Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/42577

TitleDevelopment of foam one-part geopolymers
Author(s)Abdollahnejad, Zahra
Advisor(s)Aguiar, J. L. Barroso de
Torgal, Fernando Manuel Alves Silva Pacheco
Issue date29-Jun-2016
Abstract(s)A produção de cimento Portland normal (CPN) o mais importante constituinte do betão requer uma elevada produção de energia com a consequente libertação para a atmosfera de dióxido de carbono e outros gases responsáveis por efeito de estufa (GEE). As preocupações ambientais relacionadas com as elevadas emissões de CO2 geradas durante a produção do CPN motivaram investigações para o desenvolvimento de novos materiais ligantes eco-eficientes. Os geopolímeros são ligantes alternativos ao CPN obtidos a partir de aluminosilicatos e activadores alcalinos. A geopolímerização é um processo quimico complexo que envolve a dissolução dos aluminosilicatos, o seu transporte, orientação e policondensação de produtos de reação. Contudo são reconhecidas algumas limitações aos geopolímeros correntes, bicomponentes (contendo soluções alcalinas e silicatos solúveis). A utilização de soluções alcalinas agressivas dificulta a aplicação dos geopolímeros. A utilização de silicato de sódio é responsável por uma elevada pegada carbónica dos geopolímeros. A durabilidade destes materiais é ainda tema controverso. Por exemplo os geopolímeros correntes (bicomponentes) estão associados à formação substancial de eflorescências pelo facto das soluções alcalinas e silicatos solúveis não reagirem totalmente durante o processo de geopolimerização. Este fenómeno é responsável por um aumento da permeabilidade dos geopolímeros e por uma redução da sua durabilidade. Consequentemente é necessário estudar novas e melhores misturas geopoliméricas. A descoberta dos geopolímeros monofásicos é considerada um importante acontecimento em termos de geopolímeros de baixas emissões de carbono aos quais basta juntar água, exactamente como sucede com o CPN. Contudo até ao presente momento estes novos ligantes tem estado associados a baixos valores de resistência à compressão. Alguns autores até referem uma perda de resistência ao longo do tempo em geopolímeros monofásicos à base de lamas vermelhas calcinadas e hidróxido de sódio. A presente tese pretende desenvolver novas misturas de geopolímeros monofásicos com um desempenho suficiente para poderem ser utilizadas pela indústria da construção. Na mesma foram estudadas as propriedades mecânicas e a durabilidade das novas misturas. Analisou-se a aplicabilidade de um modelo numérico para a previsão da resistência à compressão das novas misturas. Efetuou-se a caracterização dos produtos de reação através da análise da microestrutura e da espectroscopia de infravermelhos. Estudou-se a possibilidade da utilização dos geopolímeros monofásicos na produção de argamassas porosas leves com condutibilidade térmica melhorada. O seu desempenho foi comparado com o desempenho de argamassas porosas leves obtidas de geopolímeros correntes (bicomponentes) em termos de propriedades, custo e potencial de aquecimento global.
The production of ordinary Portland cement (OPC) as the essential constituent of concrete requires considerable energy, releasing a significant amount of carbon dioxide and other greenhouse gases (GHGs) into atmosphere. Environmental concerns regarding the high CO2 emissions related to the production of OPC led to research efforts on the development of eco-efficient alternative binders. Geopolymers constitute promising inorganic binders alternative to OPC which are based on aluminosilicates by-products and alkali activators. The geopolymerization is a complex chemical process evolving dissolution of raw materials, transportation, orientation and polycondensation of the reaction products. However, there are still many drawbacks associated with traditional two part geopolymer mixes (containing alkaline species and soluble silicates). The caustic alkaline solutions make the handling and application of geopolymers difficult. The use of sodium silicate is responsible for a high carbon footprint of two part geopolymers. The durability of these binders is also subject of some controversy. For instance, current two part geopolymeric mixes can suffer from a high amount of efflorescence originated by the fact that alkaline or soluble silicates that are added during processing cannot be totally consumed during geopolymerisation. This phenomenon is responsible for an increase in geopolymer permeability and reduced durability. Therefore, the study of new and improved geopolymer mixes is needed. The discovery of one-part geopolymers is considered as a key event on the evolution of low carbon dioxide geopolymer technology in the “just add water” concept as it happens with OPC. However so far they were associated with very low compressive strength. Some authors even report a compressive strength decrease with time for one-part geopolymers based on calcined red mud and sodium hydroxide blends. The present thesis aimed to develop one part geopolymer mixtures with acceptable performance to be of some use for the construction industry. The mechanical properties and the durability performance of the new one-part geopolymer mixtures were studied. A numerical model to predict the compressive strength of one part-geopolymers was suggested. Hydration products results assessed with SEM/EDS and FTIR spectra were presented. The use of one part geopolymers for production of lightweight foam mortars with the improved thermal performance was studied. Comparisons to foam two part geopolymer mortars were made concerning properties, cost and global warming potential assessment.
TypedoctoralThesis
DescriptionDoctoral Thesis Civil Engineering, Material
URIhttp://hdl.handle.net/1822/42577
AccessopenAccess
Appears in Collections:C-TAC - Teses de Doutoramento
BUM - Teses de Doutoramento

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