Náhrada metakaolinu jako suroviny pro výrobu geopolymerů

Bc. Pavel NIEDERLE, DiS.

Master's thesis

Substitution of metakaolin for the production of geopolymers by alternative raw materials

Abstract:

Cílem této diplomové práce je pokus o experimentální náhradu metakaolinu jako suroviny pro výrobu geopolymerů různými horninami, a to zejména bohatými na zeolity.Jednou z cest ke snížení energetické náročnosti a emisí skleníkových plynů při výrobě stavebních hmot je právě náhrada materiálu na bázi cementu alkalicky aktivovanými materiály, tzv. gepolymery. V pojetí prof. Davidovitse jsou "pravými" geopolymery pouze ty,při jejichž výrobě byl použit jako základní surovina, jejíž alkalickou aktivací geopolymer vzniká, metakaolin, tj. kaolin kalcinovaný při teplotě 700 900 oC. Kaolin jako surovinu na výrobu geopolymerů lze však podle některých výzkumů nahradit i méně kvalitními surovinami. Patří mezi ně např. horniny s vysokým podílem zeolitů. Pro tuto práci jsou vyhledány vhodné horniny a je experimentálně vyzkoušena jejich náhrada za metakaolin. Při provádění pokusů byly použity následující suroviny: zeolitový tuf z Nižných Hrabovců, těšínit a rohovec z lomu u Horních Bludovic u Havířova, fonolit z Mariánské skály v Ústí n.L., dále pak bentonit z netěženého ložiska u Ivančic u Brna a také koncentrát illitu z neznámé lokality. Jako doplňková surovina ke zvýšení pevnosti byla v některých geopolymerních směsích použita granulovaná vysokopecní struska. V rešeršní části diplomové práce je popsána obecná problematika geopolymerů. Další část práce je zaměřena na pracovní postupy, použité během zpracování těchto vzorků, popis jednotlivých surovin pro alkalickou aktivaci a popis metod použitých k analýze surovin a geopolymerů z nich připravených. V poslední části práce jsou popsány jednotlivé série zhotovených vzorků, jejich mechanické vlastnosti a zhodnocena možnost jejich dalšího využití v praxi. U vzorků, které dosahovaly dobrých pevností, bylo zkoumáno zapojení upravených surovin do geopolymerní matrice pomocí metod SEM a EDX. U vybraných geopolymerů s dobrými pevnostními vlastnostmi bylo stanoveno množství solí, uvolňujících se při standardním loužicím testu.

Abstract:

The aim of this thesis is to look for possible substitute for metakaoline in the production of geopolymers. The alternative raw materials researched were different rocks,especially rich in zeolites. One way to reduce energy consumption and greenhouse gas emissions in the production of building materials is the replacement of cement-based materials by alkali-activated materials called gepolymers. In the concept of prof. Davidovits are "true" geopolymers only those made by alkali activation of metakaoline, kaoline calcined at a temperature between 700 and 900 °C. Kaoline for the production of geopolymers can be according to some researchers replaced by lower quality raw materials. These include rocks with a high proportion of zeolites. In this work, the rocks tested as substituents for metakaoline involved: zeolite tuff from Nižné Hrabovce, teschenite from Horní Bludovice near Havířov, phonolite from Marianská skála in Ústí n. L., bentonitic rock from Ivančice,and illite concentrate from unknown locality. In the first part of the thesis reviews the field of geopolymers and alkali activation. Another part describes materials and methods used in their processing, including thermal treatment, alkali activation and characterization of resulting geopolymers (mechanical properties, leachability of salts).

Keywords

alkalická aktivace, geopolymer, metakaolin, aktivátor, vysokopecní struska, vytvrzovací teplota, pevnost v tlaku, zeolit

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 6. 2014

Accessible from:: 27. 6. 2014

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Petr Sulovský, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Geology / Environmental Geology