28天,7天抗压强度的数据集进行测试按照标准测试方法,在暴露于环境条件下(温度25°C到27°C,湿度65%至70%)。合成经验模型是基于大约500个测试样本的实验结果。

3所示。结果

考虑的摩尔量每个单个化合物的化学物质,表3总结了铝/ Si的细节,Ca / Si和Ca / (Si + Al)摩尔在每个批处理成分以及抗压强度。

试验抗压强度之间的相关系数(Y)和Ln的个人价值,Al / Si比Ln, Ca / Si比率,和Ln, Ca / (Si + Al)比6米和12米的样品给出数据5- - - - - -7。

3.1。拦截(K值)的决心

表4突出了不同的实验样本的回归方程。

3.2。多重线性回归分析

可以看出不同成分的相关系数值都是近一个,因此多元线性回归分析的不同组合与三个不同的变量N1、N2和N38- - - - - -13显示块N1、N2和N3不同组合的养护28天。

表5呈现出的趋势二氧化硅、氧化铝、氧化钙摩尔和铝/ Si的比率,Ca / Si和Ca / (Si + Al)的四个组合。

4所示。分析和讨论

4.1。N1分析值与增加碱性溶液的物质的量浓度和提高作文从A到F

数据8和9相关证实N1(铝/ Si组成)变化与物质的量浓度增加和增加作品的养护28天。然而,关于作文的依赖,这是注意到(图9)作文2 (B + C + D)和3 (C + D + E)是至关重要的,因为N1下降值(代表强度下降)。平均化学成分是二氧化硅(0.7 - -0.8摩尔),曹氧化铝(0.23摩尔),-0.33(0.27摩尔)。因此它可能是合理的得出结论,改变机制力量发展的多维数据集发生在这个成分。发现是如此的和28天的7天养护期。

4.2。N2的分析值与增加碱性溶液的物质的量浓度和提高作文从A到F

N2的值(与强度发展由Ca / Si比率)表现出一般的负面趋势关于物质的量浓度增加和增加成分。负值表示,他们没有参与开发过程的力量。这里也有人指出中间成分显示负值关于物质的量浓度增加和增加的组合成分(成分2和3)。

4.3。分析N3值与增加碱性溶液的物质的量浓度和提高作文从A到F

图12N3值的分布显示Ca / (Al + Si)比率对增加碱性溶液的物质的量浓度下的强度。结果表明,中间成分(comp。B和C)展示积极的趋势对强度和28天的养护7天。这些作品,事实上,表现出消极的N2值。推断,这些成分的强度损失由于积极N3 - N2值补偿值。同时,成分1和图4显示负值表明N3值强度发展的这些作品都没有发挥作用。图13显示了在不同的物质的量浓度组合对强度的影响。它再次观察到中间成分显示积极N3值,而成分1和4显示负值的物质的量浓度低,物质的量浓度高和也随着养护期。组成这样的力量改变的发生机制并不是独一无二的,依赖于许多其他的因素,如活动反应源材料取决于他们的原产地。

可以指出,组合2和3表现出巨大差异在抗压强度之间的关系和N1、N2和N3值在不同的样本。这可以解释为间接证据的形成基于瞬态范围如果组合和/或Ca-Al组合或其他未知的过渡相的形成据Pulgalia和Mondal11影响抗压强度)。而组合1和4表现出不同的实验参数的均值和标准差的变化(在可接受3% - -5%的变化),组合2和3代表变化超过5%。然而,定性关系的性质是由成分的变化与抗压强度的变化表明,分析结果可以令人满意地解释了相关系数等统计工具的帮助下和多元线性回归分析。

5。总结

研究进行了几个实验来确定碱浓度苍蝇ash-GGBS地质聚合物结合不同摩尔6摩尔12摩尔浓度增量两摩尔的六种不同的飞行ash-GGBS组合的最低20%,最高70%矿渣微粉。多重线性回归分析与抗压强度(如相关参数)和个人的铝/ Si值,Ca / Si和Ca / (Si + Al))比率(作为独立的参数)。研究表明,地质聚合物的强度依赖于凝胶形成的铝/ Si比率,Ca / Si比率和Ca / (Si + Al)比和拿出养护期间设置过程中的作用。

6。前景、挑战、未来的工作和局限性

全球工业废弃物大量产生,没有有效的处理解决方案。在这种背景下,研究试图解释粉煤灰和矿渣微粉的作用抗压强度发展的实证模型。研究人员的主要挑战将是找到方法来增加使用这些工业废弃物生产比例大。第二个挑战是准确建立个人/集体贡献的垃圾成分制造建筑材料不包括强度参数。研究工作开展的范围仅限于6米和12米。这项研究可以扩展到覆盖4 M, 8米、14米来验证本研究的结果在一个更广泛的光谱的研究。也可以进行类似的研究在其他工业废弃物如偏高岭土、硅气体,蛞蝓,稻壳和各种矿山废弃物不同的物质的量浓度。

7所示。结论

该经验模型的地质聚合物的反应引起了以下结论:(1)根据总体二氧化硅、氧化铝、氧化钙比率混合成分,抗压强度改变,这方面被发现依赖于整体铝/ Si, Ca / Si和Ca / (Si + Al)比率。(2)混合成分(B和C)显示积极的趋势对于抗压强度,对7天养护28天。(3)Ca / Si比率之间的相互依存和Ca / (Si + Al)比率发现存在。强度下降由于Ca /如果比催化的作用(Si + Al)更有效的测试砖强度发展。(4)在这项研究中提出的方法,涉及相关系数和线性回归分析的结合,被认为是有用的经验捕获geopolymerization的复杂的性质。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章中,并进一步需要的数据或信息可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。