REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Alkalijska aktivacija je kemijski proces, pri katerem se aluminosilikati raztapljajo v bazičnem mediju pri sobni temperaturi in nato utrjujejo z reakcijo kondenzacije. Alkalijsko aktivirani materiali (AAM), znani tudi pod imenom geopolimeri, so anorganski aluminosilikatni materiali, ki se izdelujejo pretežno z uporabo elektrofiltrskih pepelov in metalurških žlinder ali kalciniranih glin (na primer metakaolina), ki vsebujejo visoke deleže Al in Si oksidov v amorfni obliki z dobro topnostjo v bazičnem mediju. Alkalijsko aktivirani materiali imajo visok potencial, da nadomestijo gradbene materiale, kot so cement in drugi izdelki v gradbeništvu ali sorodni industriji. Dodatna prednost te tehnologije je možnost uporabe sekundarnih materialov, kot so žlindre iz različnih metalurških procesov. Alkalijsko aktivirani materiali na osnovi jeklarske žlindre imajo dobre mehanske lastnosti, so ognjevarni in odporni na visoke temperature ter v primeru, da so izdelani z nizko gostoto, tudi toplotno izolativni. Več vrst žlinder bogatih z aluminosilikati se lahko uporabi pri alkalijski aktivaciji.
V disertaciji je opisana alkalijska aktivacija (AA) jeklarske žlindre iz elektro obločne peči (EOP) in žlindre iz ponovce iz dveh slovenskih jeklarn z namenom študija naslednjih procesov oziroma mehanizmov:
1. V študiji vpliva velikosti delcev na alkalijsko aktivacijo in mehanske lastnosti sem uporabil žlindro z različno porazdelitvijo velikosti delcev (d < 63 μm, 63 μm < d < 90 μm in 90 μm < d < 125 μm). Manjši delci imajo veliko specifično površino in s tem v kombinaciji z visoko reaktivnostjo lahko pripravimo penjene materiale z visoko tlačno trdnostjo.
Razvoj trdnosti AAM sem raziskoval pri različni temperaturi (nega) po vgradnji, ko nastopi utrjevanje, in sicer pri sobni temperaturi in v toplotni komori pri 50 °C, 70 °C in 90 °C, po 1 dnevu, 3 dneh, 7 dneh in 28 dneh. Višje tlačne trdnosti se lahko doseže z nego pri povišani temperaturi 70 °C v nekaj dneh ali pri sobni temperaturi v 28 dneh, saj je reakcija alkalijske aktivacije pri teh pogojih izboljšana. Stopnjo reakcije AA pri povišanih temperaturah sem zasledoval z uporabo FTIR spektroskopije in pri frekvenci 970 - 1160 cm-1detektiral nihanje vezi Si-O-Si in Si-O-Al.
2. Deformacijo alkalijsko aktiviranih materialov sem določal z metodo zasledovanja avtogene obremenitve cementnih past in malt po postopku ASTM C1698-19 ter vzporedno z meritvijo skrčka pri različni negi (sobna temperatura, 40 in 60 °C ter pri 30 % in 90 % relativni vlažnosti) v prvih treh dneh po začetku reakcije. Deformacijo v zgodnji fazi nege povzroča predvsem raztapljanje aluminosilikatov, tvorba gelov, sestavljenih iz nanodelcev zeolita. Različna stopnja kondenzacije povzroči sorazmerno spremembo v mikrostrukturi. Med procesom avtogenega zgoščevanja se v materialu ohranja enaka količina tekočine, kot je bila dodana med postopkom priprave materiala. Hidratacija vodi k preurejanju mikrostrukture, večji zgostitvi in večji deformaciji AAM. V primeru nege pri višji zračni vlagi se stopnja hidratacije ne poveča, kapilare se napolnijo s tekočino, zaradi katere se poveča volumen gela, zniža se gostota in posledično je nižja deformacija kot v primeru nege pri nižji vlagi, pri
kateri večji del tekočine izpari iz por, pri čemer se gostota materiala poviša.
3. Pri raziskavah alkalijsko aktiviranih pen (porozni material) sem raziskal vpliv penilcev, dodatkov za znižanje površinske napetosti ter dodatek vlaken na mehanske lastnosti, poroznost in gostoto. Ugotovljeno je bilo, da se v primeru uporabe vodikovega peroksida (0,5 ut. %) in Na-perborata (2,5 ut. %) ter ob dodatku stabilizatorja (1 ut. %, neionski surfaktant Triton x-100) tvorijo enakomerno porazdeljene velike pore, ki znižajo gostoto pen (0,4 g/cm3). Takšne pene izkazujejo visoko toplotno izolativnost (~100 mW/mK). Z vgradnjo polipropilenskih vlaken (0,07 ut. %) se doseže višja tlačna trdnost pen (1,6 MPa).
Karakterizacija prekurzorjev in končnih materialov je bilo opravljeno z analiznimi tehnikami, kot so: rentgenska praškovna difrakcija (XRD), rentgenska flourescenca (XRF), FTIR spektroskopija, meritev specifične površine z adsorpcijo plinov (BET), meritev poroznosti s Hg intruzijo (MIP), merjenje mehanskih lastnosti, vrstična elektronska mikroskopija (SEM) in meritev toplotne prevodnosti (HFM).