กำลังอัดและโครงสร้างทางจุลภาคของจีโอโพลิเมอร์ที่สัมผัสอุณหภูมิสูง

Compressive Strength and Microstructures of Geopolymer Exposed to Elevated Temp

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษากำลังรับแรงอัดและลักษณะโครงสร้างทางจุลภาคของจีโอโพลีเมอร์ที่สัมผัสอุณหภูมิสูง จีโอโพลิเมอร์สังเคราะห์จากเถ้าถ่านหินและกระตุ้นการเกิดปฏิกิริยาด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ความเข้มข้น 14 โมลาร์ ใช้อัตราส่วนสารละลายต่อวัสดุประสานเท่ากับ 0.4 ตลอดการศึกษา หลังจาก 24 ชั่วโมงนำตัวอย่างจีโอโพลิเมอร์ไปสัมผัสอุณหภูมิ 40, 1100, 200, 400 และ 600 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30, 60, 90, 120 และ 180 นาทีและ ศึกษาการจำลองสภาพการณ์ของจีโอโพลิเมอร์หลังเกิดเพลิงไหม้ 3 กรณี ได้แก่ แช่น้ำ 24 ชั่วโมง แล้วสัมผัสอากาศ (WA) แช่น้ำตลอดเวลา (W) และสัมผัสอากาศตลอดเวลา (A) ศึกษาลักษณะโครงสร้างทางจุลภาคด้วย กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (OM), เครื่องส่องกราดลักษณะพื้นผิวของวัสดุ (SEM), วิเคราะห์โครงสร้างผลึก (XRD), เครื่องวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีโดยใช้อิเลคตรอน (EDS), วิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีของวัสดุ (FTIR) และวิเคราะห์พฤติกรรมทางความร้อน (TGA) และ ศึกษากำลังรับแรงอัดของจีโอโพลิเมอร์ที่อายุ 7 และ 28 วัน ผลการศึกษาพบว่า ค่ากำลังอัดของจีโอโพลิเมอร์ที่สัมผัสอุณหภูมิต่างๆ มีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาการบ่มเพิ่มขึ้น กำลังอัดของจีโอโพลิเมอร์มีค่าสูงที่สุดเมื่อสัมผัสอุณหภูมิต่ำกว่า 200 องศาเซลเซียส กำลังอัดของจีโอโพลิเมอร์ขึ้นอยู่กับระยะเวลาการสัมผัสอุณหภูมิ กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นกำลังอัดมีค่าสูงเมื่อเวลาการสัมผัสอุณหภูมิลดลง การศึกษาลักษณะโครงสร้างทางจุลภาคผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาจีโอโพลิเมอร์ ด้วยการใช้เครื่องส่องกราดลักษณพื้นผิวของวัสดุและเครื่องวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีโดยใช้อิเลคตรอน พบพื้นผิวที่มีส่วนประกอบของธาตุซิลิกอน อะลูมิเนียม และโซเดียม เป็นองค์ประกอบ นอกจากนี้การศึกษาการวิเคราะห์พฤติกรรมทางความร้อน พบว่า จีโอโพลิเมอร์เมื่อสัมผัสความร้อนที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส มีการเปลี่ยนแปลงเฟสของทุกผลิตภัณฑ์มากที่สุด   This research studied compressive strength and microstructure of geopolymer exposed to elevated temperatures. Geopolymer was synthesized from fly ash and activated with 14 molar sodium hydroxide solutions with constant liquid/binder ratio of 0.4 throughout the experiment. After 24 hours, the geopolymer samples were exposed to 40, 100, 200, 400 and 600 degree Celsius with duration times of 30, 60, 90, 120 and 180 min. There were three types of curing conditions after the exposure to elevated temperature which were: being immersed in water for a day then air cured (WA), being immersed in water throughout (W) and being air-cured throughout (A). Microstructures of geopolymer were characterized by optical microscope (OM), Scanning Electron Microscope (SEM), X-ray Diffractometer (XRD) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Fourier Transformed Infrared Spectrometer (FTIR) and Thermogravimetric Analysis (TGA) techniques and compressive strength was investigated at the age of 7 and 28 days.The results showed that the compressive strength of geopolymer after exposure to elevated temperature, increased with increasing curing age.The highest compressive strength was found when geopolymer was exposed to temperature less than 200 degree Celsius. The compressive strength of geopolymer also depended on the duration of exposure to temperatures. The compressive strength of the geopolymer increased when the duration to exposure of temperature decreased. A study on microstructure of geopolymer showed the geopolymerization products. The surface areas of geopolymer paste contained silicon, aluminium and sodium which were characterized by SEM-EDS techniques. In addition, geopolymer sample which were exposed to 200 degrees Celsius had the highest weight change which detected by TGA technic.