Uptake and reversibility of aluminium in calcium silicate hydrates

Studenteropgave: Speciale (inkl. HD afgangsprojekt)

  • Inga Mathilde Tangen
4. semester, Kemi, Kandidat (Scient) (Kandidatuddannelse)
Produktion af Portland Cement (PC) er ansvarligt for en stor del af den menneskeskabte udledning af CO2, derfor er muligheder for at sænke udledningen, eftersøgt i stor stil. En af måderne udledning kan reduceres på, er at substituere dele af cementklinkeren med såkaldte "supplementary cementitious materials" (SCM). SCM indeholder generelt mere silica og aluminiumoxid, og mindre calcium end regulært PC. Dette studie forsøger at fastlægge, hvordan kinetikken og reversibiliteten af aluminium i calcium silikat hydrat (C-S-H) ændres, baseret på dennes sammensætning. Specifikt, så undersøger den hvordan Ca/Si molar forholdet af C-S-H ændrer kinetikken af aluminium optag og egenskaberne af det resulterende materiale, og om aluminium optaget er reversibelt. For at undersøge kinetikken af aluminium optag, skulle 240 prøver af forskellige Ca/Si og Al/Si molar forhold, med varierende hydrationstider, syntetiseres og analyseres. Resultaterne viste langsommere optag af aluminium i lav Ca/Si prøver, i forhold til høj Ca/Si, hvilket indikerer at den delvise substituering af PC klinker med SCM vil retardere optaget af aluminium i C-S-H’et af cement. Derudover øger inkluderingen af aluminium den gennemsnitlige kædelængde (MCL) af C-S-H’et ved at binde brobyggende tetraedre i C-S-H. I Ca/Si ≤ 1.0 og Al/Si ≤ 0.05, bliver alt aluminium optaget i C-S-H. Reversibiliteten af aluminium i C-S-H’et blev testet, ved at syntetisere prøver af calcium aluminium silikat hydrat (C-A-S-H) som blev filtreret og tilføjet til en opløsning uden aluminium. Resultaterne viser at aluminium er reversibelt i lav Ca/Si C-S-H, med en øgende stabilitet af Al for højere Ca/Si C-S-H. Disse resultater antyder at PC, som er delvist substitueret af SCM, vil have højere niveauer af MCL, på grund af inkluderingen af mere aluminium. Da PC systemer er komplekse, betyder det ikke nødvendigvis at aluminium vil være reversible i PC systemer, selvom det måske er muligt i lav Ca/Si C-S-H.
SprogEngelsk
Udgivelsesdato6 aug. 2021
Ekstern samarbejdspartnerSwiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa)
Barbara Lothenbach barbara.lothenbach@empa.ch
Informantgruppe
ID: 434060390