Schválené projekty 2015

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2015

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 52 908 039 Kč

Z toho 2.5% - 1 320 739 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakultapřidělená částka v Kč
FBI  1 172 500
EKF  4 962 700
FAST  3 070 000
FS  8 256 000
FEI 12 282 100
HGF  5 433 000
FMMI  6 188 000
VC 10 223 000
CELKEM 51 587 300
KódSP2015/163
Název projektuPrůběh hydratace alkalicky aktivovaných pojiv
ŘešitelMec Pavel Ing.
Školitel projektudoc. Ing. Jiří Ščučka, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2015 - 31.12.2015
Předmět výzkumuAlkalicky aktivovaná (AA) hmota je připravena pomocí vstupní suroviny obsahující převážně SiO2, Al2O3 a CaO a alkalického aktivátoru. Aktivátor je látka, která nastartuje pojivovou reakci. Tyto aktivátory jsou obvykle na bázi alkalických kovů (Na, K, Li). Nejčastěji se jedná o hydroxidy, vodní skla a uhličitany [1, 4, 7]. Na rozdíl od hydraulických pojiv vyžadují AA hmoty vodu plnící pouze reologickou funkci. Teoreticky lze odlišit AA hmoty vytvořené pomocí materiálů obsahujících oxid vápenatý a tzv. geopolymery , které obsahují především oxid křemičitý a oxid hlinitý [2, 4, 6, 7, 9]. Tyto dvě skupiny látek také vytváří rozdílný pohled na AA hmoty.
Projekt se zaměřuje především na pojiva obsahující CaO. Proces hydratace připisovaný těmto pojivům je ve výsledných produktech velmi podobný portlandskému cementu (PC), avšak principem se liší. U klasického PC dochází k reakci vody a slínkových minerálů a různých meziproduktů v podobě hydratovaných minerálních fází. U AA hmot, jejichž příprava probíhá s použitím vstupního materiálu (např. vysokopecní strusky), dochází ke štěpení jednotlivých oxidů aktivátorem s vysokým pH (tedy pomocí OH- iontů) a postupným spojováním a řetězením dochází ke vzniku C-S-H gelu tzv. tobermoritového typu [1, 8, 10]. V současné době jsou intenzivně studovány zejména fázové systémy různě kombinovaných vstupních materiálů. Výzkum je zaměřen také na mechanické a fyzikální vlastnosti AA hmot [1, 3, 4, 5, 7]. Mnohé projekty se snaží začlenit AA hmoty do stavebního průmyslu, pro méně významné stavební prvky jako jsou dlažby či dekorativní prvky. Pro tuto oblast však nejsou dosud vypracovány metodické postupy, které by umožnily konkrétní aplikace. Základní laboratorní výzkum AA hmot je poměrně rozsáhlý, problém však představuje transfer získaných poznatků do praxe.

[1] SHI C., KRIVENKO, P.V., ROY, D., Alkali-activated cements and concretes, Taylor&Francis, Oxford, 2006
[2] ŠKVÁRA, F. Alkalicky aktivované materiály - geopolymery. Praha, 2007. ISBN 978-80-7080-004-1
[3] TOMKOVÁ F. Alkali-activated composites based on slags from iron and steel metallurgy, Metallurgy, 48 (2009), 223-227
[4] PACHECO-TORGAL, F., CASTRO-GOMES, J., JALALI, S.: Alkali-activated binders: A review Part 1. Historical background, terminology, reaction mechanisms and hydratation products, Construction and Building Materials, 22 (2008),str. 1305-1314
[5] VAVRO, M., BOHÁČOVÁ, J., MEC, P., TOMKOVÁ, V., VLČEK, J., STANĚK, S. Alkali-Activated Building Materials Based on Blast Furnace Slag and Non-Standard Aggregates. Transactions of the VŠB - Technical University of Ostrava, 2011, roč. 11, č. 2, s. 1-8.
[6] DAVIDOVITS, J.: Geopolymers, Inorganic polymeric new materials, Journal of Thermal Analysis. 37 (1991), 1633 - 1656.
[7] DAVIDOVITS, J.: Geopolymer, chemistry and application, Institut Géopolymere, 2008, ISBN: 978-2-9514820-1-2
[8] MITSUDA, T., TAYLOR H.F.W.: Normal and anomalous tobermorites, Mineralogical magazine, 42 (1978), str. 229-235
[9] LI, C., SUN, H., LI, L.: A review: The comparison between alkali-activated slag (Ca+Si) and metakaolin (Si+Al) cements, Cement and Concrete Research, 40(2010), str. 1341-1349
[10] MERLINE S., BONACCORSI, E., ARMBRUSTER, T.: Tobermorites: Their real structure and order-disorder (OD) charakter, American mineralogist, 84 (1999), str. 1613 – 1621

Pro studium hydratace připravených AA past a malt budou využity následující analytické metody:
TERMICKÉ METODY pro sledování průběhu hydtatace a fázových změn
Isotermální kalorimetrie bude použita pro všechny typy směsí. Tato metoda slouží pro sledování vývinu tepla v průběhu hydratace.
Sdružená DCS/TG analýza bude prováděna na vzorcích rozemletých na analytickou zrnitost
Zmíněné metody jsou na pracovišti ICT umístěném na FAST VŠB-TUO a jejich použití není omezeno. Finančně je nutno zajistit pouze spotřební materiál.
SPEKTROSKOPICKÉ METODY pro studium fázových struktur
Infračervená spektroskopie bude prováděna na vzorcích rozemletých na analytickou zrnitost. Analýza bude provedena na Ústavu geoniky Akademie věd. Předpokládá se analýza přibližně 30 vzorků v ceně 600kč/vzorek.
Spektroskopie NMR dokáže poskytnout informaci o struktuře materiálu. Využití této metody je velmi drahé a předpokládá se analýza pouze několika vybraných vzorků do celkové ceny 20000kč.
Rentgenová prášková difrakce pro stanovení fázových struktur. Analýzy budou prováděny na VŠB a jsou podmíněny nákupem spotřebního materiálu a případnou účastí na publikačních výstupech.
MKROSKOPICKÉ METODY
Skenovací elektronová mikroskpie a transmisní elektronová mikroskopie pro studium struktur v materiálu. Analýzy prováděny na VŠB podmíněné nákupem spotřebního materiálu a případnou účastí na publikačních výstupech.
FYZIKÁLNÍ A MECHANICKÉ ZKOUŠKY
Zkoušení pevností a základních parametrů bude prováděno v laboratoři stavebních hmot na FAST.

ČLENOVÉ TÝMU:
Ing. Pavel Mec - hlavní řešitel, disertační práce shodná s problematikou projektu
Ing. Jana Boháčová - spoluřešitel, disertační práce zaměřená na fyzikálně mechanické vlastnosti AA hmot
bc. Josef Koňařík - obhájená bakalářská práce v oblasti AA hmot, diplomová práce zaměřená na AA hmoty
bc. Petr Závrský - obhájená bakalářská práce v oblasti AA hmot, diplomová práce zaměřená na AA hmoty
Ing. Martina Turicová - zaměstnanec laboratoře stavebních hmot, provádění základních chemických analýz a parametrů zkoušených vzorků

PUBLIKAČNÍ VÝSTUPY V DANÉ OBLASTI:
MEC, P., VAVRO, M., PTICEN, F. Vývoj a výzkum vlastností lehčených vápenných malt s přídavkem metakaolínů. Sborník vědeckých prací VŠB-TUO, řada stavební, 2011, roč. XI., č. 1, s. 65-74. (Jrec)
MEC, P. Malty s vysokými užitnými vlastnostmi a možnosti jejich využití. In Moderní stavební materiály a jejich využití. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 2011, s. 32-38. (článek domácí)
VAVRO, M., BOHÁČOVÁ, J., MEC, P., TOMKOVÁ, V., VLČEK, J., STANĚK, S. Alkali-Activated Building Materials Based on Blast Furnace Slag and Non-Standard Aggregates. Transactions of the VŠB - Technical University of Ostrava, 2011, roč. 11, č. 2, s. 1-8. (Jrec)
MEC, P., MURÍNOVÁ, T., BOHÁČOVÁ, J. Pojivové systémy s experlitovým plnivem. In Maltoviny 2012. Brno : Vysoké učení technické v Brně, 2012, s. 64-69. (článek konference)
MEC P., MURÍNOVÁ T., KUBEČKA, K.: Possibilities of thermal analysis for the evaluation of construction materials, Advanced Materials Research, vol. 899(2014) str. 69-72 (D)
BOHÁČOVÁ J., STANĚK S., MEC P.: Thermal insulation Alkali-Activated materials with lightweight aggregate, Advanced Materials Research 897(2014) str. 65-68 (D)
BOHÁČOVÁ J., STANĚK S., MEC P.: Preparation and properties of pressed metakaolin and fly ash based alkali-activated binders, Advanced Materials Research vol. 897(2014) str. 65-68 (D)
MEC P., KHESTL F., MURÍNOVÁ T., BOHÁČOVÁ J.: Thermoanalytical study of binders containing pozzolanic and latent hydraulic materials, Advanced Materials Research 897(2014) str. 21-24 (D)

Koňařík, J.:Vliv aktivátoru na základní vlastnosti alkalicky aktivovaných systémů, bakalářská práce, VŠB - TU Ostrava, 2014
Závrský, P.:Ověření vlastností alkalicky aktivovaných systémů v závislosti na zvoleném typu plniva, bakalářská práce, VŠB - TU Ostrava, 2014

Členové řešitelského týmuIng. Jana Boháčová, Ph.D.
Ing. Josef Koňařík
Ing. Pavel Mec
doc. Ing. Jiří Ščučka, Ph.D.
Bc. Petr Závrský
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Na základě publikovaných poznatků a zkušeností autora a předchozích výzkumů navrhnout metodický postup pro testování vlastností AA hmot;
Experimentálně stanovit základní fyzikální a mechanické parametry AA hmot
S využitím komplexu laboratorních analytických metod popsat průběh hydratace studovaných AA hmot, včetně termických a fázových změn a vzniklé struktury;
Posoudit vztah mezi průběhem termických změn a dobou zrání AA hmot a stanovit potřebnou dobu zrání s ohledem na dosažení optimálních vlastností.

NÁVAZNOST NA PŘEDCHOZÍ ŘEŠENÉ VÝZKUMY V DANÉ OBLASTI:
Předchozí projekty se zabývaly především přípravou materiálů ze specifických surovin (odpadní stavební materiál, druhotné suroviny z elektrárenského průmyslu, lehké stavební materiály) a sledováním jejich vlivu na základní vlastnosti jako pevnost a odolnost, s využitím stále stejného složení pojivové fáze. Problematika problematika pojivové fáze však studována. Příprava a složení pojiva má významný vliv na veškeré vlastnosti.

HARMONOGRAM ŘEŠENÍ:
Leden - Duben: Příprava vzorků a analýzy sledující průběh hydratace jako je Kalorimetrické měření, měření fyzikálních vlastností po 28 dnech a 90 dnech, termální analýzy v průběhu hydratace
Duben - červen: Analýzy vzorků pomocí spektrálních a mikroskopických metod (infračervená spektrometrie, difrakční analýza, skenovací elektronový mikroskop, NMR spektroskopie)
Červen - říjen: Vyhodnocování analýz a dat, publikační činnost
Listopad: Závěrečná zpráva

VÝSTUPY PROJEKTU:
4X konferenční článek typu D - například ve sbornících Advanced Material Research
4x článek typu Jimp nebo Jsc časopisy řešící problematiku pojiv (Construction and Building Materials, Cement and Concrete Research, Cement and Concrete Composites, Material Science and Engineering)
obhájení disertační práce hlavního řešitele
Předchozí účasti na projektech nejsou relevantní, jelikož se netýkaly zmíněné problematiky.

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
0,-0,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)0,-0,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti0,-0,-
2. Stipendia20000,-20000,-
3. Materiálové náklady54300,-70214,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-10564,-
5. Služby86700,-39298,-
6. Cestovní náhrady10000,-30924,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory19000,-19000,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady190000,-
Uznané náklady190000,-
Celkem běžné finanční prostředky190000,-190000,-