Geopolymery na bázi elektrárenských popílků a cihelného střepu

Abstract

V souladu se současnými trendy využívání vedlejších produktů různých výrob jako zdroje surovin pojednává disertační práce o alkalické aktivaci vedlejších produktů – popílků a cihelného střepu, která vede ke vzniku geopolymerních látek. Byl studován průběh geopolymerizační reakce popílku z vysokoteplotního spalování hnědého uhlí z elektrárny Chvaletice, popílku ze spalování černého uhlí z elektrárny Dětmarovice, popílku ze spalování biomasy a fluidního popílku z elektrárny Hodonín. Experimenty byly zaměřeny na faktory ovlivňující tvorbu geopolymeru, tj. na složení alkalického aktivátoru, poměr aluminosilikátu k aktivátoru a na vliv teploty při vytváření pevné struktury. U připravených produktů byla studována mikrostrukturu a fázové složení, odolnost vůči agresivnímu prostředí, mechanické vlastnosti, u vybraných typů popílkových geopolymerů pak navíc lomově-mechanické vlastnosti. Cílem práce bylo optimalizovat proces geopolymerace tak, aby výsledný geopolymer byl výhodný jak ekonomicky, tak i ekologicky. Jako nejvhodnější pro přípravu geopolymerů se jeví popílek z elektrárny Chvaletice, kde u výsledného produktu bylo dosaženo nejlepších užitných vlastností. Popílek z černého uhlí, fluidní popílek a popílek ze spalování biomasy nevedly při geopolymerizaci k uspokojivým výsledkům. V další části je práce zaměřena na možnost alkalické aktivace odpadů z cihlářské výroby, zejména z broušení kalibrovaných tepelně izolačních cihel. Cihelný střep, který obsahuje odvodněné aluminosilikáty, vesměs v amorfní formě, jsou vhodným zdrojem surovin pro alkalickou aktivaci. Výsledky výzkumu ukázaly, že alkalická aktivace cihelného střepu poskytuje produkty o vysokých pevnostech. Směsná pojiva popílku s cihelným střepem nevykázala synergický efekt, vlastnosti produktů alkalické aktivace byly vesměs horší, než u čistých složek.In line with the current focus on utilizing side products of various production processes, this dissertation thesis analyzes the process of alkali activation of particular side products: fly ash and brick fragments. This activation produces geopolymeric materials widely used in civil engineering. The thesis aims to optimize the geopolymerization process so that the resulting geopolymer is both ecologically and economically viable. To that end, the thesis studies the course of geopolymeric reaction between the alkali activator and fly ash from: (i) the Chvaletice power plant, (ii) the Dětmarovice power plant, and (iii) biomass combustion, as well as (iv) fluid fly ash from the Hodonín power plant. All experiments of geopolymeric reaction have focused on the factors influencing the synthesis of geopolymers—that is: composition of the alkali activator, the ratio of alumino-silicate to the activator, and the impact of temperature on structure of the synthesized geopolymer. Further, the thesis analyzed the synthesized polymer’s microstructure, phase composition, resistance against corrosive conditions, and compressive strength, as well as mechanical-fracture properties of selected fly-ash geopolymers. The thesis finds that the most suitable for geopolymeric synthesis appears to be the fly ash from the Chvaletice power plant in which case the obtained geopolymers showed best properties in the studied areas. The fly ash from the Dětmarovice power plant, biomass fly ash, and fluid fly ash have failed to reach acceptable properties. Separately, the thesis studies the geopolymerization of brick body that could be suitable input for alkali activation. The geopolymers synthesized from brick fragments resulted in materials of supperior mechanical strength. A mixed use of fly ash and brick fragments failed to show a synergetic effect. Properties of the resulting geopolymers have been inferior to the properties of geopolymers produced using just fly ash or just brick body.