Studium využití zeolitů jako přírodních pucolánů v maltách, betonech a geopolymerech

Jiří Petrů

Doctoral thesis

A Study of Zeolite Use as Natural Pozzolans in Mortars, Concretes and Geopolymers

Abstract:

Disertační práce se zabývá laboratorně experimentálním ověřením, do jaké míry ovlivní přídavek přírodního zeolitu jako přírodního pucolánu u stanovených materiálů - geopolymerů, malt a betonů dané vlastnosti, zejména vlastnosti pevnostní (pevnost v prostém tlaku a v tahu ohybem) a trvanlivostní (odolnost vůči vysokým teplotám, mrazuvzdornost a odolnost proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek). Vlastní způsob aplikace přírodního zeolitu v daných materiálech byl zvolen jako forma částeční náhrady pojiva přírodním zeolitem u jednotlivých studovaných materiálů. V případě geopolymerů je to náhrada vysokopecní granulované strusky přírodním zeolitem v množstvích 10 %, 15 % a 20 % z celkového množství vysokopecní granulované strusky. U malt (byla zvolena malta vápenocementová) je to náhrada pojiva vápenného hydrátu a portlandského cementu přírodním zeolitem v množstvích 10 %, 15 % a 20 % z celkového množství pojiva, respektive vápenného hydrátu a portlandského cementu. V případě betonů pak náhrada pojiva - portlandského cementu v množstvích 3 %, 5 % a 10 % z celkového množství pojiva - portlandského cementu. V rámci experimentu pak bylo provedeno ověření a sledování vlivu a chování přídavku přírodního zeolitu na dané materiálové vlastnosti. Výsledné stanovené hodnoty fyzikálně mechanických a trvanlivostních vlastností jsou následně podrobeny porovnání s referenčními směsmi jednotlivých studovaných materiálů bez náhrady alternativním pojivem na bázi přírodního zeolitu. Následně je provedeno vyhodnocení vlivu daného přídavku přírodního zeolitu v uvedených množstvích na stanovené vlastnosti modifikovaných materiálů. Závěrem je pak diskuse výsledků včetně doporučení dalšího vývoje a možného směrování dané studované oblasti využití přírodních zeolitů.

Abstract:

This dissertation thesis deals with the laboratory verification of how addition of natural zeolite as a natural puzzolano influences given properties, especially strength (strength in simple compression and flexural strength) and durability (resistance against high temperatures, freezing, water activity and effects of chemical antifreeze substances) characteristics in certain materials - geopolymers, mortars and concretes. As the way of application of the natural zeolite in the given materials we have selected partial substitution of binding material by the natural zeolite in individual studied materials. In the case of geopolymers this is substitution of blast furnace granulated slag by natural zeolite in the amounts of 10, 15 and 20 % of the total slag amount. In the case of mortars (we have selected cement-lime mortar) it is substitution of lime hydrate and Portland cement by natural zeolite in the amounts of 10, 15 and 20 of the total binder, specifically lime hydrate and Portland cement. In the case of concretes it is substitution of binder - Portland cement in the amounts of 3, 5 and 10 % of the total binder - Portland cement - amount. Within this experiment we have performed verification and monitoring of effects and behavior of natural zeolite additions on given material characteristics. The resulting values of physical - mathematical and durability properties were consequently subjected to comparison to reference mixtures of individual studied materials that did not have their binder substituted by alternative binders based on natural zeolite. After this we have performed analyses of effects of natural zeolite additions in the given amounts to researched properties of modified materials. In conclusion we discuss the results including recommendations for further research and possible study directions in this area of natural zeolite use.

Keywords

Geopolymer, malta, beton, přírodní zeolit, vápenný hydrát, vysokopecní granulovaná struska, portlandský cement, pucolánové příměsi, mrazuvzdornost, odolnost proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek, tepelná expozice

Keywords

Geopolymer, mortar, concrete, natural zeolite, lime hydrate, blast furnace granulated slag, Portland cement, puzzolano additions, resistivity to freezing, resistivity against water and chemical antifreezes action, resistivity against heat exposure

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 8. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 7. 1. 2016
• Supervisor: František Kresta
• Reader: Petr Martinec, Boleslav Taraba, Jozef Vlček

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta stavební

Doctoral programme / field:
Stavební inženýrství / Geotechnika