A kémiai ellenállóképesség és a magas hőmérséklettel szembeni ellenállóképesség fokozása alkáli aktivált kötőanyagokkal (Enhanced chemical and fire resistance due to alkali-activated binders)

Nyilvántartási szám: 
18/53
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
kopecsko.katalin@epito.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 
Az alkáli aktivált (geopolimer jellegű) kötőanyagok szervetlen, polimer rendszerek, amelyek szobahőmérsékleten jóval gyorsabban szilárdulnak, mint a cementkötésű anyagok. Az alkáli-aktiválás eredményeképpen létrejövő alumino-szilikát anyag a hagyományos cementkötésű anyagokban megtalálható hidrátfázisoktól jelentősen eltér. Az alkáli-aktiválás alumínium-szilikátok és alkálifém-szilikát oldatok között megy végbe, lúgos körülmények között, amely során végbemegy a geopolimerizációként is ismert kémiai reakció. A kőszerű végeredmény egy háromdimenziós szervetlen polimer szerkezet, amelynek mind a szilárdulási üteme, mind az időállósága és transzport jelenségei eltérőek a cementkötésű anyagokétól. Előállításukhoz nagyrészt a földrajzilag előforduló, nagy mennyiségben felhalmozódó másodlagos ipari nyersanyagokat használják fel, mint pl. pernyét, kohósalakot, üveghulladékot, stb. Az alkáli-aktivált kötőanyagokkal a hagyományos cementek helyettesíthetők, az alkáli-aktivált kompozitok többek között az építőanyagok új családjának is tekinthetők. A geopolimer jellegű kötőanyagokkal létrehozott kompozit anyagok olyan területeken is alkalmazhatók, amelyre a cementkötésű anyagok gyenge ellenálló képességük folytán nem alkalmasak, pl. erősen agresszív kémiai környezetben vagy a tűzállóság fokozásában. A másodlagos ipari nyersanyagok felhasználásával a fenntartható fejlődés célkitűzései és a környezettudatosság elvei is érvényesíthetőek. 
A kutatás célja fokozott kémiai ellenállóképességű és fokozott tűzállóságú alkáli-aktivált kötőanyag kikísérletezése, tulajdonságainak optimalizálása a nyersanyagok fizikai és kémiai tulajdonságainak ismeretében. A kutatás első részében jelölt a kötőanyagokat kísérleti úton tanulmányozza a friss (meg nem szilárdult tulajdonságok, például viszkozitás), valamint a megszilárdult tulajdonságok alapján, majd a kompozit rendszerek (geopolimer habarcs vagy beton) széles körű tanulmányozására kerül sor. A friss tulajdonságok (pl. konzisztencia, bedolgozhatóság, eltarthatóság) a geopolimer kompozitok alkalmazhatóságának korlátjai, és az ipari léptékű alkalmazását általában megnehezíti. A kutatás során a mechanikai jellemzők mellett a mikroszerkezetet és a zsugorodást is tanulmányozni kell. Ezt követően a különböző agresszív kémiai körülmények között (szerves és szervetlen savak), illetve magas hőmérséklet hatására történő viselkedést, ellenálló képességet kell kísérleti úton meghatározni. Elvárás, hogy a kutatás eredményeként új tudományos eredmények szülessenek, valamint javaslatok a különböző alkáli aktivált kötőanyagok és kompozitok ipari alkalmazására. 
A doktori kutatási téma kapcsolódik az NVKP_10-0019 számú kutatási projekthez.
A téma meghatározó irodalma: 
1. Hervé K. Tchakouté, Claus H. Rüscher, Sakeo Kong, Elie Kamseu, Cristina Leonelli: Geopolymer binders from metakaolin using sodium waterglass from waste glass and rice husk ash as alternative activators: A comparative study, http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.03.184;
2. J. Davidovits: Geopolymer Chemistry and Applications, (third ed.) Institute Geopolymer, Saint-Quentin, France (2011) 612 p
3. J.L. Provis, J.S.J. van Deventer: Geopolymers: Structures, Processing, Properties and Industrial Applications, Woodhead Publishing Ltd, Cambridge, UK (2009);
4. S.D. Wang, K.L. Scrivener: Factors affecting the strength of alkali-activated slag, Cem. Concr. Res., 24 (1994), pp. 1033–1043;
5. R. Witherspoon, H. Wang, T. Aravinthan, T. Omar: Energy and emissions analysis of fly ash based geopolymers, SSEE International Conference-Solutions for a Sustainable Planet, Society for Sustainability and Environment Engineering, Melbourne, Victoria, Australia (2009) (Paper 29);
6. B. Tempest, O. Sanusi, J. Gergely, V. Ogunro, D. Weggel: Compressive strength and embodied energy optimization of fly ash based geopolymer concrete, Proceedings of the 2009 World of Coal Ash (WOCA) Conference. Lexington, KY, USA (2009);
7. C.H. Rüscher, E.M. Mielcarek, J. Wongpa, C. Jaturapitakkul, F. Jirasit, L. Lohaus: Silicate-, aluminosilicate and calcium silicate gels for building materials: chemical and mechanical properties during ageing, Eur. J. Mineral., 23 (2011), pp. 111–124,
8. L.M. Federico, S.E. Chidiac: Waste glass as a supplementary cementitious material in concrete – critical review of treatment methods, Cem. Concr. Compos., 31 (2009), pp. 606–610.
9. P.S. Ambily, K. Ravisankar, Ch. Umarani, J.K. Dattatreya, N.R. Iyer: Development of ultra-high-performance geopolymer concrete, Magazine of Concrete Research, Volume 66 Issue 2, January 2014, pp. 82-89.
10. S. Özen, B. Alam: Compressive Strength and Microstructural Characteristics of Natural Zeolite-based Geopolymer, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 62(1) (2018), 64-71. 
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);

A témavezető eddigi doktoranduszai

Mlinárik Lilla (2012/2015/)
Juhász Péter (2010/2013/2015)
Ali AL DABBAS (2017//)
Státusz: 
elfogadott