Mikro- és nanoméretű adalékanyagok hatása a cementkötésű anyagok tulajdonságaira (Influence of micro- or nanoadditives on the characteristics of cementitious materials)

Erre a témakiírásra nem lehet jelentkezni.

Nyilvántartási szám:

18/54

Témavezető neve:

Dr. Kopecskó Katalin

Témavezető e-mail címe:

kopecsko.katalin@emk.bme.hu

A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:

MTMT

A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése:

A víz után az emberiség a betont használja fel legnagyobb mennyiségben. Bár világszerte kutatások folynak az alkáli aktivált kötőanyagok (geopolimer jellegű kötőanyagok) terén, a tartóssági és alkalmazási nehézségek miatt a cementkötésű anyagok térhódítása változatlan. A tiszta Portland cement előállításának azonban túlságosan nagy az energia- és anyagigénye, fogyasztva az elsődleges természeti forrásokat és rombolva a természeti környezetet. Ezért a cementipar a tiszta Portland cement helyett a heterogén cementek gyártását támogatja, amely során a klinkerek mellett más iparágakban keletkező másodlagos nyersanyagokat használ fel. A szabványos cementtípusok (kohósalak cement, puccolán cement) gyártásán túlmenően további lehetséges anyagok bevonása is foglalkoztatja a szakembereket. Ilyenek a különböző micro- vagy nanoméretű anyagok, amelyek kis mennyiségű adagolása is nagymértékben megváltoztatja a cementkötésű anyagok tulajdonságait: mind a kötőanyag pépek viszkozitását, mind a kompozit rendszer konzisztenciáját, ezen túlmenően pedig a kémiai reakció hőfejlesztésének ütemét, a szilárdulási ütemet. A megszilárdult anyagban hatással vannak a mechanikai tulajdonságok alakulása mellett az időállósági és transzport folyamatokra is. A várhatóan nagyobb teljesítőképességű kötőanyag keverékekkel a klinker felhasználás, és ezáltal a cementgyártás környezetre gyakorolt káros hatása is csökkenthető, valamint a fenntartható fejlődés céljai és a környezettudatosság elvei is érvényesíthetők.

A kutatás célja mikro- és nanoméretű, kémiai kötésre képes (puccolános) vagy inert (csak töltőanyagként működő) anyagok hatásának tanulmányozása cementkötésű anyagokon. Ilyen mikro- vagy nanoméretű anyagok pl. a mikro- vagy nanoszilika, a szűrt kőszénpernyék, a különböző aktivitású metakaolin termékek. A jelölt a kutatás első részében a kötőanyagok tulajdonságainak változását követi a kiegészítőanyag tulajdonságainak és adagolásának függvényében. A friss állapot tulajdonságai (például viszkozitás, zeta potenciál) alapján jellemzi a kötőanyag keverékeket, majd a hőfejlesztés alapján a reakciókinetikát tanulmányozza. Ezt követően a kompozit rendszerek (habarcs vagy beton) széles körű tanulmányozására kerül sor. A kompozitok friss tulajdonságai (pl. konzisztencia, bedolgozhatóság, eltarthatóság) az alkalmazhatóság fontos jellemzői. A kutatás során a megszilárdult tulajdonságok alakulását a mikroszerkezet vizsgálatával (pásztázó elektron mikroszkóppal és porozimetriás vizsgálatokkal) támasztja alá. Elvárás, hogy a kutatás eredményeként új tudományos eredmények szülessenek, valamint javaslatok a különböző kiegészítő anyagok ipari alkalmazására.

A doktori kutatási téma kapcsolódik az NVKP_10-0019 számú kutatási projekthez.

A téma meghatározó irodalma:

1. Saad Issa Sarsam: Influence of Nano Materials Addition as Partial Replacement of Cement in the Properties of Concrete Pavement, Journal of Nanoscience and Nanoengineering Vol. 2, No. 1, 2016, pp. 1-5, http://www.aiscience.org/journal/jnn;

2. Rıza Polat, Ramazan Demirbog, Fatma Karagöl: The effect of nano-MgO on the setting time, autogenous shrinkage,microstructure and mechanical properties of high performance cementpaste and mortar, Construction and Building Materials 156 (2017) 208–218, http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.08.168;

3. Hasan Şahan Arel, Blessen Skariah Thomas: The effects of nano- and micro-particle additives on the durability and mechanical properties of mortars exposed to internal and external sulfate attacks, Results in Physics, Volume 7, 2017, Pages 843-851, https://doi.org/10.1016/j.rinp.2017.02.009;

4. S.A.Abo-El-Enein, M.S.Amin F.I.El-Hosiny, S.Hanafi, T.M.ElSokkary, M.M.Hazem: Pozzolanic and hydraulic activity of nano-metakaolin, HBRC Journal, Volume 10, Issue 1, April 2014, Pages 64-72https://doi.org/10.1016/j.hbrcj.2013.09.006;

5. Hakan Nuri Atahan, Koray Mehmet Arslan: Improved durability of cement mortars exposed to external sulfate attack: The role of nano & micro additives, Sustainable Cities and Society, Volume 22, April 2016, Pages 40-48, https://doi.org/10.1016/j.scs.2016.01.008;

6. Natalya Sazonova, Artem Badenikov, Nelli Skripnikova, Elizaveta Ivanova: Influence of nano-dispersive modified additive on cement activity, AIP Conference Proceedings 1698, 070012 (2016); doi: 10.1063/1.4937882, https://doi.org/10.1063/1.4937882;

7. Atta-ur-Rehman, Abdul Qudoos, Hong Gi Kim, Jae-Suk Ryou: Influence of Titanium Dioxide Nanoparticles on the Sulfate Attack upon Ordinary Portland Cement and Slag-Blended Mortars, Materials (Basel). 2018 Mar; 11(3): 356. Published online 2018 Feb 28. doi: [10.3390/ma11030356];

8. P. Aggarwal, R.P. Singh, Y. Aggarwal: Use of nano-silica in cement based materials—A review, Journal Cogent Engineering, Volume 2, 2015 - Issue 1, https://doi.org/10.1080/23311916.2015.1078018

A téma hazai és nemzetközi folyóiratai:

1. PERIODICA POLYTECHNICA-CIVIL ENGINEERING;

2. POLLACK PERIODICA: AN INTERNATIONAL JOURNAL FOR ENGINEERING AND INFORMATION SCIENCES;

3. ACTA TECHNICA NAPOCENSIS - CIVIL ENGINEERING & ARCHITECTURE;

4. CEMENT AND CONCRETE RESEARCH;

5. CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS;

6. JOURNAL OF THERMAL ANALYSIS & CALORIMETRY;

7. Advances in Materials Science and Engineering

A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja:

1. Zs. Kerekes; É. Lublóy; K. Kopecskó: Behaviour of tyres in fire: Determination of burning characteristics of tyres, JOURNAL OF THERMAL ANALYSIS AND CALORIMETRY: pp. 1-9. (2018)

2. K. Kopecskó; G.L. Balázs: Concrete with Improved Chloride Binding and Chloride Resistivity by Blended Cements, ADVANCES IN MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING 2017: Paper 7940247. 13 p. (2017);

3. É. Lublóy; K. Kopecskó; G.L. Balázs; Á. Restás and I.M. Szilágyi: Improved fire resistance by using Portland-pozzolana or Portland-fly ash cements, JOURNAL OF THERMAL ANALYSIS & CALORIMETRY (2017);

4. Juhász, P.; Kopecskó, K. and Suhajda, Á.: Analysis of capillary absorption properties of porous limestone material and its relation to the migration depth of bacteria in the absorbed biomineralizing compound, PERIODICA POLYTECHNICA-CIVIL ENGINEERING 58:(2) pp. 113-120. (2014);

5. Mlinárik, L. and Kopecskó, K.: Influence of metakaolin on chemical resistance of concrete, IOP CONFERENCE SERIES: MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING 47: Paper 012014. 6 p. (2013);

A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye:

1. Lublóy, É.; Kopecskó, K.; Balázs, G.L.; Szilágyi, M.I. and Madarász, J.: Improved fire resistance by using slag cements, JOURNAL OF THERMAL ANALYSIS & CALORIMETRY (2016);

2. K. Kopecskó; G.L. Balázs: Concrete with Improved Chloride Binding and Chloride Resistivity by Blended Cements, ADVANCES IN MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING 2017: Paper 7940247. 13 p. (2017);

3. Nagy G., Nagy L. and Kopecskó K.: Examination of the physico-chemcial composition of dispersive soils, PERIODICA POLYTECHNICA-CIVIL ENGINEERING, 60: (2016);

4. Juhász, P. and Kopecskó. K.: Evaluating effect of biomineralization compounds on the surface hardness and material loss of porous limestone, POLLACK PERIODICA: AN INTERNATIONAL JOURNAL FOR ENGINEERING AND INFORMATION SCIENCES 8:(3) pp. 175-186. (2013);

5. Mlinárik, L. and Kopecskó, K.: Impact of metakaolin - a new supplementary material - on the hydration mechanism of cements, ACTA TECHNICA NAPOCENSIS - CIVIL ENGINEERING & ARCHITECTURE 56:(2) pp. 100-110. (2013);

Hallgató:

Al-askary Ali Satar Jaber