ارزیابی رفتار بتن‌های ژئوپلیمری در مقایسه با بتن‌های معمولی در درجه حرارت‌های زیاد از منظر ریزساختاری

امروزه محافظت از سازه‌های مختلف ازجمله زیرساخت‌های تجاری، درمانی، صنعتی و مسکونی در برابر آتش امری بسیار پیچیده است. حرارت زیاد موجب تغییرات ریزساختاری و کاهش مقاومت فشاری بتن با سیمان پرتلند معمولی می‌شود؛ اما ژئوپلیمرها به‌عنوان نسل سوم سیمان با توجه به ساختار آمورف و شبکه‌های سه‌بعدی آلومینوسیلیکاتی، رفتار پایدارتری را در مقایسه با بتن معمولی تحت حرارت زیاد از خود نشان می‌دهد. نانوساختار‌های هیدرات سیلیکات کلسیم (c-s-h) و هیدرات آلومینوسیلیکات کلسیم (c-a-s-h) از محصولات فرآیند هیدراتاسیون و ژئوپلیمرازاسیون است که نقش مهمی در افزایش مقاومت بتن ژئوپلیمری و معمولی دارد؛ اما حرارت چه در حالت گذرا چه در حالت پایدار موجب تغییر در مشخصات مکانیکی و ریزساختار بتن می‌شود. بر این اساس به‌منظور درک عمیق‌تر از تغییر رفتار نانوساختارهای c-s-h و c-a-s-h بتن براثر اعمال حرارت‌های زیاد، بتن ژئوپلیمری با بتن معمولی نیز مورد مقایسه قرارگرفته است. در این راستا حدود 300 نمونه به مدت 3، 14 و 28 روزه در حمام رطوبت عمل‌آوری شده است. سپس همه آزمونه‌ها به مدت 2 ساعت در دماهای 25، 100، 300، 500، 700 و 900 درجه سلسیوس قرارگرفته است. مقاومت فشاری، میزان جذب آب و درصد تغییرات وزنی در تمام آزمونه‌ها موردبررسی قرارگرفته است. همچنین برای تجزیه تحلیل رفتار ریزساختاری آزمونه‌ها در دماهای مختلف از تصاویر میکروسکوپ الکترونیکی روبشی (sem) و طیف‌سنجی پراش انرژی پرتوایکس (edx) استفاده شد. بر اساس نتایج پژوهش حاضر با افزایش در درجه حرارت های زیاد مقاومت هر دو نوع بتن کاهش می یابد. با افزایش دما به بیش از 700 درجه سلسیوس ساختار بتن ژئوپلیمری تبدیل به ساختار سرامیکی متخلخل و نیمه پایدار گشته است. این تغییر در ساختار سرامیکی باعث ایجاد تمایز در مقاومت فشاری بتن ژئوپلیمری نسبت به بتن معمولی تحت حرارت زیاد شده است. مقاومت فشاری نمونه 28 روزه بتن ژئوپلیمری و معمولی تحت دمای 900 درجه سلسیوس به ترتیب 7.35 و 4.31 مگاپاسکال است.

assessment of the geopolymer concrete performance compared to conventional concrete at high temperatures from microstructural perspective

when the concrete is exposed to high temperatures, maybe confront to reduction strength and load capacity after fire. the extent of fire damage is directly related to the duration of the fire and the resulted temperature. the resistance of the construction against high temperature is one of the main factors of building grading in its fire tolerance and protection. nowadays, protecting various structures including commercial, medical, industrial, and residential infrastructures against fire is a very complex issue. high heat causes microstructural changes and decreases compressive strength of the concrete containing conventional portland cement, but geopolymers as the third generation of cement due to amorphous structure and aluminosilicate 3d networks lead to more stable behavior under high heat conditions considering the conventional concrete. calcium silicate hydrate (c-s-h) and calcium aluminosilicate hydrate (c-a-s-h) nanostructures are products of the hydration and geopolymerization processes that play an important role in increasing the strength of conventional and geopolymeric concrete, but heat, either in transient or steady state, changes the mechanical properties and microstructure of the concrete. hence for a deeper understanding of the behavior of c-s-h and c-a-s-h nanostructures affected by high temperatures, geopolymer concrete has been compared with conventional concrete. 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 energy-dispersive x-ray (edx) analysis were also used to evaluate the microstructural behavior of samples in various temperatures. at above 700 °c was observed the stability crystalline structure. in addition, increases pores and cracks were seen on the geopolymer structure. at 900 °c, the ceramic like structure (mostly porous) was formed, and this is due to increases volum and decline the compressive strength about 89% (75 kg/cm2). in this temperature, the aluminiosilicate structure in the geopolymer has turned into the ceramic like structure and crystalline structure at high temperature. in fact, caco3 has been decomposed to cao (lime) and cause to changing in the aluminiosilicate structure. according to the results, the strength of both types of concrete decreases with increasing temperature. by increasing the temperature to more than 700 °c, the geopolymer concrete structure has transformed to a porous and semi-stable ceramic structure. this change in the ceramic structure has made a difference in the high heat compressive strength of geopolymer concrete vs. conventional concrete. the compressive strength of 28-day aged geopolymer concrete and conventional concrete samples at 900 °c was 7.35 and 4.31 mpa, respectively.