Geopolymer Development by Powders of Metakaolin and Wastes in Thailand

Geopolymer has been developed as an alternative material to Portland cement. Geopolymer is based on the polymerization of alkaline activation and oxide of silicon and aluminium. These oxides can be found in many pozzolanic materials such as metakaolin and the wastes from industries and agricultures in Thailand, e.g., fly ash, bagasse ash and rice husk ash. Pozzolanic materials were selected as source materials for making geopolymers into 4 different types. Sodium hydroxide concentration of 10 Molar (10MNaOH) and sodium silicate (Na2SiO3) solutions were used as alkaline activators by the mass ratio of Na2SiO3/NaOH at 1.5. The mixtures were cast in 25×25×25 mm. cubes. After casting, the geopolymers were cured at 80๐C for 24 hrs. in an oven and then at room temperature for 7 days. The pozzolanic materials effects, the Si/Al molar ratio and the Na/Al molar ratio were studied and characterized. An X-ray fluorescence (XRF) was chosen to determine the percentages of silica and alumina in order to verify the proper ratio of the fly ash, Rice husk ash, Bagasse ash and Metakaolin.The study also included the impact on mechanical and physical properties such as compressive strength, water absorption, density and porosity

Development of geopolymer mortar from metakaolin blended with agricultural and industrial wastes

Geopolymer is greener alternative cement produced from the reaction of pozzolans and strong alkali solutions. Generally, the cement industry is one of largest producers of CO2 that caused global warming. For geopolymer mortar usage, Portland cement is not utilized at all. In this research, geopolymer mortars were prepared by mixing fly ash with metakaolin and various wastes (bagasse ash and rice husk ash) varied as 80:20, 50:50 and 20:80, 15M NaOH, Na2SiO3 and sand. The influence of various parameters such as metakaolin to ashes ratios and pozzolans to alkali ratios on engineering properties of metakaolin blended wastes geopolymer mortar were studied. Compressive strength tests were carried out on 25 x 25 x 25 mm3 cube geopolymer mortar specimens at 7, 14, 21, 28 and 91 air curing days. Physical and chemical properties were also investigated at the same times. The test results revealed that the highest compressive strength was 80% fly ash - 20% metakaolin geopolymer mortar. When the curing times increases, the compressive strength of geopolymer mortar also increases. The mixing of fly ash and bagasse ash/rice husk ash presented lower compressive strength but higher water absorption and porosity. For FTIR results, the geopolymer chain such as the H-O-H, Si-OH and Al-O-Si were found. Moreover, the geopolymer mortar could easily plastered on the wall

การพัฒนาจีโอโพลิเมอร์ความแข็งแรงสูงด้วยเถ้าชานอ้อยว่องไวสูง Development of High-Strength Geopolymers by High-Reactive Bagasse Ash

จีโอโพลิเมอร์เป็นวัสดุชนิดใหม่ที่มีสมบัติคล้ายคลึงกับปูนซีเมนต์ จึงมักถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างเนื่องจากมีกำลังรับแรงอัดสูง โดยจีโอโพลิเมอร์ผลิตมาจากวัสดุอะลูมิโนซิลิเกตที่เรียกว่าวัสดุปอซโซลานเช่น เมตาเคโอลิน เถ้าลอย เถ้าชานอ้อย และเถ้าแกลบ ผสมกับสารละลายอัลคาไลที่มีความเป็นด่างสูงเพื่อเกิดปฏิกิริยาจีโอโพลิเมอไรเซชัน แต่ในการนำเอาขี้เถ้าจากการเกษตร มาใช้นั้นมีข้อจำกัดอยู่ที่ความว่องไวในการทำปฏิกิริยา หากวัสดุปอซโซลานมีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาจีโอโพลิเมอไรเซชันต่ำจะทำให้กำลังรับแรงอัดช่วงต้นของชิ้นงานมีค่าน้อยเช่นเดียวกัน ดังนั้นในงานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ที่ทำให้เถ้าชานอ้อยมีความว่องไวสูงต่อการทำปฏิกิริยาโดยการนำเถ้าชานอ้อยไปแช่ในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์และเกิดเป็นสารละลายโซเดียม ไฮดรอกไซด์ชนิดซิลิกาสูง (Silica-rich (SR)-NaOH) ในงานวิจัยนี้ใช้วัสดุปอซโซลานอัตราส่วนระหว่างเมตาเคโอลินต่อเถ้าชานอ้อยที่ 80:20 และอัตราส่วนปอซโซลานต่อสารละลายอัลคาไลเท่ากับ 1:1 ปริมาณเถ้าชานอ้อยแตกต่างกันที่ 0, 20 และ 50 เปอร์เซนต์ ผสมเข้ากับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 10 โมลาร์ ได้เป็นสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ชนิดซิลิกาสูง จากนั้นทดสอบสมบัติทางเคมี ได้แก่ การวิเคราะห์หมู่ฟังก์ชันด้วยเครื่องฟูเรียทรานสฟอร์มอินฟราเรดสเปกโตรมิเตอร์ การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีด้วย เครื่องวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ และความสามารถในการละลายของด่าง จากผลการทดสอบพบว่าการใช้ SR-NaOH ที่ผสมเถ้าชานอ้อย 50 เปอร์เซนต์ จะมีค่ากำลังรับแรงอัดสูงที่สุด โดยมีค่ากำลังรับแรงอัดสูงกว่าชิ้นงานที่ใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เชิงพาณิชย์มากกว่า 2 เท่า ที่อายุบ่ม 7 วันและมากกว่า 3.5 เท่าที่อายุบ่ม 28 วันGeopolymer is a new material whose properties are similar to cement. Therefore, it is often used in the construction industry due to its high compressive strength. Geopolymers are made from aluminosilicate materials called pozzolanic materials such as metakaolin, fly ash, bagasse ash and rice husk ash mixed with a high alkali solution to occur geopolymerization, however, the agricultural ashes have limited reactivity. Since the pozzolanic materials had low reactivity for geopolymerization, the early compressive strength of geopolymer was low as well. Therefore, this research aimed to prepare the high-reactive bagasse ash by soaking the ash in sodium hydroxide solution to transform into silica-rich sodium hydroxide (SR-NaOH). In this study, the ratio of metakaolin and bagasse ash was 80:20 and the ratio of solid to alkali liquid was 1:1. The quantity of bagasse ash for SR-NaOH was varied as 0, 20 and 50%, mixed with 10M NaOH. The chemical properties were characterized including the functional group analysis by FTIR, the chemical compositions by XRD and the alkalinity test.  From the results, it was found that the usage of SR-NaOH with 50 percent of bagasse ash presented the highest compressive strength which was 2 times at 7 day age and 3.5 times at 28 day age higher than that of commercial NaOH.Keywordsจีโอโพลิเมอร์ชนิดเมตาเคโอลิน; เถ้าชานอ้อยว่องไวสูง; ความแข็งแรงรับแรง; สารละลายโซเดียมซิลิเกต; สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ชนิดซิลิกาสูงMetakaolin-based geopolymer; High-reactive bagasse ash; Compressive strength; Sodium silicate solution; Silica-rich sodium hydroxide,

Effect of Thai Kaolin on properties of agricultural ash blended geopolymers

Geopolymer has been developed as an alternative material to Portland cement. It is based on the polymerization of alkali activators and oxides of silicon and aluminium from pozzolans. Pozzolans are materials mainly SiO 2 and/or Al2O3 which reacts with NaOH and Na2SiO3 to generate a three dimentional aluminosilicate structure. The clean and fine kaolin from south of Thailand transforms into metakaolin at 550-600 C, as determined by DTA. In this research, kaolin was heated at 600 C, 700 C and 800 C for 2 and 6 h to optimize its transformation into metakaolin as pozzolans for geopolymers preparation. Additionally, the as-received kaolin was exploited also as a pozzolan for geopolymers in order to reduce heat energy consumption. However, it was found that kaolin alone did not display sufficient pozzolanic behavior to form geopolymer at 7 days of age unless specimens were slightly warm cured. Therefore, it was blended with more active pozzolans such as bagasse ash and rice husk ash. Finally, the results of compressive strength and microstructures were investigated and discussed. © 2013 Published by Elsevier Ltd

Potassium alkali concentration and heat treatment affected metakaolin-based geopolymer

Geopolymers prepared using KOH and K2SiO3 alkali solution instead of the more common NaOH and Na2SiO3 are reported. The influence of KOH concentration, curing temperature and heat treatment on the properties of metakaolin-based geopolymers were studied. The KOH concentrations were varied at 6, 8, 10, 20, 30 and 40 M, the K2SiO3/KOH ratios used were 1 and 1.5 and curing temperatures of 40 \ub0C and 60 \ub0C for 24 h were applied. Results showed that geopolymer with 10 M KOH, cured at 40 \ub0C, 24 h and heat treated at 550 \ub0C gave the highest compressive strength at 28 days. The heat treatment process caused the porosity of geopolymer increased because water was eliminated from the geopolymer structure by the applied heat, therefore, the density decreased whereas the water absorption and the porosity of geopolymer specimens increased. The microstructure of heat-treated specimens showed more mature geopolymer matrix than that of non heat-treated ones leading to higher compressive strength in the former geopolymers and had ceramic-like property

Development of Thai lignite fly ash and metakaolin for pervious geopolymer concrete

The study was to use Thai lignite fly ash and metakaolin to produce geopolymer paste as binder material in pervious concrete. The proper ratio of fly ash to metakaolin were varied as 100:0, 70:30, and 50:50. Alkali solution to pozzolan (L/P) ratios viz., 0.5, 0.6 and 0.8 by weight were prepared. The mechanical and characterization of pervious geopolymer concrete (PGC) were carried out. The results presented that the particle of fly ash was sphere with smooth surface, while metakaolin was partly agglomerated and irregular shaped. The increase of fly ash in the ratio of fly ash to metakaolin affected the lower requirement of volume of alkali solution. The compressive strength and of pervious geopolymer concrete at 28 days were 3.7-5.4 MPa. The void ratio and water permeability were 28.5-30.7% and 1.9-2.1 cm/sec, respectively. Therefore, geopolymer paste from fly ash and metakaolin could be used for pervious concrete with satisfied properties according to standard of ACI 522R-10