Zmiany klimatyczne będące rezultatem m.in. efektu cieplarnianego stanowią istotne wyzwanie obecnego stulecia. W obliczu tych procesów konieczne staje się dążenie do ograniczenia antropogenicznej emisji gazów cieplarnianych, w tym w szczególności dwutlenku węgla, który stanowi ok. 80% wolumenu ich całkowitej ilości emitowanej do atmosfery. W związku z tym, stale rosnącym zainteresowaniem cieszą się geopolimery, materiały stanowiące niezwykle atrakcyjną alternatywę dla stosowanych konwencjonalnie materiałów budowalnych. Ich wytworzenie jest procesem o niższej energochłonności, pozwalającym na ograniczenie ilości emitowanego dwutlenku węgla do atmosfery, a także na zagospodarowanie odpadów i ochronę surowców naturalnych, w porównaniu do betonu wytworzonego z zastosowaniem tradycyjnego cementu portlandzkiego. Dodatkowo udowodniono, iż przy odpowiednim doborze materiałów bazowych oraz warunków procesu wytwarzania, geopolimery w porównaniu do betonów mogą charakteryzować się m.in. wyższą wytrzymałością na ściskanie i na zginanie oraz większą odpornością na warunki klimatyczne, w tym mrozoodpornością oraz odpornością chemiczną. Jednak do tej pory materiały geopolimerowe nie są jeszcze powszechnie stosowane m.in. ze względu na brak dostatecznej charakterystyki ich właściwości oraz określenia wpływu zmiennych stosowanych podczas procesu wytwarzania na produkt końcowy.
Celem naukowym prezentowanej rozprawy doktorskiej było opracowanie i analiza właściwości materiałów geopolimerowych modyfikowanych odpadową stłuczką szklaną. Dodatkowo celem utylitarnym było opracowanie sposobu wytwarzania, umożliwiającego zagospodarowanie materiałów odpadowych oraz produktów ubocznych procesów technologicznych. W celu realizacji przyjętych założeń wytworzono geopolimery spienione oraz niespienione na osnowie materiałów poprocesowych, odpadowych i/lub mineralnych takich jak: popiół lotny, łupek węglowy (po przeprowadzeniu obróbki mechanicznej i termicznej), metakaolin oraz hybrydy metakaolinu z łupkiem węglowym, zawierające dodatek brązowej odpadowej stłuczki szklanej. Wszystkie opracowane geopolimery scharakteryzowano z zastosowaniem szerokiego spektrum metod badawczych w celu określenia wpływu poszczególnych zmiennych, tj. udziału wagowego oraz wielkości cząstek zastosowanych frakcji stłuczki szklanej, rodzaju materiałów bazowych oraz komponentów, na finalne właściwości kompozytów geopolimerowych. Dodatkowo zrealizowane badania pozwoliły na wskazanie potencjalnych zastosowań zsyntetyzowanych materiałów. Zaproponowane rozwiązania wykazują potencjał możliwości ograniczenia ilości składowanych odpadów oraz produktów ubocznych procesów technologicznych. Sugerowany sposób zagospodarowania odpadów oraz produktów ubocznych można uznać za innowacyjny i perspektywiczny. Wyniki zrealizowanych badań przedstawiono m.in. w cyklu czterech artykułów opublikowanych w recenzowanym, renomowanym czasopiśmie, indeksowanym w bazie Journal Citation Reports (JCR) oraz znajdującym się w wykazie czasopism naukowych Ministerstwa Edukacji i Nauki (MEiN).
Climate change resulting from among others the greenhouse effect constitutes a significant challenge of this century. Faced with these processes, it becomes necessary to pursue restriction of anthropogenic greenhouse gas emissions, in particular carbon dioxide, which constitutes approximately 80% of the volume of the total amount of greenhouse gas emissions into the atmosphere. Therefore, geopolymers, which are materials constituting extremely attractive alternatives to conventionally applicable building materials have been increasingly popular. Their manufacturing is a process characterized by lower energy consumption, allowing for a reduction in the amount of carbon dioxide emissions into the atmosphere, as well as waste management and preserving natural resources in comparison to concrete manufactured using Ordinary Portland Cement. Moreover, it has been proved that with the proper selection of base materials and manufacturing process conditions, geopolymers can be characterized by, for instance, higher compressive strength, higher flexural strength, and higher resistance to climatic conditions, including freeze-thaw resistance and chemical resistance compared to concrete. However, geopolymer materials are not commonly used yet, among others due to the lack of sufficient characteristics of their properties as well as determining the effect of variables used during the manufacturing process on the final product, up to now.
The scientific aim of the presented doctoral dissertation was to develop and analysis the properties of geopolymer materials modified with waste glass. Furthermore, the utilitarian objective was to develop their fabrication process, enabling the management of waste materials and byproducts of technological processes. In order to realise established objectives, foamed and non-foamed geopolymers on the base of post-process, waste and/or minerals materials, such as fly ash, coal gangue (after mechanical and thermal treatment), metakaolin and coal gangue-metakaolin hybrids, containing the addition of brown waste glass cullet were manufactured. All of the developed geopolymers were characterised using a broad spectrum of research methods to determine the influence of individual variables, such as weight ratios and particle size of applied fractions of waste glass, the type of base materials, and components on the final properties of the geopolymer composites. In addition, completed research enabled to determine the potential applications of the synthesized materials. The proposed solutions exhibit the capability to reduce the amount of landfilled waste and by-products of technological processes. Furthermore, the suggested way of waste management and by-products can be considered as innovative and prospective. The results of the completed study were presented among others in the series of four scientific articles, published in peer-reviewed prestigious scientific journal, indexed in the Journal Citation Reports (JCR) database and contained in the Ministry of Education and Science list of scientific journals.
