Ανάπτυξη ελαφροβαρών δομικών υλικών μέσω της αλκαλικής ενεργοποίησης αποβλήτων κατεδαφίσεων. Επίδραση προσθέτων στις ιδιότητες των τελικών προιόντων

Λεσιώτη, Μαρία; Lesioti, Maria

dc.contributor.author	Λεσιώτη, Μαρία	el
dc.contributor.author	Lesioti, Maria	en
dc.date.accessioned	2020-09-15T10:10:32Z
dc.date.available	2020-09-15T10:10:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51088
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18786
dc.rights	Default License
dc.subject	Τσιμέντο	el
dc.subject	Αλκαλική ενεργοποίηση	el
dc.subject	Απόβλητα εκσκαφών και κατεδαφίσεων	el
dc.subject	Alkali - activated materials	en
dc.subject	Cement	en
dc.subject	Geopolymers	en
dc.title	Ανάπτυξη ελαφροβαρών δομικών υλικών μέσω της αλκαλικής ενεργοποίησης αποβλήτων κατεδαφίσεων. Επίδραση προσθέτων στις ιδιότητες των τελικών προιόντων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ανόργανες βιομηχανίες	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-26
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε μια προσπάθεια διερεύνησης της ανάπτυξης ελαφροβαρών δομικών υλικών, μέσω της αλκαλικής ενεργοποίησης αποβλήτων κατεδαφίσεων και μελέτης της επίδρασης προσθέτων στις ιδιότητες των τελικών προϊόντων. Τα γεωπολυμερή παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω των ποικίλων πλεονεκτημάτων τους, τόσο σε επίπεδο ιδιοτήτων, όσο και σε επίπεδο ενεργειακού περιεχομένου, αλλά και οικονομικό επίπεδο. Έχουν την ικανότητα να διαμορφώσουν βελτιωμένες κάποιες συγκεκριμένες ιδιότητες ανάλογα με την σύσταση των πρώτων υλών και τις συνθήκες της αντίδρασης γεωπολυμερισμού. Τα παραπάνω, τα καθιστούν ελκυστική επιλογή για μία σειρά εφαρμογών, όχι μόνο στον τομέα των κατασκευών. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα των γεωπολυμερών έναντι των άλλων δομικών υλικών είναι η δυνατότητα αξιοποίησης παραπροϊόντων της βιομηχανίας και αποβλήτων εκσκαφών, κατασκευών και κατεδαφίσεων (ΑΕΚΚ) ως πρώτες ύλες και η απαίτηση χαμηλών θερμοκρασιών για την σύνθεσή τους. Έτσι, επιτυγχάνεται μεγάλη εξοικονόμηση ενέργειας και φυσικών πόρων, ανακύκλωση αποβλήτων τα οποία διαφορετικά θα κατέληγαν στο περιβάλλον δημιουργώντας σωρεία προβλημάτων και σημαντική μείωση των εκπομπών CO2. Η σύνθεσή τους είναι αποτέλεσμα της αντίδρασης μεταξύ μιας αργιλοπυριτικής πρώτης ύλης και ενός αλκαλικού διαλύματος, που ονομάζεται διάλυμα ενεργοποίησης. Στη συγκεκριμένη εργασία, μελετήθηκε η συμπεριφορά τούβλου, που προήλθε από κατεδάφιση κτηρίου. Τα πρόσθετα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την ενίσχυση των γεωπολυμερών αναφοράς ήταν επίσης προϊόντα ανακύκλωσης, τα οποία υπέστησαν προηγουμένως κατάλληλη επεξεργασία. Πιο συγκεκριμένα, ως παράγοντας μείωσης της πυκνότητας χρησιμοποιήθηκε πολυστυρένιο που προήλθε από μονωτικά πάνελ, οι ίνες πολυαιθυλενίου που προστέθηκαν για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων προήλθαν από πλαστικά απόβλητα. Τέλος τα αδρανή προήλθαν από χρησιμοποιημένο σκυρόδεμα. Αυτό υπέστη θραύση και αφού επιλέχθηκαν τα πιο ελαφροβαρή στοιχεία, ενθυλακώθηκαν σε αυτά υλικά αλλαγής φάσης. Τα αδρανή αυτά προστέθηκαν προκειμένου να βελτιωθεί η ενεργειακή απόδοση του τελικού προϊόντος. Αρχικά, έγινε χαρακτηρισμός της πρώτης ύλης, όσον αφορά την χημική και ορυκτολογική της σύσταση, καθώς και την κοκκομετρία της. Στη συνέχεια, τα δείγματα αναφοράς ενισχύθηκαν με πολυστυρένιο σε ποσοστό 0.5% έως 3.0% κατά βάρος (κ.β.). Έπειτα, πραγματοποιήθηκε ενίσχυση των δειγμάτων αναφοράς με ίνες πολυαιθυλενίου σε ποσοστό 0.5% έως 2.0% κατ’ όγκο (κ.ο.). Συγκρίνοντας τις μηχανικές ιδιότητες των δοκιμίων (θλιπτική, καμπτική αντοχή και πυκνότητα) επιλέχθηκαν οι βέλτιστοι συνδυασμοί, ώστε να γίνει ενίσχυση και με τους δύο παράγοντες και τελικά μελετήθηκαν εκ νέου δοκίμια τα οποία περιείχαν 1.5% κ.β. πολυστυρένιο και 0.5% έως 2.0% κ.ο. πολυαιθυλένιο, και δοκίμια τα οποία περιείχαν 2.0% κ.β. πολυστυρένιο και 0.5% έως 2.0% κ.ο. πολυαιθυλένιο. Βρέθηκε ότι τα δοκίμια που περιείχαν 1.5%κ.β. πολυστυρένιο και 2.0% κ.ο. πολυαιθυλένιο εμφάνισαν τον βέλτιστο συνδυασμό ιδιοτήτων, δηλαδή τις υψηλότερες αντοχές για τη χαμηλότερη πυκνότητα. Σε αυτά τα δοκίμια προστέθηκαν αδρανή με ενθυλακωμένα υλικά αλλαγής φάσης σε ποσοστά από 4.0% έως 18% κ.β.. Τα δοκίμια που εμφάνισαν τις βέλτιστες ιδιότητες ήταν αυτά που περιείχαν 1.5% κ.β. πολυστυρένιο, 2.0% κ.ο. πολυαιθυλένιο και 6.0% κ.β. αδρανή με ενθυλακωμένα υλικά αλλαγής φάσης. Σε αυτά έγινε επιπλέον μελέτη του μέτρου ελαστικότητας και του λόγου Poisson, ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα σε σχέση με την ψαθυρότητα του τελικού προϊόντος και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αυτά των δειγμάτων αναφοράς και των δειγμάτων που περιείχαν 1.5% κατά βάρος πολυστυρένιο και 2.0% κατ’ όγκο πολυαιθυλένιο. Όπως αποδείχθηκε, μπορούν να παρασκευαστούν γεωπολυμερή και ελαφροβαρή γεωπολυμερή από απόβλητα τούβλου. Επιπλέον, τα δομικά υλικά από γεωπολυμερή με βάση τα απόβλητα τούβλου μπορούν να αναπτύξουν αντοχές παρόμοιες με αυτές του συμβατικού τσιμέντου. Ακόμα αποδείχθηκε ότι ένας εύκολος τρόπος για την παρασκευή ελαφροβαρών δομικών υλικών είναι η προσθήκη πολυστυρενίου, ενώ παράλληλα οι ίνες που έχουν προέλθει από απόβλητα ενισχύουν τις μηχανικές αντοχές των προϊόντων. Το δείγμα αναφοράς παρουσίασε θλιπτική αντοχή 43.9MPa, καμπτική αντοχή 4.0MPa, πυκνότητα 2.0g/cm^3, μέτρο ελαστικότητας 3.85GPa και λόγο Poisson 0.28. Τα δείγματα που ενισχύθηκαν με πολυστυρένιο παρουσίασαν θλιπτική αντοχή από 22.8MPa έως 6.5MPa, καμπτική αντοχή από 3.1MPa έως 1.7MPa και πυκνότητα 1.7g/cm^3 έως 1.1g/cm^3. Τα δείγματα που ενισχύθηκαν με ίνες πολυαιθυλενίου παρουσίασαν θλιπτική αντοχή από 44.9MPa έως 41.7MPa, καμπτική αντοχή από 3.2MPa έως 2.6MPa και πυκνότητα 2g/cm^3. Τα δείγματα που ενισχύθηκαν με 2.0% κατά βάρος πολυστυρένιο και ίνες πολυαιθυλενίου παρουσίασαν θλιπτική αντοχή 10.8MPa έως 9.8MPa, καμπτική αντοχή 2.6MPa έως 1.9MPa και πυκνότητα 1.3g/cm^3 έως 1.2g/cm^3. Τα δείγματα που ενισχύθηκαν με 1.5% κατά βάρος πολυστυρένιο και ίνες πολυαιθυλενίου παρουσίασαν θλιπτική αντοχή 13.9MPa έως 12.8MPa, καμπτική αντοχή 3.2MPa έως 2.4MPa, πυκνότητα 1.4g/cm^3. Το βέλτιστο συνδυασμό μηχανικό ιδιοτήτων είχε το δείγμα που περιείχε 1.5%κ.β. πολυστυρένιο και 2.0%κ.ο. πολυαιθυλένιο, με 13.0MPa θλιπτική αντοχή, 3.2MPa καμπτική αντοχή, 1.4 g/cm^3, 1.15GPa μέτρο ελαστικότητας και 0.15 λόγο Poisson. Τα δείγματα που περιείχαν 1.5%κ.β. πολυστυρένιο και 2.0%κ.ο. πολυαιθυλένιο και ενισχύθηκαν με αδρανή με ενθυλακωμένα υλικά αλλαγής φάσης παρουσίασαν θλιπτική αντοχή από 17.7MPa έως 10.1MPa, καμπτική αντοχή 3.2MPa έως 2.1MPa, πυκνότητα 1.5g/cm^3 έως 1.3g/cm^3. Το βέλτιστο συνδυασμό μηχανικών ιδιοτήτων εμφάνισε το δείγμα που περιείχε 1.5%κ.β. πολυστυρένιο, 2.0%κ.ο. πολυαιθυλένιο και 6.0%κ.β. αδρανή, με 11.7MPa θλιπτική αντοχή, 3.0MPa καμπτική αντοχή, 1.3 g/cm^3, 3.8GPa μέτρο ελαστικότητας και 0.18 λόγο Poisson.	el
heal.abstract	In this work an attempt was made to investigate the development of lightweight building materials through the alkali activation of demolition waste and the study of the effect of additives on the properties of the final products. Geopolymers are of interest because of their varying advantages, both in terms of properties, as well as in terms of energy content and cost. They can have improved properties depending on the composition of the raw materials and the conditions of the geopolymerization reaction. The above makes them an attractive choice for a range of applications, not only in the construction sector but in other sectors as well. The main advantages of geopolymers over other building materials are the ability to exploit by products of industry and construction and demolition waste (CDW) as raw materials and the requirement of low temperatures for their composition. Thus, considerable savings in energy and natural resources, recycling of waste which would otherwise end up in the environment and a significant reduction in CO2 emissions, are achieved. Their composition is the result of the reaction between an aluminosilicate feedstock and an alkaline solution called “activating solution”. In this paper was studied, the behavior of brick, which came from the demolition of a building. Additives that were used to reinforce reference geopolymers were also recycled products, which were previously processed appropriately. To be specific, polystyrene derived from insulating panels and was used as a density reducing agent, polyethylene fibers added to improve mechanical properties derived from plastic waste. Finally, the aggregates were derived from used concrete, which was fractured and after the lightest elements were selected, phase change materials were encapsulated therein. These aggregates were added to improve the energy efficiency of the final product. In the beginning, the raw material was characterized regards its chemical and mineralogical composition, as well as its granulometry. The reference samples were then reinforced with 0.5 up to 3.0% w/w polystyrene. Next, reinforcement of the reference samples with 0.5% to 2.0% v/v polyethylene fibers was carried out. By comparing the mechanical properties of the specimens (compressive strength, flexural strength and density), the optimal combinations were chosen to reinforce with both factors and finally samples containing 1.5% w/w polystyrene and 0.5% up to 2.0% v/v polyethylene, and specimens containing 2.0% w/w polystyrene and 0.5% up to 2.0% v/v polyethylene were re studied. It was found that the samples containing 1.5% w/w polystyrene and 2.0% v/v polyethylene exhibited the optimum combination of properties, i.e. the higher strengths for the lower density. In these samples, aggregates with encapsulated phase change materials were added in amounts of from 4.0% up to 18.0% w/w. The samples exhibiting the optimal properties were those containing 1.5%w/w polystyrene, 2.0% v/v polyethylene and 6.0% w/w aggregates with encapsulated phase change materials. In addition, a study of the elastic modulus and the Poisson ratio was carried out in order to draw conclusions about the brittleness of the final product and the results were compared with those of the reference samples and the samples containing 1.5% w/w polystyrene and 2.0% v/v polyethylene. Through this work it was proved that, geopolymers and lightweight geopolymers from brick waste can be prepared as shown. In addition, construction materials made from brick can develop strengths like those of conventional cement. It has also been found that an easy way to prepare lightweight building materials is the addition of polystyrene, while the fibers derived from waste enhance the mechanical strength of the products. The reference sample had compressive strength equal to 43.9MPa, flexural strength equal to 4.0MPa, density 2.0g/cm^3, modulus of elasticity 3.85GPa and Poisson ratio 0.28. Polystyrene reinforced samples showed compressive strength of 22.8MPa to 6.5MPa, flexural strength of 3.1MPa to 1.7MPa and density of 1.7g / cm3 to 1.1g / cm3. Polyethylene reinforced samples showed compressive strength of 44.9MPa to 41.7MPa, flexural strength from 3.2MPa to 2.6MPa and density of 2g/cm^3. Samples reinforced with 2.0% w/w polystyrene and polyethylene fibers showed compressive strength of 10.8MPa to 9.8MPa, flexural strength of 2.6MPa to 1.9MPa and density of 1.3g/cm^3 to 1.2g/cm^3. Samples reinforced with 1.5% by w/w polystyrene and polyethylene fibers showed compressive strength of 13.9MPa to 12.8MPa, flexural strength of 3.2MPa to 2.4MPa, density of 1.4g/cm^3. Τhe sample containing 1.5% w/w polystyrene and 2.0% v/v polyethylene had the optimal combination of mechanical properties: 13.0MPa compressive strength, 3.2MPa flexural strength, 1.4g/cm^3, 1.15GPa elastic modulus and 0.15 Poisson ratio. Samples containing 1.5% w/w polystyrene and 2.0% v/v polyethylene and reinforced with aggregates with encapsulated phase change materials showed compressive strength of 17.7MPa to 10.1MPa, flexural strength of 3.2MPa to 2.1MPa, density of 1.5g/cm^3 to 1.3g/cm^3. The sample containing 1.5% w/w polystyrene, 2.0% v/v polyethylene and 6.0% w/w aggregates had the optimal combination of mechanical properties: 11.7MPa compressive strength, 3.0MPa flexural strength, 1.3g/cm^3, 3.8GPa elastic modulus and 0.18 Poisson ratio.	en
heal.advisorName	Κακάλη, Γλυκερία	el
heal.committeeMemberName	Κακάλη, Γλυκερία	el
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Ταραντίλη, Πετρούλα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Ανόργανης και Αναλυτικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	76 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false