Использование оптимизированного микроволнового спекания для производства безопасного и устойчивого продукта.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4611 (2023) Цитировать эту статью

454 доступа

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Гидроксид натрия (NaOH) в качестве щелочного активатора представляет собой существенное ограничение в массовом производстве связующих, активируемых щелочью, из-за его серьезного воздействия на безопасность пользователей. В этом исследовании безопасные и устойчивые однокомпонентные щелочно-активированные шлаковые смеси (ОП-ААС) были приготовлены путем эффективного микроволнового спекания смеси активного аморфного измельченного гранулированного доменного шлака (ГГБФС) и порошка гидроксида натрия (NaOH). Различные порошки, спеченные в микроволновой печи, были приготовлены с использованием микроволновой энергии мощностью 900 Вт для смеси при разных сроках обработки (10, 20 и 30 мин). Изучены свойства свежих и затвердевших различных смесей ОП-ААС. Кроме того, фазовый состав и микроструктуру исследовали с помощью рентгеноструктурного (РФА) анализа и сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Тестирование на цитотоксичность/жизнеспособность было проведено для оценки гибели клеток, вызванной разработанными материалами, и измерения их безопасности для пользователя. На основании анализа прочности на сжатие, анализа цитотоксичности/жизнеспособности, воздействия на окружающую среду и расчета стоимости разработанного ОП-ААС сделан вывод, что использование микроволнового спекания в течение короткого времени достаточно для производства безопасных связующих материалов с адекватными механическими свойствами, пригодными для коммерческого применения в строительстве. сектор.

Активируемые щелочью вяжущие вещества (ААБ) широко изучались в качестве альтернативы портландцементу (ПК) в бетонной промышленности из-за экологических и экономических соображений1,2,3,4,5. AAB являются устойчивой альтернативой ПК, получаемой из отходов или побочных продуктов, которые помогают экономить природные ресурсы, используемые в индустрии ПК6,7. Кроме того, утилизация отходов экономит большую площадь, необходимую в случае их утилизации или хранения8,9,10. С экологической точки зрения AAB оказывают меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с ПК, который производит около (0,5–0,82) кг CO2 на каждый кг произведенного ПК11,12,13,14,15. С экономической точки зрения они производятся из недорогих материалов (побочных продуктов) без необходимости больших затрат энергии, в большинстве случаев, в процессе производства16,17,18. ААБ образуются в результате процесса геополимеризации в результате смешивания базовых материалов, содержащих высокий процент кремнезема и глинозема (источник алюмосиликата) в щелочной среде (щелочной активатор)19,20,21. Алюмосиликатный источник может быть получен из геологических источников, таких как метакаолин (МК), или промышленных побочных продуктов, таких как GGBFS от сталелитейной промышленности и летучей золы (FA) от сжигания битуминозного или антрацитового угля22,23,24. Обычно используемым щелочным активатором может быть гидроксид натрия/калия (Na/KOH), силикат (Na2/K2Si2O3), карбонат (Na2/K2CO3) и оксид (Na2/K2O)25,26. После многочисленных исследований материалов, активируемых щелочью, ААБ можно разделить по методу производства на две основные системы: двухкомпонентную систему ААБ и однокомпонентную систему ААБ, как показано на рис. 1.

Классификация производства щелочноактивированного связующего.

Традиционная двухкомпонентная система ААБ является основным методом производства ААБ, в котором активный аморфный алюмосиликатный материал сочетается с предварительно приготовленным сильным щелочным раствором27,28,29,30. Двухкомпонентные AAB обладают важными свойствами; они демонстрируют высокие механические свойства с точки зрения прочности на сжатие31,32,33, прочности сцепления30,34 и выдерживания усталостных нагрузок35,36. Кроме того, они имеют более высокую долговечность, чем ПК, с точки зрения устойчивости к кислотам37,38,39, химическим веществам40,41, циклам замораживания-оттаивания42,43 и повышенной температуре44,45,46. Несмотря на преимущества двухкомпонентных ААБ, наличие щелочного активатора в форме раствора является одной из основных проблем, с которыми сталкивается их масштабируемость из-за трудностей транспортировки, смешивания и укладки бетона. Кроме того, некоторые из используемых щелочных растворов имеют экономические и экологические проблемы.