Apocryphal Academy

Автор Тема: МАТЕРИАЛИ: Геополимери  (Прочетена 3809 пъти)

0 Потребители и 1 Гост преглежда(т) тази тема.

λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« -: Януари 07, 2019, 09:26:37 pm »
Какво е геополимер?

През 1950-те години Виктор Глуковски, от Киев, СССР, разработил бетонни материали, които първоначално били познати под името "почвени силикатни бетони" и "почвен цимент". Но след като Джоузеф Давидовиц въвежда концепцията за геополимерите, терминологията и дефинициите за "геополимери" ста станали по-разнообразни и често противоречиви.

Геополимерите са неорганични, типично керамични материали, които формират далекообхватни, ковалентно свързани, не-кристални (аморфни) мрежи. Обсидианът е пример за естествено срещащ се геополимер. Геополимерите са част от полимерната наука, химията и технологията, с което представляват основна част от материалната наука (материалознанието). Полимерите са или органичен материал, тоест на въглеродна основа, или неорганичен полимер, например на силиконова основа.

Суровините, използвани в синтеза на полимерите със силиконова основа са основно скалообразуващи минерали с геологичен произход, оттам и името: геополимер. Джоузеф Давидовиц дефинира термина през 1978г и създава френското учреждение с нестопанска цел Геополимерен институт.
https://en.wikipedia.org/wiki/Geopolymer

Свободният анализ на тези материали се разгръща в темата Алтернативно строителство (технологии, материали и архитектура).





Свързани материали:

"Пирамидите - една разгадана енигма", Д. Давидовиц, 1988г.



Съдържание:

Скален цимент чрез растителни екстракти - Д. Давидовиц, 1981г



« Последна редакция: Януари 07, 2019, 10:04:38 pm от λ »

λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
Re: МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« Отговор #1 -: Януари 07, 2019, 10:02:56 pm »
Правене на цимент
чрез
растителни екстракти

Препечатка на документи, публикувани през 1981/82г
представени на
Интернационалния Симпозиум по Археометрия
Брукхевън, Ню Йорк / Брадфорд U.K.





Геополимерен институт 1997г

Изработване на каменни предмети чрез геополимерен синтез
в предшестващата инките цивилизация на народа Хуанка, Перу
от
Джоузеф Давидовиц (Joseph Davidovits)* и Франциско Ал Яга (Francisco Al Iaga)**

* Геополимерен институт, F-02100 Saint-Quentin (France)
** Министерство на фолклора, Instituto Nacional de Cultura, Хуанкайо (Перу)






Вече е прието, че цивилизацията Тихуанако е моделирана от предшестващата инките цивилизация Хуанка, разкрита заради забележителната способност да се изработват каменни предмети. Скорошно етнологическо откритие показва, че някои знахари в традицията Хуанка не използвали сечива, за да правят малките си каменни предмети, но все пак са използвали химическо разтваряне на каменния материал чрез растителни извлеци. Стартовият каменен материал (силикат или силико-алуминат) се разтваря от органичните екстракти и вискозната каша след това се отлива във формичка, където се втвърдява. Вече са известни примери за изработване на предмети от твърд камък като се отлива геополимерно вещество от вида Na-, К-поли(сиалат)(силико-оксо-алуминат). В този случай се използват алкални минерални реагенти като алкалната фрита (frit), сода каустик, сода (солта натрон на древните египтяни) [1]. От друга страна, в случая с предшестващата инките цивилизация Хуанка, геополимерната реакция се случва чрез органо-минерални комплекси като посредници (растения). Тези химически механизми са познати в геохимичната, минералогичната и геополимерната науки, особено при определени синтези на зеолити от вида поли(сиалати) (sialates) [2].

Органо-минералните комплекси се добиват чрез посредничеството на оксалати, тартарити, сукцинати (succinates), фулвати (fulvates) и тн. [3]; Известно е също, че органо-минералните комплекси имат много силно разтварящо действие върху естествените силико-алуминати (фелдшпат, хорнбленда, латерит, хлорит...), разтварящото им действие е 2-3 пъти по-силно от това на сярната киселина и хлороводородната киселина [4]. Най-силно активнияте органо-минерални комплекси са онези, добити с оксалатова киселина, която се открива в големи количества в безброй растения [5]. Открито е, че у статуи, които може да са направени по техниката на предшестващата инките Хаунка, чрез разтваряне, последвано от геополимерна агломерация, се съдържа Са-оксалат в камъка [6].

Тази техника, когато се овладее, позволява да се изготви един вид цимент чрез разтваряне на скали; този скален цимент след това служи за агломериране на агрегати и/или пясъци. Геополимерите, добити чрез тези методи за органо-минерален синтез са или от зеолитен, фелтшпатоиден или амфиболен тип.

Техниката на народа Хаунка е илюстрирана на множество предмети, открити на археологическия обект Кузко (Cuzco). Всички каменни предмети, направени по тази технология, носят следи, които сочат, че се е използвало отливане.



Препратки

1) J. Davidovits, 2 International Congress of Egyptologists, Grenoble, 1979 – session 12: “La fabrication des vases de pierre dure aux V et IV millenaire avant J.C.”.
2) D.W. Breck: “Les offrandes de Natron et le symbole de l’incarnation divine dans la pierre”.
3) G.H. Kuehl, US Patent 3.386.801, (1968).
4) D.G. Sapozhnikov: “on the substraction of aluminum by organic acids from minerals and rocks in the course of weathering” Symposium  Bauxite, Aluminum  Oxyde and Hydroxyde, Zagreb (1963).
5) H. Erhardt: “Itineraires geochimiques et cycle geologique de l’aluminium” Doin Edit. Paris (1973).
6) G. Hyvert: “The Statues of Rapa Nui”, UNESCO Report n 2868/RMO/CLP;Paris 1973.







Дисагрегацията на каменни материали
с органични киселини от растителни екстракти,
древна и универсална техника

Й. Давидовиц (Davidovits)
Геополимерен институт
02100 Saint-Quentin, France.
и
А. Бонет (Bonett) и А. М. Мариот (Mariotte)
Lab. de Pharmacognosie, Univ. de Grenobe I
33 700 La Tronche, France.



На XXI Симпозиум по Археометрия [1], представихме хипотезата, че големите камъни в пред-колумбовите паметници, са изкуствени, били са агломерирани със скрепител, получен чрез дисагрегация на определени скали (в съответствие с местните легенди и традиции).

Тук представяме първите резултати върху растителните екстракти за разтваряне или дисагрегация на камъни, съдържащи калциев карбонат (действие с био-сечива). Изучено е, че е постижимо калциевият карбонат да се обработва химически със силни киселини (хлороводородна и мравчена киселина) и различни карбоксилни киселини, откривани в растенията (оцетна, оксалатна и цитрусова киселини).


Експериментални данни

Използваният калциев карбонат е добит от хомогенно местно находище, раздробен на буци. Техниката представляваше, да се изстърже хлътнатина в повърхността, 2 см в диаметър и 0.2 см дълбока, после да се добавят 0.5 мл от киселинния разтвор. След това се работеше с гъвкава, пластмасова шпакла, избрана така, че да намали драскането и стърженето. Пастата, която се получаваше, бе премахвана, когато беше явно, че действието е приключило. Добавяха се допълнителни 0.5 мл от всяка киселина и процесът се повтаряше, докато не се извършиха общо осем добавяния на по 0.5 мл от всяка киселина, тоест 4 мл общо. После бе измерен обема Vh на получилата се дупка. Стържещото действие на сечивото бе измерено с чиста вода (осем добавяния по 0.5 мл всяко, тоест общо 4 мл). Обемът Vh на получилата се дупка беше 3.5 мл. Без вода, (тоест сухо), обемът на дупката, изстъргана за същото време (около 15 минути), беше 0.7 мл. Целта беше, да се проведе количествено разследване, докато същевременно се направи опит да се ползват условия, при които стържещото действие на инструмента е сведено до минимум. Поради тази причина избрахме да действаме с пластмасова шпакла (полиетилен) и постоянно да премахваме пастата. Очевидно е, че работата с твърдо сечиво значително увеличава резултата.


Фигура 1: Обем Vh, добит с мравчена и хлороводородна киселина

Действието на силни киселинни разтвори във вода (мравчена и хлороводородна киселина) е по-слабо от очакваното (Фиг.1). Няма увеличение на дисагрегацията при концентрации по-високи от 2 мола/литър. Оцетната киселина (Фиг.2) показва по-добър ефект при обработката с био-сечива. Оцетната киселина е основен компонент от естествения оцет (1М до 2М концентрация).


Вляво: Фигура 2: Обем Vh, добит с оцетна киселина (оцет)
Вдясно: Фигура 3: Обем Vh, добит с цитрусова и оксалатова киселина

Оксалатовата киселина (Фиг.3) формира неразтворим, много твърд, калциев оксалат, който се утаява и възпрепятства действието на био-сечивото. Цитрусовата киселина (Фиг.3) показва максимум между 1М и 1.5М концентрация. Забавянето при пи-високите концентрации е заради дисоциацията на киселината. Цитрусовата киселина присъства в големи количества в цитрусовите плодове (1М концентрация на цитрусова киселина) и в сока на сочните растения: агава и опунтия.


Вляво: Фигура 4: Обем Vh добит с разтвор на оцет 1М оцетна киселина, съдържаща цитрусова и оксалатова киселини
Вдясно: Фигура 5: Обем Vh добит с разтвори на мравчена киселина 0.5М съдържащи: (А) цитрусова киселина, оцет 1М, оксалатова киселина 1.2М;  (В): Цитрусова киселина, оцет 1М, оксалатова киселина 0.4М


С добавянето на оксалатова киселина към оцета (1М) (Фиг.4) се достига максимална степен на разтваряне, след което по-висока концентрация на оксалатова киселина, освен забавянето заради намалена дисоциация на киселината, калциевият оксалат се утаява и завабя действието. Добавянето на цитрусова киселина подобрява резултата (Фиг.4), което, отделно от собственото й разтварящо действие, формира разтворим комплекс с калциевия оксалат и прави оксалатовата киселина по-ефикасна за дисагрегацията. Максималното действие на био-сечивото се достига с разтвор, съдържащ:
  • оцет (1М) (оцетна киселина)
  • оксалатова киселина (0.9М)
  • цитрусова киселина (0.78М)

Добавянето на мравчена киселина (Фиг.5) забавя действието на цитрусовата киселина. Високото pH на разтвора намаля дисоциацията на киселините и в последствие и ефекта от био-сечивото.

Успоредно с тези експерименти хроматографически сме идентифицирали киселините, които се откриват в различни растения и ще повторим горните експерименти с действителни растителни извлеци, основавайки избора си на микс от растителни екстракти върху най-добрите резултати, получени по-долу (Таблица 1).



Таблица 1: идентифициране на карбоксилната киселина в различните растения






Дискусия

Оцетната киселина може лесно да се произведе в индустриални количества. Простата ферментация на захарта, от плодове, растения и корени, се е използвала в античността за произвеждане на огромни количества оцет (1М и 2М) (концентрация на оцетна киселина).

Голямата изненада всъщност беше откритието на много древни споменавания за употребата на киселините в неолитни времена за обработване на материали, които са много твърди, но много лесно атакувани от киселини, като варовика. Така, един ба-релеф от гробницата в Мера (Mera), в Сахара (VI династия, 3 хилядолетие Пр. Хр., Египет) (Фиг.6) показва издълбаването на вази от „египетски алабастър“ (СаСО3) с помощта на течност, съдържаща се в кожен мех или мехур.


Фигура 6: Ба-релеф от гробницата в Мера (Mera), в Сахара (VI династия, 3 хилядолетие Пр. Хр., Египет) (Фиг.6) показва издълбаването на вази от „египетски алабастър“ (СаСО3) с помощта на течност, съдържаща се в кожен мех или мехур. Йероглифен текст: wni ‘trf I’ w pnnwrt (За теб е, Оуни, този съд е най-добрият).

Плини [2] споменава употребата на оцет (оцетна киселина) в дисагрегацията на варовикови камъни, а за Ханибал (219 Пр.Хр.) се знае, че е използвал техниката, за да пробива дупки във и после да раздробява камъните, препречвали пътя му през Алпите, в опита си да завладее Рим. Можем да предположим, че тази техника е била отчасти използвана за кръговата канавка на Авербъри (Averbury) (Англия), защото, “Канавката... дъно толкова гладко... толкова добре одялано... без следи от сечива по стените, вертикални и гладки лица... най-изящния пример за дялан варовик... най-твърдият варовик вероятно е бил разхлабен...” [3] (Фиг.7 и Фиг.8).

Фигура 7/8: Работата в твърд варовик с рогови, костни и дървени сечива, с помощта на оцет / екстракт от лапад. Можем да предположим, че тази техника ще да е използвана за кръговата канавка в Авербъри, Англия.

Алифатичните дикарбоксилни киселини (оксалатова, винена, сукцинатна,) имат по-специализирана употреба във формирането на органо-минерални комплекси, нужни за определени геополимеризации. Оксалатовата киселина вече е част от металургичните техники, използвани навсякъде по света: коринтски бронз [4], пред-колумбово позлатяване, японското шаку-до. Оксалатова киселина в свободно състояние се открива в малки количества само в растенията: ревен, трънка, киселец (лапад), оксалис-пубесенс (oxalis-pubescens), и тн... тъй като тези растения съдържат предимно солта калциев оксалат, която трябва да се преобразува в оксалатова киселина. За да стане това, се използва друга органична киселина: цитрусова киселина, налична в големи количества в цитрусовите плодове и до 70% от сока на такива сочни растения като: Opuntia Ficus Indica, Agave Americana, растения, които се откриват в голямо изобилие в средиземноморските държави, Австралия, Северна и Южна Америка. Когато киселецът (лападът) се смеси със сока на опунтията, цитрусовата киселина в опунтията променя оксалатовото равновесие в киселеца в посока оксалатова киселина; така се добива важна смес от киселини: оксалатова, цитрусова, винена, ябълчна, мравчена...

Пред-колумбовите земеделци са били доста вещи в производството на големи количества киселини от такива често срещани растения в региона им, като:
плодове, картофи, царевица, ревен, лапад, агаве американа, опунтия, фикус индика, оксалис пубесенс.


Един интересен експеримент беше, да се сравни техниката с био-сечиво и със стоманено сечиво при оформянето на дупка, както и техниката с кварцов пясък, препоръчвана от праисториците. Тестът бе проведен за 15 минути и бе измерен обемът Vh за всяка техника.

Vh след 15 минути работа:
стоманено сечиво   -   12 мл (изгребваща шпакла)
кварцов пясък   -   8.5 мл
бео-сечиво (точка В. Т.) на Фиг.4   -   9.5 мл

Дупката, получена от пясъчния абразив, има груби стени, докато дупката от био-сечивото има гладка полировка.




Препратки

1) J. Davidovits and F. Alaaga: “Fabrication of Stone Objects by Geopolymeric Synthesis, in the Pre-Incan Huanka Civilisation/Peru”. XXI Archaemetry Symposium, Brookhaven 1981.
2) C. Pliny, Hist. Nat. Liber XXII, chap. 27.
3) H. ST. G. Gray, “The Averbury Excavations 1908-1922” , Archaeologia, 84 (1935), 99-152.
4) P. T. CRADDCCK, “Shakudo alloys from Imperial Rome, a link with Corinthian Bronze”, XXI Archaeometry Symposium Brookhaven 1981.

« Последна редакция: Януари 07, 2019, 10:06:54 pm от λ »

λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
Re: МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« Отговор #2 -: Януари 15, 2019, 01:32:30 pm »
Следната статия е от екологичната уикипедия   Open Source Ecology



История

Геополимеризацията е  процесът на полимеризиране на минерали, съдържащи силициев диоксид и алуминиев оксид, чрез алкални разтворители. Открити (или преоткрити) от Джоузеф Давидовиц във Франция, геополимерните цименти най-вероятно са сходни с материалите, които са използвани в античността. Въпреки че циментите са най-честото приложение на геополимеризацията, произведени са също така е цяла гама неподатливи и структурни продукти.

Широкото множество минерали на земната повърхност съществуват като алумино-силикатни кристали (например: глини, фелдшпати, кварцове). Когато тези се разтворят и когато после им се позволи да рекондензират, се формират материали с по-дълга кристална структура от онази на първоначалната суровина.

Най-основния неорганичен полимеризационен процес използва глини, изобилстващи на каолин и отпадни води и утайки, богати на силициев диоксид, за да се получи силен цимент. Разтвор на прости алумино-силикати, разтворен в алкален разтворител, действа като скрепител, поликондензиращ при дехидролизация в микрокристална структура, която се формира в пространството между богатите на силициев диоксид частици. С малко технология и при ниски температури се произвеждат тухли и цименти, които са много пъти по-силни от обикновения Портланд-цимент. С по-интензивна технология (изкуствени атмосфери, високи налягания, контролирани температури) и на стотици до хиляди градуси Целзий, може да се произведат много по-структурирани молимери, които никога няма да се подпалят при каквато и да е температура (поради липса на въглерод, който да реагира с кислород), и които също така имат много ниски коефициенти на термално разширение (тези им показатели в момента се изследват за дълговременно съхранение на изхабено ядрено гориво).

Понастоящем, голяма част от тези изследвания се извършват на закрити врата и в напълно частни условия. Сред продуктите, които се изследват, са циментите, втвърдяващи се на стайна температура, неподатливите видове минерална пяна и не-възпламенимите панели за самолети и вероятно към днешна дата са в широко производство. С напредването на това поле е вероятно да се появят и по-напреднали геополимери и геополимеризиращи процеси.

Геополимерният институт разполага с множество полезни технически документи по въпроса и е публикувал и няколко колекции от документи от геополимерни конференции във Франция.




Енергийни изисквания

Следната графика показва взаимовръзката между тепрепатурите на печене на геополимерните тухли и якостта при натиск. Графиката показва, че при температура на печене 85 градуса Целзий, геополимерите стават силни като бетонени блокове, а при по-високи температури на печене, те могат да станат около два пъти по-силни от бетон.

Предупреждение: за да се случи това, е нужна наличност от около 2% стабилизатор (основни соли).






Оценка

Това може да е нискоенергийна технология за производство на силни тухли, която също така дава възможност за тотално децентрализирана продукция и е широкодостъпна на много континенти.




Източници на материали

  • даден източник на силициев двуокис може да се разтвори в алкален разтворител. Това може да е "каолинова" глина от подпочва (нужни са методи за анализ дали е адекватна), съдържаща диатомит пръст от вулканична пепел. (Забележете, че шепа каолинова глина може да се смеси с чаша вода и да се остави да изсъхне напълно, това ще произведе отличителен твърд диск, приличащ на бял чип за покер. Ако се напука и/или се залепя за стените на чашата, глината не е каолитна.)
  • източник на алкален разтворител (NaOH),- най-обичайният начин е чрез електролиза на саламура или "солена вода" (тоест натриев хлорид във вода). Ценни вторични продукти, които се получават, са хлорния и водородния газ. Друг източник е твърдата дървесна пепел (виж страницата: луга), която в исторически план се е използвала за правене на сапун (разтворете пепел в дъждовна вода, филтрирайте големите частици, после изварете водата. Или провесете твърдата пепел в марля над някакъв съд и оставете дъждовната вода да се прецеди.)
  • източник на калциев карбонат (варовик, варовита подпочва, и тн.) по принцип също се използва.



Проста рецепта

Приготвянето на алкалния разтвор, 12 часа преди смесването, бавно! разтворете 320 гр натриев хидроксид (чиста луга, като в препарат за отпушване на канали) в 1 литър вода. Това трябва да се разбърква бавно, с грижа, като се носят ръкавици и очила, защото е много каустично. Тази смес ще генерира малко топлина, докато се разтваря.
  • След като лугата е напълно разтворена (12 часа), смесете една част разтвор на луга с две и половина части натриев силикат. (продава се в грънчарските магазини)
  • Основна рецепта #8
4.5 части метакаолин; 0.5 части вар (тип s), 8 части агрегат (пясъчен микс); алкален разтвор както е нужно (около 1/3 от количеството на метакаолина и пепелта, спрямо теглото)
  • смесете сухите съставки, след това разбъркайте достатъчно алкален разтвор, за да стане гъста смес. Поддържайте водното съдържание колкото се може по-ниско. Изсушете като бетон, на топло и влажно.
  • Клас С горивна пепел може да замени метакаолина и варта, а тип Fгоривната пепел може да замени само метакаолина.



Ето една формула на д-р Микел Барсум (Michel Barsoum) за направен от човека варовик. Добавете варовикова пудра, съдържаща диатомит почва и много малко количество вар към обем вода с високо pH. Оформете сместа и я изсушете на 90 градуса Целзий. Това ще доведе до камък със сила на натиск > 20 MPa  и способност да издържи 2 месеца на потапяне във вода. Той силно подчертава, че един от ключовете за геополимеризацията е скоростното разтваряне на силициевия двуокис и че това се постига най-добре чрез съдържаща диатомит пръст като източник на силициев двуокис, а не глина. Понеже естествените земни материали варират, за разлика от стандартизираните комерсиални продукти, формулите и характеристиките на финалните полимеризирани скални строителни продукти може широко да варират от регион до регион.

Някои описват геополимерите като направени от човека зеолити; други като направени от човека варовици. Могат също така да са свързани и с направен от човека дурипан, особено ако се използва вулканична пепел като източник на аморфен силициев двуокис. Ясно е, че успешно може да се използва цяла гама от местни естествени земни материали, но е нужно време за тестване на формули.

Бележка от преводача: Дурипан е диагностичен почвен преход (хоризонт).



« Последна редакция: Януари 15, 2019, 07:42:10 pm от λ »

λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
Re: МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« Отговор #3 -: Януари 15, 2019, 01:40:49 pm »
Източник: Геополимерен институт

Геополимер в южно-американски паметници: първи научен документ вече публикуван

28 октомври 2018г



Геополимерният лагер 2018, в Сесията: Древни технологии, проф. Дж. Давидовиц представя резултатите от съвместната изследователска програма, проведена от Геополимерен институт и Католическия университет Сан Пабло, Арекипа, Перу, върху мегалитни паметници в Тихуанако/Пумапунку (Тиванако), Боливия (езеро Титикака). Вижте кратко резюме на лекцията в последните 7 минути от видеото GPCAMP-2018.




Портата на Слънцето в Тиванако (Tiwanaku Gate of the Sun) и мегалитните геополимерни плочи от пясъчник на Пумапунку


Платформата на върха на стъпаловидната пирамида на 4 нива в Пумапунку се състои от 4 мегалитни плочи от червен пясъчник, тежащи между 130 и 180 тона всяка, това са най-големите монументи от Новия свят. Нашето проучване показва, че плочите са вид геополимерен бетон от пясъчник, отлят намясто. Това беше публикувано наскоро в Писма за материалите 235 (2019) 120-124, онлайн на 8 октомври 2018 <https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.10.033>достъп със следния линк: Materials Letters. (този линк е, обаче, изтекъл, и статията е достъпна срещу 35 долара, бел.прев)



Строежът на мегалитните блокове от пясъчник, тежащи между 130-180 тона всеки, от Пумапунку, Тиванаку, Боливия, беше сравнен с геодезичния пясъчник от три находища в областта. Резултатите от SEM/EDS, XRD и от тънките разрези сочат, че мегалитните блокове от пясъчник се състоят от зърна пясъчник от геологичното находище Каламарка, циментирани с аморфна феро-сиалатна геополимерна матрица (ferro-sialate matrix), формирана от човешка намеса, заради добавянето на екстра-алкална сол (натрон) от Лагуна Калчи в Алтипано, Боливия.


Втори научен документ, занимаваща се с поразителните каменни артефакти, направени от андезитен геополимерен камък (скулптури с формата H и подобни) беше разгледан и одобрен за публикуване в списание "Интернационална керамика" (Ceramics International) (3 януари, 2019г) със заглавие: "Древен органо-минерален геополимер в южно-американските паметници: органична материя в андезитен камък. SEM и петрографски доказателства". Наличието на органична материя посочва направен от човека камък. Това проучване е свързано с нашето изследване, проведено преди 36 години (през 1980-те години), озаглавено "Правене на цименти чрез растителни екстракти".

« Последна редакция: Януари 15, 2019, 07:44:55 pm от λ »

λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
Re: МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« Отговор #4 -: Януари 17, 2019, 04:33:06 am »

Бележки по гаражно приготвяне на геополимери


"Геополимерите" са изкуствени скални материали, които приличат на цимент и имат интересни приложения в множество от въпросните области. Има, обаче, някои важни разлики, както практични, така и теоретични, между геополимер и, да кажем, мазилка или бетон на база Портланд-цимент. В практически смисъл, геополимерите демонстрират впечатляващо представяне в някои тестове, много над и отвъд способностите на всекидневните циментови и бетонни смеси. В теоретичен смисъл, геополимерите са страшно различни от цимента, защото те не зависят от хидрацията на варта (CaO), за да се получат. Варта се прави чрез силно нагряване на варовик, за да се изгони въглеродния диоксид, един процес, при който, предвид нуждата от огромните количества вар заради огромните количества Портланд.цимент, които консумира нашия свят, е основен фактор за СО2 емисиите в атмосферата. Поради това има много възбуда около геополимерите, което, отделно от техните високи качества и приложения, се дължи и на идеята да замърсим колективния си отпечатък в замърсяването.

Както и да е, да се върнем на въпроса: Един къс от отлят геополимер е много различно нещо от къс отлят цимент. Ако сте от онзи вид хора, които мислят с ръцете си, като мен, първият ви въпрос, когато чуете за това или за какъвто и да е екзотичен материал, вероятно ще бъе "Как да се сдобия с някакво количество?" Данните, теорията и официалната наука си имат своите ползи, но в крайна сметка за мен това е най-добрия начин за мен да науча нещо ново: Да го държа в ръцете си, може би да го разръчкам с клечка. Най-добре е, разбира се, ако мога да си го направя сам.

Така че започнах да ровя за практически напътствия и за протоколите, по които лабораторните хора правят малки блокове геополимерни камъни, върху които да провеждат тестове за натиск. Този вид неща винаги са изнервящи, защото много от практическите напътствия са блокирани зад дебели и скъпоплатени стени на патентното право, а аз нямам никакво намерение да хвърлям $39.95, за да си сваля от нета едно документче от шест странички от преди десет години, много благодаря. Както и да е, упоритостта ми се отблагодари и в крайна сметка открих една статия, публикувана в Списание за материалознание (2008) от австралийския изследовател Дж. Дейвис и екип, публикувана (може би нелегално) в scribd.

Бележка от преводача: Тук има линк, който води до съобщението, че статията е вече изтрита (именно защото е нарушила патентно право).

Таблица 2 е особено полезна с инструкциите си. Тя включва четири формули за геополимерни композиции, една от които ("SGP") е едновременно най-добре представяща се на тестовете и най-проста да се направи. Кило за кило, тя може би е и най-скъпата, което би било проблем, ако исках да построя виадукт с него. Но всичко, което аз искам, е да отлея няколко малки блокчета. Така че няма проблем.

Това, което следва, са моите бележки по адаптирането на протокола за "SGP" от тази статия за гаражно изпълнение. Формулата е проста е праволинейна и повечето от търчането в нея, както често е случаят с теци неща, се състои в издирване на източници за материалите по такъв начин, който да не минава през някой от големите, скъпи складове за лабораторни консумативи, които въобще не обичат да се занимават с граждански учени. Важно е да се отбележи, че аз всъщност не съм го правил, все още, така че не мога да гласувам за ефикасността или безопасността. Но исках да публикувам препратката и размислите си относно "направи си сам"-версията, преди ентусиазмът да ме напусне. Ако се интересувате, прочетете нататък, и моля, коментирайте, ако забележите нещо гнило; ако не, очаквайте и още публикации за това как се е реализирал проекта.





Стартови материали

 
Натриев хидроксид (NaOH) - по прякор луга. Продава се във всяка железария като препарат за отпушване на канали. Това е силна основа и трябва да разберете, как да работите безопасно с нея.

Метакаолин - Това е форма на каолин, обикновена глина, която е била химически променена чрез нагряване до 750оС за няколко часа. Това е обичайният начин за приготвянето му в литературата, но повечето хора нямат пещ с контрол на температурата в гаража, за да извършат тази операция. За късмет, така-нареченият "високо реактивен метакаолин" и достъпен за купуване от интернет (поне в САЩ) за употреба в циментови плотове. Една 12 килограмова торба ще е повече от достатъчно. Ако този процес работи, може да разделя остатъците ми на малки, евтини порции за продан на онези, които искат да си поиграят вкъщи. Предписанията за безопасност казват, че метакаолина не е особено опасен, но като с всички фини пудри, носенето на маска против прах е добра идея.

Разтвор на натриев силикат - Вероятон е възможно да се приготви домашно направен разтвор на натриев силикат, който ще сработи в геополимерния процес, чрез процедура като тази, описана от NurdRage, при която добре натрошен силикагелен изсушител се разтваря в силен лугов разтвор.



В литературата, обаче, геополимерните проби явно винаги се приготвят от индустриален готов за употреба търговски разтвор на натриев силикат във вода. За нещастие, посочваният търговски разтвор на натриев силикат "клас О" е достъпен единствено от специализирани доставчици; обаче, аз мисля, че мога да го скалъпя, като барна малко състава на обикновения разтвор "клас N", който се използва, например, за поправка на музикални заглушители, като му добавя малко настъргана луга. Значи ще ни трябва малко натриев силикат "клас N", като за старт. "Клас N" се нарича и "Клас 40", както и "водно стъкло" и ако се порови в гугъл, се появяват няколко онлайн източника.


Стъпка 1: Да се приготви разтвор на натриев силикат

Най-лесният начин да се измерят съставките за този процес, е по тегло. Ще ви трябва везна с капацитет поне 1000 грама. Сложете стъкленица 250 мл на везната, запишете теглото й и, като вземете подходящите мерки за работа със силни основи, добавете 4.5 грама настъргана луга. Сега добавете допълнително 62 грама разтвор "клас N" на натриев силикат. Махнете от везната и разбърквайте, докато не се разтвори лугата. След като този разтвор е добре смесен, покрийте го и го оставете, на стайна температура, за 24 часа преди употребата. Забележете, че сега този разтвор е малко по-разводнен от търговския "клас О" натриев силикат, но рецептата на Дейвис "SGP" всъщност изисква малко разводняване на търговския разтвор, така че математиката на нещата много се доближава.


Стъпка 2: Добавяне на метакаолин

Премахнете покритието, сложете стъкленицата обратно на везната и докарайте общото тегло на разтвора до 1000 грама, като добавяте суха метакаолинова пудра. Може би ще искате да я добавяте на порции с разбъркване помежду им. Метакаолинът няма да се разтвори; трябва да получите каша или паста. Полимеризиращата реакция ще започне веднага, след като започнете да добавяте метакаолина, но би трябвало да имате поне около час време. Ако работи, смета трябва да започне да отдава топлина.


Стъпка 3: Отливане

Прехвърлете сместа в малка метална формичка. Аз вероятно ще използвам стоманена формичка за мъфини - те са евтини, горе-долу с правилния размер, и ако искам, ще мога да отлея множество проби само в един тиган. Запечатайте ги добре с алуминиево фолио. Идеята е, да се попречи на водата да избяга, докато "зрее".


Стъпка 4: Зреене

"SGP" сместа трябва да полимеризира на стайна температура, но по принцип геополимерните проби зреят при лека температура и ако искате да експериментирате с други алуминосиликати, и/или в допълнение към метакаолина (например горивна пепел), стъпката на зреенето прилича, като да е нужна. Като цяло, протоколите изискват загряване до 60 оС за 24 часа. Това ми е удобно да го направя във фурната в кухнята си и няма да излизам от вкъщи през това време.


Финални мисли

Изваждането на отлетите проби от формичките може да е проблем, който евентуално ще иска употреба на някакъв метод за отделяне на двете. Но това не се обяснява в литературните протоколи, които съм виждал, така че ще започна без такъв метод. Вероятно ще искам да експериментирам с добавяне на агрегати, и пясъкът е удобен и конвенционален. Публикацията на Дейвис описва смеси с 40 % от теглото и 60 % от теглото пясъчно включение във формулата "SGP".
« Последна редакция: Януари 17, 2019, 04:36:01 am от λ »

λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
Re: МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« Отговор #5 -: Януари 18, 2019, 11:31:22 am »

Отворен проект за разработване на строителство с геополимерни отливки





Относно

Този блог бе стартиран от Оуен Гайгър (Owen Geiger) като отговор на огромния интерес към финансово поносимото, самоделно строителство с геополимерни отливки. Този блог е отворен проект за разработване на такова строителство за употреба от човечеството и за разпространение на информация, с цел достигане до колкото се може по-широка публика. Всичко това се предлага с добра воля към онези, които могат да впрегнат идеите и да продължат развитието на този много изгоден подход в строителството.



Професор Оуен Гайгър (социално и икономическо развитие) е бивш директор на Строители без граници (Builders Without Borders) и основател и директор на Институт за изследване на икономичното строителство "Гайгър" (Geiger Research Institute of Sustainable Building). Той е автор, инженер и лицензиран предприемач, специализиран в строенето със сламени бали, чували с пръст и други видове икономическо и изгодно строителство. Той е съавтор на "Наръчниците на Строители без граници за строене със сламени бали; и допринася за "Строителство без граници: Икономично строителство за Глобалното село". Най-новата му книга е "Наръчник за строене с чували с пръст: Вертикалните стени, стъпка по стъпка". Д-р Гайгър е консултирал множесво интернационални строителни проекти за обитаеми сгради и е работил в тясно сътрудничество с "Хабитат за човечеството" (Habitat for Humanity) седем години. Той също така е кореспондент за списание "Последната сламка" (The Last Straw Journal) и е експерт по зелените домове в новинарското списание "Майката Природа".

Негов и-мейл:  strawhouses@yahoo.com



Тук ще разгледаме интересна информация от този източник.

λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
Re: МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« Отговор #6 -: Януари 23, 2019, 10:23:32 am »
Много ясно се забелязва изчезване на тази информация от аматьорските среди на свободните експериментатори. Това е и причината в тази тема да се опитам да предпазя и малкото, което е все още налично, от изчезване и потъване в корпоративната тайна. За голямо съжаление, следната публикация в блога на Оуен Гайгър е просто обзор на нещо, коeто вероятно е било обещаващо, но на ден днешен линкът към източника вече пренасочва към изи кредит.





Тип на проекта:
стратегия за планиране на градски дизайн, архитектура

Цел на проекта:
увеличаване на самосъзнанието за околната среда и адресиране на промените в климата

Описание на проекта:
Процесът по изгаряне на въглища произвежда един от най-големите нерегулирани дялове на индустриални отпадъци в САЩ. Въпреки че в последните години нарастващият процент на освободените във въздуха частици ("летяща пепел") (което по същество е отпадна горивна пепел, бел.прев) намери приложения като пълнеж в стоителната индустрия, скорошните промени в регулациите на EPA, целящи да намалят емисиите с парников ефект (GHG), доведоха до това, че повечето от 70-те милиона тона горивна пепел, които всяка година се произвеждат в САЩ, сега вече са достъпни и налични за употреба в строителния процес заради високите нива на неизгорелия въглерод, амоняк и/или други включения. Освен това, значителните цени за транспортиране и твърди материали за насипване на могили, получени от изгаряне на въглища, може допълнително да нарастнат заради разходи, свързани с евентуалното просмукване на вредни количества алуминий, хлорид, желязо, магнезий и токсични нива арсен, никел, олово, мед и цинк в подпочвените води. Така, разработването на иновативни технологии за преобразяване на десетки милиони тона отпадни вторични суровини от изгарянето в полезни продукти представлява спешна нужна.

Какво е геополимер:
- Твърда, циментиста паста, направена от горивна пепел, без Портланд цимент. Той има по-големи сили за издръжливост на компресия и разтегливост, висока степен на добиване на сила за единица време, по-ниска порестост и пропускливост, и силно увеличена устойчивост на химически атаки в сравнение с обикновения бетон с Портланд цимент (OPC). Той комбинира отпадни продукти, превръщайки ги в полезен продукт, спестява пространство за могили и подпомага икономисването, и в сравнение с Портланд цимента, производството му демонстрира 90% по-малко отделяне на въглеродни емисии.
- Отделно трябва да се приготви разтвор на натриев хидроксид и калиев хидроксид (отпадни продукти от химическата и петроло-химическата индустрии), после трябва да се добави към течния търговски натриев силикат; този разтвор после може да се добави към пудрата на горивната пепел (отпаден продукт от горенето на въглища и био горива) по същия начин, както вода се добавя към Портланд цимент.

Източник: Отворена Архитектурна Мрежа /вече не работи/

« Последна редакция: Януари 23, 2019, 10:37:25 am от λ »

λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
Re: МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« Отговор #7 -: Февруари 04, 2019, 04:11:37 pm »
Строителите на Петра.
Кои са били небатейците?







https://en.wikipedia.org/wiki/Nabataeans

В разцвета си, Небатейската империя се е простирала от съвременен Йемен до Дамаск и от западен Ирак навътре в Синайската пустиня... поне според някои историци. Никой не е наистина сигурен колко голяма е била империята им. В такава степен са били загадъчни и мистериозни небатейците. Въпреки че караваните им пътували нашироко, трудно е да се установят със сигурност границите на царството им, или разстоянията на пътуванията им.

Писмените извори за Небатейското царство са оскъдни, тъй като има само малко оцелели документи и разпръснати надписи и графити. Това също е странно, защото хилядите графити са издълбани в камък и стените на каньоните ясно показват, че почти всеки небатеец е можел да чете и да пише, дори овчарите. Така че, защо да не запишат историята си? Египтяните са писали по стените на храмовете си, евреите са писали по свитъци, а вавилонците са писали на глинени плочки. Царете и управниците от векове записват победите и постиженията си. Небатейците, обаче, изглежда са отказвали да пишат. Техните храмове са голи. Градовете им не съдържат библиотеки и до днешна дата археолозите са намерили само няколко трохички писмени находки. Защо? Какви тайни може да са имали небатейците, които да са искали да задържат за себе си?

Дори древните историци от Гърция и Рим, които са искали да пишат за небатейците, записали най-вече удивителните разкази, които самите небатейци измислили, за да скрият истинската си история, търговските си пътища и произхода на стоките им.

И това не е всичко. Има и други объркващи въпроси. Историята ни казва, че небатейците са били номади, обитаващи палатки в пустинята. И все пак, само в рамките на няколко кратки години, те са построили грандиозни и вдъхновяващи, отнемащи дъха паметници. Великолепният град Петра е толкова впечатляващ, че дори и днес туристите учудено зяпат великите руини. И при все това, този впечатляващ град е бил скрит от всички в една гънка между камъните, с достъп само от една тясна пукнатина в планината. Пукнатината е дълга над 1200 метра и 3 до 6 метра широка, заградена от 100-метрови скални стени в каньона. Защо да се крие град? Още повече, защо е бил построен с такова бързане, само няколко кратки години, преди Исус да започне да ходи по земята? Хиляди паметници и гробници били издигнати в този скрит град, и тогава изведнъж, небатейците предали империята си в ръцете на римските войници, и сякаш напуснали историческата сцена.

Кои са били тези небатейци, които изведнъж са се появили в историята? Какво е било нещото, което е позволила на тези хора от пустинята да се облагодетелстват толкова богато от търговията с тамян и подправки? Защо са построили такива огромни паметници и после са изчезнали? Това са само някои от въпросите, които археолозите задават, откакто копаят в пясъците на времето. Отговорите, които намират, са пълни с изненади. Ако обичате история, наистина ще се насладите на уникалната история на небатейците.

. . .




Интересна извадка от останалото изложение:


От векове небатейците не били построили и една къща, нито пък храм. Когато избрали мястото на Петра, за да построят великия си град, то било гол каньон, и вероятно място, където са погребвали мъртвите си. ИЗглежда, че едомитите никога не са обитавали това място. Едомитската столица била Бушерия, намираща се на юг от днешна Тафила. Някои небатейци първоначално са се заселини близо до едомитската столица, обитавали плосковърха планина, позната като Селах (Selah). Тъй като това вероятно е мястото на отминали кланета, (II Царе 14:7), едомитите навярно са избягвали мястото, оставяйки небатейците на мира. Небатейците първоначално направили малко палатково поселище на плоския връх на тази планина, което служело като убежище и сигурно място, където да се намират жените им, децата им и стоките, когато мъжете ги е нямало, докато купували и продавали. Това убежище на планинския връх, познато като Селах, щяло да изиграе важна роля в следващите години.

Когато небатейците най-сетне започнали да строят града си, те го нарекли Рекем (Rekem) или Рекму (Rekmu). Този град щял да стане толкова известен, че името му щяло да бъде записано в аналите на Чанг Чиен (Chang Ch'ien), пратеник на китайския император Ву-ти (Wu-ti) (138-122 Пр. Хр.), както и в записите на Гръцката, Египетската, Римската и Византийската цивилизации, където градът бил известен с римското си име, Петра. И така, ползвайки старата едомитска територия като център, те основали търговска империя, която надминала всичко, което дотогава било виждано по лицето на земята. Чрез тази система от търговци и търговии, те започнали да внасят стоки от Изток и да ги продават на Запад. В следващите няколко столетия те щели да внесат такива стоки като подправки, животни, желязо, масло, мед, захар, лекарства, слонова кост, парфюми, перли, памук, джинджифил, канела, коприна, ароматни растения, мирта и злато за царствата на Египет, Гърция и Рим. От друга страна, те изнасяли за Индия и Китай къна (растение, бел.прев), сторакс (дърво, от чиято смола се прави аромат, бел.прев), подправки, асбест, платове, прозрачна коприна, синкавочервена коприна, стъкло, орпимент (минерал на арсеновия сулфид), злато и сребро. Също така те били отговорни за трансфера на идеи между великите източни и западни цивилизации.

Още повече, изглежда, че небатейците са успели да установят монопол върху повечето от тези стоки. Тъй като вдигали цените, египтяните, гърците и римляните започнали да се оплакват. Някои се оплакали, че империите им щели да банкрутират. Други мобилизирали империите си, за да разбият небатейците. Всеки път, обаче, небатейците успявали да избягат, обикновено без въобще да влизат в битка. Как са успявали да правят това? Това е въпрос, който дълго време ме тормозеше. Отговорът беше труден за намиране, защото небатейците внимателно са скрили всички доказателства, от страх, че гърците, египтяните и римляните ще открият техните тайни и ще разбият монополите им. И така, небатейците останали една мистериозна цивилизация, като много от лъжите и заблудите им продължават да действат дори до днешния ден.
« Последна редакция: Февруари 12, 2019, 04:46:30 pm от λ »

λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
Re: МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« Отговор #8 -: Февруари 04, 2019, 04:24:57 pm »
Историята на бетона и небатейците





Професор д-р Джоузеф Давидовиц е световно признат експерт по древни цименти и бетони. Голяма част от следния материал е взет от неговия уебсайт: http://www.geopolymer.org  Д-р Давидовиц участва в голяма част от авангардните изследвания за това как древните са правели и използвали цимент. Изследването му се фокусира върху древната керамика, цименти, бетони, синтетичен камък и строителни изкуства, които са представителни за древни цивилизации като: фараонски Египет, Месопотамия, Римската империя, предколумбова Америка, както и каменни артефакти от Европа и Азия. Благодарим на д-р Давидовиц и на Геополимерния институт, за това, че ни позволиха да ползваме материали от тяхното изследване в тази статия.

Циментовата мазилка и хоросан играели важна роля в живота на небатейците. Те ползвали тази съществена технология от най-ранните си дни в пустинята. Без специалното им знание за цимента, небатейците никога е нямало да завладеят пустинята и никога е нямало да се издигнат до статута на цивилизация.

Други племена в пустините на Арабия живели в ограниченията, в които природата ги е била сложила. Те стоели близо до източниците на вода и отпращали овцете и камилите си оттам. Небатейците, от друга страна, строили водните си канали и цистерни дълбоко в пустинята, за да събират оскъдната дъждовна вода и да я съхраняват за своя употреба.

Без това знание за водонепромукаем цимент, небатейците е нямало да се превърнат в достигащите надалече търговци на Близкия Изток, които с лекота прекосявали пустините и негостоприемните, голи планини.

Как са успели небатейците да разработят водонепромукаем цимент столетия преди употребата му да стане нещо обичайно в Европа? В това проучване ще започнем да изследваме цимента по принцип, а след това ще видим как е бил развит цимента и как е бил използван от цивилизациите, особено от римляните. Римляните са били съвременници на по-късната част от Небатейската империя и техните историци са записали как римляните са правели и използвали техния цимент. Най-накрая ще разгледаме специалните характеристики на небатейския цимент и ще спекулираме как са развили тази удивителна технология.



Циментът по принцип

Циментът и бетонът често се считат за едно и също нещо, само че, те по природа са много различни. Циментът е една свръх-фина пудра, която свързва пясъка и камъните в една маса, която се нарича бетон. Циментът е ключовата съставка за бетона, но бетонът съдържа други вещества като пясък и камъни.

Циментът се е превърнал в един от най-широко използваните строителни материали в света. Годишното глобално производство на бетон е около 5 милиарда кубични метра, обем, който е почти колкото годишното производство на цимент - около 1.25 милиарда тона. Световното харесване на бетона не е случайно, тъй като този каменен материал се произвежда от някои от най-широкодостъпните ресурси в света.

Важно е да се разбере развитието на цимента на по-глобална основа, за да се види как циментът на небатейците се свързва със световното развитие на циментовата технология. Тогава ще можем да попитаме по-важния въпрос - Дали небатейците са научили тяхната технология от другите, или другите цивилизации са научили тази технология от небатейците?




Ранна история и развитие на цимента

Като цяло се вярва, че римляните са първите бетонни инженери, но археологическите доказателства говорят за друго. Археолозите са открили вид бетон, датиращ от 6500 г Пр. Хр., когато сирийците от Каменната епоха са използвали постоянни огнени ями за загряване и готвене. Тези огнища, построени от местен варовик, показват примитивна форма на калциране по външните лица на варовиковите камъни, които ограждали огнищата и довели до ненадейното откриване на варта като основен градивен материал. Новооткритата технология била широко използвана в Сирия, тъй като се строели централни пещи за горене на вар, за да снабдяват мазилка за строенето на чакъленостенни къщи, бетонни подове и водо-непромокаеми цистерни.

Вар, негасена вар и горена вар са обичайните названия за калциевият оксид, СаО, сиво-бяла пудра. Днес над 150 важни индустриални химикала изискват употребата на вар за производството си... Всъщност, само пет други суровини (солта, въглищата, сярата, въздухът и водата) се използват в по-големи количества. Варта се използва при стъклото, цимента, тухлите и други строителни материали; както и в производството на стоманата, магнезия, храната за домашни птици; и в обработката на тръстикови сокове и захарно цвекло. Тя е силно каустична и може сериозно да аздразни човешката кожа и лигавици. Така, откриването на варта като строителен материал отворило вратата за и за много други подобрения.

В Европа, археологическите доказателства за ранната употреба на бетон се откриват по бреговете на река Дунав в Югославия, където около 5600г Пр. Хр. бетонът се е използвал за направата на подове за шатри.

В Китай, оцелелите доказателства говорят, че още през 3000г Пр. Хр. вид цимент се е използвал в провинция Гансу в северозападен Китай.

Египтяните ползвали цимент още през 2500г Пр. Хр. Някои учени вярват, че при формирането на Великата пирамида в Гиза е бил използван циментен материал, произведен или от варовиков бетон, или от горен гипс. Най-ранната известна илюстрация (датираща от около 1950г Пр.Хр.) на употребата на бетон в Египет е показана на стенна фреска от Тива. Археолозите от дълго време са мислели, че египтяните са били майстори на камъка, защото са произвеждали каменните артефакти (съдовете от твърд камък, статуи), направени от метаморфни шисти, диорит и базалт. Тези гладки и полирани каменни артефакти (на възраст между 4000 и 5000) но носят следи от сечива по себе си. Някои археолози вярват, че древните египтяни са знаели как да преобразуват руди и минерали в скрепителен материал за произвеждане на каменни артефакти. Те вярват, че много от египетските статуи не били издялани от скали, а по-скоро били отлети във форми и представляват статуи от синтетичен какмък.

Първото доказателство за това идва от ново дешифриране на С-14 Възпоменателна плоча на Иртисен (датираща от 2000г Пр. Хр., Лувъра, Париж). Плочата е автобиографията на скулптора Иртисен (Irtysen), който живял под управлението на един от фараоните Ментухотеп, 11та Династия. Плочата С-14 от Лувъра често е била изучавана. Въпреки това, много от изразите й се отнасят до полето на каменната технология и в миналото са били колебливо превеждани с термини, които толкова широко се различават, че преводачите очевидно не са могли да разберат описваната технология. Според скулптора Иртесен, отливането на направен от човека камък е било тайно знание. (Egyptian Made-Made Stone Statues in 2000 B.C.: Deciphering the Irtysen Stele,(Louvre C14 6 pages) Този вид материал дали е бил вид цимент?

Някои учени сега предлагат идеята, че пирамидите са направени от излят камък, вместо от дялан камък. От геологична гледна точка, платото на Гиза е израстък на формацията Мокатам (Mokkatam) от средния Миоцен. И все пак, израстъкът, който се потапя в долината, където се намират каменоломните и също и канавката около Сфинкса и тялото на Сфинкса, са изградени от по-меки, плътно напластени, глинести нумулитни варовикови слоеве със сравнително високо количество глина. Количеството на водно-чувствителните части, изразено като процент от масата на камъка, е поразително много високо, вариращо между 5.5% до 29%. ОЧевидно е, че строителите са се възползвали от плътно напластените слоеве от по-меки варовици. Този дисагрегиран, кален материал бил готов за геополимерна реагломерация. Може би най-голямата изненада в това проучване е свързана с йероглифните глаголи за "строя", а именно [кхуси] (khusi) (Gardiner's list A34. Знакът [кхуси] представлява човек, който набива или натъпква материал във форма за отливане. Това е един от най-старите египетски йероглифи. (Construction of the Egyptian Great Pyramids, 2500 B.C., with Agglomerated Stone. Update of the latest Research,: 42 pages)

Египтяните също така използвали по-обикновена форма на бетон. Издръжливостта на техния бетон е засвидетелствана от факта, че бетонните колони, построени от египтяните преди повече от 3600 години, все още стоят.

Гърците, от друга страна, използвали цимент през 600г Пр. Хр., когато гръцките строители открили естествен позолан, който развивал хидравлични характеристики, когато се смеси с вар.


Бележка от преводача: Позоланите са силициеви или силициеви и алуминести материали, които, сами по себе си, не притежават никаква или много малка циментна стойност, но които, ако са в фино раздробена форма и залети с вода, реагират химически с калциевия хидроксид при обикновена температура и така формират съединения, които имат циментни качества. Измерването на качеството на един позолан да реагира с калциевия хидроксид и водата се измерва чрез "позоланната активност". Позолана са естествено срещащи се позолани с вулканичен произход.
https://en.wikipedia.org/wiki/Pozzolan


Римлянитие, обаче, били онези, които използвали цимент в големи количества за огромни строителни проекти. Ранната римска употреба на цимент датира от около 300г Пр. Хр. От този период насетне римляните редовно подобрявали бетонната си технология, те също така дали името на това нещо. Тъй като римският цимент е толкова добре изучен, той ще ни даде основа, от която да проумеем проблемите, които са важни в разследването за небатейския цимент.



λ

  • Administrator
  • Sr. Member
  • *****
  • Karma: +0/-0
    • Профил
Re: МАТЕРИАЛИ: Геополимери
« Отговор #9 -: Февруари 10, 2020, 09:25:40 pm »
Геополимерен бетон, египетски пирамиди и нов начин за бъдещето с природоцелесъобразно зидарство




Да не се изненадвате: Може да бъркаме за това как древните египтяни са построили Голямата пирамида. Десетилетия ученици са учени на преобладаващата теория - пирамидите били построени от огромни блокове солиден камък, дялан на ръка от далечни каменоломни и пренасян през изгарящите пустинни пясъци. Ние си представяме - благодарение най-вече на Сесил Б. ДеМил (Cecile B. DeMille) - че хиляди голи и боси, потящи се роби, овързани в дебели конопени въжета, влачели огромни четвъртити каменни блокове нагоре по стръмни рампи. Подвигът изглежда толкова невероятен, че някои хора се чудят дали египтяните не са получили помощ от други планети. Бидейки винаги един рационален глас в стаята - Нийл деГрас Тайсън (Neil deGrasse Tyson) контрира, "само защото не можете да се досетите как една древна цивилизация е строила разни неща, това не значи, че е получила помощ от извънземни".

Обмислянето на това как са били построени пирамидите има интересни приложения отвъд египтологията. Очакваният срок на годност на днешните строителни материали въобще не се доближава до 4000 години. И много от модерните ни строителни процеси консумират толкова много енергия и отделят толкова много СО2, че много бързо унищожаваме самия свят, който работим да изградим. Египтяните явно са знаели нещо, което ние не знаем, относно локално достъпните материали за построяването на изключително издръжливи сгради без да оставят огромна следа в околната среда, което е толкова типично днес. Дали египтяните са използвали умовете си толкова, колкото и мускулите си, и ако да, какво можем да научим от тях?





Великите пирамиди на Гиа - отляво надясно, голямата пирамида на Кхуфу, 146.6 м; пирамидата на Кафра, 136.7 м; пирамудата на Менкуаре, 65.5 м; пирамидите на цариците. Снимка - Дейвид Холт.




Скептицизмът, който адресира Тайсън, идва от логично място. Въпреки обичайните учения за строежа на пирамидите в Гиза, подвигът на строежа изглежда почти неприемливо. Великата пирамида на Кхуфу е била най-високата направена от човека постройка на земята в продължение на 3800 години - 16 пъти по толкова, колкото време е съществувала държавата ни (САЩ, бел.прев) - до построяването на катедрала Линкълн в Англия (катедрала "Св. Мария", бел.прев). Когато била построена, пирамидата имала дължина 230 метра на всяка от страните си, висока 146 м и била изградена от 2.3 милиона камъка, тежащи средно почти по три тона всеки. Много от снадките между камъните са толкова акуратни, че между два камъка не може да се прокара човешки косъм.

Според това, което са ни учили, добити от каменоломна каменни блокове, тежащи по няколко тона, били пренасяни до пирамидите преди изобретяването на колелото. Били са изкопани от лицето на хълмове с медни сечива, тоест меки сечива. И цял един град от работници били поместени в жилища и лагери около пирамидите в продължение на десетилетия. Изглежда толкова трудно да си го представим, още по-трудно да го повярваме. И твърде малко доказателства съществуват в подкрепа на тази идея - никога не са намирани медни сечива на мястото, не са останали доказателства за жилищата и лагерите на толкова много работници, и не съществуват ясни йероглифи, документиращи ломенето на камъните, транспорта, нито пък повдигането на тези блокове по рампите.





Филмът на Сесил Б. ДеМил (Cecile B. DeMille) "Десетте заповеди", от една страна не е специално за построяването на Великите пирамиди, но е допринесъл за общоприетата представа в много от умовете ни, обясняващи построяването на пирамидите. През 80-те години един френски учен по материалознание на име Джоузеф Давидовиц (Joseph Davidovits) предложи един много различен сценарий.




През 80-те години един френски учен по материалознание на име Джоузеф Давидовиц предложи различна теория - египтяните се на пренасяли блоковете до пирамидите, а вместо това са правели блоковете един по един на самата строителна площадка. Давидовиц предложи, че блоковете са били формирани чрез отливане на един древен бетон - той го нарече геополимер - в дървени кофражи. Само част от работниците би била нужна, за да се пренасят кошници с влажен геополимерен бетон до дървени форми, поставени точно там, където е нужно да има блок. Снадките между отлетите бетонни блокове винаги ще са съвършено акуратни, тъй като компресираната влажна смес се втвърдява непосредствено срещу съседните блокове. Давидовиц предложи, че геополимерният бетон е бил направен от разбит варовик, глина, вода и вар, един силно алкален (обратното на киселинен) активарот, който карал разбитата варовикова смес да се преизгради в един направен от човека камък.

Съвсем разбираемо, теорията на Давидовиц предизвика доста смут сред египтолозите, историците, изследователите на материалознанието и всеки, когото го беше грижа, че едно обяснение за построяването на нещо емблематично като египетските пирамиди се обръщаше с главата надолу. Не само това, но ако египтяните са отливали блокове намясто от ранна форма на бетон, много установени теории, приписващи изобретяването на масово произвеждания бетон на римляните, щяха да се разминат с действителността с няколко хиляди години.

Човек би си представил, че модерните учени с електронните си микроскопи могат набързо да докажат дали Давидовиц е прав или е луд. И ето го Мишел Барсум (Michel Barsoum), професор по материалознание в университета Дрексел (Drexel University). Барсум, родом от Египет, никога не възнамерявал да се впуска в изучаване на пирамидите, но бил удивен от теорията на Давидовиц. Барсум бил още по-удивен да открие, че никой не е доказал - нито отхвърлил - идеята.

Барсум, заедно с дипломиран студент на име Адриш Гангули (Adrish Ganguly), започнал да изучава проби от вътрешните и външните облицовъчни камъни на пирамидите. Онова, което си мислели, че ще бъде неколкомесечно проучване, се оказало една 5 годишна одисея. В края на краищата, те отхвърлили някои от предположенията на Давидовиц, но доказали цялостната му теория.

Бележка от преводача: Доказателството им на PDF - ТУК





Дълбок изкоп в лицето на една от пирамидите, построени от Снеферу - бащата на Кхуфу, който построил Великата пирамида - показва комбинация от нещо, което прилича на неправилно изрязани и ломени варовикови блокове, заобиколени от плътно снадени, отляти намясто геополимерни блокове. Снимка - Мишел Барсум (Michel Barsoum).




Барсум вярва, че египтяните наистина са отляли малка, но значителна част от блоковете в пирамидите. Неговият анализ с електронен микроскоп показва, че египтяните не са ползвали глина в геополимерната смес, както предлага Давидовиц, а вместо това са ползвали диатомитна земя, естествено срещащ се, нормално намиращ се мек утаечен камък, формиран от фосилизирани останки от водорасли.

Бележка от преводача: Диатомитът е естествено срещаща се, мека, силициева утаечна скала, която лесно се рони на фина бяла и полу-бяла пудра. Размерът на чсатиците варира от 3 микрометра до повече от 1 милиметър. Типичното съдържание на диатомита е 80-90% силициев диоксид с 2-4% алуминески съединения (най-вече заради съдържанието на глинести минерали) и 0.5-2% железен оксид.

Но важното е, че Барсум не е съгласен с Давидовиц, като предлага идеята, че не всички блокове са били отлят намясто геополимер. По-скоро, Барсум предлага, че египтяните са ползвали едновременно отлети от човека блокове и ломен варовик, пренесен до строителната площадка по начина, коюто предлага традиционното ни обяснение. Барсум вярна, че само външните облицовъчни камъни и блоковете на по-високите нива на пирамидите са били отлят геополимер. В това има смисъл - облицовъчните камъни са се виждали, така че отлетите намясто блокове с екстремно акуратни снадки биха били подходящи за екстрериора. А блоковете на по-високите нива на пирамидите били все по-трудни за достигане с ломени блокове - заменянето на тези с намясто отливан геополимер е било много по-лесно.

Лин Хобс (Linn Hobbs), професор по материалознание в Масачузецкия Технологичен институт, също добавя към оригиналната теория на Давидовиц и подкрепящото изследване на Барсум. Проучванията на Хобс са довели до възстановяването на геополимерен блок по пътя на обратното инженерство, съставен от разбит варовик, каолинит, силициев диоксид и натронни соли, вещество, откривано при изпарените останки от солени езера. Египтяните използвали солта натрон за мумифициране. Когато бъдат изложени на вода, натронните соли стават алкални, съвършени активатори за предизвикването на геополимерна реакция.

Както било предвидено, новите теории, предлагащи идеята, че дори малка част от камъните на пирамидите в Гиза са били направени от човека блокове, оформени от ранна форма на бетон, изригнали в огнена буря от съпротива и жлъч, най-вече от онези, които имали най-моно какво да загубят, когато установената теория се разпадне. Дори и Барсум да бил убеден, че един сериозен материален анализ може неоспоримо да докаже как били направени някои от блоковете на пирамидите, дебатът все още бушува.
Разграничаването на дебата от историческата дискусия може да хвърли важна светлина върху това как можем да подобрим днешните си строителни материали, като изследваме онова, което египтяните може да са направили. Просто самата идея за една зидария от древна форма на геополимерен бетон, оцеляла 4000 години, може завинаги да промени начина, по който строим днес.





Един блок от наземното ниво пред Великата пирамида на Кхуфу включва един неправилен ръб на дъното, който би бил много труден за издялане, освен това би било безсмислено да се прави. Този ръб е индикация, че блокът е бил отлят намясто - материалът на ръба се е разлял навън изпод временния дървен кофраж, преди да се втвърди. Барсум анализирал парченце от материала на долния ръб и казва, че не е открил директни доказателства. "Единственото логично заключение е, че след 5000 години скрепителната фаза на практика е била отмита. Какво е решението? Да се вземат проби от ядрото на този блок. По-лесно е да се каже, отколкото да се направи". Снимка - Майкъл Барсум.




Бетонът е най-обемистия материал, направен от човечеството. Използва се навсякъде по света в пътища, мостове, язовири и сгади. Ключовата скрепителна съставка в съвременния бетон - Портланд циментът - има ужасна въглеродна следа. Ние правим толкова много Портланд цимент, че само той е отговорен за 6% от световното отделяне на СО2.





Циментова фабрика в Китай. Само производството на цимент е отговорно за 6% от световните емисии на СО2.




Портланд циментът е изобретен в Англия в средата на 18 век и се прави чрез супернагряване на варовик и няколко други съставки в гигантски пещи. Огромната въглеродна следа излиза по два начина. Първо, много твърди горива са необходими за постигането на температурите на пещите - над 1100 градуса Целзий. Второ, химическата реакция, която създава Портланд цимента, включва изпичането на СО2 до момента, в който напуска варовика, СО2 който първоначално се е съдържал в костните останки на морските организми, изграждащи варовика. Въглеродните емисии от производството н Портланд цимент са толкова значителни, че произвеждането на един килограм Портланд цимент излъчва почти един килограм СО2 в атмосферата. Милиарди тонове Портланд цимент се произвеждат всяка година. Математиката е откровено плашеща.

А бетонът, направен с Портланд цимент, по издръжливост даже не се доближава до размера на невероятната си екологична следа, която струва. Бетонните мостове излизат от строя само след 50 години, това отчасти се дължи на суровите условия като пътната сол, тежкия камионен трафик и циклите на замръзване и топене. Докато относително стабилната околна среда при пирамидите на Гиза избягва много от суровите условия на съвременната градска среда, 4000-годишната издръжливост на постройките е индикация за удължения живот на сданията, който е възможно да се постигне с геополимерния бетон. Когато се вземе предвид и много по-малката въглеродна следа - геополимерните бетони като онези, които египтяните най-вероятно първи са разработили, имат една десета от въглеродната следа на бетоните на база Портланд цимент - геополимерите предлагат категорична алтернатива на съвременното статукво.





Мостът на Бахия Хонда при Флоридския Кей. Площадката от подсилен бетон е била инсталирана през 1938г и изоставена 34 години по-късно.




Геополимерният бетон е значително по-различен от бетона на база Портланд цимент. Да опростим науката, Портланд циментът може да се сравни със силно лепило, докато геополимерната реакция се сравнява с двукомпонентна епоксидна смола. Портланд циментът залепя заедно съставките на бетона - камъни и пясък. Портланд циментът може да залепи заедно и други неща, като хартия под формата на хартиен бетон. Това е една от причините Портланд циментът да е толкова популярен - той е толкова реактивен, че може да скрепи най-различни видове агрегати от относилетно силни строителни материали. Но тази висока реактивност идва на гигантска екологична цена.
Геополимерните реакции, от друга страна, изискват две части - източник на алуминести силикати, както и алкален активатор. Първото - алуминестите силикати - често се открива у вулканичната пепел. Второто - алкалният активатор - често се открива у варта. Когато двете се комбинират, химическата реакция води до получаването на силен бетон. Интересното е, че докато процесът по създаване на силни структурни връзки при Портланд цимента е различен от процеса при геополимерите, финалният продукт може да бъде почти идентичен - нещо, наречено калциево-силикатен хидрат или CSH (calcium-silicate hydrate).

Римляните често се споменават като изобретателите на бетона и те със сигурност са довели употребата му до съвършенство. Пантеонът в Рим до ден днешен е най-големият купол от неподсилен бетон, който все още е непокътнат 2000 години по-късно. Римляните не може да са правили бетон от вида, който ние днес правим - те не са имали такива пещи, способни на супер-загряване на варовика до над 1100 градуса Целзий. Вместо това, римляните са открили и разработили форма на геополимерен бетон. Те смесили вулканична пепел, добита от мините на остров Позоло (Pozzollo), с вар, направена чрез изпичане на варовик на относително ниска температура, за да се получи силен бетон, голяма част от който все още се издига около нас.





Таванът на Пантеона в Рим - най-големият купол от неподсилен бетон в света - все още стои, 2000 години по-късно.




Днес се изледват много нови форми на геополимерни бетони. Пепелният остатък от изгарянето на въглища за производството на електричество - наречен "летяща пепел" (fly ash) - споделя много от химическите характеристики на вулканичната пепел и служи като чудесен източник на алуминести силикати за геополимерна реакция. Фирмата CalStar прави не-структурни лицеви тухли от летяща пепел, възползвайки се от преимуществата на геополимерите, които намалят енергийния еквивалент на традиционните тухли. Фирмата CeraTech Inc. прави бетон без Портланд цимент, като комбинира летяща пепел с алкални активатори, за да създаде геополимерен бетон с голяма сила и значително намалени въглеродни емисии.

Само че, летящата пепел - днешната версия на римската позоланова пепел - идва със свои собствени рискове. Летящата пепел съдържа значителни нива на тежки метали, останали от изгарянето на въглищата и летящата пепел е достъпна само там, където въглища се горят за електричество. Най-важното е, че на планетата няма достатъчно летяща пепел, за да бъде заменен Портланд цимента, който произвеждаме. Ами какво ако имаше по-обичаен източник на алуминести силикати отколкото е римската вулканична пепел или съвременната летяща пепел? Египтяните ще да са открили тъкмо това.





Пирамидите на Гиза, както се виждат от Международната космическа станция. Пирамидите са толкова големи, че ясно се виждат на фотография, направена с ръчен любителски дигитален фотоапарат от космоса. Размерът им също е поразителен в сравнение със заобикалящите ги постройки на модерно Кайро. Снимка - НАСА, ISS, Екипаж 032.




Винаги изпреварващи времето си, вещината на древните египтяни по материалознание може да им е позволила да създадат направен от човешката ръка камък почти единствено от сурова пръст. Въпреки че съществуват ясни доказателства за вулканичната активност в дългата история на Египет, малко вероятно е да са съществували значителни количества вулканична пепел, за да могат древните египтяни да построят такова количество камък. И изследването по материалознание, проведено от Барсум, Хобс и други не открива вулканична пепел сред използваните от египтяните алуминести силикати, а вместо това открива местно достъпна почва - диатомитна почва, каолини, глини и варовик - активирани с алкален материал - натронни соли и вар. Това означава, че египтяните явно са били пионери на геополимерния бетон, който е просъществувал през историята на модерното човечество, направен от изобилно достъпни почвени материали, откриващи се почти навсякъде по планетата. Сравнете това с бетона, който ние правим, който трае половин век и оставя бедствена въглеродна следа.

Представете си как бихме могли да революционизираме съвременната бетонна зидария и индустрия, като преоткрием египетската формула. Ниска цена, екологична, издръжлива и силно устойчива зидария може да се върши почти навсякъде по планетата, от материали, откриващи се на местно ниво, и всичко това без скрепители с ултра-висок енергиен еквивалент като Портланд цимента.

Нашият сайт Watershed Materials, с помощта на Националната научна фондация, досега изследва тъкмо това. Патенти на две фази на SBIR се прилагат за създаване на устойчива бетонна зидария с нулево количество Портланд цимент чрез геополимеризацията на алуминести силикати, откривани естествено в обикновени почвени материали. Ако имаме успех, може да сме в състояние да съживим част от науката, която е позволила на египтяните да създават направени от човешката ръка камъни, толкова устойчиви, че не само са устояли 4000 години, но и са заблудили модерните историци с изгледа си, който е идентичен с онзи на геологично формираните, ломени камъни.

Ние от Watershed Materials разработихме първия прототип от нова зидарска машина за блокове, която прилага интензивна компресираща сила, за да позволи контакт между частиците, какъвто е нужен за геополимеризация на обикновени почвени материали с относително ниска реактивност. Заедно с дизайна на нова машина за производство на екологична зидария, Watershed Materials разработва смесени дизайни с цел създаването на силна и устойчива геополимерна зидария от обикновени глини и почвени агрегати, откриващи се почти навсякъде по планетата.

Изследванията и разработките на Watershed Materials се прилагат специфично към зидарството - науката може да не се отнася до отливания бетон, използван в пътищата, мостовете и язовирите. Само че, зидарските бетонни блокове - иначе познати като пепелни блокове - са един от най-обичайните строителни материали, използвани по света. Десетки милиарди се произвеждат всяка година. Откриването на по-екологична алтернатива на бетонната зидария - такава, която използва видовете геополимери, за първи път открити от древните египтяни вместо Портланд цимента - ще измести огромно количество въглеродни емисии и ще позволи на развитите и на развиващите се икономики по света да произвеждат устойчиви, издръжливи зидарии от местно налични, нескъпи почвени материали.

Въпреки че може да сме грешали за това как древните египтяни са построили пирамидите, научаването на отговора има последствия за модерното материалознание и наука и съдържа нов път, по който да продължим напред, като заменим най-обичайните строителни материали на земята с далеч по-устойчива и екологична алтернатива.

Тагове към темата: