Еffect of chemical activators on properties of high volume fly ash binders with mechanically activated fly ash

[Ј. М. Ракић]

104 стр.

Технолошко инжењерство - Инжењерство материјала / Technological engineering - Materials engineering

Везива састава 70 % механички активираног електрофилтерског пепела и 30 % портланд цемента хемијски су активирана применом натријум-сулфата, натријум-карбоната, натријум-силиката, натријум-оксалата и калцијум-формијата као активатора. Избор оптималних услова механичке активације пепела заснован је на поређењу својстава три узорка пепела из две термоелектране након млевења у планетарном млину у трајању од 15 минута при различитим односима кугле/пепео. Анализирани су расподела величина честица, специфична површина, морфологија и минерални састав, садржај реактивног SiO2 и растворљивост у алкалном раствору полазних и механички активираних узорака пепела. Процена реактивности узорака пепела извршена је на основу одређивања индекса активности, чврстоће при притиску везива са 70 % пепела и 30 % портланд цемента, и чврстоће малтера геополимера. Закључено је да је млевењем при односу кугле/пепео 3 постигнуто значајно побољшање својстава и повећање реактивности пепела уз минимални утрошак времена и енергије. Поређење утицаја хемијских активатора на својства везива са високим уделом електрофилтерског пепела извршено је мерењем времена везивања и чврстоће при притиску. Механизам хидратације везива анализиран је испитивањем кинетике хидратације, састава раствора у порама, минералног састава, садржаја везане воде и портландита и микроструктуре везива. Установљено је да се применом комбинације механичке активације пепела и хемијске активације везива могу превазићи главни недостаци везива са високим уделом пепела, дуго време везивања и мале почетне чврстоће. Додатак хемијских активатора везиву довео је до убрзавања реакција хидратације обе компоненте везива. Закључено је да је утицај соли натријума као активатора заснован је на повећању базности раствора у порама везива, а калцијум-формијата на повећаној концентрацији јона калцијума у везиву. Утврђено је да су најпогоднији хемијски активатори испитиваних везива натријум-силикат и калцијум- формијат.

Binders containing 70 % mechanically activated fly ash and 30 % Portland cement were chemically activated using sodium sulfate, sodium carbonate, sodium silicate, sodium oxalate and calcium formate. The optimization of mechanical activation of fly ash was based on a comparison of properties of three ash samples from two thermal power plants after milling in a planetary mill for 15 minutes at different ball-to-ash ratios. Particle size distribution, specific surface area, morphology and mineral composition, reactive SiO2 content and solubility in alkaline solution of the raw and mechanically activated ash samples were analyzed. Reactivity of the ash samples was assessed based on determination of activity index, compressive strength of the binder with 70% fly ash and 30% Portland cement, and the strength of geopolymer mortars. It was concluded that grinding at ball-to-ash ratio of 3 led to significant improvement in properties and to increased ash reactivity with minimal time and energy consumption. Comparison of the effects of the chemical activators on properties of high volume fly ash binders was done by determining setting time and compressive strength. Hydration mechanism of the binders was analyzed by investigating hydration kinetics, pore solution composition, mineral composition, bound water and portlandite contents, and microstructure of the binders. It was found that by applying a combination of mechanical activation of the ash and chemical activation of the binder, the main disadvantages of high volume fly ash binders, long setting time and low initial strength, can be overcome. Addition of the chemical activators to the binder led to an acceleration of hydration reactions of both binder components. It was concluded that the effect of sodium salts as activators was based on increasing the alkalinity of the binder pore solution, while the influence of calcium formate was the increment of the concentration of calcium ions in the binder. Sodium silicate and calcium formate were established as the most suitable chemical activators for the investigated binders.

електрофилтерски пепео, портланд цемент, хидратација, пуцоланска реакција, механичка активација, хемијска активација

fly ash, Portland cement, hydration, pozzolanic reaction, mechanical activation, chemical activation

666.9.015.097.6(043.3)

Tekst