Kompozit na bázi geopolymeru jako nový materiál v podzemním stavebnictví

Abstract

Mezi důvody, proč geopolymer (GP) nahrazuje portlandský cement jako pojivo v betonu, patři jeho vysoká pevnost, ultra mikro-poréznost, nízké objemové smrštění a odolnost vůči agresivnímu prostředí. GP je již využíván pro opravy nebo výstavbu mostů, budov, podzemních tunelů a pro sanaci potrubí. Navíc GP může být i levnější než portlandský cement a jeho výroba produkuje snížené množství CO2. Současná práce ukazuje, že kompozit na bázi geopolymeru Baucis LNa vyráběný v České republice s obsahem až 70 % hm. písku Zlosyn vykazuje téměř 60 MPa pro pevnost v tlaku a až 18 MPa pro pevnost v ohybu. Testované GP kompozity vykazovaly vynikající odolnost vůči agresivnímu prostředí: kyselým roztokům HCl a H2SO4. Po 4 měsících ponoření nedošlo ke snížení pevnosti ani v tlaku ani v ohybu. Malé množství kaolinu v metakaolinu (až do 3 % hm.) zlepšilo vlastnosti GP po zkouškách mrazuvzdornosti (zvýšení pevnosti v tlaku a ohybu) ve srovnání se vzorky před zkouškou. Přítomnost až 20 % hm. kaolinu neovlivnila pevnost GP v ohybu, ale mírně zvyšila pevnost v tlaku. Na základě získaných výsledků lze docílit peněžních úspor ve velkoobjemové produkci buď přimícháním surového kaolinu do metakaolinu nebo řádnou regulací procesu spalování. Důležitým výsledkem dané práce je nalezení optimální receptury GP kompozitu na bázi písku Zlosyn, která vykazuje dobré fyzikální a mechanické vlastností a zároveň je finančně nízkonákladová.

There are several reasons why geopolymer (GP) is substituting Portland cement as a binder in concrete, like its high strength, ultra-porosity, low drying shrinkage, low creep and high acid resistance. GP is already utilized for repairing and building bridges, buildings, underground tunnels, and in the pipes rehabilitation. Moreover, GP is usually cheaper than Portland cement, and its production produces a reduced amount of CO2. Current work shows that the Czech-produced geopolymer Baucis LNa based composite with up to 70 wt.% content of Zlosyn sand has shown almost 60 MPa for a compressive strength and up to 18 MPa for a flexural strength. The tested GP composites showed excellent resistance to the aggressive environment: HCl and H2SO4 acid solutions. After 4 months of immersion compressive and flexural strengths did not decrease. Small amount of kaolin residua in metakaolin (up to 3 wt.%) improved the geopolymer performance in compressive and flexural strength tests after frost-resistance tests in comparison with no-frost samples. Furthermore, the presence of up to 20 wt% of kaolin did not affect the flexural strength of the geopolymer but slightly improved a compressive strength. Based on the obtained results, monetary savings in a large volume production can be achieved by either admixing raw kaolin into metakaolin or properly regulating the burning process. According to this work, the best recipe is ordinary Zlosyn sand-based one due to its good physical and mechanical characteristics as well as a low cost.