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

Podobné dokumenty
Geopolymerní materiály

BEZCEMENTOVÝ BETON S POJIVEM Z ÚLETOVÉHO POPÍLKU

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

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

Vliv množství alkalických aktivátorů na pevnost POPbetonu

CZ.1.07/1.5.00/

Přísady a příměsi v POPbetonu

Sada 1 Technologie betonu

JEMNOZRNNÉ BETONY S ČÁSTEČNOU NÁHRADOU CEMENTU PŘÍRODNÍM ZEOLITEM

VLIV ZPŮSOBŮ ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVY POPÍLKU NA VLASTNOSTI POPBETONU

Alkalicky aktivované materiály geopolymery

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

ANORGANICKÁ POJIVA - VÁPNO

Využití vysokopecní strusky a přírodního anhydritu k přípravě struskosíranového pojiva

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


AKTIVACE POPÍLKU V POPBETONU BEZ TEMPEROVÁNÍ

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

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

7.7. Netvarové žáromateriály

SANAČNÍ A VÝPLŇOVÉ SMĚSI PŘIPRAVENÉ PRO KOMPLEXNÍ ŘEŠENÍ PROBLEMATIKY METANU VE VAZBĚ NA STARÁ DŮLNÍ DÍLA

Anorganická pojiva, cementy, malty

Geopolymery: výroba, vlastnosti a použití

Nauka o materiálu. Přednáška č.14 Kompozity

UNIVERZITA PARDUBICE DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA

NÁZVOSLOVÍ SOLÍ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

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

Speciální druhy cementů. doc. Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D ,

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

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Úprava vlastností zemin vápnem a volné vápno obsahujícími produkty

SOLI. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

STAVEBNÍ MATERIÁLY A KONSTRUKCE (STMK) POJIVA

MODERNÍ ANORGANICKÉ STAVEBNÍ MATERIÁLY BEZ OBSAHU PORTLANDSKÉHO CEMENTU

V Praze Příklady pro využití:

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

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

LEHKÉ BETONY A MALTY

Vlastnosti sáder teorie

BETON BEZ CEMENTU S NÁZVEM POPBETON

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Centra materiálového výzkumu na FCH VUT v Brně

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

STAVEBNÍ HMOTY. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

Recyklace stavebního odpadu

High Volume Fly Ash Concrete - HVFAC

Výroba stavebních hmot

Vedlejší energetické produkty a jejich využití

Laboratoř je způsobilá aktualizovat normy identifikující zkušební postupy. Laboratoř poskytuje odborná stanoviska a interpretace výsledků zkoušek.

OPTIMALIZACE BETONOVÝCH ZÁMĚSÍ NA BÁZI ALKALICKY AKTIVOVANÝCH DRUHOTNÝCH SUROVIN

Chemické názvosloví anorganických sloučenin 2

Plán jakosti procesu

VLIV ALKALICKÝCH AKTIVÁTORU NA GEOPOLYMERNÍ MALTY

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

Křemík a jeho sloučeniny

Alkalická aktivace popílků a strusek za zvýšené teploty

J. Kubíček FSI Brno 2018

Fixace těžkých kovů v geopolymerních materiálech

Směsi stmelené hydraulickými pojivy

Interakce materiálů a prostředí

Stavební technologie

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

Vliv kontaminujících iontů na polykondenzační reakci křemičitanu s hydroxohlinitanem. Bc. Veronika Doležalová

Základy chemického názvosloví

Mikrostruktura alkalicky aktivovaného popílkového pojiva v POPbetonu

HYDROKERAMIKA JAKO ALTERNATIVNÍ NÍZKOENERGETICKÝ POJIVOVÝ SYSTÉM

Název odpadu N Jiné odpady z fyzikálního a chemického zpracování rudných nerostů obsahující nebezpečné látky x

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

VLIV MNOŽSTVÍ POPÍLKU VE SMĚSI POPBETONU NA NĚKTERÉ VLASTNOSTI POPBETONU

ACTIVATION OF FLY ASH BINDER IN POPBETON WITHOUT HEATING

Anorganické sloučeniny opakování Smart Board

Technologické zabezpečení skládek

Linka na úpravu odpadů stabilizace / neutralizace

Chemické složení surovin Chemie anorganických stavebních pojiv

Sdružená výroba alfa sádry a portlandského cementu

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

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

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Alkalicko křemičitá reakce (ASR)

CELIO a.s. Skládka inertního odpadu S IO

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

Aplikace nano-sorbentů pro stabilizaci Pb a Zn v kontaminované půdě

11. Stavebnictví, architektura a design interiérů

Cihlářské výrobky - technologie výroby

Název odpadu N Jiné odpady z fyzikálního a chemického zpracování rudných nerostů obsahující nebezpečné látky x

AKTIVOVANÝ ÚLETOVÝ POPÍLEK JAKO NOVÝ STAVEBNÍ MATERIÁL

Sada 1 Technologie betonu

CEMENTOVÉ SMĚSI S TiO 2 PRO GRC KOMPOZIT

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY MOŽNOSTI VYUŽITÍ ODPADNÍCH SLÉVÁRENSKÝCH PÍSKŮ POSSIBILITIES OF USING WASTE FOUNDRY SAND

Učební osnovy Vzdělávací oblast: Člověk a příroda Vzdělávací obor: Chemický kroužek ročník 6.-9.

1996D0603 CS

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

Studentská vědecká konference 2004

Keramika. Heterogenní hmota obsahující krystalické složky a póry, příp. skelnou fázi

Kód a ceník odpadů ukládaných na skládce Klenovice Technické služby Tábor s.r.o.

OVĚŘOVÁNÍ VLASTNOSTÍ SÁDRY. Stavební hmoty I Cvičení 9

PŘÍPRAVA A CHARAKTERIZACE BETONŮ NA BÁZI SMĚSNÉHO GEOPOLYMERNÍHO POJIVA

Transkript:

Geopolymery doc. Ing. Milena Pavlíková, Ph.D. K123, D1045 224 354 688 milena.pavlikova@fsv.cvut.cz www.tpm.fsv.cvut.cz

Geopolymery nový typ anorganických materiálů rozšíření sortimentu materiálů alkalicky aktivované materiály (aluminosilikáty) průmyslové odpadní látky (popílky, strusky, úlety) tepelně aktivované kaolinitické jíly bezvýpalová technologie snížení emisí CO 2 při výrobě anorganických pojiv recyklace anorganických odpadů fixace toxických a radioaktivních odpadů využití suroviny obsahující Al, Si

Geopolymery - definice Polymerované hlinitokřemičitany vznikající reakcí fyllosilikátů (kaolinit, montmorillonit, halloysit) s hydroxidy alkalických kovů při 150-200 C Si2O5. Al2( OH) 4 NaOH Na( Si O Al. O) kaolinite hydrosodalite Geopolymery = pevné látky, jejichž struktura vzniká vzájemným spojením tetradrů SiO 4 a AlO 4, kde je přebytek záporného náboje kompenzován alkalickými kationty, nebo kationty alkalických zemin n

Historie První použití pravděpodobně ve starověku Polemika o použití při stavbě pyramid v Egyptě (>6000let) a zikkuratů v Mezopotámii (cca 5000let) Spekulace o užití ve Střední a Jižní Americe Starověký Řím - Pantheon (2000let) Na základě informací o vyspělosti kultur, jejich ekonomické situaci, zeměpisné poloze a dle výsledků chemických analýz je to pravděpodobné X Portlandský cement (120 let)

Historie První pol. 20. st. novodobé výzkumy 1934 směs na bázi kaolínu a CaCO 3 při 150 C v keramických závodech Olsen 50. léta Trief cements alkalicky aktivované struskocementy, výstavba mohutných konstrukcí (menší vývin hydratačního tepla) 70. léta tým Davidovitse technologie založené na geosyntéze, poprvé použit výraz geopolymer Od 1973 výzkum na VŠCHT ve spolupráci s ČVUT, doc. Škvára 2002 Škvára a Svoboda POPbeton, pojivem výhradně úletový popílek

Historie aplikace Gluchovský gruntosilikátové bloky Od 60. let kanalizační systémy, komunikace, vlnolamy v Rusku, Polsku, Finsku, USA a Kanadě, ČR, Španělsku a Německu 1972 žárovzdorné dřevoštěpkové desky Francie napěněné geopolymerní hmoty a tekutá pojiva 1983 vysokopevnostní geopolymerní cement PYRAMENT TM

Princip geopolymerizace geopolymerizace chemická reakce aluminosilikátů ve vysoce alkalickém prostředí polymerní Si-O-Al vazby vznik geopolymerního materiálu alkalická aktivace rozpouštění aluminosilikátu v alkalickém médiu silikátové a aluminátové monomery a oligomery polykondenzace propojení Si, Al aniontů přes kyslíkové můstky 3D struktura podobná zeolitům

Princip geopolymerizace empirický vzorec geopolymeru (Mn{-(Si-O)Z-Al-O}n.wH2O)

Geopolymerizace 1. Rozpouštění následkem vzniku komplexů s hydroxidovými ionty vznikají mobilní prekurzory 2. Částečná orientace mobilních prekurzorů a částečná vnitřní restrukturalizace alkalických polysialátů 3. REPRECIPITACE přesrážení celý systém se zpevňuje za vzniku anorganické polymerické struktury

Klasifikace podle Davidovitse PS: polysialát Si:Al = 1 -Si-O-Al-O- PSS: poly(sialát-siloxo) Si:Al = 2 -Si-O-Al-O-Si-O- PSDS: poly(sialát-disiloxo) Si:Al = 3 -Si-O-Al-O-Si-O-Si-O- Sialát Si:Al > 3

Struktura geopolymeru - představa

Příprava geopolymerních materiálů 1. Příprava alkalického aktivátoru Obsah Na 2 O Silikátový modul Vodní součinitel - odráží celkové množství přítomné v alkalickém aktivátoru (cca 0,3) 2. Navážení suché směsi a její homogenizace 3. Smíchání s hydroxidem 4. Zamíchání vodního skla M S SiO Na 2 2 O

Navážení pevné fáze (přídavek solí těžkých kovů, resp. odpadního sádrovce) Směs popílku + alkalický aktivátor ( roztok hydroxidu a vodního skla) AA popílek sušárna 80 C/12h Odlití kaše do formy, zhutnění na vibračním stolku Po 24 h. odformováno, vzorky ponechány na vzduchu při teplotě 20 C a rel. vlhkosti 30-40%

Vlastnosti Struktura amorfní až trojrozměrně semikrystalické vykazují pestrou škálu vlastností. Materiály na rozhraní mezi klasickými hydratovanými anorganickými pojivy, skelnými a keramickými materiály. Nerozpustné ve vodě. Pevnost 10-60 MPa v závislosti na typu přípravy.

Vlastnosti Mohou se chovat podobně jako organické termoplasty lze je zpracovávat a tvarovat při relativně nízkých teplotách (desítky C). Geopolymery s vlastnostmi minerálů tvrdé, odolné, snášejí vysoké teploty (tvarování při 1 000-1 200 C) vyšší odolnost vysokým teplotám než cementový beton (začíná se rozpadávat již při teplotách nad 300 C). Připravené materiály si dlouhodobě zachovávají své vlastnosti.

Gepolymerní cementy Polysialátysiloxo draselné a vápenaté vznikající reakcí kaolinitu s křemičitany alkalickými a vápenatými. Hydraulické vlastnosti za normální teploty. Odolné vůči kyselinám a vysoké teplotě (do 1200 C). Rychletuhnoucí. Pevnost v tlaku po 28 dnech až 100 MPa.

Vývoj pevností geopolymerních cementů s časem

Alkalická aktivace PC Pyrament TM USA, Francie PC (s vyšším měrným povrchem)+popílek+metakaolin+mletá struska+k 2 CO 3 (Na 2 CO 3 ) Vysoké počáteční pevnosti 10-25 MPa Aplikace: speciální práce, opravy poškozeného betonu

Alkalická aktivace PC Bezsádrovcový portlandský cement ČR (BS cement), Finsko (F-cement) Mletý slínek PC (s vyšším měrným povrchem)+anionaktivní tenzid (lignosulfonan)+hydrolyzovatelná alkalická sůl (Na 2 CO 3 ) Kaše, malty, betony zpracovatelné při nízkém w (0,20-0,27) Pevnosti přes 100 MPa - rychletuhnoucí a tvrdnoucí vysokopevnostní cement Žárovzdorný cement, vysoká odolnost vůči agresivnímu prostředí, tuhne při záporných teplotách (až -50 C) Aplikace: speciální cement, žárovzdorný cement

Alkalická aktivace strusek ČR, Finsko, Ukrajina, USA, Francie a další Mletá struska (+1-7% PC)+ alkalický aktivátor (Na 2 CO 3 ) nebo Na silikát (vadní sklo+naoh) Pevnost v tlaku 30-100 MPa (28 dní), vysoká odolnost vůči agresivnímu prostředí Aplikace: speciální práce, fixace těžkých kovů a radioaktivních odpadů, experimentální stavby

Alkalická aktivace popílků Popílky (typ F, méně C)+alkalický aktivátor (roztoky Na, K OH, Na, K křemičitan, vodní skla) +hydraulicky aktivní přísada (struska, slínek) Pevnost v tlaku 20-60 MPa (28 dní) Aplikace: speciální odolné produkty

Alkalická aktivace metakaolinu Metakaolin+alkalický aktivátor (roztoky Na, K OH, Na, K křemičitan, vodní skla) Pevnost v tlaku 10-80 MPa (28 dní) Aplikace: ve stadiu projektů, prototypů

Použití Náhrada zeolitů při adsorpci toxických chemických odpadů Výroba nástrojů a forem v plastikářském průmyslu a metalurgii (speciální malosériové výrobky). Využití odpadních surovin strusky. Fixace těžkých kovů účinná matrice, možno i radioaktivní odpady, není ovlivněn průběh solidifikace

POPbetony nový typ bezcementového betonu, kde je jako pojiva použit výhradně úletový popílek Podobné keramickým materiálům Negativum alkalický aktivátor se dávkuje v přebytku nutno optimalizovat Od roku 2003 se podařilo dosáhnout těchto úspěchů: Zvládnutí technologie přípravy kaší, malt a betonů z hnědouhelných popílků na: laboratorních tělesech rozměrů do 0,5 m; venkovní zámkové dlažbě; zkušebním trámci délky 3 m; kontaktu s portlandským betonem.

POPbetony Nalezení optimálního složení aktivátorů pro dosažení maximálních pevností. Stanovení výluhů aktivovaných popílků. Fixace těžkých kovů v geopolymerní matrici. Chemická odolnost v silně kyselém a alkalickém prostředí. Studium vazby betonářské výztuže v geopolymerní matrici. Připrava geopolymerního betonu za laboratorní teploty bez nutnosti ohřívání. Objasnění základních mechanismů alkalické aktivace a jejich vztah k makroskopickým vlastnostem.

POPbetony Stanovení mikromechanických vlastností na úrovni pod ~800 nm pomocí nanoindentace. Homogenizační metody předpovídající nárůst modulu pružnosti během zrání. Objasnění některých mechanismů alkalické aktivace.

Fosfátová pojiva Kyselino-zásaditý pojivový typ Dvousložkové pojivo - reakcí hydroxidu hlinitého či hořečnatého s kyselinou fosforečnou, sírovou, mravenčí, a s vícemocnými alkoholy, např. glykolem, a oxidy kovů, vzniká tvrdnoucí směs Al( OH) 2Al( OH) 3Mg( OH) ZnO 3 H 3 H 3 2 PO PO 2H 4 3 3 4 Al( H 2 PO 2H PO 2 4 O AlPO 4 ) 3 4 3AlPO Mg 3H 3 ( PO ZnHPO 4 2 4 O 4 ) 2.3H 6H 6H 2 O 2 O 2 O

Fosfátová pojiva Spojení vlastností hydraulických pojiv a slinuté keramiky = chemicky vázaná fosfátová keramika (CBPC) Použití stavebnictví, žárovzdorné vyzdívky, lékařství, stabilizace radioaktivních a nebezpečných odpadů Anorganicko chemická vazba

Fosfátová pojiva 1. Příprava přídavek kyseliny fosforečné či fosforečnanů do směsi ostřiva fosforečnany hlinité 2. Vysušení postupná dehydratace a tvorba polyfosforečnanů s rostoucím řetězcem 3. V poslední fázi vzniká fosforečnan hlinitý, nad 1500 C se rozkládá oxid fosforečný a přímá keramická vazba + slinutí