Advanced high and low field 1H and 129Xe NMR methods for studying polymerization, curing and pore structures of geopolymers
| Autor: | Li, J. (Jing) |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Kinnunen, P. (Päivö), Telkki, V. (Ville-Veikko), Kantola, A. (Anu M.), Mailhiot, S. (Sarah) |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: |
water-to-solid ratio
single-sided NMR pore structure relaxometry matalan kentän NMR geopolymerointi NH4OH-käsittely cryoporometry geopolymerization vesi-kiintoainesuhde NMR spectroscopy Si-to-Al ratio NH4OH treatment Si-Al-suhde geopolymeerit 129Xe NMR NMR-spektroskopia kryoporometria relaksometria geopolymer huokosrakenne |
| Popis: | Geopolymers are three-dimensional aluminosilicate frameworks, synthesized from the aluminosilicate sources activated by alkali solutions under mild conditions. They are widely regarded as sustainable construction materials. The understanding of geopolymer pore structures is important for their development. The mechanical properties of geopolymers depend on their pore structures. Currently, the pore structures are often studied using destructive methods, which cannot be used in longitudinal studies. Thus, new methods are required to characterize the time-dependent properties of geopolymers. In this thesis, the following advanced 1H and 129Xe nuclear magnetic resonance (NMR) methods were applied to study the polymerization, curing, and pore structure of geopolymers: 1H relaxometry, 1H cryoporometry, 129Xe spectroscopy, and 129Xe relaxometry. As a result, several interconnected mesopores with different pore sizes were found. Additionally, three factors were found to affect the geopolymerization and pore structures: water-to-solid ratio (w/s), silicon-to-aluminum ratio (Si/Al), and NH4OH posttreatment. High w/s favors large pore sizes and enhanced pore connectivity. Low Si/Al = 1 contributes to the formation of the zeolite phase, resulting from the formation of a gel phase with low Si/Al during geopolymerization. The NH4OH posttreatment did not change pore sizes, but it did increase the level of pore connectivity. Tiivistelmä Geopolymeerit ovat kolmiulotteisia alumiinisilikaattirakenteita, jotka syntetisoidaan alumiinisilikaattilähteistä, jotka aktivoidaan alkaliliuoksella miedoissa olosuhteissa. Niitä pidetään laajalti ympäristöystävällisinä rakennusmateriaaleina. Geopolymeerihuokosrakenteiden ymmärtäminen on tärkeää niiden sovellusten kannalta. Geopolymeerien mekaaniset ja absorptio ominaisuudet riippuvat niiden huokosrakenteista. Tällä hetkellä huokosrakenteita tutkitaan yleensä destruktiivisilla menetelmällä, jolloin pitkittäistutkimus ei ole mahdollista. Tämän vuoksi geopolymeerien ajasta riippuvien ominaisuuksien karakterisointiin tarvitaan uusia menetelmiä. Tässä väitöskirjassa geopolymeerien polymeroitumisen, kovettumisen ja huokosrakenteen tutkimiseen sovellettiin edistyneitä 1H- ja 129Xe NMR-menetelmiä: 1H-relaksometriaa, 1H-kryoporometriaa, 129Xe-spektroskopiaa ja 129Xe-relaksometriaa. Tutkimuksessa löydettiin useita toisiinsa liittyneitä mesohuokosia, joiden huokoskoko oli erilainen. Tutkimuksessa huomattiin, että geopolymeerien polymeroitumiseen ja huokosrakenteeseen vaikuttaa kolme tekijää: vesi/kiintoainesuhde (w/s), pii/alumiini suhde (Si/Al) ja jälkikäsittely NH4OH:lla. Suuri w/s suosii suuria huokoskokoja ja parantaa huokosten kytkeytyneisyyttä. Matala Si/Al = 1 edistää zeoliittifaasin muodostumista, mikä johtuu sellaisen geelifaasin muodostumisesta, jossa on alhainen Si/Al geopolymeroinnin aikana. NH4OH-jälkikäsittely ei muuttanut huokoskokoa, mutta lisäsi huokosten kytkeytyneisyyttä. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|