Cementinio kompozito su metakaolino ir stiklo atliekomis atsparumo šarminei korozijai tyrimai

Abstract

Lietuvoje, kaip ir visame pasaulyje, kaupiasi sunkiai utilizuojamos trupinto stiklo atliekos. Jų naudojimas cementiniuose kompozituose galėtų padėti spręsti utilizavimo problemą ir mažinti gamtinio smėlio kiekius, tačiau trupintas stiklas mažina atsparumą šarminei korozijai. Šarminė korozija – viena pagrindinių cementinių kompozitų irimo priežasčių, dėl kurių pleišėja konstrukcijos, ištrupa paviršiai. Šarminei korozijai vykti reikalinga drėgmė ir šiluma. Šios reakcijos tikimybei sumažinti naudojami mažašarmiai cementai, parenkami reaktyviosiomis dalelėmis neužteršti užpildai, naudojami įvairūs aktyvieji mineraliniai priedai. Darbo tikslas – sukurti atsparų šarminei korozijai cementinį kompozitą, utilizuojant kuo didesnius trupinto ir malto stiklo bei metakaolino atliekų kiekius, pakeičiančius cementą ir smėlį. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pateikiamos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose, taip pat disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje atlikta literatūros nagrinėjama tema apžvalga. Analizuojami moksliniai tyrimai apie stiklo ir metakaolino atliekų naudojimą cementinių kompozitų gamyboje, aprašyti stiklo atliekų apdorojimo ir metakaolino gavybos procesai. Šiame skyriuje aprašomas stiklo ir metakaolino atliekų poveikis cementinių kompozitų atsparumui šarminei korozija. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados ir disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje aprašytos tyrimams naudotos medžiagos ir pagrindinės jų charakteristikos, pateiktos mišinių sudėtys ir aprašyta, kaip buvo formuoti bandiniai. Pateikti tyrimų metodai. Trečiajame skyriuje analizuojamos stiklo ir metakaolino atliekų savybės. Nagrinėjamos cementinio akmens ir cementinio kompozito fizikinės, mechaninės savybės. Pateikiami cementinio kompozito atsparumo šarminei korozijai tyrimų rezultatai ir jų analizė, išvados. Disertacijos tema paskelbti šeši moksliniai straipsniai ir perskaityti septyni pranešimai Lietuvos ir kitų šalių konferencijose.

Lithuania, like other countries, faces the problem of accumulating hard-to-use glass waste. Using this waste in the concrete industry could help solve the waste glass utilisation problem and reduce the amount of natural sand used in cement composites. Unfortunately, crushed glass reduces resistance to alkali-silica reactions. Alkali-silica reaction is one of the main reasons for the decay of cement composites, which leads to the cracking of structures and the pitting of surfaces. Alkali-silica reaction requires moisture and heat. The probability of this reaction is reduced by using low-alkaline cements, selecting aggregates uncontaminated with reactive particles, and adding various active mineral additives. The doctoral dissertation aims to develop a cement composite resistant to the alkali-silica reaction by recovering the maximum amounts of crushed and milled waste glass and metakaolin and using them to replace cement and sand in the composite mixture. The dissertation consists of an introduction, three chapters, general conclusions, a bibliography and a list of the author’s publications on the dissertation topic. The introductory chapter discusses the research problem and the relevance of the research work, describes the research object, formulates the aim and objectives of the research work, describes the research methodology, the scientific novelty of the work, the practical significance of the results, and defended statements. At the end of the introduction, the author’s publications and conference papers on the topic of the dissertation are presented, as well as the structure of the dissertation. The first chapter reviews the literature on the topic. It describes research on the use of waste glass and metakaolin in the production of cement composites and the processes of waste glass treatment and metakaolin extraction. This chapter explains the effect of waste glass and metakaolin on the resistance of cement composites to alkali-silica reaction. The chapter closes with conclusions and the objectives of the dissertation. The second chapter describes the materials used in the study and their main characteristics, the compositions of the mixtures and how the specimens were moulded. Research methods are presented. The third chapter analyses the properties and structure of waste glass and metakaolin and the physical and mechanical properties of hardened cement paste and cement composite. It presents the results of cement composite resistance to alkalisilica reaction and their analysis. The chapter ends with conclusions. Six scientific articles were published on the dissertation topic, and seven presentations were made at conferences in Lithuania and other countries.