Oxygen and Chloride Permeability of Alkali-Activated Natural Pozzolan Concrete

One of the important factors in the use of portland cement concrete is its durability, and most of the situations where durability is lacking have been identifi ed and strategies to manage durability have been implemented. Geopolymer concrete, made from an alkali-activated natural pozzolan (AANP), provides an important opportunity for the reduction of carbon dioxide (CO2) emissions associated with the manufacture of concrete but has a limited history of durability studies. Until its different properties are well understood there is no desire to adopt this new technology of unknown provenance by the concrete industry. This paper presents an experimental study of oxygen and chloride permeability of AANP concrete prepared by activating Taftan andesite and Shahindej dacite (Iranian natural pozzolans), with and without calcining, and the correlations between these properties and compressive strength. The results show that compared to ordinary portland cement (OPC) concrete, AANP concrete has lower oxygen permeability at later ages; but it shows moderate to high chloride ion penetrability.

Alkali-Activated Natural Pozzolan Concrete as New Construction Material

In the near future, geopolymers or alkali-activated cementitious materials will be used as new high-performance construction materials of low environmental impact with a reasonable cost. This material is a good candidate to partially replace ordinary portland cement (OPC) in concrete as a major construction material that plays an outstanding role in the construction industry of different structures. Geopolymer materials are inorganic polymers based on alumina and silica units; they are synthesized from a wide range of dehydroxylated alumina-silicate powders condensed with alkaline silicate in a highly alkaline environment. Geopolymeric materials can be produced from a wide range of alumina-silica, including natural products--such as natural pozzolan and metakaolin--or coproducts--such as fly ash (coal and lignite), oil fuel ash, blast furnace or steel slag, and silica fume--and provide a route toward sustainable development. Using lesser amounts of calcium-based raw materials, lower manufacturing temperature, and lower amounts of fuel result in reduced carbon emissions for geopolymer cement manufacture up to 22 to 72% in comparison with portland cement. A study has been done by the authors to investigate the intrinsic nature of different types of Iranian natural pozzolans to determine the activators and methods that could be used to produce a geopolymer concrete based on alkali-activated natural pozzolan (AANP) and optimize mixture design. The mechanical behavior and durability of these types of geopolymer concrete were investigated and compared with normal OPC concrete mixtures cast by the authors and also reported in the literature. This paper summarizes the main conclusions of the research regarding pozzolanic activity, activator properties, engineering and durability properties, applications and evaluation of carbon footprint, and cost for AANP concrete.

Simplified model for prediction of compressive strength of alkali-activated natural pozzolans

The assessment of pozzolanic activity is essential for estimating the reaction of a material as pozzolan. Natural pozzolans can be activated and condensed with sodium silicate in an alkaline environment to synthesize high performance cementitious construction materials with low environmental impact. In this paper, the pozzolanic activities of five natural pozzolans are studied. The correlation between type and chemical composition of natural pozzolan, which affects the formation of the geopolymer gel phase, both for the calcined and untreated natural pozzolans, have been reviewed. The improvement in pozzolanic properties was studied following heat treatment including calcinations and/or elevated curing temperature by using alkali solubility, and compressive strength tests. A model was developed to allow prediction of the alkali-activated pozzolan strength versus their chemical compositions, alkali solubility, and crystallinity.

Coordination of phosphido-boratabenzene ligands to transition metals

Environ 90% des composés produits industriellement sont fabriqués à l’aide de catalyseurs. C’est pourquoi la conception de catalyseurs toujours plus performants pour améliorer les procédés industriels actuels est toujours d’intérêt. De la grande variété de complexes avec des métaux de transition rapportés jusqu’à présent, les complexes zwitterioniques attirent notre attention par leurs activités catalytiques souvent supérieures aux complexes cationiques normaux. Un complexe métallique zwitterionique est un fragment métal-ligand neutre où la charge positive est située sur le centre métallique et où la charge négative est délocalisée sur un des ligands liés au métal. Nous proposons la synthèse de ligands anioniques phosphine comportant des groupements borates et boratabenzènes. Cette dernière espèce est un cycle à 6 membres où l’un des atomes de carbone est remplacé par un atome de bore et qui est négativement chargé. La capacité de ces phosphines anioniques à se lier à un centre métallique à l’aide de la paire libre du phosphore est due à la nature du lien P-B qui défavorise l’interaction entre la paire libre du phosphore et l’orbitale p vide du bore. Les propriétés de di-tert-butylphosphido-boratabenzène (DTBB) comme ligand phosphine anionique hautement donneur et encombré ainsi que la découverte de ses modes de coordination inhabituels pour stabiliser les métaux de transition insaturés ont été étudiés au cours de ce travail. De nouvelles perspectives sur les modes de coordination de phosphido-boratabenzène et la force de l’interaction du lien P-B seront discutées ainsi que les applications catalytiques. Nous avons d’abord étudié la coordination η1 avec des complexes de fer, ce qui nous a fourni des données quantitatives précieuses sur la capacité du DTBB d’agir comme ligand très donneur par rapport aux autres ligands donneurs bien connus. La capacité du DTBB à changer de mode de coordination pour soutenir les besoins électroniques du métal a été démontrée par la découverte d’une nouvelle espèce ferrocenyl phosphido-boratabenzène et sa nucléophilie a été étudiée. Au meilleur de notre connaissance, aucun exemple d’un ligand boratabenzène coordonné aux métaux du groupe 11 n’existe dans la littérature. Voilà pourquoi nous avons décidé d’explorer les modes de coordination du ligand DTBB avec Cu(I), Ag(I) et Au(I). A notre grande surprise, le ligand DTBB est capable de stabiliser les métaux du groupe 11 aux états d’oxydation faibles par une liaison MP qui est une coordination du type η1, un mode de coordination guère observé pour les ligands boratabenzène. Pendant nos travaux, notre attention s’est tournée vers la synthèse d’un complexe de rhodium(I) afin de tester son utilité en catalyse. A notre grande satisfaction, le complexe Rh-DTBB agit comme un précatalyseur pour l’hydrogénation des alcènes et alcynes à la température ambiante et à pression atmosphérique et son activité est comparable à celle du catalyseur de Wilkinson. Dans un désir d’élargir les applications de notre recherche, notre attention se tourna vers l’utilisation des composés du bore autres que le boratabenzène. Nous avons décidé de synthétiser une nouvelle espèce phosphido-borate encombrée. Lorsqu’elle réagit avec des métaux, l’espèce phosphido-borate subit un clivage de la liaison P-B. Toutefois, cette observation met en évidence la singularité et les avantages de la stabilité de la liaison P-B lors de l’utilisation du fragment boratabenzène. Ces observations enrichissent notre compréhension des conditions dans lesquelles la liaison P-B du ligand DTBB peut être clivée. Ces travaux ont mené à la découverte d’un nouveau ligand ansa-boratabenzène avec une chimie de coordination prometteuse.

The development of dynamic CFD model of the magnetic semi-levitation of liquid metals

In the casting of reactive metals, such as titanium alloys, contamination can be prevented if there is no contact between the hot liquid metal and solid crucible. This can be achieved by containing the liquid metal by means of high frequency AC magnetic field. A water cooled current-carrying coil, surrounding the metal can then provide the required Lorentz forces, and at the same time the current induced in the metal can provide the heating required to melt it. This ‘attractive’ processing solution has however many problems, the most serious being that of the control and containment of the liquid metal envelope, which requires a balance of the gravity and induced inertia forces on the one side, and the containing Lorentz and surface tension forces on the other. To model this process requires a fully coupled dyna ic solution of the flow fields, magnetic field and heat transfer/melding process to account for. A simplified solution has been published previously providing quasi-static solutions only, by taking the irrotational ‘magnetic pressure’ term of the Lorentz force into account. The authors remedy this deficiency by modelling the full problem using CFD techniques. The salient features of these techniques are included in this paper, as space allows.