Tepelná odolnost LC3 systému na bázi tepelně aktivovaného kaolinito-illitového jílu

Abstract

Hlavním cílem této diplomové práce bylo komplexní posouzení možnosti využití lokálně dostupného směsného kaolinito-illitového jílu pro přípravu nízkoemisních cementů typu LC3 a zhodnocení jejich odolnosti vůči účinkům vysokých teplot. V první fázi proběhla charakterizace jílu, na jejímž základě byla pro dosažení maximální pucolánové aktivity stanovena optimální teplota kalcinace na 600 °C. Následná optimalizace složení pojiva vedla k výběru tří reprezentativních směsí, u nichž byla prokázána chemická synergie mezi kalcinovaným jílem, vápencem a slínkem. Směs s 30% náhradou cementu (KA-7-2-1) dosáhla již při běžné teplotě vyšší pevnosti v tlaku než referenční portlandský cement. Klíčovou částí druhé fáze bylo hodnocení tepelné odolnosti optimalizovaných směsí, pro které byly na základě výsledků STA definovány teploty výpalu 400, 600 a 1000 °C. Experimentální metody prokázaly, že při teplotě 600 °C vykazují LC3 systémy ve srovnání s referenčním portlandským cementem výrazně lepší mechanické vlastnosti. Zatímco portlandský cement vlivem rozkladu portlanditu degradoval, směsi LC3 si zachovaly vysokou stabilitu. To lze přisoudit kombinaci nižšího obsahu portlanditu a přítomnosti vápence, který podléhá rozkladu až při vyšších teplotách. Jako vysoce perspektivní se projevila směs s 50% náhradou slínku (KA-5-3-2), která si při 600 °C udržela až 90 % své původní pevnosti. Práce tak potvrdila, že využití tohoto typu jílu může být efektivní alternativou pro produkci nízkoemisních pojiv, a to i v případě vyšších požadavků na tepelnou odolnost.This diploma thesis comprehensively assesses the potential of utilizing locally sourced mixed kaolinite-illite clay to produce low-carbon LC3 cements and evaluates their performance under high-temperature exposure. Initial raw material characterization identified 600 °C as the optimal calcination temperature to maximize pozzolanic activity. Subsequent binder optimization resulted in three representative mixtures that demonstrated significant chemical synergy between the calcined clay, limestone, and clinker. Notably, the mixture with 30% cement replacement (KA-7-2-1) outperformed the reference Portland cement in compressive strength even at ambient temperature. A critical component of the study involved evaluating the thermal resistance of these optimized mixtures at exposure temperatures of 400, 600, and 1000 °C, defined based on STA results. Experimental analysis revealed that at 600 °C, LC3 systems exhibit superior mechanical properties compared to the reference Portland cement. While the reference material suffered degradation due to portlandite decomposition, LC3 mixtures retained high stability. This resilience is attributed to the reduced portlandite content and the presence of limestone, which remains stable at this temperature. The mixture with 50% clinker replacement (KA-5-3-2) emerged as highly promising, retaining 90% of its original strength at 600 °C. The thesis confirms that this specific clay type offers an effective pathway for producing sustainable binders with enhanced fire resistance.