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 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 CO2 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 800-900°C. 80% popolčeka malo zrnitosť menšiu ako 40 µm. SŽ SiO2 CaO MgO Al2O3 Fe2O3 FP 20,32 42,10 11,50 1,59 18,65 5,95

Miešanie, plnenie do foriem, zhutňovanie , vytvrdzovanie Príprava vzoriek Základný materiál Aktivačný roztok Miešanie, plnenie do foriem, zhutňovanie , vytvrdzovanie Geopolymér

Plán experimentov Na2O [%] Ms [mol/mol] w [g/g] 14.7 1.4 0.47 1.26 13.5 1.53 12.3 11.1 0.43 Na2O = celkové množstvo Na2O v pomere k hmotnosti popolčeka; Ms = molárny pomer SiO2/Na2O; w = obsah vody

Výsledky (pevnosť v ohybe) Významnosť Na2O 0.0002 V Ms 0.0018 w 0.0126 vek 0.0000

Výsledky (pevnosť v tlaku) Významnosť Na2O 0.1714 NV Ms 0.0028 V w 0.0396 vek 0.0000

Zhrnutie Skúmané faktory: obsah Na2O, molárny pomer SiO2/Na2O (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 Na2O. 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.

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