Ανθεκτικότητα κονιαμάτων γεωπολυμερών από μετακαολίνη και ασβεστολιθική άμμο

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη της ανθεκτικότητας κονιαμάτων γεωπολυμερών από μετακαολίνη και ασβεστολιθική άμμο. Σκοπός της είναι η διερεύνηση των ιδιοτήτων των γεωπολυμερών ώστε να διαπιστωθεί σε ποιο βαθμό μπορούν να αξιοποιηθούν ως δομικά υλικά. Τα γεωπολυμερή είναι ανόργανα πολυμερή υλικά που προκύπτουν από το γεωπολυμερισμό αργιλοπυριτικών υλικών κι αποτελούν μία νέα κατηγορία ανόργανων δομικών υλικών Ο καολίνης είναι ένα αργιλικό πέτρωμα το οποίο έχει ως κύριο ορυκτολογικό του συστατικό τον καολινίτη, καθώς επίσης και χαλαζία, μαρμαρυγία, αστρίους, αλουνίτη, ιλλίτη, μοντμοριλονίτη κ.α. Ο καολινίτης, όταν υποστεί θερμική κατεργασία στην περιοχή 550-750 ˚C μετατρέπεται σε άμορφο μετακαολινίτη. Ο μετακαολίνης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη για τη σύνθεση γεωπολυμερών και βρίσκει αρκετές εφαρμογές σε διάφορους τομείς. Στην εργασία μελετήθηκε η σύνθεση γεωπολυμερικών κονιαμάτων με μετακαολίνη και ασβεστολιθική άμμο και η επίδραση της άμμου στην ανθεκτικότητα των κονιαμάτων. Ειδικότερα, έγιναν δοκιμές αντοχής σε θλίψη, ψύξης απόψυξης, ξήρανσης-εμβάπτισης, ανθεκτικότητας σε περιβάλλον θειικών ιόντων, διάχυσης χλωριόντων, ενανθράκωσης και υδατοαπορροφητικότητας. Όπως προέκυψε τα γεωπολυμερή εμφανίζουν μέγιστες αντοχές σε θλίψη (55 MPa) όταν δεν περιέχουν καθόλου άμμο, και μειώνονται όσο αυξάνεται η περιεκτικότητα σε άμμο, με τα δοκίμια με λόγο Α/Μ=3 να έχουν αντοχές 35 MPa. Όλα τα γεωπολυμερή, ανεξαρτήτως της αναλογίας Α/Μ, παρουσίασαν πολύ καλή συμπεριφορά στις δοκιμές ξήρανσης-εμβάπτισης, ανθεκτικότητας σε περιβάλλον θειικών ιόντων και ενανθράκωσης. Αντίθετα, η συμπεριφορά τους στη δοκιμή ψύξης-απόψυξης δεν ήταν καλή. Πολύ καλή συμπεριφορά εμφάνισαν στη δοκιμή διάχυσης χλωριόντων (βέλτιστη αναλογία Α/Μ=3), ενώ τη μικρότερη υδατοαπορροφητικότητα παρουσίασε το δοκίμιο με Α/Μ=2.

The subject of this thesis is to study the durability of geopolymer mortars made from metakaolin and calcareous sand. Geopolymers are inorganic polymeric materials originating from the geopolymerisation of aluminosilicate materials and are a new class of inorganic building materials. Kaolin is a clay rock and kaolinite is its main mineralogical component. It also contains quartz, mica, feldspar, alunite, illite, montmorillonite as minor constituents. Kaolinite when heated in 550-750 ˚C becomes amorphous metakaolinite. Metakaolin can be used as raw material for the production of geopolymers and finds many applications in various fields. In this thesis, the preparation of geopolymer mortars from metakaolin (M) and calcareous sand (S) was studied and the effect of sand on the duralability of geopolymer was investigated. In whole, the compressive strength, the freezing- thawing resistance, the wet-dry behaviour, the resistance to corrosive environments (sulfates and chlorides), the carbonation depth and the sorptivity were tested. The geopolymers exhibit maximum compressive strength (55 MPa) when they are not containing any sand, and the strength decreases with increasing sand content. Specimens with S/M=3 presented a strength of 35 MPa. All geopolymers, regardless of the ratio S/M, showed very good performance in the wet-dry, sulphate resistance and carbonation test. However, their behaviour in the freezing-thawing test was not good. Very good behaviour was exhibited in the chloride diffusion test (optimal ratio S/M=3), while the geopolymer with S/M=2 showed the lowest water absorption.