spoiwa geopolimerowe, alkaliczna aktywacja, surowce odpadowe, właściwości mechaniczne, stosunki molowe
geopolymer binder, alkali activation, waste materials, mechanical properties, molar ratio
Celem pracy było zbadanie możliwości zastosowania niskoreaktywnych surowców (chalcedonit, amfibolit, diatomit i popiół lotny ze spalania węgla brunatnego) w syntezie spoiw geopolimerowych. Opracowanie obejmowało przegląd literatury nt. mechanizmu geopolimeryzacji oraz wpływu wybranych prekursorów na końcowe właściwości spoiw. W części eksperymentalnej scharakteryzowano surowce (skład chemiczny, fazowy, morfologia, porowatość) oraz przygotowano i przetestowano jedno-, dwu- i czteroskładnikowe mieszanki geopolimerowe. Oceniono ich wytrzymałość na ściskanie i zginanie, odporność chemiczną (kwasy, zasady, mgła solna) i fizyczną (cykle zamrażania-rozmrażania, starzenie), a także strukturę (SEM, FTIR, BET, porozymetria rtęciowa). Opracowano model korelujący stosunki molowe głównych tlenków (Na₂O, SiO₂, Al₂O₃) z wytrzymałością na ściskanie. Optymalne zakresy stosunków molowych pozwoliły uzyskać spoiwa o wytrzymałości > 40 MPa. Wybrane składy (Ch+D+A+M, Ch+D+M+PB) cechowały się wysoką wytrzymałością, odpornością na agresywne środowiska oraz zdolnością immobilizacji metali ciężkich. Badania potwierdziły potencjał lokalnych surowców odpadowych, o niskiej reaktywności w produkcji materiałów geopolimerowych.
The aim of the study was to investigate the possibility of using low-reactivity raw materials (chalcedonite, amphibolite, diatomite, and fly ash from lignite combustion) in the synthesis of geopolymer binders. The study included a review of the literature on the mechanism of geopolymerization and the influence of selected precursors on the final properties of the binders. In the experimental part, the raw materials were characterized (chemical composition, phase composition, morphology, porosity) and single-, double- and four-component geopolymer mixtures were prepared and tested. Their compressive and flexural strength, chemical resistance (acids, bases, salt spray) and physical resistance (freeze-thaw cycles, aging), as well as their structure (SEM, FTIR, BET, mercury porosimetry) were evaluated. A model was developed correlating the molar ratios of the main oxides (Na₂O, SiO₂, Al₂O₃) with compressive strength. The optimal molar ratio ranges allowed binders with a strength of > 40 MPa to be obtained. Selected compositions (Ch+D+A+M, Ch+D+M+PB) were characterized by high strength, resistance to aggressive environments, and the ability to immobilize heavy metals. The research confirmed the potential of local waste raw materials with low reactivity in the production of geopolymer materials.
