Kiinteiden raaka-aineiden ja aktivointiliuoksen kemiallisen koostumuksen vaikutus geopolymeerisementtien ominaisuuksiin

Abstract

Geopolymeerisementit ovat epäorgaanisista polymeerirakenteista koostuvia sidosaineita, joita voidaan käyttää teollisuudessa yleisesti käytetyn portlandsementin korvaajana. Geopolymeerejä valmistetaan aktivoimalla alumiini-silikaattipitoista kiintoaineesta alkalisella vesiliuoksella. Teollisuudelle yleinen portlandsementti aiheuttaa huomattavia kasvihuonepäästöjä, joiden syntymistä voidaan välttää käyttämällä geopolymeeripohjaisia ratkaisuja. Tässä työssä tarkastelun alla olivat aktivointiliuoksen ja kiintoaineen vaikutukset geopolymeerisementtien ominaisuuksiin. Kirjallisuuden pohjalta selvisi, että Joseph Davidovitsin vuonna 1982 määrittämät raja-arvot raaka-aineissa käytetyille oksideille 3,5<SiO2/Al2O3<4, 0,2<Na2O/SiO2<0,28, 15<H2O/Na2O<17,5, 0,8<Na2O/Al2O3<1,20 tuottivat hyviä geopolymeerirakenteita. Huomioitavaa tosin oli, että sementtien ominaisuuksissa on suuria vaihteluita aineiden alkuperistä ja epäpuhtauksista riippuen. Vaihtelua aineiden aiheuttamissa ominaisuuksissa voidaan hyödyntää eri käyttötarkoituksiin. Lisäksi työssä tarkasteltiin geopolymerisaation reaktiomekanismia ja geopolymeerien ympäristövaikutuksia.

Geopolymer cements are inorganic polymeric binding agents, which can be used as replacement for ordinary Portland cement in the concrete industry. Geopolymers are formed when alumino-silicate based material is activated with alkaline water solution. Portland cement in cement industry produces high greenhouse gas emissions, the forming of which could be averted by choosing more environmental friendly geopolymer based alternatives. This thesis investigates the properties of geopolymer based cements and the effect of which the used ingredients have on the formed concrete. Based on literature sources, it was found out that optimal geopolymer cement can be formed following the formula given by Joseph Davidovits patent from 1982. The formula gives specific limits for molar ratios between oxides: 3,5<SiO2/Al2O3<4, 0,2<Na2O/SiO2<0,28, 15<H2O/Na2O<17,5, 0,8< Na2O/Al2O3<1,20. Also to be noted is that the properties of geopolymers vary greatly depending on the source materials and impurities. This variety can be used to give the cement wanted properties like shorter setting time. In addition, this thesis also investigated the environmental aspects of geopolymer based cements versus the ones of ordinary Portland cement.