The basic mechanical properties of the fluidised bed combustion fly ash-based geopolymer

Natalia Paszek,

Marcin Górski

Abstrakt

The main goal of the research was to check the influence of different factors on the mechanical behaviour of the fluidised bed combustion (FBC) fly ash-based geopolymer. Tests have shown that the increasing the proportion of sodium silicate to sodium hydroxide causes a decrease of compressive strength and an increase of flexural strength. The addition of aggregate significantly increased flexural strength but decreases compressive strength. Samples cured at higher temperatures obtained higher strength. Finally, it was concluded that taking into account the mechanical behaviour, FBC fly ash-based geopolymer can be treated as an alternative building material; however, its strength is lower than a metakaolin-based geopolymer made of the same mixture composition.

Keywords: FBC fly ash, geopolymer, curing conditions, compressive strength, flexural strength

Streszczenie
Głównym celem badania było wyznaczenie wpływu wybranych czynników na wytrzymałość geopolimeru bazującego na fluidalnym popiele lotnym. Badanie wykazało, że wzrost stosunku masowego szkła wodnego do wodorotlenku sodu powoduje spadek wytrzymałości na ściskanie i wzrost wytrzymałości na rozciąganie geopolimeru. Dodatek kruszywa (piasku) powoduje natomiast wzrost wytrzymałości na rozciąganie i spadek wytrzymałości na ściskanie. Odnotowano, że próbki dojrzewające w wyższych temperaturach uzyskują wyższą wytrzymałość. Na podstawie wykonanych badań stwierdzono, że biorąc pod uwagę wytrzymałość badanego geopolimeru, można uważać go za alternatywny materiał budowlany. Wytrzymałość badanego geopolimeru jest jednak niższa od wytrzymałości geopolimeru na bazie metakaolinu.

Słowa kluczowe: popiół fluidalny, geopolimer, warunki dojrzewania, wytrzymałość na rozciąganie i na ściskanie, FBC fly ash, geopolymer, curing conditions, compressive strength, flexural strength
References

[1] Bing-hui M., Zhu H., Xue-min C., Yan H., Si-yu G., Effect of curing temperature on geopolymerization of metakaolin-based geopolymers, Applied Clay Science 99/2014, 144–148.

[2] Brzozowski P., Możliwości wykorzystania popiołów lotnych ze spalania w kotłach fluidalnych do betonów układanych pod wodą, Civil and Environmental Engineering/Budownictwo i Inżynieria Środowiska 2/2011, 5–11.

[3] Chindaprasirt P., Jenjirapanya S, Rattanasak U., Characterizations of FBC/PCC fly ash geopolymeric composites, Construction and Building Materials 66/2014, 72–78.

[4] Ekaputri J.J., Junaedi S., Wijaya, Effect of curing temperature and fiber on metakaolin-based geopolymer, Procedia Engineering 171/2017, 572–583.

[5] EN 196-1 :2016, Method of testing cement – Part 1: Determination of strength, Brussels 2016.

[6] Fernandez-Jimenez A., Palomo A., Factors Affecting Early Compressive Strength of Alkali  Activated fly ash (AAFA) Concrete, Materiales de Construccion 57(287)/2007, 7–22.

[7] Hardjito D, Rangan B.V., Development and properties of low-calcium fly ash-based geopolymer concrete, Research Report GC 1, Faculty of Engineering, Curtin University of Technology, Pert, Australia 2005.

[8] Heah C.Y., Kamarudin H., Mustafa Al Bakri A.M., Bnhussain M., Luqman M., Nizar I.K., Ruzaidi C.M., Liew Y.M., Study on solids-to-liquid and alkaline activator ratios on kaolinbased geopolymers, Construction and Building Materials 35/2012, 912–922.

[9] Pelisser F., Guerrino E.L., Menger M., Michel M.D., Labrincha J.A., Micromechanical characterization of metakaolin-based geopolymers, Construction and Building Materials 49/2013, 547–553.

[10] Poowancum A., Horpibulsuk S., Development of Low Cost Geopolymer from Calcined Sedimentary Clay. RILEM Bookseries 10/2015, 359–364.

[11] Rajczyk K., Popioły lotne z kotłów fluidalnych i możliwości ich uszlachetniania, Wydawnictwo Instytut Śląski, Opole 2012.

[12] Rovnanik P., Effect of curing temperature on the development of hard structure of metakaolin- -based geopolymer, Constraction and Building Materials 24/2010, 1176–1183.

[13] Swanepoel J.C., Strydom C.A., Utilisation of fly ash in a geopolymeric material, Applied Geochemistry 17/2002, 1143–1148.

[14] Zhang M., Zhao M., Zhang G., Sietins J.M., Granados-Focil S., Pepi M.S., Xu Y., Tao M., Reaction kinetics of red mud-fly ash based geopolymers: Effects of curing temperature on chemical bonding, porosity, and mechanical strength, Cement and Concrete Composites 93/2018, 175–185.