| dc.date.accessioned | 2018-02-26T14:05:45Z | |
| dc.date.available | 2018-02-26T14:05:45Z | |
| dc.date.issued | 2018-02-26 | |
| dc.identifier.uri | urn:nbn:de:hebis:34-2018022654646 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/2018022654646 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | Geopolymer | ger |
| dc.subject | Reisschalenasche | ger |
| dc.subject | Tonerdeschmelzzement | ger |
| dc.subject | Hüttensandmehl | ger |
| dc.subject | Druckfestigkeit | ger |
| dc.subject | Temperaturbeständigkeit | ger |
| dc.subject | Säurebeständigkeit | ger |
| dc.subject | Schaumbeton | ger |
| dc.subject.ddc | 620 | |
| dc.title | Influence of Calcium Aluminate Cement and Ground Granulated Blast Furnace Slag on the Synthesis of Rice Husk Ash-Based Geopolymer Mortars | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | The manufacture of Portland cement is energy intensive and is associated with carbon dioxide emission of approximately 7% of total global emission. The process also produces pollution in the forms of dust, noise, and vibration with operating machinery during blasting in quarries. Geopolymer material is formed through the reaction of silica and alumina oxides with alkali activator and has appeared as a viable alternative to the Portland cement in the construction field due to good properties such as high compressive, low permeability, more resistance to corrosion and fire, and good acid resistance. Furthermore, the production of geopolymer concrete offers a solution to the environmental issue as
it utilized the industrial by-product materials that consist of silicon and aluminium such
as fly ash and rice husk ash (RHA) from power plants. Being rich in silica, RHA can be used as a source material for making geopolymers. However, RHA contains very little aluminium, an additional source of aluminium is needed. Calcium aluminate cement (CAC) and ground granulated blast furnace slag (GGBFS) are aluminium-rich materials, which might be suitable as a source of aluminium when added to RHA to synthesize geopolymers.
This dissertation consists of three main parts. The first part is to investigate the possibility of using RHA, CAC, and GGBFS to develop the RHA-CAC and RHA-GGBFS geopolymer mortars at ambient environment. The results showed that the RHA-based geopolymer mortars incorporated with CAC or GGBFS possessed the compressive strength varied from 11 to 73 MPa. The characteristics of CAC and GGBFS can significantly affect the strength development of the geopolymer mortars. The mortar specimens containing KOH had higher compressive strength at various ages up to
120 days when compared with the mortar specimens containing NaOH.
The second part of the dissertation examines the durability properties of RHA-CAC and RHA-GGBFS geopolymer mortars in terms of fire and sulfuric acid conditions. For fire resistance, the geopolymer mortars were heated in an electric furnace to temperatures of up to 500°C, 750°C, and 1000°C for 60 min at a heating rate 5°C/min. It was found that both types of the geopolymer mortars suffered strength loss after elevated temperature exposures. However, after exposure to 500°C, the geopolymer mortars prepared using CAC gained strength. The behavior of geopolymers exposed to high temperatures is attributed to two opposing effects: ongoing geopolymerization reaction and/or sintering leading to strength gain; thermal incompatibility leading to strength loss. Hence, the geopolymer mortar strength can either be increased or reduced depending on the dominant process. For sulfuric acid resistance, the geopolymer mortars were exposed to pH 1 and pH 2 sulfuric acid solutions by immersion up to 1, 2, 3, and 4 weeks. The results revealed that both types of the geopolymer mortars had no significant visual signs of deterioration after exposure in the solutions. Some minor corrosion could be observed in the specimens by the acid attack. The mortar specimens showed no noticeable change in color and were seen to remain structurally intact. The important factors identified, which contribute to better resistance to sulfuric attack include the low content of calcium and low porosity that results in low permeability.
The third and last part presents the lightweight foamed RHA-based geopolymer mortars using aluminium powder as foaming agent. In addition, lightweight expanded clay aggregate was used to partially replace quartz sand at 50% by volume. The findings indicated that the compressive strength of the lightweight foamed RHA-based geopolymer mortars in the range of 1 to 5 MPa and the density between 660 and 1100 kg/m3 could be made, suggesting that the lightweight foamed RHA-based geopolymers are comparable to those of the lightweight foamed ordinary Portland cement.
As described above, in terms of mechanical and durability properties, the RHA-based geopolymers could be a cementitious material to replace Portland cement in infrastructure applications, such as roadway construction, building materials, as well as sewage pipes, which bring economic and environmental benefits. | eng |
| dcterms.abstract | Die Herstellung von Portlandzement ist aufgrund der benötigten Brenntemperatur energieintensiv. Ca. 7% der weltweite durch Menschen verursachten CO2-Emissionen
sind hierauf zurückzuführen. Ferner entstehen hierdurch Luftverschmutzung, sowie Lärmbelastungen. Geopolymer-Bindemitteln liegt die Reaktion von Silizium- und Aluminium-Oxiden, mit alkalischen Aktivatoren zugrunde. Diese Gruppe von Bindemitteln stellt eine Alternative zu Portlandzement in der Verwendung von Baustoffen dar. Begründet ist diese Substitutionsmöglichkeit durch hohe Druckfestigkeit,
einer geringen Permeabilität, einem erhöhten Widerstand gegenüber Korrosion
und Säureangriff, sowie einer gegenüber zementären Systemen verbesserten Feuerbeständigkeit. Zudem können durch die alkalische Aktivierung Abfallprodukte aus Kraftwerken, wie z.B. Flugasche oder Reisschalenasche, genutzt werden. Aufgrund des hohen Anteils an weitgehend amorphen Silizium-Dioxids, kann Reisschalenasche als Ausgangsmaterial für Geopolymere genutzt werden. Da Reisschalenasche allerdings nur einen geringen Gehalt an Aluminium aufweist, muss hierzu ein aluminiumreiches Ausgangsmaterial hinzugefügt werden. Tonerdeschmelzzement und Hüttensandmehl eignen sich als solche aluminiumreichen Ausgangsmaterialien für Reisschalenaschen basierte Geopolymere.
Die vorliegende Dissertation ist in drei Teile gegliedert. Im Ersten Teil wird die Entwicklung, Optimierung und Charakterisierung des auf Reisschalenasche basierenden Bindemittels und Mörtels beschrieben. Neben den Bindemittelanteilen wurde ebenso der Anregertyp, die Kombination von Anregern und die Anregerkonzentration variiert. Hierbei kamen Kalium- und Natrium-Hydroxid sowie Natrium-Wasserglas zum Einsatz. Die Druckfestigkeiten erreichten hier maximale Werte von 73 MPa nach 120 Tagen.
Es wurden sehr geringe Kapillarporositäten von teilweise unter 1 Vol.-% ermittelt.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Dauerhaftigkeit des im ersten Teil optimierten Mörtels untersucht. Für die Temperaturbeständigkeit wurden die Proben in einem elektrischen Ofen mit einer Heizrate von 5°C/min auf Temperaturen von 500°C, 750°C, und 1000°C gebracht und für 60 Minuten gehalten. Bis zur Temperatur von 500°C konnte eine Festigkeitssteigerung beobachtet werden. Bei 750°C und 1000°C kam es zu einem Druckfestigkeitseinbruch. In den Versuchen zur Säurebeständigkeit, wurden die Probekörper den pH-Werten 1 und 2 über den Zeitraum von 1, 2, 3 und 4 Wochen ausgesetzt. Beide Geopolymermörtel erwiesen sich als sehr beständig bezüglich der Säurelagerung. Keine signifikanten Ablösungen konnten makroskopisch festgestellt werden. Mikrostrukturell konnten auch nur geringe Anzeichen von korrosivem Angriff beobachtet werden. Diese hohe Beständigkeit ist auf die geringe Kapillarporosität, und im Vergleich zu zementären Systemen geringen Calcium-Gehalt, zurückzuführen.
Im dritten Teil der Arbeit wurde basierend auf dem in Teil 1 optimierten Mörtel ein mineralischer Schaum hergestellt, optimiert und untersucht. Zum Aufschäumen wurde Aluminiumpulver verwendet. Durch die Reaktion des Aluminiums mit dem Alkali-Hydroxid bilden sich Gasblasen, welche die porige Struktur im Mörtel erzeugen. Zudem wurden Leichtzuschläge zur weiteren Dichtereduktion verwendet. Für diesen Schaum wurden Dichten zwischen 660 und 1100 kg/m3 erreicht, bei Druckfestigkeiten von
1-5 MPa.
Es konnte gezeigt werden, dass reisschalenaschenbasierte Geopolymere, insbesondere aufgrund der guten Eigenschaften in Bezug auf Druckfestigkeit und Dauerhaftigkeit, als Ersatz für Portlandzement in Infrastrukturanwendungen eingesetzt werden können. Zu möglichen Anwendungen zählen Betonsteine, z.B. für die Verwendung als Pflasterstein oder auch Abwasserrohre, welche aufgrund der hohen chemischen Belastung ein besonderes Anforderungsprofil darstellen. Diese erhöhten Anforderungen können durch das hier entwickelte und erforschte Bindemittel erfüllt werden. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Photisan, Methawee Sriwattanapong | |
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen | |
| dc.contributor.referee | Middendorf, Bernhard (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Koenders, Eddie (Prof. Dr.) | |
| dc.subject.swd | Beton | ger |
| dc.subject.swd | Geopolymer | ger |
| dc.date.examination | 2017-11-30 | |
