تاثیر اعمال حرارت‌های زیاد بر خواص مکانیکی و ریزساختار بتن ژئوپلیمری

سازه‌های بتنی مورد استفاده در منابع مختلف از جمله صنایع ذوب‌آهن، آلومینیوم و دفن زباله‌های خطرناک ممکن است در معرض حرارت زیاد قرار گیرند و تحت تاثیر حرارت عملکرد آنها دچار نقصان شود. از سوی دیگر ژئوپلیمرها به عنوان شاخهای از مواد آلومینوسیلیکاتی رفتار پایدارتری نسبت به بتن معمولی در مقابل حرارت از خود نشان می‌دهند. نانوساختار هیدرات سیلیکات کلسیم (c-h-s )و هیدرات آلومینوسیلیکات کلسیم (cahs )از محصولات فرآیند ژئوپلیمرازاسیون است که نقش مهمی در افزایش مقاومت بتن ژئوپلیمری دارد، اما این نانوساختارها تحت تاثیر حرارت دچار تغییرات رفتاری می‌شوند. بر این اساس هدف این مقاله بررسی تاثیر حرارت‌های زیاد بر پارامترهای مقاومتی بتن ژئوپلیمری از منظر ریزساختاری با نگرش به تغییرات نانوساختار c-s-h و c-a-s-h است. در این راستا حدود 300 نمونه به مدت 1 ،3 ،7 ،14و 28 روزه درحمام رطوبت عمل‌آوری شده است. سپس همه آزمونه‌ها به مدت 2 ساعت در دماهای 25 ،50 ،100 ،200 ،300 ،500 ،700 و 900 درجه سلسیوس قرار گرفته است. درصد تغییرات طولی و وزنی، مقاومت فشاری، آزمون امواج فراصوت و رفتار ترک‌خوردگی در تمام آزمونه‌ها مورد بررسی قرارگرفته‌است. همچنین برای ارزیابی رفتار ریزساختاری آزمونه‌ها در دماهای مختلف از تصاویر میکروسکوپ الکترونیکی روبشی (sem )و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (edx )استفاده شد. براساس نتایج پژوهش حاضر به دلیل ماهیت رفتاری نانوساختار c-s-h وc-a-s-h ،تغییرات وزن، طول و مقاومت فشاری نمونه‌ها وابسته به رفتار این نانوساختارها است. با شروع تجزیه نانوساختار c-a-s-h بر اثر حرارت زیاد، افت مقاومت فشاری و افت وزنی مشاهده شده و ترک‌ها نیز گسترده‌تر می‌شود. مقاومت فشاری نمونه 28 روزه تحت دمای 900 درجه سلسیوس 87/58 %کاهش یافته است. ساختار آلومینوسیلیکات با حرارت دیدن بیش از 300 درجه سلسیوس تغییر کرده است. در دمای زیاد این ساختار تبدیل به ساختار سرامیکی متخلخل و نیمه پایدار شده است. همچنین بر اثر دمای بیش از 500 درجه سلسیوس آب درون پیوند شیمیایی حاصل از فرآیند ژئوپلیمریزاسیون تجزیه شده است. نانوساختارهای c-s-h و c-a-s-h که عامل مقاومت است به مرور به اثر حرارت زیاد تخریب می‌شوند. تخریب این نانوساختارها بر روی پایداری و مقاومت بتن ژئوپلیمری نیز تاثیر بسزایی گذاشته است.

The Effect of High Temperatures on the Mechanical and Microstructural Properties of Geopolymer Concrete

The concrete structures used in various applications including iron and aluminum foundries and hazardous waste disposal lose performance when subjected to heat. As aluminum silicate materials however, geopolymers behave in a much more stable manner than normal concrete when exposed to high temperatures. Calcium silicate hydrate (CSH) and calciumaluminumsilicatehydrate nanostructures, which are products of the geopolymerization process that strengthens geopolymer concrete, undergo many changes when exposed to heat. The study therefore investigates the effect of high temperatures on geopolymer concrete’s strength parameters from a microstructural perspective and according to nanostructural changes of CSH and CASH. In this regard, about 300 samples were cured in the humidity bath for 1, 3, 7, 14, and 28 days. All samples were then put in of 25, 50, 100, 200, 300, 500, 700, and 900°C temperatures for 2 hours. Length and weight change percentages, compressive strength, and ultrasonic and cracking behavior tests were performed on all samples. Images from the scanning electron microscope (SEM) and the energydispersive Xray (EDX) analysis were also used to evaluate the microstructural behavior of samples in various temperatures. According to the results, sample weight and length changes and compressive strength depended on the behavioral nature of CSH and CASH nanostructures. Nanostructural analysis of CASH points to high temperatures reducing compressive strength and weight as well as causing more cracks. The compressive strength of the 28 samples in 900°C temperature also decreased from 604 kg/cm2 to 75 kg/cm2. The complete disintegration of the CSH and CASH nanostructures and the decomposition of water from the chemical bond and the OH hydroxyl group are the reasons for this reduction.