Page Header

Factors of FGD-gypsum Replacement and Alkaline Solution Ratio on Compressive Strength and Microstructure of Fly Ash Geopolymer

Chudapak Detphan, Tanakorn Phoongernkham, Satakhun Detphan, Khattiya Chompoovong, Sakonwan Hanjitsuwan, Prinya Chindaprasirt


เถ้าลอยจีโอโพลิเมอร์ โดยการใช้เอฟจีดียิปซั่มแทนที่เถ้าลอยในปริมาณร้อยละ 0, 10, 20 และ 30 โดยน้ำหนักวัสดุประสาน สารละลายด่างที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยา ได้แก่ สารละลายโซเดียมซิลิเกตและสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น 10 โมลาร์ โดยแปรผันอัตราส่วนสารละลายโซเดียมซิลิเกตต่อสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เท่ากับ 1.0, 1.5, 2.0 และ 2.5 โดยน้ำหนัก อัตราส่วนของเหลวต่อวัสดุประสานเท่ากับ 0.60 และบ่มที่อุณหภูมิห้องทุกอัตราส่วนผสม ผลการทดสอบ พบว่า ระยะเวลาการก่อตัวของเถ้าลอยจีโอโพลิเมอร์มอร์ต้าร์มีแนวโน้มลดลงตามปริมาณการแทนที่เอฟจีดียิปซั่มและอัตราส่วนสารละลายโซเดียมซิลิเกตต่อสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เพิ่มขึ้น การแทนที่เอฟจีดียิปซั่มในเถ้าลอยมีแนวโน้มส่งผลต่อกำลังอัดของจีโอโพลิเมอร์มอร์ต้าร์มากกว่าอัตราส่วนสารละลายโซเดียมซิลิเกตต่อสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ นอกจากนี้ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบทางแร่และโครงสร้างทางจุลภาคของเถ้าลอยจีโอโพลิเมอร์ผสมเอฟจีดียิปซั่มเมื่อแปรผันอัตราส่วนสารละลายโซเดียมซิลิเกตต่อสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์สอดคล้องกับผลการทดสอบกำลังอัดของเถ้าลอยจีโอโพลิเมอร์ จากผลการทดสอบข้างต้นสามารถสรุปได้ว่าปริมาณการใช้เอฟจีดียิปซั่มในเถ้าลอยร้อยละ 10 และอัตราส่วนสารละลายโซเดียมซิลิเกตต่อสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เท่ากับ 1.0 และ 1.5 เป็นอัตราส่วนที่เหมาะสมต่อการพัฒนากำลังอัดของจีโอโพลิเมอร์มอร์ต้าร์จากเถ้าลอยผสมเอฟจีดียิปซั่ม

This research aims to study the factors of FGD-gypsum replacement and alkaline solution ratio on the compressive strength and microstructure of fly ash (FA) geopolymer. FGD was used to replace FA at the ratio of 0%, 10%, 20%, and 30% by weight of the binder. The liquid activators were sodium silicate (Na2SiO3) and 10 molar of sodium hydroxide (NaOH) solutions. The differences in Na2SiO3/NaOH ratios at 1.0, 1.5, 2.0, and 2.5 were investigated. The liquid/binder ratio of 0.60 cured at ambient temperature was used in all mixing. Test results showed that the setting time of FA geopolymer mortar tended to decrease with the increasing of FGD replacement and the Na2SiO3/NaOH ratio. Besides, XRD and SEM results demonstrated that they corresponded to compressive strength results of FA geopolymer. According to the above test results, it can be concluded that using 10%FGD activated with Na2SiO3/NaOH ratios at 1.0 and 1.5 were the optimum mixing ratio to develop the compressive strength of FA geopolymer mortar incorporated with FGD-gypsum.


[1] J. Davidovits, “Geopolymers - Inorganic polymeric new materials,” Journal of Thermal Analysis, vol. 37, no. 8, pp. 1633–1656, 1991.

[2] S. Hanjitsuwan, T. Phoo-ngernkham, L.Y. Li, N. Damrongwiriyanupap, and P. Chindaprasirt, “Strength development and durability of alkali-activated fly ash mortar with calcium carbide residue as additive,” Construction and Building Materials, vol. 162, pp. 714–723, 2018.

[3] S. Pangdaeng, T. Phoo-ngernkham, V. Sata, and P. Chindaprasirt, “Influence of curing conditions on properties of high calcium fly ash geopolymer containing Portland cement as additive,” Materials & Design, vol. 53, pp. 269–274, 2014.

[4] T. Phoo-ngernkham, P. Chindaprasirt, V. Sata, S. Pangdaeng, and T. Sinsiri, “Properties of high calcium fly ash geopolymer containing Portland cement additive,” International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, vol. 20, no. 2, pp. 214–220, 2013.

[5] I. Garcia-Lodeiro, A. Palomo, A. Fernandez- Jimenez, and D.E. MacPhee, “Effect of calcium additions on N-A-S-H cementitious gels,” Journal of the American Ceramic Society, vol. 93, no. 7, pp. 1934–1940, 2010.

[6] J. Kaweewong, “Using flue gas desulfurization (FGD) gypsum, by-product of coal-fired power plants in agriculture,” King Mongkut’s Agricultural Journal, vol. 36, no. 1, pp. 161–172, 2018 (in Thai).

[7] Standard test method for time of setting of hydrualic cement by vicat needle, ASTM C191-13, 2013.

[8] Standard test method of compressive strength of hydrualic cement mortars (using 2-in. or [50 mm] cube speciments), ASTM C109, 2002.

[9] T. Phoo-ngernkham, C. Phiangphimai, D. Intarabut, S . Hanjitsuwan, N. Damrongwiriyanupap, L.Y. Li, and P. Chindaprasirt, “Low cost and sustainable repair material made from alkali-activated high-calcium fly ash with calcium carbide residue,” Construction and Building Materials, vol. 247, pp. 118543, 2020.

[10] Standard specification for epoxy-resin-base bonding systems for concrete, ASTM C881/ C881M-14, 2014.

[11] P. Chindaprasirt, P. De Silva, K. Sagoe-Crenstil, and S. Hanjitsuwan, “Effect of SiO2 and Al2O3 on the setting and hardening of high calcium fly ash-based geopolymer systems,” Journal of Materials Science, vol. 47, no. 12, pp. 4876– 4883, 2012.

[12] K. Boonserm, V. Sata, K. Pimraksa, and P. Chindaprasirt, “Improved geopolymerization of bottom ash by incorporating fly ash and using waste gypsum as additive,” Cement and Concrete Composites, vol. 34, no. 7, pp. 819–824, 2012.

[13] U. Rattanasak, K. Pankhet, and P. Chindaprasirt, “Effect of chemical admixtures on properties of high-calcium fly ash geopolymer,” International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, vol. 18, no. 3, pp. 364–369, 2011.

[14] X. Guo, H. Shi, L. Chen, and W.A. Dick, “Alkaliactivated complex binders from class C fly ash and Ca-containing admixtures,” Journal of Hazardous Materials, vol. 173, no. 1–3, pp. 480–486, 2010.

[15] I. Garcia-Lodeiro, A. Palomo, A. Fernandez- Jimenez, and D.E. MacPhee, “Compatibility studies between N-A-S-H and C-A-S-H gels. Study in the ternary diagram Na2O-CaO-Al2O3- SiO 2-H2O,” Cement and Concrete Research, vol. 41, no. 9, pp. 923–931, 2011.

[16] S. Hanjitsuwan, T. Phoo-ngernkham, and N. Damrongwiriyanupap, “Comparative study using Portland cement and calcium carbide residue as a promoter in bottom ash geopolymer,” Construction and Building Materials, vol. 133, pp. 128–134, 2017.

Full Text: PDF

DOI: 10.14416/j.kmutnb.2021.05.029

ISSN: 2985-2145