Geopolymerní materiály

Podobné dokumenty
Alkalicky aktivované materiály geopolymery

Concrete based on Fly ash Geopolymer

JEMNOZRNNÉ BETONY S ČÁSTEČNOU NÁHRADOU CEMENTU PŘÍRODNÍM ZEOLITEM

Geopolymery. doc. Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D

Syntéza zeolitů v geopolymerech využitelných v ekologii. Koloušek D.; Doušová B. Slavík R.; Urbanová-Čubová, M.

BEZCEMENTOVÝ BETON S POJIVEM Z ÚLETOVÉHO POPÍLKU

Alkalická aktivace popílků a strusek za zvýšené teploty

Aluminosilikátové polymery (geopolymery) František Škvára Ústav skla a keramiky, Fakulta chemické technologie VŠCHT Praha,

UNIVERZITA PARDUBICE DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA

VLASTNOSTI BEZSLÍNKOVÝCH KOMPOZITŮ PO VYSOKOTEPLOTNÍM NAMÁHÁNÍ

Vlastnosti betonů modifikovaných minerálními příměsmi

VLIV MLETÍ ÚLETOVÉHO POPÍLKU NA PRŮBĚH ALKALICKÉ AKTIVACE

Vliv množství alkalických aktivátorů na pevnost POPbetonu

AKTIVACE POPÍLKU V POPBETONU BEZ TEMPEROVÁNÍ

BETONY NA BÁZI ALUMOSILIKÁTOVÝCH POLYMERŮ CONCRETE ON THE ALUMOSILICATE POLYMERS BASIS

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Interakce materiálů a prostředí

VLIV ZPŮSOBŮ ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVY POPÍLKU NA VLASTNOSTI POPBETONU

BETON BEZ CEMENTU S NÁZVEM POPBETON

OVĚŘOVACÍ PRŮZKUM VLIVU PŘÍSAD A PŘÍMĚSÍ NA BETON BEZ CEMENTU S NÁZVEM POPBETON

Anorganická pojiva, cementy, malty

Trvanlivost a odolnost. Degradace. Vliv fyzikálních činitelů STAVEBNÍ LÁTKA I STAVEBNÍ KONSTRUKCE OD JEJICH POUŽITÍ IHNED ZAČÍNAJÍ DEGRADOVAT

Přísady a příměsi v POPbetonu

Alexandra Kloužková 1 Martina Mrázová 2 Martina Kohoutková 2 Vladimír Šatava 2

POJIVOVÉ VLASTNOSTI STRUSKY ZE SEKUNDÁRNÍ METALURGIE THE BINDING CHARACTERISTICS OF SLAG FROM SECONDARY METALLURGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

High Volume Fly Ash Concrete - HVFAC

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. FAKULTA STAVEBNÍ Ústav stavebního zkušebnictví

MODERNÍ ANORGANICKÉ STAVEBNÍ MATERIÁLY BEZ OBSAHU PORTLANDSKÉHO CEMENTU

VÝROBA POPBETONU - ROZDÍLY MEZI PŘÍPRAVOU POPBETONU POMOCÍ TEMPEROVÁNÍ A VÝROBOU ZA STUDENA

Fixace těžkých kovů v geopolymerních materiálech

HYDROKERAMIKA JAKO ALTERNATIVNÍ NÍZKOENERGETICKÝ POJIVOVÝ SYSTÉM

Chemické složení (%): SiO 2 6 Al 2 O Fe 2 O CaO MgO < 1,5 SO 3 < 0,4

V Praze Příklady pro využití:

VLIV MNOŽSTVÍ POPÍLKU VE SMĚSI POPBETONU NA NĚKTERÉ VLASTNOSTI POPBETONU

VLASTNOSTI ALKALICKY AKTIVOVANÝCH ALUMINOSILIKÁTŮ ZATÍŽENÝCH VYSOKÝMI TEPLOTAMI


VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK) POJIVA

Plán jakosti procesu

Geopolymery: výroba, vlastnosti a použití

Výroba stavebních hmot

OPTIMALIZACE BETONOVÝCH ZÁMĚSÍ NA BÁZI ALKALICKY AKTIVOVANÝCH DRUHOTNÝCH SUROVIN

Klíčová slova: alkalická aktivace, latentně hydraulické látky, geopolymery, nukleátory

K emi čito to- t - o-a - lkalická reakce kameniva v v betonu onu onu další možnosti t ř i ešení

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta stavební Ústav chemie

POTĚROVÉ BETONY S VEDLEJŠÍM ENERGETICKÝM PRODUKTEM ELEKTRÁRENSKÝM POPÍLKEM A JEJICH ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI

ACTIVATION OF FLY ASH BINDER IN POPBETON WITHOUT HEATING

= mletý slínek + přísady + příměsi (přidávané po. 1. Regulátory tuhnutí sádrovec, anhydrit

Alkalicko křemičitá reakce (ASR)

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ VÝVOJ KOMPOZITŮ NA BÁZI ANORGANICKÝCH POJIV URČENÝCH PRO EXTRÉMNÍ APLIKACE

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ DIPLOMOVÁ PRÁCE Bc. Nikol Alblová

AKTIVOVANÝ ÚLETOVÝ POPÍLEK JAKO NOVÝ STAVEBNÍ MATERIÁL

VLIV ALKALICKÝCH AKTIVÁTORU NA GEOPOLYMERNÍ MALTY

Ústav stavebního zkušebnictví Středisko radiační defektoskopie STAVEBNÍ LÁTKY. Pojiva a malty I. Ing. Lubomír Vítek, Ph.D.

Možnosti zpracování odpadního obrazovkového skla

Možnosti zvýšení trvanlivosti a sanace železobetonových konstrukcí. Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební

MOŽNOSTI VYUŽITÍ PRŮMYSLOVÝCH ODPADŮ PRO VÝROBU ALKALICKY AKTIVOVANÝCH MATERIÁLŮ

Získávání lithia a rubidia z cinvalditových odpadů po těžbě Sn-W rud na Cínovci

STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA STAVEBNÍ JOSEFA GOČÁRA STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ PAVLA ROVNANÍKOVÁ PAVEL ROVNANÍK STAVEBNÍ CHEMIE

Jana Stachová, Marcela Fridrichová, Dominik Gazdič, Karel Dvořák.

Mechanismy degradace betonu a železobetonu. Ing. Pavel Fidranský, Ph.D. ČVUT v Praze - Fakulta stavební K133, B 733

TRVANLIVOST ALKALICKY AKTIVOVANÝCH SYSTÉMŮ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Chemické složení surovin Chemie anorganických stavebních pojiv

MC-RIM PW. Dlouhodobá ochrana ploch v nádržích pitné vody díky DySC -technologii

Trhliny v betonu. Bc. Vendula Davidová

KOROZE KONSTRUKCÍ. Ing. Zdeněk Vávra

PŘÍPRAVA A CHARAKTERIZACE BETONŮ NA BÁZI SMĚSNÉHO GEOPOLYMERNÍHO POJIVA

Ústav stavebního zkušebnictví Středisko radiační defektoskopie STAVEBNÍ LÁTKY. Pojiva a malty II. Ing. Lubomír Vítek, Ph.D.

Mikrostruktura alkalicky aktivovaného popílkového pojiva v POPbetonu

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE TERNÁRNÍ SMĚSI NA BÁZI SÁDRY

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ

ŽÁROHMOTY Z TŘEMOŠNÉ. Bohuslav Korsa, Luboš Rybák, Pavel Fajfr, Jiří Pešek ŽÁROHMOTY, spol. s r.o. Třemošná. Abstract:

ANORGANICKÁ POJIVA - VÁPNO

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

7.7. Netvarové žáromateriály

Trvanlivost betonových konstrukcí. Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. ČVUT - stavební fakulta katedra betonových konstrukcí 1

Degradace stavebních materiálů

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Problémy spojené s použitím pozinkované výztuže v betonu

POJIVÉ VLASTNOSTI POPÍLKU ZE SPALOVNY KOMUNÁLNÍHO ODPADU BINDING PROPERTIES OF FLY ASH FROM MUNICIPAL SOLID WASTE INCINERATOR

Nauka o materiálu. Přednáška č.12 Keramické materiály a anorganická nekovová skla

In vivo příklady biomateriálů [Ratner, 2005] Biomateriály

Vysokohodnotný beton 1 JOSEF FLÁDR KANCELÁŘ: B788 KONZULTACE: STŘEDA 12:00 13:00

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda. Vyučovací předmět: Chemie. Třída: tercie. Očekávané výstupy. Poznámky. Přesahy. Žák: Průřezová témata

IX. KONFERENCE Ekologie a nové stavební hmoty a výrobky Materiály příznivé pro životní prostředí POPÍLKOVÝ BETON

Vzdušné x Hydraulické

VÁPNO A STANOVENÍ PH. Stavební hmoty I

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Sanace betonu a železobetonu. Ing. Zdeněk Vávra vavra.z@betosan.cz

VLÁKNOVÉ KOMPOZITY S ALKALICKY AKTIVOVANOU STRUSKOVOU MATRICÍ

MICROPOROUS INORGANIC POLYMERS BASED ON METAKAOLINITE AND THEIR OPEN POROSITY STRUCTURE OF A SIZE OF NM IN DIAMETER. Michaela STEINEROVA a

MOŽNOSTI UPLATNENÍ SLÉVÁRENSKÝCH PÍSKU V GEOPOLYMERNÍCH SYSTÉMECH


MOŽNOSTI VYUŽITÍ STRUSEK PO REDUKCI KOVONOSNÝCH ODPADŮ UTILIZATION POSSIBILITIES OF SLAGS AFTER METALLIC WASTE REDUCTION

ČSN EN 206. Chemické korozní procesy betonu. ph čerstvého betonu cca 12,5

Transkript:

Geopolymerní materiály Doc.RNDr. František Škvára DrSc Ústav skla a keramiky Vysoká škola chemicko-technologická v Praze

Počátky geopolymerů Prof. V.D.Gluchovskij 1958 Popsány principy alkalické aktivace kaolinitických látek, popílků a strusek gruntosilikaty gruntocementy soilcement geocement Stavba z gruntosilikátových bloků asi 1958 Další výzkum na Ukrajině: prof. Pavel Krivenko, prof. Myroslav Sanycky Kongresy od roku 1978

Mechanismus alkalické aktivace alumosilikátových látek ph>12 Si-O-Si + HOH 2 Si-OH (rozrušení vazeb Si-O-Si v silně alkalickém prostředí) Si-OH + NaOH Si-O-Na + HOH (neutralizace silanolátové skupiny) =Al OH (povrchová vrstva) + Ca 2+, Mg 2+ (Na +, K + ) Al(OH) 4- (v roztoku) Převážně mechanismus přes roztok Fáze typu (Na,K n {-(Si-O) z -Al-O} n.wh 2 O) + C-S-H, C-A-HC fáze + případně vznik další H 2 O v důsledku polykondenzace Produkt alkalické aktivace: podle charakteru surovin a podmínek alkalické aktivace (amorfní, částečně amorfní nebo krystalické produkty)

Pojetí geopolymerů Struktura geopolymeru podle Davidovitse (monolitický polymer) Předpoklad: Na vázán iontovou vazbou Současný pohled na strukturu geopolymeru, (náhodné uspořádání) souhlasí s našimi výsledky, Na v solvatované formě slaběji vázán (výkvěty!!) Geopolymer Nemá jednolitou strukturu typu polysialato-siloxo, Náhodné uspořádání 3D Obsahuje vodu v pórech a v gelu Porézní struktura Voda hraje roli jen jako nosič alkalického aktivátoru a jako reologická voda Krystalické a amorfní hydráty přítomny jen vyjímečně jen za přítomnosti strusky či látek obsahující Ca Skelná struktura Struktury geopolymeru a skla jsou velmi podobné (NMR) Si, Al,Fe,P sklotvorné prvky; Na,K,Ca,Mg modifikující prvky, O můstky Náhodné uspořádání 3D Není přítomna voda Není prakticky porézní Vztah ke struktuře hydratovaného portlandského cementu Vztah ke struktuře hydratovaného portlandského cementu Krystalické i amorfní hydráty Voda je konzumována v PC na hydráty Voda v pórech Porézní struktura (póry od nm do mm)

Co je tedy geopolymer? (Davidovits 1999, 2005) 27 Al NMR spektra musí mít pík při 55 ppm Al smí být jen a pouze v koordinaci 4 Jinak to nesmí být nazýváno geopolymer, nýbrž jen pouze alkalicky aktivované látky Tato striktně prosazovaná definice vyhovuje jen pro látky vzniklé alkalickou aktivací čistého metakaolinu Při analýze a klasifikaci látek vzniklých alkalickou aktivací geopolymerací vzniká řada otázek : Jsou geopolymery látky vzniklé i z jiných surovin než je čistý metakaolin? Jsou látky obsahující Al v koordinaci 6 např. ze zbytků mullitu také geopolymery? Jsou látky obsahující i fázi C-S-H také označitelné jako geopolymery? Jsou geopolymery látky vznikající jen při 20 o C nebo i při hydrotermální syntéze či při vyšší teplotě? Jsou látky obsahující vedle atomů Al také atomy B a P rovněž geopolymery? Je nutná vědecká diskuze.

Suroviny pro geopolymery Koncentrace Na 2 O v aktivátoru Relativní obsah Obsah Ca Obsah fáze typu (Na,K n {-(Si-O) z -Al-O}n.wH 2 O) Obsah C-S-H a C-A-H fáze slínek strusky popílky metakaolin Suroviny - obecně alumosilikátové látky Od slínku k metakaolinu nutný vyšší obsah Na 2 O v alkalickém aktivátoru Nutnost silnější aktivace (od uhličitanu ke směsím hydroxidu a křemičitanu) Koexistence CSH fáze a fází typu (Na,K n {-(Si-O) z -Al-O} n.wh 2 O)

Typy geopolymerních materiálů Alkalicky aktivovaný portlandský cement (Pyrament( Pyrament) Alkalicky aktivovaný portlandský slínek (bezsádrovcový portlandský cement) Geopolymer jako produkt alkalické aktivace strusek (struskoalkalické cementy) Geopolymer jako produkt alkalické aktivace popílků Geopolymer jako produkt alkalické aktivace metakaolinu Geopolymer na bázi kapalného prekurzoru

Příprava betonu Příprava geopolymerních kaší, malt a betonů Popílek Kamenivo Alkalický aktivátor NaOH + Na křemičitan ( vodní sklo ) Ms=1.0-1.9, Na 2 O= 6-10%, w=0.23 0.45 Charakter výchozí suroviny Na 2 O/SiO 2 a Σ Na 2 O v aktivátoru Poměr SiO 2 :Al 2 O 3 : CaO (MgO) v surovině Složení kameniva Způsob přípravy (teplota, hydrotermální podmínky) Nutná experimentální optimalizace podmínek přípravy Geopolymerace Uložení Otevřená atmosféra 20-80 o C 6-12 hodin Otevřená atmosféra Je možné užít i alkalický aktivátor obsahující K, vyšší cena, nižší pevnosti Geopolymerní beton na bázi popílku Společný projekt Fakulty stavební ČVUT A VŠCHT v Praze

Geopolymerní beton Špatně složený geopolymerní beton Správně složený a zhutněný geopolymerní beton

Mechanické vlastnosti Pevnosti v tlaku rostou i v časovém období 360 520 dnů (vývoj pevností sledován již 9 let) Jiný poměr pevnosti v tlaku a v prostém tahu Smrštění (po termální přípravě Compressive strength (MPa ) 60 50 40 30 20 10 0 40 30 20 10 Fly ash content in concrete (mass%) 28 d 14 d 7 d minimální, při volném tuhnutí měřitelné) 180 Maximální dosažená pevnost geopolymeru 163 MPa Compressive strength (MPa) 160 140 120 100 80 60 40 20 80 95 138 96 102 152 128 164 0 flyash 590,slag 520 m2/kg 2 28 Time (days) 210 360 ungrd. flyash 210,slag 350m2/kg

Mikrostruktura geopolymeru NMR MAS Si Al SEM Na

Porozita geopolymeru 0.1 0.32 0.08 dv/dlog(r) (cm3/g) 0.06 0.04 0.27 0.23 0.02 0 Fly ash+slag 1 10 100 r (nm)

Rozhraní v geopolymerním betonu Geopolymer concrete Geopolymer reinforced concrete 1.2 0.5 1 0.4 Al2O3/SiO2 (weight ratio) 0.8 0.6 0.4 Al2O3/SiO2 (weight ratio) 0.3 0.2 0.2 0.1 0 0 0.01 0.1 1 10 100 1000 Distance from aggregate particle (μm) 1 10 100 Distance from steel microreinforcement (μm)

Koroze geopolymeru na bázi popílku 80 70 Pevnost v tlaku (MPa) 60 50 40 30 20 10 0 360days 540 days 720 days NaCl Na2SO 4 MgSO4 Roztok NaCl (164g/dm 3 ) 600 dnů expozice žádné sekundární produkty Roztok Na 2 SO 4 (44g/dm 3 ) Roztok MgSO 4 (5g/dm 3 ) T.Jílek : Diplomová práce 2004, VŠCHT v Praze

Vysokoteplotní vlastnosti geopolymeru na bázi popílku Vysoké zbytkové pevnosti geopolymeru po výpalu U PC dehydratace C-S-H C H fáze, Ca(OH)2, rozpad T 0.5 = 630 o C T.Jílek : Diplomová práce 2004, VŠCHT v Praze R.Žyla Žyla: : Diplomová práce 2006, VŠB, VŠCHT

Mrazuvzdornost geopolymeru na bázi popílku 70 60 50 62 62 62 55 53 48 47 40 30 20 42 34 30 32 29 31 26 Po 150 cyklech (malta) 1 Jahr 180 Tage 28 Tage nach 150 Cyklen Mörtel Mörtel +5% PZ Mörtel +gem. Kalkstein Mörtel + Kalkstein Mörtel + LuftporenbildnerA Mörtel + LuftporenbildnerB Mörtel + LuftporenbildnerC 10 0 T.Jílek : Diplomová práce 2004, VŠCHT v Praze Pevnost v tlaku (MPa)

Výkvěty na povrchu geopolymerů (popílek, metakaolin) Existuje tendence k tvorbě výkvětů u geopolymerů bez ohledu na suroviny, nejsou známy detailně podmínky pro jejich tvorbu.. Na 2 CO 3.nH 2 O, Na 6 (SO 4 )(CO 3,SO 4 ) V rámci intenzivního výzkumu jsou hledány způsoby pro zabránění výkvětů. Použití K aktivátoru (K 2 CO 3 netvoří hydráty) není optimální, vysoká cena, nízké pevnosti geopolymerů na bázi popílků i metakaolinu T.Vojta : Diplomová práce 2006, VŠCHT v Praze L.Alberovská: Bakalářská práce 2007, VŠCHT v Praze

Perspektivy alkalicky aktivovaných pojiv - geopolymerů Nové materiály ( Chemically bonded ceramics, Cold ceramics ) Recyklace anorganických odpadů (silný ekologický podtext) Potenciální možnost sníženís emisí CO 2 při výrobě anorganických pojiv a stavebních hmot Fixace toxických a radioaktivních odpadů Využití surovin obsahující Al,Si (velmi široký sortiment) Kompozitní materiály

Děkuji Vám za pozornost