|
|
Hybrid systems based on alkali activated materials and Portland cement
Bradová, Lada ; Koplík, Jan (referee) ; Kalina, Lukáš (advisor)
The most promising route to improve the sustainability of cement is to produce the blended Portland cements with supplementary cementitious materials. Blast furnace slag (BFS) is one of the significant pozzolan source used worldwide in blended cements contributing to lowering of the environmental impact of cement industry. On the other hand, the replacement of the Portland clinker is connected with the undesirable effects such as reduction of early strength development. In order to overcome this disadvantage, the study deals with the development of hybrid cements in which the utilization of solid waste alkaline activator quickly awakens the pozzolanic properties of BFS. The new types of blended alkali activated cements were designed to meet the European standard EN 197 1 and classified to the Blastfurnace CEM III/C cements in accordance with the mechanical, physical, chemical and durability requirements. The effect of alkali activation caused an increase in early (2 days) compressive strength development in comparison with reference sample. The setting time was delayed two times which is also interesting from the point of view of concrete production. Moreover, this non traditional hybrid alkali activated Portland cement provides considerable ecologically and economically potential.
|
|
|
Possibilities of the utilization of the waste sand from the water glass production in building industry
Bílek, Vlastimil ; Kalina, Lukáš (referee) ; Opravil, Tomáš (advisor)
Nowadays, the waste sands from the water glass production have no utilization and due to high alkali content are considered as a dangerous waste. So the aim of this thesis is to find and study some possibilities of their utilization in the building industry. First of all, some necessary analysis of these sands were performed and then some advantages and disadvantages of their application for production of materials based on portland cement and alkali activated materials were studied. Characteristics of fresh and hardened pastes, mortars and concretes containing these waste sands were determined. The most tested properties were their workability and their compressive and flexural strength. Close attention for the risks of alkali-silica reaction and for options of its suppressing by the mineral admixtures was paid.
|
|
|
Validation of an innovative approach to the design of alkali-activated materials
Kejík, Marek ; Kucharczyková, Barbara (referee) ; Bílek, Vlastimil (advisor)
This thesis presents an approach to express the composition of alkali-activated materials based on three main characteristics. These are the type of activator, the molarity of the activator, and the volume fraction of the precursor or aggregate. The aim of this work is to provide a practical verification of this approach, in particular with respect to the amount of precursor, aggregates, and activator at a constant molarity of the three basic activator types (Na2CO3, NaOH, sodium water glass). The effects of these factors on their basic properties, namely workability, shrinkage, and mechanical properties, were studied for the prepared samples of pastes and mortars based on alkali-activated slag. These results were further supported by mercury intrusion porosimetry and electron microscopy. The results obtained confirmed the assumed key influence of the volumetric representation of the precursor, aggregates, and activator on the absolute values of the studied properties as well as on their relative changes. These were very different for the different activators, which is mainly due to the different abilities of the hydration products formed to fill the space between the slag and aggregate grains. The result of this work is a summary of the knowledge about the properties of alkali-activated materials over a given range of compositions, anchored by a universal approach for the design of the composition of these materials, which can be used in further research in this field.
|
|
|
Modification of the properties of alkali activated materials by polymer admixtures
Mikhailova, Olesia ; Bílek, Vlastimil (referee) ; Vejmelková,, Eva (referee) ; Žižková, Nikol (referee) ; Rovnaník, Pavel (advisor)
V současné době se v betonářském průmyslu ve velké míře používá portlandský cement (PC), jehož výroba má značný dopad na životní prostředí a zároveň se jedná o neudržitelný proces. Snahy o ekologičtější stavebnictví zahrnují využití několika aluminosilikátů, které mohou být buď odpadními produkty získanými z jiných průmyslových výrob, jako je granulovaná vysokopecní struska, popílek a křemičitá dýmka, nebo materiály pocházející z energeticky méně náročných průmyslových procesů, jako je metakaolin. Použití těchto materiálů při výrobě stavebních materiálů rovněž přispívá ke snížení výrobních nákladů. Aktivace aluminosilikátových materiálů alkalickými aktivátory vede k získání vysoce pevných materiálů, které lze považovat za alternativu běžného PC. Navzdory mnoha výhodám alkalicky aktivovaných aluminosilikátů (AAA) existuje zásadní nevýhoda, která se týká výrazného autogenního smršťování a smršťování při vysoušení, k němuž může docházet během tuhnutí materiálu. Tento jev vede k mikrotrhlinám a zhoršení mechanických lomových vlastností. Polymerní příměsi mohou modifikovat vlastnosti čerstvého a vytvrzeného materiálu AAA a překonat výše uvedené problémy. Tato disertační práce se zabývá vlivem polymerních přísad v různých hmotnostních množstvích aluminosilikátového pojiva na snižování smrštění a křehkosti a na zvýšení lomové houževnatosti. Jako polymerní příměsi byly vybrány polyetylen glykol (PEG), polypropylen glykol (PPG) a různé typy komerčních polymerů z řady dispergovatelných polymerních prášků Vinnapas®. Jejich vliv na vlastnosti získaných materiálů byl porovnáván s vlivem práškového přípravku proti smrštění Peramin SRA 40. Vzorky byly testovány na pevnost v ohybu a tlaku a jejich mikrostruktura byla zkoumána pomocí rtuťové porozimetrie a skenovací elektronové mikroskopie. Jedna z kapitol práce se zabývá studiem různých charakterizačních technik vzniku hlavních reakčních produktů v alkalicky aktivované strusce, jako jsou RTG difrakční analýza, Fourierovou tran
|
|
|
The development of composites based on alkali-activated matrices resistant to extreme temperatures
Ševčík, Marek ; Šácha, Libor (referee) ; Dufka, Amos (advisor)
The diploma thesis is focused on the development of composites from alkali activated materials (AAM) and their resistance to extreme temperatures. The theoretical part describes alkaline activation and precursors for the production of AAM. Furthermore, the problem of the effect of extreme temperatures on these materials is described. In the experimental part, the optimal silicate modulus with respect to the properties of AAM was gradually determined, and the effect of extreme temperatures on the AAM matrix was verified. In the next stage, the effect of the filler with respect to the behavior at extreme temperatures was tested and then the final formulation was optimized.
|
|
|
On the efficiency of plasticizing admixtures in alkali-activated slag based system
Flídrová, Michaela ; Šoukal, František (referee) ; Kalina, Lukáš (advisor)
Alkali-activated materials (AAM) are construction materials with great potential, especially for their environmental friendliness, but also due to their mechanical properties. Therefore, it is appropriate to pay further attention to these binders. This diploma thesis deals with monitoring the effectiveness of plasticizers in connection with the surface chemistry of the alkali-activated slag system. Sodium hydroxide and sodium water glass were used as alkaline activators for the preparation of alkali-activated blast furnace slag-based systems. To study the effectiveness of the lignosulfonate plasticizer, yield stress, heat flow, adsorption and zeta potential were monitored depending on the amount and time that the plasticizer was added to the system. The results show that the type of activator used in the mixtures plays an important role. NaOH-activated samples revealed the best efficiency of lignosulfonate plasticizers. A key factor in studying the behavior of the studied mixtures was the measurement of the zeta potential, which provided insight into the surface charge of blast furnace slag particles related to the ability of lignosulfonate to adsorb on grains of alkali-activated slag.
|
|
|
Utilization of lignosulfonate plasticizer in alkali-activated materials
Zetocha, Martin ; Hrubý, Petr (referee) ; Kalina, Lukáš (advisor)
Tato bakalářská práce se zabývá využitím plastifikátorů na bázi lignosulfonátu v alkalicky aktivovaných materiálech. Sledován byl vliv na směs pasty aktivované vysokopecní strusky za použití hydroxidu sodného, vodního skla o různých modulech a uhličitanu sodného. Pozorován byl vliv plastifikátoru na bázi lignosulfonátu při zamíchávání do různých směsí, na zpracovatelnost, mechanické vlastnosti a reologii směsi. Důležitým faktorem byly použité aktivátory ve směsích. Nejlépe reagující směs na lignosulfonát se ukázala být za použití NaOH jako aktivátoru. Při pokusech pochopit reologické vlastnosti sledovaných směsí, jako klíčového faktoru chování těchto směsí bylo měření zeta potenciálu. Hodnoty zeta potenciálu nám daly bližší náhled na povrchový náboj častic vysokopecní strusky. Ten se prokázal jako klíčový faktor při posuzovaní účinnosti plastifikátoru. Tato zjištění budou vzata v úvahu a dále diskutovány v této práci.
|
|
|
Fixation of the lead in alkali activated materials based on different types of ashes
Cába, Vladislav ; Kalina, Lukáš (referee) ; Koplík, Jan (advisor)
The aim of this work was to develop an alkali activated matrix based mainly on fly ash, to determine the ability to fix lead in these matrices, the impact of added lead on mechanical properties and to reveal the way of lead fixation in these matrices. The matrices consisted mainly of fly ash (four from fluidized bed combustion, one pulverized coal combustion) with an admixture of blast furnace slag and sodium silicate as an activator. Lechates were prepared on the basis of the ČSN EN - 12457-4 standard, lead concentrations in them were measured using an atomic emission spectrometer with inductively coupled plasma. The strengths of the samples were measured after 28 days. Images, element maps and element spectra were taken to determine the structure using a scanning electron microscope with an electron dispersion spectrometer, the samples were analyzed on an infrared spectrometer with a Furier transform, X-ray diffraction analysis and electron spectroscopy for chemical analysis were also used. The individual measurements showed that lead is accumulated in the form of hydroxide. The impact of lead doping on strength of the matrix was different for individual samples. Matrices from both types of fly ash released minimal amounts of lead into leachates, so it is possible to use them to fixate lead.
|
|
|
Study of alkali-silica reaction in hybrid systems
Bradová, Lada ; Bílek, Vlastimil (referee) ; Kalina, Lukáš (advisor)
This study evaluates question of alkali–silica reaction (ASR) in hybrid system, which was designed in the bachelor's thesis, to meet the requirements of EN 197-1 and classified to the Blastfurnace CEM III/C cements. The durability of this system is a great unknown. For this reason, the same methods (ASTM C1260, ASTM C289 and ASTM C856) were used to observer the ASR effects as the ones used to observer the Portland cement based concrete. Supplementary methods include determination of compressive strengths according to EN 196-2 and scanning electron microscopy to observe the microstructure. Hybrid system results were compared to two different types of cements, CEM I and CEM III/B. From the results of the ASR evaluation assays, it was found that the hybrid system (CEM III/C-HB) and CEM III/B showed the lowest tendency to ASR. The results of the supplementary methods showed that CEM III/C-HB compressive strength increases after 14 days within NaOH by 43 % in comparison to 28 days strength. Based on those results, it is sure that the CEM III/C-HB shows little susceptibility to ASR.
|
|
|
Low-Cost Filtration Barriers for Ultrafine Particles Separation
Kejík, Pavel ; Fekete, Roman (referee) ; Lapčík, Ĺubomír (referee) ; Svěrák, Tomáš (advisor)
V mnoha oborech jsou stále využívána anorganická filtrační media založená na materiálech, jejichž výroba využívá primární suroviny. Jejich výroba je tedy energeticky náročná a v důsledku nákladná a neohleduplná k životnímu prostředí. Cílem této práce je ověřit možnost využití alkalicky aktivovaných materiálů na bázi sekundárních surovin, především vysokopecních strusek (BFS) a popílků z uhelných elektráren (FA), pro výrobu porézních médií schopných v budoucnosti nahradit keramické a jiné anorganické filtry. Výzkum je rozvinut skrze experimentální design založený na výpočetním schématu samostatně vyvinutém s pomocí programu MATLAB. Toto schéma počítá vhodná složení směsí na základě poměrů obsahu nejdůležitějších oxidů ve vstupních surovinách. Tak je zajištěno zohlednění proměnlivého složení vstupních surovin a práce je tím hodnotnější, že její výsledky jsou skrze početní nástroj zohledňující základní oxidové složení surovin zobecnitelné. Zároveň byly však pro srovnání a lepší názornost závislostí vlastností na složení navrhnuty a připraveny i série vzorků založené vždy pouze na jedné ze surovin. Z výsledků vyplývá, že pevnost vzorků z těchto směsí (vytvrzených 24 hodin při 70 °C) ve čtyřbodové ohybové zkoušce dle ČSN EN 12390 5 může přesáhnout 7,6 MPa. Dosažením co možná nejvyšší porozity však zákonitě negativně ovlivňuje pevnost materiálu a výsledný materiál tedy dosahuje pevnosti těsně nad hranicí 6,3 MPa. Výsledky obecně dokazují, že nejvíce je pevnost materiálů ovlivněna poměrem SiO2/Al2O3 a množstvím alkalického aktivátoru. Z výsledků vyplývá, že alkalicky aktivované materiály (AAM) na bázi strusky dosahují i více než dvojnásobné pevnosti analogických materiálů na bázi elektrárenského popílku. Velikost pórů materiálů připravených z tříděných surovin s velikostí zrna od desítek po lehce přes sto mikronů se ve většině případů pohybuje v rozmezí desetin ž jednotek mikronů, v případě výsledného materiálu je to pak přibližně 0,2 mikronu. Celková porozita lisovaných těles se pohybuje těsně pod 40 %, což je v tomto případě téměř dvojnásobek ve srovnání s totožnými materiály na bázi netříděných surovin. Výsledky rovněž ukazují, že materiály na bázi strusky vykazují nižší porozitu než ty na bázi popílku, což je patrně způsobeno rozdílnou morfologií částic obou materiálů – částice strusky jsou nepravidelně hranaté a částice popílku kulaté. V průběhu experimentální činnosti byla pozorována tvorba výkvětů u materiálů na bázi elektrárenských popílků. Pomocí Energo-disperzní spektroskopické analýzy (EDS) byly výkvěty identifikovány jako hydroxid sodný procházející karbonatací za účasti vzdušného CO2. Test permeability vyžadoval, kvůli velmi jemné povaze porézní struktury, přípravu asymetrických filtračních přepážek. Tyto přepážky dosáhli propustnosti 138 L/h.m2.bar pro vodu a 1320 L/h.m2.bar pro vzduch.
|
guest ::
