Manufacture of geopolymeric mortars from ash coming from the Ubinas volcano, assessment of its mechanical, physical and microstructural properties

• Autores: María Vargas, Marián Hermoza-Gutiérrez, Danny P Tupayachy-Quispe, Jonathan Almirón, Paul K. Huanca Z, Francisco J Velasco-López
• Localización: Revista Boliviana de Química, ISSN 0250-5460, Vol. 37, Nº. 3, 2020, págs. 148-159
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Fabricación de morteros Geopoliméricos a partir de ceniza proveniente del volcán Ubinas, evaluación de sus propiedades mecánicas, físicas y microestructurales
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    Resumen En este estudio, se ha propuesto un método de geopolimerización que utiliza una baja relación líquido/sólido (L/S) y el pistón como método de compactación, lo que ha favorecido la resistencia a la compresión lograda, teniendo en cuenta que la síntesis de geopolímeros se caracteriza por el uso de una solución alcalina con una alta relación L/S (mayor que 0.45). Para la síntesis de los morteros se usaron cenizas provenientes del volcán Ubinas (el volcán más activo del Perú), que son ricas en AI2O3, SiO2 y CaO, las cuales fueron activadas alcalinamente con hidróxido de sodio (NaOH) e hidróxido de sodio con la adición de silicato de sodio (NaOH+Na2SiO3), ambas soluciones en una concentración de 12 M, con una baja relación líquido/sólido (L/S) de 0.1 y una relación sólido:sólido (S:S) de 1:1. Las cenizas volcánicas y el cemento Portland se usaron como iniciadores mientras que la arena local se usó como agregado para ambos. Las propiedades mecánicas, físicas (densidad y absorción de agua) y estructurales de los morteros se determinaron por difracción de rayos X y la microestructura se determinó a través del microscopio electrónico de barrido. Como resultado, se ha demostrado que el uso de la solución de NaOH favorece la disolución de alúmina y sílice y, por lo tanto, a la policondensación. Esto principalmente cuando se usa un iniciador con una alta composición de AI2O3, SiO2 y CaO. Además, se observó que el exceso de NaOH (usando la solución de silicato de sodio) inhibe las policondensaciones. Por lo tanto, este método tiene la ventaja del uso de una relación L/S baja en comparación con las otras relaciones L:S que suelen ser altas. Se ha obtenido una resistencia a la compresión de 24.6 ±1.7 MPa con los morteros de geopolímero activados con NaOH ydel4.2±2.3 MPa con los morteros de geopolímero activados con NaOH+Na2SiO3 después de 28 días de curado, siendo estos valores mayores que los indicados para morteros según la Norma Técnica Peruana (NTP) 334.051.

  • English

    Abstract In this study, it has been proposed a geopolymerization method that uses a low liquid/solid (L/S) ratio and the pistón as a compaction method which has favored the compression strength achieved considering that the synthesis of geopolymers is characterized by the use of an alkaline solution with a high L/S ratio (greater than 0.45). The volcanic ashes from the Ubinas volcano (Peru's most active volcano) that are rich in Al2O3, SiO2 and CaO were alkaline activated with sodium hydroxide (NaOH) and sodium hydroxide with addition of sodium silicate (NaOH+Na2SiO3), both solutions with 12 M concentration, with a low liquid/solid (L/S) ratio of 0.1 and solid:solid (S:S) ratio of 1:1. Volcanic ashes and Portland cement were used as initiators and the local sand was used as aggregate for both of them. The mechanical, physical (density and water absorption) and structural properties were determined by X-ray diffraction and the microstructure was determined by scanning electrón microscope from the mortars. As a result, it has been proven that the use of the NaOH solution favors the dissolution of alumina and silica and therefore the polycondensation, mainly when using an initiator with a high composition of AI2O3, SiCh and CaO. Besides, it has been demonstrated that the excess of NaOH (using the sodium silicate solution) inhibits the polycondensations. Therefore, this method has the advantage of a lower use of L/S ratio than the other methods. It has been obtained a compressive strength of 24.6 ± 1.7 MPa with the geopolymer mortars activated with NaOH and 14.2 ± 2.3 MPa with the geopolymer mortars activated with NaOH+Na2SiO after 28 days of curing being these valúes higher than those for mortars in Norm NTP 334.051.