Geopolymerní kompozity Ústav struktury a mechaniky hornin AVČR, v.v.i.; V Holešovičkách 41, 182 09 Praha 8 Michaela Vondráčková, steinerova@irsm.cas.cz; tel.:+420742120191 V Praze 24.10.2016 Co je geopolymer: Heterogenní anorganická pevná látka, která nerozbřídá ve vodě, nehoří ani nevydává v žáru zplodiny, nemění se do teplot 200 C, začíná se tavit při 1200 C, je mrazuvzdorná a nemá smrštění sušením. Je to pojivo, která se dobře váže na nerostné látky jako zdící prvky, keramiku, sklo, horniny, sutě, minerály, kovy, dále na plasty, gumu a látky rostlinného i živočišného původu jako kůži, kosti, papír, piliny, dřevo, vlákna rostlinného i živočišného původu, vlákna z tavenin a skla. Používá se proto k likvidaci nebo recyklaci různých odpadů a stavební materiál. Uvedené materiály slouží jako plnivo, zpevňující armatura nebo jako substrát, na který se geopolymer nanese. Co je podstatou: Pevná látka geopolymeru vzniká chemickou reakcí z prekurzorů ve stechiometrických poměrech. Prekurzorem je jemně mletý reaktivní silikát, jako elektrárenský a teplárenský popílek, struska, sopečný tras nebo umělý pucolán vzniklý kalcinací kaolinů a kaolinitických jílů. Tekutým prekurzorem je vodní sklo s upraveným obsahem alkálií. Smícháním za určitých technických podmínek vznikne vodná disperze, která neobsahuje těkavé látky a nástroje lze mýt vodou. Doba zpracovatelnosti je nastavitelná od minut do hodin až dnů. Viskozita disperze je také nastavitelná od nástřiku, nářěru, přes husté kaše, tixotropní hmoty až po plastická těsta a polosuché drolenkové hmoty k dusání. Co je principem chemické reakce: Rozklad prekurzorů a zpětná syntéza polymerací polykondenzací sol-gelu do podoby amorfního produktu. Způsob aplikace: Odlévání do forem, výdusky, nástřiky, nátěry a modelování či vytlačování z plastického těsta. Vytvrzení proběhne podle potřeby v minutách nebo hodinách a probíhá v jednom okamžiku v celém objemu bez přístupu vzduchu. Při aplikaci v chladném počasí a v mrazu hmota vytvrdne po několika dnech pokud není předem temperovaná. Způsobu využití lze ušít namíru specifické složení a vhodnou výrobní technologii. Možnosti aplikací jsou velice rozsáhlé. Suspenze dokáže kopírovat i mikroskopický reliéf a vytvořit produkt s jemnou strukturu odlitého modelu nebo materiálu (jako dřevo, textil, povrch kamene, libovolný filigránský motiv apod včetně hologramu). Z plastické hmoty lze vytvořit objekt nebo reliéf in-situ. Povrch lze pokovit, barvit a mechanicky povrchově upravovat. Velikost objektu je neomezená. Příklady pro využití: - Odlitky a výdusky plné nebo duté: tvarovky, štuky, římsy, nosníky a překlady - Laminace plastických tvarů i rovinných desek: podlahy, obklady, odvětrané fasády - Probarvené hmoty, architektonické prvky, zdobné prvky, mozaiky, umělý kámen - opravy a recyklace betonu, adheze k železným výztužím a vloženým armaturám, s prevencí koroze, prvky požární ochrany - recyklace některých průmyslových odpadů jako sutě a těžební odpady, plasty, biomasa, popílky, ukládání nebezpečných odpadů apod.
Obrazová dokumentace: Obr. 1: tvarovky a přesné cihly Obr. 3: rošt splaškové vpusti Obr.4: nosník Obr 4: Materiálový design: vápenec, barevný písek, odlehčená hmota..
Obr. 5: Oprava portálu v Bartolomějské ulici čerstvá aplikace a dnešní vzhled Obr. 6: Vzorky hmot Obr. 7: krbová římsa Obr. 8: pokovené předměty Obr. 9: Mísa z barevných hmot
Obr. 10: Reliéf v exteriéru; probarvené geopolymerní hmoty odlitek ze silikonové formy Obr. 11: Mozaiková dlažba v exteriéru Obr. 12: Lepení kamene do geopolymerní malty Obr. 13: Barevný motiv v desce
Obr. 14: Lepení a doplňování kamene pro restaurování Obr. 15: Socha vytvořená do formy z epoxidového sklolaminátu. Barevný nátěr je opět geopolymer. Obr. 16: Laminace geopolymeru pomocí papíru do silikonové formy produkt je samonosná skořepina
Obr. 17: Odlitky do silikonu Obr. 18: barevné vzorky Obr. 19: vrstvení barevných hmot
Výsledky měření pevností vzorků: Výsledky mechanických vlastností v Experimentálním centru ČVUT Datum měření pevnost v ohybu MPa průměr pevnost v tlaku MPa průměr 20.9.2016 17.5 16.9 17.2 88 83 86 93 87 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ Experimentální centrum, Thákurova 7, 166 29 Praha 6 166 29 Praha 6, Thákurova 7 tel. 224354331, fax. 224353843 TECHNICKÁ DATA: ZÁZNAM O ZKOUŠCE Zkouška pevnosti v tlaku Vzorky: Datum dodání vzorků: 28.5.2012 Zkouška: Datum zkoušky: 29.5.2012 Číslo místnosti: D 075 Zkušební zařízení: EU 40 Teplota: 20 C Zkoušku provedl: Poznámka: Vzorek č. výška [ mm ] šířka [mm] délka [mm] Síla [ kn ] Pevnost v tlaku [ MPa ] 2/1a 40.00 117.0 71.3 40.50 41.00 2/1b 40.00 113.5 69.2 2/2a 40.00 112.0 69.1 40.00 40.50 2/2b 40.00 116.0 71.6 2/3a 40.00 117.0 71.7 40.30 40.80 2/3b 40.00 124.5 76.3 Zkoušku vyhodnotil: Praha dne:
Výsledky z poslední publikace na téma snížení křehkosti po vyztužení skelnými vlákny: Pevnost v ohybu a pracovní čára (kompozity s vyznačeným obsahem písku a vláken např. M50-5 je 50% písku a 5 % vláken v matrici; C hrubý písek cca D 50 =1 mm, M středně jemnozrnný písek D 50 =cca 0.5 mm) Load [MPa] 20 15 10 Load-deflection relations of GP-sand composites with maximum of added glass fibers in matrix 40_5.0/2 M 50-5 50-st_52_5.0/1 M 60-5 60-ST06/12;6.9/1 M 70-5 60-ST52;5.0/2 C 70-6.9 60-ST06/12;2.5/2 C 70-2.5 25_2.5/2 M 34-2.5 70-1,7/2 M 78-1.7 5 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Zvýšení pevnosti po přidání výztuže: Crosshead [mm] Compressive strength of glass-fibers-sand geopolymers Compressive strength [MPa] 70 60 50 40 30 20 matrix M 7 M 34 M 50 M 60 M 70 M 78 M 82 F 70 F 78 C 70 Medium-sand Fine-sand Coarse-sand content [wt.%] Mortars without fibers Sand+2.5% fibers Sand+5% fibers Flexural strength of glass-fibers-sand geopolymers Flexural strength [MPa] 20 15 10 5 0 matrix M 7 M 34 M 50 M 60 M 70 M 78 M 82 F 70 F 78 C 70 Medium-sand Fine-sand Coarsesand content [wt.%] Mortars without fibers Sand+2.5% fibers Sand+5% fibres