ACTIVATION ALKALINE SOLUTIONS FOR GEOPOLYMERS 3D PRINTED COMPONENTS: A COMPARISON BETWEEN NA AND K BASED AAS

The present thesis describes the development of research activities, carried out at the DII of the University of Padua, in the field of alkaline activating solutions for the 3D printing production of geopolymer components. The focus of the activity was the comparison of products obtained with sodium-based and potassium-based solutions. An preliminary analysis of the viscosity of these solutions led to the production of samples with different potassium-based solutions, differing in the amount of water present. A sodium-based solution, which had already been tested for previous projects in the laboratory, was used as a benchmark. The production was divided into two subsets: a first powder mix obtained from river sand and metakaolin; a second one in which there is the presence of lightweight aggregates, such as Poraver or cenospheres. For both subgroups, the work was divided into two phases: a first one of manual production and selection of the most suitable mixes, followed by the printing of samples by means of a 3D Binder Jetting printer. The characterisation of the products obtained consisted of: boiling tests, mechanical compression and flexural tests at 7 and 28 days, evaluation of geometric, apparent and real density (the last two using a pycnometer), optical and scanning electron microscopy, analysis of the crystalline microstructure using XRD. For the sand and metakaolin samples tested at twenty-eight days, the properties were measured before and after heat treatment, which varied according to sample composition between 450 and 900 °C. The results obtained suggest the possibility of using potassium-based solutions with a lower molar water ratio than sodium-based ones. In addition, some critical points are highlighted regarding the aging conditions of the samples, on which further study is needed in the future.

Il seguente lavoro di tesi descrive lo sviluppo dell'attività di ricerca, svolta presso il laboratori del DII dell'università degli studi di Padova, nell'ambito delle soluzione alcaline attivanti per la produzione tramite stampa 3D di componenti geopolimerici. Il focus dell'attività è stato il confronto dei prodotti ottenuti con soluzioni a base Sodio e soluzioni a base Potassio. Un iniziale analisi sulla viscosità di tali soluzioni ha portato alla produzione di campioni con diverse soluzioni a base Potassio, differenti per quantitativo di acqua presente. Come termine di paragone, si è scelto di utilizzare una soluzione a base Sodio già testata per progetti precedenti in laboratorio. La produzione si è suddivisa in due sottogruppi: un primo mix di polveri ottenuto da sabbia di fiume e metacaolino e un secondo nel quale vi è la presenza di aggregati leggeri, come ad esempio il Poraver o le cenosfere. Per entrambi i sottogruppi, il lavoro si è suddiviso in due fasi: una prima fase di produzione manuale e selezione dei mix ritenuti più promettenti, seguita dalla stampa di campioni grazie alla stampante 3D a letto di polveri (Binder Jetting). La caratterizzazione dei prodotti ottenuti si è strutturata in: boiling test, prove meccaniche a compressione e flessione a 7 e 28 giorni, valutazione della densità geometrica, apparente e reale (quest'ultime con l'utilizzo di un picnometro), microscopia ottica ed elettronica a scansione, analisi della microstruttura cristallina tramite XRD. Per i campioni di sabbia e metacaolino testati a ventotto giorni, le proprietà sono state misurate prima e post trattamento termico, variabile in base alla composizione del campione tra 450 e 900 °C. I risultati ottenuti suggerisco la possibilità di utilizzare soluzioni a base Potassio con minor rapporto molare d'acqua rispetto a quella a base Sodio. Inoltre, si evidenziano delle criticità sulle condizioni di invecchiamento dei campioni, sulle quali è necessario approfondire lo studio in futuro.