DE202024100121U1 - Composition and system for controlling the compressive strength of geopolymer concrete based on fly ash and slag: binder index - Google Patents

Composition and system for controlling the compressive strength of geopolymer concrete based on fly ash and slag: binder index Download PDF

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Abstract

Zusammensetzung zur Kontrolle der Druckfestigkeit von Flugasche und Schlacke durch einen Geopolymerbeton: Bindemittelindex, wobei die Zusammensetzung Folgendes umfasst:
einen Geopolymerbeton wie Flugasche und gemahlene granulierte Hochofenschlacke (GGBS);
eine alkalische Aktivatorlösung; und
eine Vielzahl von Aggregaten.

Figure DE202024100121U1_0000
Composition for controlling the compressive strength of fly ash and slag through a geopolymer concrete: binder index, the composition comprising:
a geopolymer concrete such as fly ash and ground granulated blast furnace slag (GGBS);
an alkaline activator solution; and
a variety of aggregates.
Figure DE202024100121U1_0000

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der bautechnischen Systeme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Zusammensetzung und ein System zur Herstellung und Kontrolle der Druckfestigkeit von optimiertem Geopolymerbeton: Bindemittelindexansatz.The present invention relates to the field of structural engineering systems. More particularly, the present invention relates to a composition and system for producing and controlling the compressive strength of optimized geopolymer concrete: binder index approach.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Der steile Anstieg der Infrastrukturentwicklung hat zu einem enormen Verbrauch verschiedener Baumaterialien wie Zement geführt. Bei der Herstellung von Zement werden hohe CO2 -Emissionen in die Atmosphäre abgegeben, die zu einem Ungleichgewicht in der Umwelt führen und den Treibhauseffekt sowie die Erschöpfung der natürlichen Ressourcen verursachen. Um diese negativen Auswirkungen auf die Atmosphäre zu verringern, wurden weltweit verschiedene umweltfreundliche Baumaterialien entwickelt, die den übermäßigen Einsatz neuer Materialien bei der Herstellung von Beton reduzieren, wie z. B. der Ersatz des herkömmlichen Portlandzements (OPC) durch große Mengen zusätzlicher zementhaltiger Materialien oder Bindemittel, die reich an Siliziumdioxid und Tonerde sind, wie z. B. Flugasche, Reishülsenasche, gemahlene granulierte Hochofenschlacke (GGBS), Metakaolin, usw.The steep rise in infrastructure development has led to huge consumption of various construction materials such as cement. During the production of cement, high CO 2 emissions are released into the atmosphere, which leads to an imbalance in the environment and causes the greenhouse effect and the depletion of natural resources. In order to reduce these negative impacts on the atmosphere, various environmentally friendly building materials have been developed around the world that reduce the excessive use of new materials in the production of concrete, such as: B. the replacement of traditional Portland cement (OPC) with large amounts of additional cementitious materials or binders rich in silica and alumina, such as. E.g. fly ash, rice husk ash, ground granulated blast furnace slag (GGBS), metakaolin, etc.

Die Verwendung von Geopolymerbeton ist jedoch aufgrund mangelnder Forschung in Bezug auf Strukturelemente, Design und Anwendungen stark eingeschränkt. Die Eigenschaften von Geopolymerbeton unter verschiedenen strukturellen Einwirkungen wie Druck, Zug, Biegung, Scherung usw. sind in der Literatur nicht erforscht. Der wirksame Einsatz dieser Bindemittel wie Flugasche und gemahlener Hüttensand bei der Betonherstellung verringert den Druck auf die Deponien und die Umweltverschmutzung. Umgekehrt wird durch die Verringerung des OPC-Gehalts im Beton die Fähigkeit, das Bindemittel zu aktivieren, reduziert.However, the use of geopolymer concrete is severely limited due to a lack of research into structural elements, design and applications. The properties of geopolymer concrete under various structural actions such as compression, tension, bending, shear, etc. are not explored in the literature. The effective use of these binders such as fly ash and ground blast furnace slag in concrete production reduces landfill pressure and environmental pollution. Conversely, reducing the OPC content in concrete reduces the ability to activate the binder.

In der jüngsten Vergangenheit wurde in mehreren Untersuchungen über verschiedene Parameter berichtet, die die Festigkeit von GPC beeinflussen. Die Konzentration von Natriumhydroxid spielt eine Rolle bei der Variation der Festigkeit von GPC. Die Auswirkungen verschiedener Parameter, wie z.B. die Menge des Ausgangsmaterials, das Verhältnis von Aktivator zu Bindemittel und die Molarität der Aktivatorlösung, auf die Festigkeit von GPC sind sehr unterschiedlich. Um die kombinierte Wirkung verschiedener Parameter auf die Festigkeit von GGBS- und FA-basierten GPC zu untersuchen, wird ein neuer Parameter namens ‚Binderindex (Bi)‘ vorgeschlagen. Der früher vorgeschlagene Bindemittelindex berücksichtigte jedoch nicht die Variation des Verhältnisses von Alkali zu Bindemittel.In the recent past, several studies have reported various parameters affecting the strength of GPC. The concentration of sodium hydroxide plays a role in varying the strength of GPC. The effects of various parameters, such as the amount of starting material, the ratio of activator to binder and the molarity of the activator solution, on the strength of GPC are very different. To study the combined effect of different parameters on the strength of GGBS- and FA-based GPC, a new parameter called ‘binder index (Bi)’ is proposed. However, the previously proposed binder index did not take into account the variation of alkali to binder ratio.

Trotz der Vorteile ist die Verwendung von Geopolymerbeton in der Praxis sehr begrenzt. Dies ist vor allem auf einen Mangel an Forschung in Bezug auf Strukturelemente, Design und Anwendungen zurückzuführen. Die Verwendung von Geopolymerbeton als Konstruktionsbeton erfordert Studien über sein Verhalten unter verschiedenen strukturellen Einwirkungen wie Druck, Zug, Biegung, Scherung usw. Außerdem gibt es keinen einzigen einheitlichen Parameter, sondern mehrere Parameter, die für die Steuerung der Festigkeit von GPC verwendet werden können. In vielen Studien wurden Daten zur Steuerung der Festigkeitsparameter aus der Literatur übernommen. Es gibt nur wenige Studien über die Quantifizierung der Parameter von Geopolymerbeton auf Basis von Flugasche und GGBS, um die Leistung der Festigkeitsparameter zu beobachten. Es gibt nur wenige Studien über die Anwendbarkeit der bestehenden Bemessungstheorien und Bemessungsregeln für konventionellen Beton zur Vorhersage des auf Flugasche und GGBS basierenden GPC.Despite the advantages, the use of geopolymer concrete in practice is very limited. This is mainly due to a lack of research into structural elements, design and applications. The use of geopolymer concrete as structural concrete requires studies on its behavior under various structural actions such as compression, tension, bending, shear, etc. Furthermore, there is no single unified parameter but multiple parameters that can be used for controlling the strength of GPC. In many studies, data for controlling strength parameters were adopted from the literature. There are few studies on quantifying the parameters of fly ash and GGBS based geopolymer concrete to observe the performance of strength parameters. There are few studies on the applicability of the existing design theories and design rules for conventional concrete to predict fly ash and GGBS based GPC.

Daher, um die oben genannten Einschränkungen zu überwinden, besteht die Notwendigkeit, eine Zusammensetzung und ein System für die Vorbereitung und Kontrolle der Druckfestigkeit von optimierten Geopolymerbeton zu entwickeln: Bindemittel-Index-Ansatz und die Bewertung der einzelnen einheitlichen Parameter anstelle von mehreren Parametern, die bei der Kontrolle der Stärke GPC verwendet werden können.Therefore, in order to overcome the above limitations, there is a need to develop a composition and system for the preparation and control of the compressive strength of optimized geopolymer concrete: binder index approach and the evaluation of the single uniform parameter instead of multiple parameters GPC can be used in controlling strength.

Die durch die vorliegende Erfindung offenbarten technischen Fortschritte überwinden die Einschränkungen und Nachteile bestehender und konventioneller Systeme und Methoden.The technical advances disclosed by the present invention overcome the limitations and disadvantages of existing and conventional systems and methods.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Zusammensetzung und ein System zur Herstellung und Kontrolle der Druckfestigkeit von optimiertem Geopolymerbeton: Bindemittelindex-Ansatz.The present invention relates generally to a composition and system for producing and controlling the compressive strength of optimized geopolymer concrete: binder index approach.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Vorbereitung und Kontrolle der Druckfestigkeit bereitzustellen.The aim of the present invention is to provide a system for preparing and controlling compressive strength.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Durchführung einer analytischen Studie über die Parameter, die die Festigkeit von Geopolymerbeton auf der Basis von Flugasche und GGBS beeinflussen, und die Festlegung eindeutiger Parameter, die die Festigkeit von GPC steuern.Another object of the present invention is to conduct an analytical study on the parameters affecting the strength of fly ash and GGBS based geopolymer concrete and to establish unique parameters controlling the strength of GPC.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Parameter zur Messung verschiedener Parameter von Geopolymerbeton zu entwickeln.Another aim of the present invention is to develop a new parameter for measuring various parameters of geopolymer concrete.

Zusammensetzung zur Steuerung der Druckfestigkeit von Geopolymerbeton auf Basis von Flugasche und Schlacke: Bindemittelindex, wobei die Zusammensetzung umfasst: einen Geopolymerbeton wie Flugasche und gemahlene granulierte Hochofenschlacke (GGBS); eine alkalische Aktivatorlösung; und eine Vielzahl von Zuschlagstoffen.Composition for controlling the compressive strength of geopolymer concrete based on fly ash and slag: binder index, the composition comprising: a geopolymer concrete such as fly ash and ground granulated blast furnace slag (GGBS); an alkaline activator solution; and a variety of additives.

System zur Kontrolle der Druckfestigkeit von Geopolymerbeton auf Basis von Flugasche und Schlacke: Bindemittelindex, wobei das System Folgendes umfasst: eine Sammeleinheit zum Sammeln von mindestens einem Bindemittel, das reich an Siliziumdioxid und Aluminiumoxid ist, für Geopolymerbeton; einen Becher, der mit der Sammeleinheit verbunden ist, um eine alkalische Aktivatorlösung durch Mischen von Natriumhydroxid (NaOH) und Natriumsilikat (Na2 SiO3) herzustellen; und einen Reaktor, der mit dem Becher und der Sammeleinheit verbunden ist, um eine Geopolymerisation des Bindemittels und der hergestellten alkalischen Aktivatorlösung durchzuführen, um optimierte komplexe Polymere zu bilden.System for controlling the compressive strength of geopolymer concrete based on fly ash and slag: binder index, the system comprising: a collection unit for collecting at least one binder rich in silica and alumina for geopolymer concrete; a beaker connected to the collection unit for preparing an alkaline activator solution by mixing sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na 2 SiO 3 ); and a reactor connected to the cup and the collection unit to perform geopolymerization of the binder and the produced alkaline activator solution to form optimized complex polymers.

Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, gemacht werden. Es wird davon ausgegangen, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung zeigen und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben und erläutert werden.In order to further illustrate the advantages and features of the present invention, a more detailed description of the invention will be made by reference to specific embodiments thereof shown in the accompanying drawings. It is understood that these drawings show only typical embodiments of the invention and therefore should not be considered as limiting its scope. The invention will be described and explained with additional specificity and detail with the accompanying drawings.

KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE ILLUSTRATIONS

Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Zeichnungen darstellen, wobei:

  • zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Kontrolle der Druckfestigkeit von Geopolymerbeton auf der Basis von Flugasche und Schlacke: Bindemittelindex, und
  • zeigt die Variation der Druckfestigkeit von GPC (fgpc) mit dem vorgeschlagenen Bindemittelindex (Bi).
These and other features, aspects and advantages of the present invention will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which like characters represent like parts throughout the drawings, in which:
  • shows a block diagram of a system for controlling the compressive strength of geopolymer concrete based on fly ash and slag: binder index, and
  • shows the variation of compressive strength of GPC (fgpc) with the proposed binder index (Bi).

Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Zeichnungen der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Zeichnungen durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Zeichnungen nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Zeichnungen nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, leicht erkennbar sind.Those skilled in the art will understand that the elements in the drawings are shown for convenience and are not necessarily drawn to scale. For example, the flowcharts illustrate the method through key steps to enhance understanding of aspects of the present disclosure. In addition, one or more components of the device may be represented in the drawings by conventional symbols, and the drawings show only the specific details relevant to understanding the embodiments of the present disclosure, rather than detailing the drawings overload, which will be readily apparent to those skilled in the art who are familiar with the present description.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:DETAILED DESCRIPTION:

Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.In order to promote an understanding of the invention, reference will now be made to the embodiment shown in the drawings and the same will be described in specific words. It is to be understood, however, that this is not intended to limit the scope of the invention, but such changes and further modifications to the system illustrated and such further applications of the principles of the invention set forth therein are contemplated by one skilled in the art invention would normally come up with.

Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.Those skilled in the art will understand that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and illustrative of the invention and are not intended to limit the same.

Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.When reference is made to “an aspect,” “another aspect,” or the like in this description, it means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment the present invention is included. Therefore, the expressions “in one embodiment,” “in another embodiment,” and similar expressions in this specification may or may not all refer to the same embodiment.

Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte einschließt, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.The terms "comprising", "including" or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion, so that a method or method comprising a list of steps not only includes those steps, but may also include other steps that are not are expressly listed or belong to such a process or method. Likewise, one or more devices or subsystems or elements or structures or components introduced with "comprises...a" do not exclude, without further limitation, the existence of other devices or other subsystems or other elements or other structures or other components or additional devices or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.

Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as generally understood by one skilled in the art to which this invention pertains. The system, methods and examples provided herein are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

Zusammensetzung zur Kontrolle der Druckfestigkeit von Geopolymerbeton auf Basis von Flugasche und Schlacke: Bindemittelindex, wobei die Zusammensetzung umfasst: einen Geopolymerbeton wie Flugasche und gemahlene granulierte Hochofenschlacke (GGBS); eine alkalische Aktivatorlösung; und eine Vielzahl von Aggregaten.Composition for controlling the compressive strength of geopolymer concrete based on fly ash and slag: binder index, the composition comprising: a geopolymer concrete such as fly ash and ground granulated blast furnace slag (GGBS); an alkaline activator solution; and a variety of aggregates.

In einer Ausführungsform besteht der Zuschlag aus groben und feinen Zuschlägen.In one embodiment, the aggregate consists of coarse and fine aggregates.

In einer Ausführungsform reicht die Molarität des alkalischen Aktivators von 6M bis 12M.In one embodiment, the molarity of the alkaline activator ranges from 6M to 12M.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems (100) zur Kontrolle der Druckfestigkeit von Geopolymerbeton auf Basis von Flugasche und Schlacke: Bindemittelindex, wobei das System (100) Folgendes umfasst: eine Sammeleinheit (102), einen Becher (104) und einen Reaktor (106). 1 shows a block diagram of a system (100) for controlling the compressive strength of geopolymer concrete based on fly ash and slag: binder index, the system (100) comprising: a collection unit (102), a cup (104) and a reactor (106).

Die Sammeleinheit (102) sammelt mindestens ein an Kieselsäure und Tonerde reiches Bindemittel für Geopolymerbeton. Becherglas (104) zur Herstellung einer alkalischen Aktivatorlösung durch Mischen von Natriumhydroxid (NaOH) und Natriumsilikat (Na2 SiO3); und einen Reaktor (106), der mit dem Becherglas (104) und der Sammeleinheit (102) verbunden ist, um eine Geopolymerisation des Bindemittels und der hergestellten alkalischen Aktivatorlösung durchzuführen, um optimierte komplexe Polymere zu bilden.The collection unit (102) collects at least one binder for geopolymer concrete rich in silica and alumina. Beaker (104) for preparing an alkaline activator solution by mixing sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na 2 SiO 3 ); and a reactor (106) connected to the beaker (104) and the collection unit (102) for performing geopolymerization of the binder and the produced alkaline activator solution to form optimized complex polymers.

In einer Ausführungsform besteht das Bindemittel aus Alumino-Silikaten, alkalisch aktivierten Lösungshydroxiden und Wasser.In one embodiment, the binder consists of aluminosilicates, alkaline activated solution hydroxides and water.

In einer Ausführungsform liegt das Verhältnis von alkalischem Aktivator zu Bindemittel im Bereich von 0,64-0,67.In one embodiment, the ratio of alkaline activator to binder is in the range of 0.64-0.67.

In einer Ausführungsform umfasst der Reaktor (106) einen Rührer (108) zum Mischen des Bindemittels und der alkalischen Lösung, wobei der Rührer (108) entweder ein Magnetrührer oder ein mechanischer Rührer ist.In one embodiment, the reactor (106) includes a stirrer (108) for mixing the binder and the alkaline solution, the stirrer (108) being either a magnetic stirrer or a mechanical stirrer.

In einer Ausführungsform steigt die Festigkeit von GPC mit der Molarität, dem Verhältnis von Alkali zu Bindemittel und dem Verhältnis von GGBS zu FA bei konstantem Verhältnis von Na2 SiO3 / NaOH. Es wird davon ausgegangen, dass die Festigkeit von GPC proportional zur Molarität der alkalischen Lösung, zum Verhältnis von Alkali zu Bindemittel (GGBS + FA) und zum Verhältnis von GGBS zu FA ist. Die ermittelten Parameter werden zu einem einzigen Parameter zusammengefasst, der als „Bindemittelindex (Bi)“ bezeichnet wird und mit dem die Festigkeit von GPC in Beziehung gesetzt werden kann. Der vorgeschlagene Bindemittelindex (Bi) ist somit: B i = M A G + F [ G F ]

Figure DE202024100121U1_0001
wobei M = Molarität von NaOH; A = Gehalt an alkalischem Aktivator (sowohl NaOH als auch Na2 SiO3 zusammen); G = GGBS-Gehalt; F = Flugaschegehalt.In one embodiment, the strength of GPC increases with molarity, alkali to binder ratio and GGBS to FA ratio at constant Na2SiO3 /NaOH ratio. It will assumed that the strength of GPC is proportional to the molarity of the alkaline solution, the ratio of alkali to binder (GGBS + FA), and the ratio of GGBS to FA. The determined parameters are combined into a single parameter, called “binder index (Bi),” to which the strength of GPC can be related. The proposed binder index (Bi) is therefore: b i = M A G + F [ G F ]
Figure DE202024100121U1_0001
where M = molarity of NaOH; A = alkaline activator content (both NaOH and Na 2 SiO 3 together); G = GGBS content; F = fly ash content.

zeigen die Variation der Druckfestigkeit von GPC (fgpc) mit dem vorgeschlagenen Bindemittelindex (Bi). show the variation of compressive strength of GPC (fgpc) with the proposed binder index (Bi).

Die Druckfestigkeit von GPC nimmt mit steigendem Bindemittelindex zu. Die beobachtete Variation der Druckfestigkeit von GPC (fgpc) mit dem Bindemittelindex (Bi) zeigt, dass die vorgeschlagene Form des Bindemittelindex, die die Auswirkungen der Molarität von NaOH, des Verhältnisses von Alkali zu Bindemittel und des Verhältnisses von GGBS zu Flugasche kombiniert, als einziger Parameter betrachtet werden kann, der die Druckfestigkeit von GPC-Mischungen beeinflusst. Die Variation der Druckfestigkeit von GPC (fgpc) mit dem Bindemittelindex (Bi) kann durch eine einfache Potenzgleichung der folgenden Form dargestellt werden. f g p c = N [ B i ] L

Figure DE202024100121U1_0002
N und L sind die Konstanten. Die Gleichung wird für die anfängliche Abschätzung der Festigkeit bei der Mischungsentwicklung von GPC verwendet.The compressive strength of GPC increases with increasing binder index. The observed variation of compressive strength of GPC (f gpc ) with binder index (Bi) shows that the proposed form of binder index, which combines the effects of molarity of NaOH, alkali to binder ratio and GGBS to fly ash ratio, as only parameter can be considered that influences the compressive strength of GPC mixtures. The variation of the compressive strength of GPC (f gpc ) with the binder index (Bi) can be represented by a simple power equation of the following form. f G p c = N [ b i ] L
Figure DE202024100121U1_0002
N and L are the constants. The equation is used for initial strength estimation in GPC mix development.

In einer Ausführungsform wird die Wirkung der Molarität (M) / Konzentration der Natriumhydroxid (NaOH)-Lösung auf die Druckfestigkeit von Geopolymerbeton analysiert. Es wird festgestellt, dass mit zunehmender Molarität auch die Druckfestigkeit des Geopolymerbetons zunimmt. Für ein bestimmtes Verhältnis von alkalischem Aktivator zu Bindemittel (d.h. A/B = 0,64) stieg die Druckfestigkeit des Geopolymerbetons bei einer Erhöhung des Verhältnisses von GGBS zu Flugasche von 0,25 auf 2,3 um 175%, 156%, 139% und 107% bei einer Molarität der NaOH-Lösung von 6M, 8M, 10M bzw. 12M.In one embodiment, the effect of molarity (M)/concentration of sodium hydroxide (NaOH) solution on the compressive strength of geopolymer concrete is analyzed. It is found that as the molarity increases, the compressive strength of geopolymer concrete also increases. For a given ratio of alkaline activator to binder (i.e. A/B = 0.64), with an increase in the ratio of GGBS to fly ash from 0.25 to 2.3, the compressive strength of the geopolymer concrete increased by 175%, 156%, 139% and 107% at a molarity of the NaOH solution of 6M, 8M, 10M and 12M, respectively.

Die Auswirkung der Molarität der NaOH-Lösung für die verschiedenen Verhältnisse von GGBS zu Flugasche auf die Biegefestigkeit von Geopolymerbeton wird analysiert. Es wird festgestellt, dass mit steigender Molarität auch die Biegefestigkeit des Geopolymerbetons zunimmt. Der Anstieg der Festigkeit ist jedoch nicht proportional zum Anstieg der Molarität. Für ein bestimmtes Verhältnis von alkalischem Aktivator zu Bindemittel (d.h. A/B = 0,64) stieg die Biegefestigkeit von Geopolymerbeton bei einer Erhöhung des Verhältnisses von GGBS zu Flugasche von 0,25 auf 2,3 um 89,8 %, 96,1 %, 77,6 % und 73,6 % bei einer Molarität von 6M, 8M, 10M bzw. 12M der NaOH-Lösung.The effect of molarity of NaOH solution for the different ratios of GGBS to fly ash on the flexural strength of geopolymer concrete is analyzed. It is found that as the molarity increases, the flexural strength of the geopolymer concrete also increases. However, the increase in strength is not proportional to the increase in molarity. For a given ratio of alkaline activator to binder (i.e., A/B = 0.64), the flexural strength of geopolymer concrete increased by 89.8%, 96.1, with an increase in the ratio of GGBS to fly ash from 0.25 to 2.3 %, 77.6% and 73.6% at molarity of 6M, 8M, 10M and 12M of NaOH solution, respectively.

Die Wirkung des Verhältnisses von alkalischem Aktivator zu Bindemittel (A/B) und der Molarität der NaOH-Lösung auf die Druckfestigkeit von Geopolymerbeton bei einem bestimmten Verhältnis von GGBS zu Flugasche wird analysiert. Die Druckfestigkeit des Geopolymerbetons stieg mit einer Erhöhung des Verhältnisses von alkalischem Aktivator zu Bindemittel. Allerdings war die Steigerungsrate der Druckfestigkeit bei höheren GGBS-Flugasche-Verhältnissen höher. Bei einem bestimmten Verhältnis von GGBS zu Flugasche (d.h. G/F = 0,67) stieg die Druckfestigkeit des Geopolymerbetons bei einer Erhöhung des Verhältnisses von alkalischem Aktivator zu Bindemittel von 0,25 auf 1,50 um 150 %, 121 %, 94 % und 60 % bei einer Molarität von 6M, 8M, 10M bzw. 12M des alkalischen Aktivators. Bei einem konstanten Wert der niedrigen Molarität (6M) und dem Verhältnis von GGBS zu Flugasche (0,67) steigt das Verhältnis von alkalischem Aktivator zu Bindemittelgehalt von 0,45 auf 0,64 und die Druckfestigkeit des Geopolymerbetons steigt von 125% auf 150%. Im Falle einer hohen Molarität (12M) und eines Verhältnisses von GGBS zu Flugasche (0,67) stieg die Druckfestigkeit des Geopolymerbetons von 48% auf 60%, wenn das Verhältnis von alkalischem Aktivator zu Bindemittel von 0,45 auf 0,64 erhöht wurde. Daher ist die Verwendung eines stärkeren Verhältnisses von alkalischem Aktivator zu Bindemittelgehalt vorteilhaft für die Erhöhung der Festigkeit von Geopolymerbeton, der mit einer niedermolekularen NaOH-Lösung hergestellt wurde. Die Biegefestigkeit von Geopolymerbeton steigt mit einem höheren Verhältnis von alkalischem Aktivator zu Bindemittel. Die Steigerungsrate der Biegefestigkeit ist jedoch mehr oder weniger gleichmäßig, wenn das Verhältnis von alkalischem Aktivator zu Bindemittel (A/B) bei gleicher Molarität der NaOH-Lösung erhöht wird. Für ein bestimmtes Verhältnis von GGBS zu Flugasche (d.h. G/F = 0,67) stieg die Biegefestigkeit des Geopolymerbetons bei einer Erhöhung des Verhältnisses von alkalischer Aktivatorlösung zu Bindemittel von 0,25 auf 1,50 um 70 %, 69 %, 51 % und 55 % für die Molarität der NaOH-Lösungen von 6M, 8M, 10M bzw. 12M. Im Falle einer konstanten niedrigen oder hohen Molarität (6M oder 12M) und bei einem konstanten Verhältnis von GGBS zu Flugasche (0,67) führte eine Erhöhung des A/B-Verhältnisses von 0,45 auf 0,64 zu einer prozentualen Erhöhung der Biegefestigkeit des Geopolymerbetons, die zwischen 51% und 70% lag.The effect of alkaline activator to binder ratio (A/B) and molarity of NaOH solution on compressive strength of geopolymer concrete at a certain ratio of GGBS to fly ash is analyzed. The compressive strength of geopolymer concrete increased with an increase in the ratio of alkaline activator to binder. However, the rate of increase in compressive strength was higher at higher GGBS to fly ash ratios. At a certain ratio of GGBS to fly ash (i.e. G/F = 0.67), with an increase in the alkaline activator to binder ratio from 0.25 to 1.50, the compressive strength of the geopolymer concrete increased by 150%, 121%, 94% and 60% at a molarity of 6M, 8M, 10M and 12M of the alkaline activator, respectively. At a constant value of low molarity (6M) and the ratio of GGBS to fly ash (0.67), the ratio of alkaline activator to binder content increases from 0.45 to 0.64 and the compressive strength of geopolymer concrete increases from 125% to 150% . In the case of high molarity (12M) and GGBS to fly ash ratio (0.67), the compressive strength of geopolymer concrete increased from 48% to 60% when the alkaline activator to binder ratio was increased from 0.45 to 0.64 . Therefore, using a stronger alkaline activator to binder content ratio is beneficial for increasing the strength of geopolymer concrete prepared with a low molecular weight NaOH solution. The flexural strength of geopolymer concrete increases with a higher ratio of alkaline activator to binder. However, the rate of increase in flexural strength is more or less uniform when the ratio of alkaline activator to binder (A/B) is increased with the same molarity of the NaOH solution. For a given ratio of GGBS to Fly ash (i.e. G/F = 0.67), the flexural strength of the geopolymer concrete increased by 70%, 69%, 51% and 55% for the molarity of the with an increase in the ratio of alkaline activator solution to binder from 0.25 to 1.50 NaOH solutions of 6M, 8M, 10M and 12M, respectively. In the case of constant low or high molarity (6M or 12M) and at a constant ratio of GGBS to fly ash (0.67), increasing the A/B ratio from 0.45 to 0.64 resulted in a percentage increase in flexural strength of geopolymer concrete, which was between 51% and 70%.

Die Auswirkung des Verhältnisses von GGBS zu Flugasche und der Molarität des alkalischen Aktivators auf die Druckfestigkeit von Geopolymerbeton bei einem bestimmten Verhältnis von alkalischer Aktivatorlösung zu Bindemittelgehalt wird analysiert. Die Druckfestigkeit des Geopolymerbetons nahm mit einem Anstieg des Verhältnisses von GGBS zu Flugasche zu. Die Steigerungsrate der Druckfestigkeit war jedoch bei einem Verhältnis von GGBS zu Flugasche von weniger als 1,0 höher, was durch einen größeren Anstieg der Druckfestigkeit bei einer Änderung der Molarität angezeigt wird.The effect of the ratio of GGBS to fly ash and molarity of alkaline activator on the compressive strength of geopolymer concrete at a certain ratio of alkaline activator solution to binder content is analyzed. The compressive strength of the geopolymer concrete increased with an increase in the ratio of GGBS to fly ash. However, the rate of increase in compressive strength was higher when the ratio of GGBS to fly ash was less than 1.0, as indicated by a larger increase in compressive strength with a change in molarity.

Die Auswirkung des Verhältnisses von GGBS zu Flugasche und der Molarität des alkalischen Aktivators auf die Biegefestigkeit von Geopolymerbeton bei einem bestimmten Verhältnis von alkalischem Aktivator zu Bindemittel wird analysiert. Die Biegefestigkeit des Geopolymerbetons stieg mit einer Erhöhung des Verhältnisses von GGBS zu Flugasche. Allerdings war die Steigerungsrate der Biegefestigkeit im Vergleich zur Druckfestigkeit des Geopolymerbetons für alle GGBS-Flugasche-Verhältnisse geringer.The effect of GGBS to fly ash ratio and alkaline activator molarity on the flexural strength of geopolymer concrete at a certain alkaline activator to binder ratio is analyzed. The flexural strength of the geopolymer concrete increased with an increase in the ratio of GGBS to fly ash. However, the rate of increase in flexural strength compared to the compressive strength of the geopolymer concrete was lower for all GGBS-fly ash ratios.

Der „Bindemittelindex (Bi)“ umfasst die Auswirkungen des Verhältnisses von GGBS zu Flugasche (G/F), des Verhältnisses von alkalischer Aktivatorlösung zu Bindemittelgehalt (A/B) und der Molarität der NaOH-Lösung (M), die die Festigkeit von Geopolymerbeton auf der Basis von GGBS und Flugasche steuern. Die Druckfestigkeit des Geopolymerbetons stieg mit der Erhöhung des Bindemittelindexes. Der Anstieg der Festigkeit stand jedoch nicht im Verhältnis zum Anstieg des Bindemittelindexes. Zwischen dem Bindemittelindex und der Druckfestigkeit von Geopolymerbeton besteht eine nichtlineare Variation. Die Beziehung zwischen der Druckfestigkeit von Geopolymerbeton auf Basis von Flugasche und GGBS nach 28 Tagen und dem Bindemittelindex (Bi) wird wie folgt berechnet fgpc = 17.70 [ B i ] 0.41

Figure DE202024100121U1_0003
The “Binder Index (Bi)” includes the effects of the ratio of GGBS to fly ash (G/F), the ratio of alkaline activator solution to binder content (A/B) and the molarity of NaOH solution (M), which affect the strength of geopolymer concrete based on GGBS and fly ash. The compressive strength of geopolymer concrete increased with the increase of the binder index. However, the increase in strength was not proportional to the increase in binder index. There is a nonlinear variation between the binder index and the compressive strength of geopolymer concrete. The relationship between the compressive strength of geopolymer concrete based on fly ash and GGBS after 28 days and the binder index (Bi) is calculated as follows fgpc = 17.70 [ b i ] 0.41
Figure DE202024100121U1_0003

Dabei ist fgpc die Druckfestigkeit von Geopolymerbeton nach 28 Tagen und Bi der Bindemittelindex. Die Biegefestigkeit von Geopolymerbeton nimmt mit steigendem Bindemittelindex zu und liegt auf einer ähnlichen Linie wie die Druckfestigkeit von Geopolymerbeton. Die Beziehung zwischen der Biegefestigkeit des Geopolymerbetons auf Basis von Flugasche und GGBS nach 28 Tagen und dem Bindemittelindex (Bi) wird wie folgt angegeben: f flexural = 1.77 [ B i ] 0.28

Figure DE202024100121U1_0004
Where f gpc is the compressive strength of geopolymer concrete after 28 days and Bi is the binder index. The flexural strength of geopolymer concrete increases with increasing binder index and is on a similar line as the compressive strength of geopolymer concrete. The relationship between the flexural strength of the geopolymer concrete based on fly ash and GGBS after 28 days and the binder index (Bi) is given as follows: f flexural = 1.77 [ b i ] 0.28
Figure DE202024100121U1_0004

Dabei ist fflexural die Biegefestigkeit von Geopolymerbeton nach 28 Tagen und Bi der Bindemittelindex. Die Variation der Festigkeiten mit dem Bindemittelindex entspricht der vorgeschlagenen Gleichung für Geopolymermischungen und folgt der nichtlinearen Potenzgleichung.Where f flexural is the flexural strength of geopolymer concrete after 28 days and Bi is the binder index. The variation of strengths with binder index corresponds to the proposed equation for geopolymer blends and follows the nonlinear power equation.

Die Druckfestigkeit bei einem Bindemittelindex von 5,40 wird im phänomenologischen Modell als Referenzfestigkeit betrachtet. Die Druckfestigkeit, die jedem Bindemittelindexwert entspricht, wird anhand des vorgeschlagenen phänomenologischen Modells berechnet und zum Vergleich mit den experimentellen Werten in Tabelle 1 aufgeführt. Binder Index (Bi) Experimentelle Druckfestigkeit (N/mm 2 ) ( fgpc e ) Vorausgesagte Druckfestigkeit * (N/mm 2 ) ( fgpc p ) 0.96 16.62 18.01 1.65 18.14 20.62 2.57 24.97 23.04 3.84 37.82 25.47 5.76 41.69 28.19 8.95 45.67 31.47 1.28 19.27 19.35 2.20 23.45 22.16 3.43 30.17 24.76 5.12 38.53 27.37 7.68 42.71 30.29 11.93 49.34 29.97 1.60 22.53 20.46 2.75 25.99 23.43 4.29 37.41 26.18 6.40 39.55 28.94 9.60 43.83 32.03 14.91 53.92 30.65 1.92 27.93 21.42 3.30 30.07 24.53 5.15 39.65 27.40 7.68 41.08 30.29 11.52 44.75 29.87 17.89 58.00 31.21 0.83 13.33 17.34 2.21 20.00 22.19 The compressive strength at a binder index of 5.40 is considered as the reference strength in the phenomenological model. The compressive strength corresponding to each binder index value is calculated using the proposed phenomenological model and listed in Table 1 for comparison with the experimental values. Binder Index (Bi) Experimental compressive strength (N/mm 2 ) ( fgpc e ) Predicted compressive strength * (N/mm 2 ) ( fgpc p ) 0.96 16.62 18.01 1.65 18.14 20.62 2.57 24.97 April 23rd 3.84 37.82 25.47 5.76 41.69 28.19 8.95 45.67 31.47 1.28 19.27 7:35 p.m 2.20 23.45 22.16 3.43 30.17 24.76 5.12 38.53 27.37 7.68 42.71 30.29 11.93 49.34 29.97 1.60 22.53 20.46 2.75 25.99 23.43 4.29 37.41 26.18 6.40 39.55 28.94 9.60 43.83 32.03 14.91 53.92 30.65 1.92 27.93 21.42 3.30 30.07 24.53 5.15 39.65 27.40 7.68 41.08 30.29 11.52 44.75 29.87 17.89 58.00 31.21 0.83 13.33 17.34 2.21 8:00 pm 22.19

Es besteht eine enge Übereinstimmung zwischen den experimentellen und den vorhergesagten Werten, was die Anwendbarkeit des phänomenologischen Modells mit einer Korrelation von 0,911 unterstreicht. Binder Index (Bi) Experimentelle Druckfestigkeit (N/mm 2 ) ( fgpc e ) Vorausgesagte Druckfestigkeit * (N/mm 2 ) ( fgpc p ) 4.95 33.33 27.14 1.10 19.10 18.63 2.95 28.88 23.84 6.60 35.55 29.16 1.38 21.33 19.70 3.69 33.33 25.21 8.25 37.33 30.84 1.65 25.77 20.62 4.42 34.22 26.38 9.90 40.44 32.27 0.68 12.62 16.49 1.81 17.11 21.10 4.05 28.44 25.81 0.90 19.02 17.72 2.41 25.77 22.67 5.40 28.88 27.74 1.13 20.08 18.74 3.02 28.44 23.98 6.75 30.53 29.33 1.35 24.44 19.61 3.62 31.11 25.09 8.10 36.13 30.69 Die Zeichnungen und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Aktionen durchgeführt werden. Auch können die Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.There is a close agreement between the experimental and predicted values, highlighting the applicability of the phenomenological model with a correlation of 0.911. Binder Index (Bi) Experimental compressive strength (N/mm 2 ) ( fgpc e ) Predicted compressive strength * (N/mm 2 ) ( fgpc p ) 4.95 33.33 27.14 1.10 10/19 18.63 2.95 28.88 23.84 6.60 35.55 29.16 1.38 21.33 19.70 3.69 33.33 25.21 8.25 37.33 30.84 1.65 25.77 20.62 4.42 34.22 26.38 9.90 40.44 32.27 0.68 12.62 16.49 1.81 November 17th 21.10 4.05 28.44 25.81 0.90 02/19 17.72 2.41 25.77 22.67 5.40 28.88 27.74 1.13 08/20 18.74 3.02 28.44 23.98 6.75 30.53 29.33 1.35 24.44 19.61 3.62 31.11 09/25 8.10 36.13 30.69 The drawings and the preceding description provide examples of embodiments. The person skilled in the art will understand that one or more of the elements described can certainly be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be divided into several functional elements. Elements from one embodiment may be added to another embodiment. For example, the order of the processes described herein may be changed and is not limited to the manner described herein. Additionally, the actions of a flowchart do not have to be performed in the order shown; Not all actions necessarily have to be carried out. The actions that are not dependent on other actions can also be carried out in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations are possible, regardless of whether they are explicitly listed in the description or not, such as: B. Differences in structure, dimensions and use of materials. The scope of the embodiments is at least as broad as specified in the following claims.

Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to particular embodiments. However, the advantages, benefits, solutions and components that may cause an advantage, benefit or solution to occur or become more pronounced are not to be construed as a critical, necessary or essential feature or component of any or all of the claims.

Claims (7)

Zusammensetzung zur Kontrolle der Druckfestigkeit von Flugasche und Schlacke durch einen Geopolymerbeton: Bindemittelindex, wobei die Zusammensetzung Folgendes umfasst: einen Geopolymerbeton wie Flugasche und gemahlene granulierte Hochofenschlacke (GGBS); eine alkalische Aktivatorlösung; und eine Vielzahl von Aggregaten.Composition for controlling the compressive strength of fly ash and slag through a geopolymer concrete: binder index, the composition comprising: a geopolymer concrete such as fly ash and ground granulated blast furnace slag (GGBS); an alkaline activator solution; and a variety of aggregates. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Aggregat aus groben und feinen Aggregaten besteht.Composition according to Claim 1 , where the aggregate consists of coarse and fine aggregates. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Molarität des alkalischen Aktivators im Bereich von 6M bis 12M liegt.Composition according to Claim 1 , where the molarity of the alkaline activator is in the range of 6M to 12M. System (100) zur Steuerung der Druckfestigkeit von Flugasche und Schlacke durch einen Geopolymerbeton: Bindemittelindex, wobei das System (100) Folgendes umfasst: eine Sammeleinheit (102) zum Sammeln mindestens eines an Kieselsäure und Tonerde reichen Bindemittels für Geopolymerbeton; einen Becher (104) zur Herstellung einer alkalischen Aktivatorlösung durch Mischen von Natriumhydroxid (NaOH) und Natriumsilikat (Na2SiO3); und einen Reaktor (106), der mit dem Becherglas (104) und der Sammeleinheit (102) verbunden ist, um eine Geopolymerisation des Bindemittels und der hergestellten alkalischen Aktivatorlösung durchzuführen, um optimierte komplexe Polymere zu bilden.A system (100) for controlling the compressive strength of fly ash and slag through a geopolymer concrete: binder index, the system (100) comprising: a collection unit (102) for collecting at least one silica- and alumina-rich binder for geopolymer concrete; a beaker (104) for preparing an alkaline activator solution by mixing sodium hydroxide (NaOH) and sodium silicate (Na 2 SiO 3 ); and a reactor (106) connected to the beaker (104) and the collection unit (102) for performing geopolymerization of the binder and the produced alkaline activator solution to form optimized complex polymers. System nach Anspruch 4, wobei das Bindemittel aus Alumosilikaten, alkalisch aktivierten Lösungshydroxiden und Wasser besteht.System after Claim 4 , where the binder consists of aluminosilicates, alkaline activated solution hydroxides and water. System nach Anspruch 4, wobei der Reaktor (106) einen Rührer (108) zum Mischen des Bindemittels und der alkalischen Lösung umfasst, wobei der Rührer (108) entweder ein Magnetrührer oder ein mechanischer Rührer ist.System after Claim 4 , wherein the reactor (106) comprises a stirrer (108) for mixing the binder and the alkaline solution, the stirrer (108) being either a magnetic stirrer or a mechanical stirrer. System nach Anspruch 4, wobei das Verhältnis von alkalischem Aktivator zu Bindemittel im Bereich von 0,64 bis 0,67 liegt.System after Claim 4 , where the ratio of alkaline activator to binder is in the range of 0.64 to 0.67.
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