Ανάπτυξη μιγμάτων στερεών ενεργεοποιητών προς χρήση στον γεωπολυμερισμό βιομηχανικών αποβλήτων και παραπροϊόντων

Πανίτσα, Όλγα- Ανδριάνα; Panitsa, Olga- Andriana

dc.contributor.author	Πανίτσα, Όλγα- Ανδριάνα	el
dc.contributor.author	Panitsa, Olga- Andriana	en
dc.date.accessioned	2024-05-28T09:35:15Z
dc.date.available	2024-05-28T09:35:15Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59519
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27215
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Γεωπολυμερισμός	el
dc.subject	Στερεοί ενεργοποιητές	el
dc.subject	Geopolymerization	en
dc.subject	Solid activators	en
dc.subject	Alkali activation	en
dc.subject	Silicate byproducts	en
dc.subject	One part mixtures	en
dc.subject	Αλκαλική ενεργοποίηση	el
dc.subject	Πυριτικά παραπροϊόντα	el
dc.subject	Δομικά υλικά	el
dc.title	Ανάπτυξη μιγμάτων στερεών ενεργεοποιητών προς χρήση στον γεωπολυμερισμό βιομηχανικών αποβλήτων και παραπροϊόντων	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Δομικά Υλικά	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-12
heal.abstract	Ένα από τα κύρια μειονεκτήματα της τεχνολογίας των γεωπολυμερών, που περιορίζει την εφαρμογή της σε μεγάλη κλίμακα, είναι η χρήση έντονα αλκαλικών διαλυμάτων ενεργοποίησης, τα οποία δημιουργούν προβλήματα χειρισμού. Ο στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη μονομερών (one-part) γεωπολυμερικών μιγμάτων (αργιλοπυριτική πρώτη ύλη και ενεργοποιητής) των οποίων η εφαρμογή απαιτεί μόνο προσθήκη νερού. Αυτή η διαδικασία, η οποία είναι παρόμοια με την διαδικασία εφαρμογής του κοινού τσιμέντου, θα αποτελέσει ένα σημαντικό βήμα προς την ευρεία εφαρμογή των γεωπολυμερών στον κατασκευαστικό τομέα. Στο πρώτο στάδιο της διδακτορικής έρευνας, ελέγχθηκε η χρήση εμπορικών στερεών ενεργοποιητών για τον γεωπολυμερισμό ιπτάμενης τέφρας. Στην συνέχεια, για την μείωση του κόστους και των ενεργειακών απαιτήσεων των τελικών προϊόντων, αναπτύχθηκαν νέοι στερεοί ενεργοποιητές από απόβλητα και παραπροϊόντα, με υψηλή περιεκτικότητα σε οξείδιο του πυριτίου (πυριτική παιπάλη, απόβλητο γυαλιού, τέφρα φλοιού ρυζιού), ικανών να χρησιμοποιηθούν για τον γεωπολυμερισμό ιπτάμενης τέφρας και άλλων αργιλοπυριτικών πρώτων υλών (απόβλητο τούβλου και μετακαολίνη), και να αντικαταστήσουν επιτυχώς το διάλυμα ενεργοποίησης, στον γεωπολυμερισμό. Η διαδικασία σύνθεσής τους που επιλέχθηκε χαρακτηρίζεται ως απλή, σύντομη και χαμηλού ενεργειακού κόστους. Επίσης, πραγματοποιήθηκε αναλυτική διερεύνηση των παραμέτρων σύνθεσης των νέων στερεών ενεργοποιητών για την βελτιστοποίηση της θερμικής κατεργασίας τους και της εναλλακτικής μεθόδου κατεργασίας με μικροκύματα. Τέλος, έγινε πλήρης χαρακτηρισμός των νέων στερεών ενεργοποιητών, πριν την εφαρμογή τους για την παρασκευή γεωπολυμερικών παστών, καθώς και των τελικών γεωπολυμερικών δοκιμίων. Οι βασικές αναλυτικές μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο σύνολο της διδακτορικής διατριβής είναι: περιθλασιμετρία ακτίνων Χ (XRD), υπέρυθρη φασματοσκοπία μετασχηματισμού Fourier (FTIR), ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR). Τέλος, ελέγχθηκε η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη όλων των παρασκευασμένων γεωπολυμερικών παστών και έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων με αυτά των αντίστοιχων διμερών γεωπολυμερών και των μονομερών που προέκυψαν με χρήση εμπορικών στερεών ενεργοποιητών. Όπως προέκυψε, οι στερεοί ενεργοποιητές από τέφρα φλοιού ρυζιού και πυριτική παιπάλη, με λόγο SiO2/Na2O=1, μπορούν να αντικαταστήσουν πλήρως τόσο το συμβατικό διάλυμα ενεργοποίησης όσο και το εμπορικό προϊόν Na2SiO3. Ο αντίστοιχος στερεός ενεργοποιητής από απόβλητο γυαλιού οδηγεί σε περιορισμένη αξιοποίηση του γεωπολυμερικού δυναμικού της αργιλοπυριτικής πρώτης ύλης. Οι στερεοί ενεργοποιητές με λόγο SiO2/Na2O=2 δεν λειτουργούν ικανοποιητικά για καμία από τις πρώτες ύλες που χρησιμοποιήθηκαν. Οι νέοι στερεοί ενεργοποιητές από πυριτική παιπάλη και τέφρα φλοιού ρυζιού, με λόγο (SiO2/Na2O=1), που παρασκευάστηκαν, γεωπολυμερίζουν πλήρως διαφορετικές πρώτες ύλες (ιπτάμενη τέφρα, απόβλητο τούβλου, μετακαολίνη). Σε όλες τις περιπτώσεις οι θλιπτικές αντοχές που επιτυγχάνονται (50-64 MPa) είναι παρόμοιες με τις αντοχές που επιτυγχάνονται όταν η ενεργοποίηση γίνεται με το συμβατικό διάλυμα ή με εμπορικό Na2Si2O3 . Στην περίπτωση του αποβλήτου γυαλιού σημειώνεται σημαντική μείωση των αντοχών (25-32 MPa), όμως, ακόμα και σε αυτές τις περιπτώσεις, ικανοποιείται η απαίτηση αντοχών για ειδικές χρήσεις (π.χ. προκατασκευασμένα δομικά στοιχεία).	el
heal.abstract	One of the main disadvantages of geopolymer technology, which limits its large-scale application, is the use of strongly alkaline activation solutions, that create handling problems. The aim of this thesis is the development of one-part geopolymer mixtures (aluminosilicate raw material and activator), whose application only requires water addition. This process, which is similar to the application process of common cement, will be an important step towards a wider scope of geopolymerization technology in the construction sector. The first stage of the PhD research included the use of commercial solid activators for fly ash geopolymerization. Subsequently, in order to reduce the cost and energy requirements of the final products, new solid activators were developed from wastes and by-products, with a high silicon oxide content (silica fume, glass waste, rice husk ash), capable of being used for the geopolymerization of fly ash and other aluminosilicate raw materials (brick waste and metakaolin), and to, successfully, replace, either the activation solution, or the commercial solid activators in geopolymerization technology. Their synthesis process is characterized as simple, short and low carbon. An analytical investigation of the new solid activators synthesis parameters was carried out, to optimize their synthesis process, through thermal treatment and, an alternative, microwave treatment. Finally, the new solid activators were fully characterized, prior to the preparation of geopolymeric pastes, as well as the final geopolymeric samples. The main analytical measurements carried out throughout the PhD thesis are: X-ray diffractometry (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). Finally, the uniaxial compressive strength of all prepared geopolymer pastes was tested, and the results were compared to those of the corresponding one-part and two-part geopolymers, obtained by using commercial solid activators. Results showed that the rice husk ash and silica fume based solid activators, with molar ratio SiO2/Na2O=1, can completely replace both the conventional activation solution and the commercial product Na2SiO3. The corresponding waste glass based solid activator leads to a limited exploitation of the geopolymeric potential of the aluminosilicate raw material. Solid activators with a molar ratio SiO2/Na2O=2 do not work satisfactorily for any of the raw materials used. The new rice husk ash and silica fume based solid activators, with a molar ratio of SiO2/Na2O equal to 1, are able to geopolymerize completely different raw materials (fly ash, brick waste, metakaolin). In all cases the compressive strength achieved (50-64 MPa) is similar to the strength achieved when the activation is completed using the conventional solution or the commercial product Na2Si2O5. In case of waste glass, there is a significant reduction in strength (25-32 MPa), however, the strength requirement for special uses is met (e.g. prefabricated structural elements).	en
heal.advisorName	Κακάλη, Γλυκερία	el
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Μπαδογιάννης, Ευστράτιος	el
heal.committeeMemberName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Πάνιας, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κομνίτσας, Κ	el
heal.committeeMemberName	Σωτηριάδης, Κ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Ανόργανης και Αναλυτικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	121 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false