Manufacturing of fire resistant porous Ca-silicate ceramics

Abstract

Calcium silicate hydrates are a group of materials belonging to the calcium silicate family. Calcium silicate hydrates are crucial materials in the building industry, especially for thermal insulation and fire-resistant applications. Tobermorite and xonotlite, calcium silicate hydrates, are the most popular materials in the literature due to their structural properties. These material are synthesized by hydrothermal processes. In some publications, several pre-treatments are applied to the starting materials before hydrothermal synthesis. In this thesis, the effects of these processes on different starting materials and how does changing the parameters affect the process are examined. Besides, the main objective of the thesis is to produce the xonotlite phase using recycling materials as economically as possible. Calcium silicate hydrates powders containing approximately 61 wt. % xonotlite was produced with using lime and recycled glass by hydrothermal synthesis method. The obtained product has a mainly fibrous morphology due to the main phase is xonotlite. According to phase analysis, tobermorite, scawtite, and the trace of calcite phases are also present in the general structure. The thermogravimetric analysis demonstrated that approximately 20% loss is observed up to 800˚C (at about that temperature transformation of the xonotlite to the wollastonite phase is occur.). The mass change remained constant between 800˚C and 1200˚C. Calcium silicate powder (obtained by thermal treatments from CSH) was also thermally analyzed and consequently remained stable up to 1200˚C, (the loss was approximately <1%).Kalsiyum silikat hidratlar kalsiyum silikat ailesine dahil bir malzeme grubudur. Kalsiyum silikat hidratlar yapı endüstrisinde özellikle ısı yalıtımı ve ateşe dayanıklı uygulamalar için çok önemli malzemelerdir. Kalsiyum silikat hidratlardan olan tobermorite ve xonotlite, yapısal özelliklerinden ötürü literatürde en çok ilgi gören malzemelerdir. Bu malzemeler hidrotermal süreçler ile sentezlenmektedir. Bazı yayınlarda hidrotermal sentezden önce, başlangıç malzemelerine birkaç ön-işlem uygulanmaktadır. Bu tezde de bu süreçler, farklı başlangıç malzemeleri ve süreci etkileyen parametrelerin değiştirilmesinin son ürüne etkisi incelenmiştir. Bunun dışında, tezin asıl amacı, xonotlite fazının geri dönüşüm malzemeleri kullanılarak, olabildiğince ekonomik yollarla üretilmesidir. Ağırlıkça yaklaşık %61 xonotlite içeren kalsiyum silikat hidrat tozları, kireç ve geri dönüştürülmüş cam kullanılarak hidrotermal sentez yöntemi ile üretilmiştir. Elde edilen ürün, ana fazın xonotlite olması nedeniyle esasen lifli bir morfolojiye sahiptir. Faz analizine göre, genel yapıda tobermorite, scawtite ve kalsit fazlarının izi de mevcuttur. Termogravimetrik analiz, 800˚C 'ye kadar yaklaşık % 20 civarında bir kayıp gözlemlendiğini göstermiştir (yaklaşık olarak bu sıcaklıkta xonotlite fazının wollastonite fazına dönüşümü gerçekleşir). Ağırlık değişimi 800˚C ile 1200˚C arasında sabit kalmıştır. Kalsiyum silikat tozu (CSH'den termal işlemlerle elde edilen) de termal olarak analiz edildi ve sonuç olarak 1200 ˚C 'ye kadar stabil kaldı (kayıp yaklaşık < %1 idi).