Study of metakaolins with different amorphities and particle sizes activated by KOH and K₂SiO₃
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Estudo de metacaulins com diferentes amorfidades e tamanhos de partículas ativados por KOH e K₂SiO₃
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Resumo
The study of alkaline activated materials is very promising regarding the production of materials with high durability. The particle size and the content of reactive silica e alumina (amorphous) influence the performance of the geopolymer as well as the type of activator. In this study, geopolymers are produced using metakaolin precursors with similar chemical composition and different amorphities and particle sizes. KOH and K2SiO3 are used as activators, therefore, potassium solutions provide a lower viscosity of the pastes, better workability with a lower liquid to solids ratio and, consequently, better mechanical strength, denser and exhibited low porosity than sodium solutions. Produced precursors and pastes were characterized in the solid state by fluorescence X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance single pulse and nuclear magnetic resonance cross-polarization. The pastes were also evaluated for compressive strength, bulk density and water absorption. The results indicate that geopolymers can be obtained from metakaolins of incomplete calcination and with average grain diameter of 23.5 µm and 12.0 µm. Despite having similar bulk density and a slight difference in water absorption, the mechanical strength of the paste produced with coarser and more amorphous metakaolin at 28 days is 50 MPa, while the other paste reaches 22 MPa. The difference in mechanical strength is likely due to the greater extent of geopolymerization indicated by the NMR. The difference in the precursors and consequently in the pastes impacts on the expected durability.
Abstract
O estudo de materiais alcalinos ativados é muito promissor no que diz respeito à produção de materiais com alta durabilidade. O tamanho das partículas e o teor de sílica e alumina reativa (amorfa) influenciam o desempenho do geopolímero bem como o tipo de ativador. Neste estudo, geopolímeros são produzidos a partir de precursores de metacaulim com composição química semelhante e diferentes amorfidades e tamanhos de partículas. KOH e K2SiO3 são utilizados como ativadores, portanto, as soluções de potássio proporcionam menor viscosidade das pastas, melhor trabalhabilidade com menor relação líquido/sólido e, consequentemente, melhor resistência mecânica, são mais densas e apresentam baixa porosidade que as soluções de sódio. Os precursores e pastas produzidos foram caracterizados no estado sólido por espectroscopia de fluorescência de raios X, difração de raios X, espectroscopia no infravermelho, ressonância magnética nuclear de pulso único e ressonância magnética nuclear de polarização cruzada. As pastas também foram avaliadas quanto à resistência à compressão, densidade aparente e absorção de água. Os resultados indicam que geopolímeros podem ser obtidos a partir de metacaulins de calcinação incompleta e com diâmetro médio de grão de 23,5 µm e 12,0 µm. Apesar de apresentar densidade aparente semelhante e pequena diferença na absorção de água, a resistência mecânica da pasta produzida com metacaulim mais grosso e amorfo aos 28 dias é de 50 MPa, enquanto a outra pasta chega a 22 MPa. A diferença na resistência mecânica é provavelmente devida à maior extensão de geopolimerização indicada pela RMN. A diferença nos precursores e consequentemente nas pastas impacta na durabilidade esperada.
Assunto
Geopolímeros, Tamanho da partícula, Força (Mecânica), Água - absorção
Palavras-chave
Geopolymerization, Amorphicity, Particle size, Mechanical strength, Water absorption
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221450952100293X?via%3Dihub