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Deterioration mechanism of alkali-activated materials in sulfuric acid and the influence of Cu: A micro-to-nano structural, elemental and stable isotopic multi-proxy study

  • In this study, a multi-proxy approach combining 29Si, 27Al and 1H MAS-NMR, FEG-EPMA, XANES at the Cu K-edge and XRD analytics with hydrochemical tools such as ICP-OES analyses, oxygen-isotope signatures, and thermodynamic modelling was applied to K-silicate-activated metakaolin specimens - with and without CuSO4·5H2O addition - exposed to sulfuric acid at pH = 2 for 35 days. The results revealed a multistage deterioration mechanism governed by (i) acid diffusion, (ii) leaching of K-A-S-H, (iii) microstructural damage related to precipitation of expansive (K,Ca,Al)-sulfate-hydrate phases (iv) complete dissolution of the K-A-S-H framework, (v) and formation of silica gel in the outermost corroded regions. Copper ions were mainly located in layered spertiniite-chrysocolla-like phases in the as-cured materials. The results demonstrate an overall negative effect of Cu addition on chemical material durability, implying that the reported higher durability of Cu-doped AAM in biocorrosionIn this study, a multi-proxy approach combining 29Si, 27Al and 1H MAS-NMR, FEG-EPMA, XANES at the Cu K-edge and XRD analytics with hydrochemical tools such as ICP-OES analyses, oxygen-isotope signatures, and thermodynamic modelling was applied to K-silicate-activated metakaolin specimens - with and without CuSO4·5H2O addition - exposed to sulfuric acid at pH = 2 for 35 days. The results revealed a multistage deterioration mechanism governed by (i) acid diffusion, (ii) leaching of K-A-S-H, (iii) microstructural damage related to precipitation of expansive (K,Ca,Al)-sulfate-hydrate phases (iv) complete dissolution of the K-A-S-H framework, (v) and formation of silica gel in the outermost corroded regions. Copper ions were mainly located in layered spertiniite-chrysocolla-like phases in the as-cured materials. The results demonstrate an overall negative effect of Cu addition on chemical material durability, implying that the reported higher durability of Cu-doped AAM in biocorrosion environments can be best explained by bacteriostatic effects.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:C. Grengg, Gregor GluthORCiD, F. Mittermayr, N. Ukrainczyk, M. Bertmer, Ana de Oliveira Guilherme BuzanichORCiD, Martin RadtkeORCiD, A. Leis, M. Dietzel
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Cement and concrete research
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.4 Baustofftechnologie
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier
Verlagsort:Oxford
Jahrgang/Band:142
Aufsatznummer:106373
Erste Seite:1
Letzte Seite:15
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:Acid resistance; Alkali-activated materials; MIC; Microbially induced corrosion
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
Material
Material / Degradation von Werkstoffen
DOI:10.1016/j.cemconres.2021.106373
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-520567
ISSN:0008-8846
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:01.02.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:22.04.2021
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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