Technick univerzita v Koiciach Fakulta banctva ekolgie riadenia

Technická univerzita v Košiciach Fakulta baníctva, ekológie, riadenia a geotechnológií Ústav montánnych vied a ochrany životného prostredia VPLYV ZLOŽENIA AKTIVAČNÉHO ROZTOKU NA PEVNOSTI ALKALICKY AKTIVOVANÝCH SPOJÍV NA BÁZE POPOLČEKA Z FLUIDNÉHO SPAĽOVANIA Ivan Brezáni, Miroslava Drabová, Juraj Mosej, Martin Sisol

Úvod Alkalicky aktivované spojivá – geopolyméry Popolček Charakteristika materiálov a metodika Výsledky experimentov

Geopolyméry Sú to alkalicky aktivované minerálne spojivá, ktorých štruktúra sa skladá z polymérneho systému Si-O-Al. Geopolymerizácia prebieha pri chemickej reakcii alumosilikátov v silne alkalickom prostredí, reakcia je odlišná od procesov tuhnutia a tvrdnutia anorganických spojív - hydratácie či karbonizácie. Na rozdiel od portlandského cementu, ktorého formovanie závisí od prítomnosti vápnika, geopolyméry nevyužívajú tvorbu vápenatokremičitých hydrátov (CSH) na spevnenie matríc.

Geopolyméry využívajú polykondenzáciu kremičitých a hlinitých prekurzorov (typický prekurzor je popol) a vysoký obsah alkálií, aby dosiahli štrukturálnu pevnosť. Nezreagovaný popolček Povrch geopolyméru

Alkalická aktivácia alumosilikátových materiálov Príprava alkalicky aktivovaných materiálov

Výhody Technické: vysoká pevnosť, nerozpustnosť vo vode, tepelnoizolačné vlastnosti, odolnosť voči vysokým teplotám, odolnosť voči chemickým agresívnym vplyvom, nehorľavosť Technologické: rýchle tuhnutie, jednoduchý a energeticky nenáročný proces vytvárania Environmentálne: minimálna produkcia CO 2 v súvislosti so vznikom vstupných surovín a konečného produktu, spracovanie veľkých množstiev odpadov, vysoká trvanlivosť, schopnosť uzatvárať do polymérnej siete prípadné škodliviny (ťažké kovy), recyklovateľnosť

Vhodné materiály Popolček Metakaolín Kaolínové hliny Vysokopecná troska Andezitové odprašky Alumosilikátové kaly z úpravníckych procesov

Popolček Vzniká v elektrárňach spaľovaním jemne mletého uhlia pridaného vo vysokej rýchlosti s prúdom horúceho vzduchu do pece. Jeho vlastnosti záležia od druhu uhlia a procesu spaľovania, ako aj od následného nakladania s ním. Hnedouhoľný popolček Čiernouhoľný popolček

Materiál a metodika Pre tvorbu alkalicky aktivovaných spojív bol použitý fluidný popolček zo spaľovania čierneho uhlia. Fluidný popolček vzniká pri spaľovaní uhlia pri teplotách 800900°C. 80% popolčeka malo zrnitosť menšiu ako 40 µm. FP SŽ Si. O 2 Ca. O Mg. O Al 2 O 3 Fe 2 O 3 20, 32 42, 10 11, 50 1, 59 18, 65 5, 95

Príprava vzoriek Základný materiál Geopolymér Aktivačný roztok

Plán experimentov Na 2 O [%] Ms [mol/mol] w [g/g] 14. 7 13. 5 12. 3 11. 1 13. 5 1. 4 1. 26 1. 53 1. 4 1. 26 0. 47 0. 43 Na 2 O = celkové množstvo Na 2 O v pomere k hmotnosti popolčeka; Ms = molárny pomer Si. O 2/Na 2 O; w = obsah vody

Výsledky (pevnosť v ohybe) Na 2 O Ms w vek p 0. 0002 0. 0018 0. 0126 0. 0000 Významnosť V V

Výsledky (pevnosť v tlaku) Na 2 O Ms w vek p 0. 1714 0. 0028 0. 0396 0. 0000 Významnosť NV V

Zhrnutie Skúmané faktory: • obsah Na 2 O, • molárny pomer Si. O 2/Na 2 O (Ms) • obsah vody (w) • vek vzorky Sledované vlastnosti • pevnosť v ohybe • pevnosť v tlaku Pri výrobe alkalicky aktivovaných spojív na báze daného fluidného popolčeka je vhodné využitie vyšších obsahov Na 2 O. Najlepšie výsledky boli dosahované pri moduluse 1, 4. Pevnosti v ohybe presahujú 8 MPa a pevnosti v tlaku sa po 360 dňoch blížia k hodnote 60 MPa.

Ing. Ivan Brezáni, Ph. D Technická univerzita v Košiciach Fakulta BERG, ÚZZ Park Komenského 19 042 00 Košice ivan. brezani@tuke. sk Ďakujem za Vašu pozornosť !