CZ36090U1

CZ36090U1 - Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace vytvořený na bázi geopolymerního cementu

Info

Publication number: CZ36090U1
Application number: CZ2022-39818U
Authority: CZ
Inventors: Vojtěch Růžek; Vojtěch Ing Růžek; Katarzyna Ewa Buczkowska; Katarzyna Ewa Ing Buczkowska; Petr Louda; Petr prof. Ing Louda
Original assignee: Technická univerzita v Liberci, Liberec
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2022-04-20
Publication date: 2022-05-31

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká geopolymerního kompozitu pro speciální aplikace vytvořeného na bázi geopolymerního cementu, který obsahuje hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní strusky a/nebo odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství a alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

Dosavadní stav techniky

Geopolymery jsou anorganické polymery vznikající polykondenzací hlinitokřemičitých materiálů v zásaditém prostředí, kterého se obvykle dosahuje pomocí speciálních aktivačních roztoků tvořených hydroxidy a oxidy alkalických kovů. Tyto materiály mohou být přírodního původu (metakaoliny) či umělého původu (odletový popílek, nebo mletá vysokopecní struska). Při reakci vznikají tzv. polysialáty se zeolitickou strukturou. Tento proces imituje přírodní procesy vytvrzování hornin, byť je mnohem rychlejší. Geopolymery mají oproti portlandskému cementu, který je nejčastěji využívaným stavebním materiálem, nižší spotřebu energie a nižší emise CO2 při výrobě, nižší tepelnou vodivost, a naopak vyšší pevnost v tlaku, odolnost proti vysokým teplotám, chemickým vlivům. Nižší je pevnost v tahu za ohybu, proto je vhodné geopolymery vyztužit, podobně jako beton, jehož pevnost v tahu též není příliš vysoká.

Geopolymerní kompozity je možné využít jako alternativu betonu, především do prostředí, kde jsou lépe zužitkovány jejich vlastnosti. Například jejich odolnost vůči vysokým teplotám je umožňuje využít jako formy pro odlévání skla či kovů, zatímco jejich nízká tepelná vodivost a možnost jejich jednoduchého vypěnění umožňuje jejich využití v pasivní protipožární ochraně.

K výztuži betonu se nejčastěji používají kovové tyče, obvykle vyrobené ze železa nebo oceli, které zlepšují pevnost v tahu a za ohybu výsledného materiálu (železobetonu). Alternativou ke kovovým tyčím jsou pak různé druhy vláken, například skleněná, textilní, uhlíková, čedičová apod.

Velkou nevýhodou geopolymerů je nemožnost využívat k jejich výztuži materiály, které neodolají jejich silné zásaditosti, například lehké kovy, jejich slitiny, nebo sklo. Skelná vlákna je možné využívat, pouze pokud jsou alkalivzdomá. Pro výztuhu geopolymerů jsou vhodná například uhlíková vlákna, neboť jsou schopna odolat alkalickému prostředí a mají vyšší pevnost v tahu než například skelná vlákna. Krom toho jsou nehořlavá, tepelně stabilní, netoxická a lze je recyklovat.

Z CZ 305741 B6 je znám žáruvzdorný geopolymerní kompozit s nízkou měrnou hmotností pro konstrukční prvky protipožárních zábran, obsahující dvousložkové geopolymerní pojivo sestávající jednak z pevné složky a jednak z kapalné složky a dále obsahující vyztužující struktury mající funkci plniva. Pevnou složku geopolymerního pojivá tvoří suroviny obsahující metakaolin a/nebo mletá vysokopecní granulovaná struska v množství 35 až 60 % hmotnostních, kapalnou složku geopolymerního pojivá tvoří roztok křemičitanu sodného v množství 35 až 45 % hmotnostních a pevnou složku ve funkci plniva tvoří čedičový vlákenný materiál a/nebo recyklovaný uhlíkový vlákenný materiál a/nebo sekaná skleněná vlákna v množství 1 až 20 % hmotnostních, přičemž poslední složku žáruvzdorného geopolymerního kompozitu tvoří čistý hliníkový prášek nebo hliníková pasta v množství 1 až 2 % hmotnostní.

CZ 34613 U1 popisuje anorganické dvousložkové geopolymerní pojivo pro doplňování betonového podkladu pro interiérové použití, které obsahuje 88 až 94 % hmotnostní geopolymerní složky na bázi metakolinu a strusky, 1 až 2 % hmotnostní vápenného hydrátu a 4 až 11 % hmotnostních odpadu na bázi metakaolinu. Vzhledem ke složení a nutnosti

-1 CZ 36090 UI přídavku alkalického aktivátoru v mírném přebytku lze pojivo použít pouze v interiérových podmínkách se stabilními teplotními a vlhkostními podmínkami.

CZ 33566 Ul popisuje geopolymemí kompozit jako nátěr či nástřik povrchu stavebních konstrukcí, zejména z betonových a kovových hmot, obsahující dvousložkové pojivo sestávající jednak z pevné složky a jednak z kapalné složky včetně pevné výztuže s funkcí plniva. Kompozit obsahuje 15 až 25 % hmotnostních metakaolinitu, 10 až 20 % hmotnostních úletového popílku nebo mleté vysokopecní strusky, 20 až 40 % hmotnostních sodného nebo draselného alkalického aktivátoru a plnivo tvoří 16 až 30 % křemičitého písku, 0,7 až 4 % hmotnostní úletového křemíku, 3,5 až 10 % hmotnostních odpadového čedičového a/nebo recyklovaného uhlíkového vlákenného materiálu a 3,5 až 34 % hmotnostních dutých korundových a/nebo skleněných mikrokuliček. Tato směs může obsahovat 0,5 až 2 % hmotnostní hliníku v čisté formě nebo ve formě hliníkové pasty.

Jednou z velkých hrozeb pro geopolymery i beton je mikrobiální degradace, kdy dochází ke kolonizaci jejich povrchu mikroorganismy, především síru oxidujícími bakteriemi, které produkují kyselé sloučeniny a snižují tak pH povrchu geopolymeru, což umožňuje jeho kolonizaci dalšími mikroorganismy, které mohou jeho povrch i vnitřní strukturu chemicky či mechanicky narušovat, což může vést k praskání či drolení geopolymeru, což platí i pro CZ 305741 B6, CZ 34613 Ul, CZ 33566 Ul a další známé geopolymemí kompozity.

Cílem předkládaného technického řešení je tuto nevýhodu odstranit a vytvořit geopolymer odolný proti mikroorganizmům.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo geopolymemím kompozitem pro speciální aplikace vytvořeným na bázi geopolymemího cementu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje mikročástice antimikrobiálně působících kovů nebo jejich oxidů o velikosti v rozsahu od 1 do 150 pm a v množství 0,01 až 10 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá. Tím se dosáhne zlepšení antimikrobiálních vlastností kompozitu, což umožňuje jeho využití jako stavebního materiálu, omítek nebo malt do vlhkého prostředí, kde brání mikrobiální degradaci.

Antimikrobiálně působící kovy a/nebo jejich oxidy jsou zvoleny ze skupiny stříbro, měď, nikl, zinek, titan, železo či oxidy těchto kovů, buď samostatně, nebo v kombinaci. Mikročástice antimikrobiálně působících kovů jsou obvykle přidávány v práškové formě. Nej častěji se přidávaní mikročástice mědi nebo stříbra, přičemž stříbra se přidává menší množství vzhledem kjeho vysokým antimikrobiálním vlastnostem.

Pro zlepšení mechanických vlastností, zejména pevnosti v tahu za ohybu, se přidávají uhlíková mikrovlákna v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

Pro zlepšení chemické odolnosti a trvanlivosti se přidává mikrosilika o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 0,1 až 15 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá, která zároveň zlepšuje i mechanické vlastnosti výsledného geopolymemího kompozitu.

Dále lze do tekutých směsí přidávat disiřičitan sodný v práškové formě v množství 0,1 až 10% hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá, který fúnguje jako emulgátor a jeho použití je vhodné zejména, pokud geopolymemí kompozit obsahuje větší počet příměsí.

Pro zabránění praskání geopolymemího kompozitu se přidává vysokoviskózní hydroxyethyl celulóza v práškové formě v množství 0,1 až 3 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

Za účelem urychlení schnutí a lepší adheze k povrchu při nanášení se přidává sádra v práškové formě v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

-2 CZ 36090 UI

Dále lze do směsi přidat písek a/nebo šamot v množství 0,1 až 150 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá pro zlepšení mechanických a termoizolačních vlastností výsledného kompozitu. Přitom je vzhledem ke zvýšenému objemu výsledného kompozitu vhodné zvýšit podíl mikročástic antimikrobiálně působících kovů a/nebo jejich oxidů.

Pro další zvýšení pevnosti v tahu se do tloušťky vrstvy geopolymeru vkládá alespoň jedna síť z uhlíkových vláken s velikostí ok od 10 x 10 mm až do 50 x 50 mm o měrné hmotnosti 130 g/m²až 500 g/m².

Pro vypěnění se do směsi přidává příměs práškového hliníku v množství 0,1 až 15 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá a kompozit se pro ztuhnutí odlévá do forem nebo vyplňuje duté prostory. Kompozit má zlepšené termoizolační vlastnosti, neboť velká část objemu je nahrazena vzduchem, jehož tepelná vodivost je velmi nízká. K vypěňování dochází díky reakci práškového hliníku s alkalickými látkami ve směsi, například s hydroxidy, při které vzniká vodík, který vytváří v geopolymemí směsi bubliny, díky kterým geopolymemí směs výrazně zvyšuje svůj objem a vypěněná i ztuhne. Přidávání hliníku je doporučeno provádět v dobře větraném prostředí, aby se zamezilo požáru či explozi.

Příklady uskutečnění technického řešení

Geopolymemí kompozit podle předkládaného technického řešení je vytvořen na bázi geopolymemího cementu, který obsahuje hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní granulované strusky a/nebo odletového popílku a dále obsahuje alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo křemičitanu draselného v množství tvořícím 65 až 112% hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá, přičemž toto základní složení je doplněno příměsí mikročástic kovů a/nebo jejich oxidů s antimikrobiálními vlastnostmi, které jsou zvoleny ze skupiny stříbro, měď, nikl, zinek, titan, železo a/nebo oxidy těchto kovů, buď samostatně, nebo v libovolné kombinaci. Velikost mikročástic se přitom pohybuje v intervalu 1 až 150 pm a přidané množství leží v intervalu 0,01 až 10 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá. Obvyklé množství alkalického aktivátoru je 90 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

Dodatečně je možné do směsi přidat siliku (nanočástice oxidu křemičitého) o hmotnosti v rozsahu 0,1 až 15 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého poj iva, uhlíková vlákna s rozsahem hmotnosti 0,1 až 5 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá, vysokoviskózní hydroxyethylcelulózou v práškové formě s hmotnostním rozsahem 0,1 až 3 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá, sádru v práškové formě o hmotnosti 0,1 až 5 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá, disiřičitan sodný o hmotnosti 0,1 až 10 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá, křemičitý písek o zrnitosti 0,1 až 0,63 a o hmotnosti v rozsahu 0,1 až 150 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá a/nebo šamot o hmotnosti v rozsahu 0,1 až 150 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá a vytvořit geopolymemí kompozit požadovaných vlastností.

Geopolymemí kompozit je též možné vypěnit pomocí přidání práškového hliníku, a to o hmotnosti v rozsahu 0,1 až 15 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

CZ 36090 Ul

Jednotlivé příměsi geopolymemího kompozitu a jejich hmotnostní rozmezí oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá jsou vypsány v následující tabulce.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	65 až 112 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice	0,01 až 10 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
silika	0,1 až 15 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
uhlíková vlákna	0,1 až 5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
disiřičitan sodný	0,1 až 10 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
celulóza	0,1 až 3 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
sádra	0,1 až 5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
písek	0,1 až 150 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
šamot	0,1 až 150 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
práškový hliník	0,1 až 5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Tyto směsi geopolymemího kompozitu lze, v závislosti na využití, vyztužit jednou nebo více zpevňovacími sítěmi z vhodného materiálu, například uhlíku, který v zásaditém prostředí geopolymemí směsi nedegraduje.

Mikročástice antimikrobiálně působících kovů či jejich oxidů zajišťují geopolymemímu kompozitu ochranu před kolonizací mikroorganismy a zvyšují jeho odolnost proti mikrobiálně vyvolávané degradaci. Silika a uhlíková vlákna zlepšují mechanické vlastnosti výsledného geopolymemího kompozitu, disiřičitan sodný slouží jako emulgátor tekuté směsi, sádra zajišťuje rychlejší schnutí a lepší adhezi k povrchům, především těm vertikálním, nicméně příliš vysoký obsah (přes 5 %) by vedl k popraskání geopolymemího kompozitu při schnutí. Celulóza brání praskání a zvyšuje elasticitu směsi, což zlepšuje možnost nanášení na různé povrchy, písek a šamot fungují jako výplň a zlepšují mechanické vlastnosti geopolymemího kompozitu. Uhlíková síť zlepšuje mechanické vlastnosti geopolymemího kompozitu a brání rozpadu struktury v případě prasknutí. Vypěnění zlepšuje tepelně izolační vlastnosti materiálu.

Pro tento druh geopolymemího kompozitu je doporučeno do směsi hlinitokřemičitého pojivá a aktivátoru nejprve přidat mikrovlákna a před přidáním dalších příměsí je důkladně promíchat ještě před přidáním ostatních přísad. Sádru je vhodné přidat až nakonec.

Pro ověření uskutečnitelnosti složení a vlastností antimikrobiálního geopolymemího kompozitu podle předkládaného technického řešení byly realizovány níže uvedené konkrétní příklady směsí, které slouží k objasnění technického řešení, nikoliv k jeho omezení.

Pro přípravu vzorků byla též využita síť typu HTC 10/15 výrobce Alligard s.r.o s velikostmi ok 10 x 15 mm.

Většina ukázkových směsí obsahuje mikročástice mědi, konkrétně s průměrnou velikostí 35 pm, které představují příklad komerčně dostupných mikročástic, též označovaných jako práškové kovy.

Příklad 1

První ukázková směs obsahuje kromě základních přísad pouze mikročástice mědi s průměrnou velikostí 35 pm.

-4 CZ 36090 UI

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice mědi	2 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Geopolymemí kompozit vytvořený bez dodatečných příměsí lze využít například jako omítku, nicméně jeho vlastnosti lze dále zlepšit dodatečnými příměsemi.

Příklad 2

Další ukázková směs obsahuje mikročástice stříbra s průměrnou velikostí 10 pm.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice stříbra	0,5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Stříbro má jedny z největších antimikrobiálních vlastnosti z kovů. Z toho důvodu jej pro zajištění antimikrobiálních vlastností geopolymemího kompozitu postačuje i nižší koncentrace. Menší mikročástice navíc mají výraznější antimikrobiální vlastnosti, díky vyššímu specifickému povrchu.

Příklad 3

Další ukázková směs obsahuje krom měděných mikročástic ještě uhlíková vlákna.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice mědi	2 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
uhlíková vlákna	2 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Uhlíková vlákna výrazně zlepšují mechanické vlastnosti geopolymemího kompozitu, především pevnost v tahu za ohybu. Jsou tedy vhodná, pokud má být geopolymemí kompozit využíván pod jakoukoliv zátěží. Mechanické vlastnosti lze dále zlepšit dalšími přísadami.

Příklad 4

Další ukázková směs obsahuje mikročástice mědi a siliku

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice mědi	2 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
silika	10 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Silika je běžně používanou příměsí pro zlepšení mechanických vlastností, chemické odolnosti a trvanlivosti geopolymemího kompozitu.

-5 CZ 36090 UI

Příklad 5

Další ukázková směs obsahuje mikročástice mědi a disiřičitan sodný.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice mědi	2 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
disiřičitan sodný	5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Disiřičitan sodný funguje v tekuté směsi jako emulgátor a jeho použití je tedy vhodné především v případě, že je v geopolymemím kompozitu větší počet příměsí.

Příklad 6

Další ukázková směs obsahuje mikročástice mědi a celulózu.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo cement
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice mědi	2 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza	5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Vysokoviskózní hydroxyethylcelulóza brání praskání geopolymemího kompozitu a takto připravená směs je tedy vhodná pro přípravu bezvadných vrstev geopolymemího kompozitu nebo v kombinaci s přísadami, které mohou vyvolat praskání (sádra). Též zvyšuje elasticitu směsi a umožňuje její lepší nanášení na vertikální povrchy. Vysokoviskózní hydroxyethylcelulózu je tedy vhodné použít například, pokud má být geopolymemí kompozit použit jako omítka.

Příklad 7

Další ukázková směs obsahuje mikročástice mědi a sádru.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá cementu
hlinitokřemičité pojivo cement
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice mědi	2 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
sádra	4 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Sádra urychluje schnutí geopolymemího kompozitu a zajišťuje lepší adhezi k povrchu, což opět činí směsi s ní vhodné pro využití při aplikaci na vertikální povrch, například jako omítka, nicméně příliš vysoký obsah (přes 5 %) vede k popraskání geopolymemího kompozitu, a je tedy vhodné používat sádm v kombinaci s příměsemi, které tento jev omezují, například s vysokoviskózní hydroxy ethylcelulózou.

CZ 36090 UI

Příklad 8

Další ukázková směs obsahuje kromě měděných mikročástic ještě uhlíkovou síť vloženou do geopolymemího kompozitu nebo na povrch, na který je směs nanášena.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice mědi	2 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
uhlíková síť	1

Uhlíkové sítě obecně zlepšují mechanické vlastnosti geopolymemích kompozitu, především pevnost v tahu a jsou vhodné prakticky pro geopolymemí kompozity jakéhokoliv složení.

Příklad 9

Další ukázková směs obsahuje krom měděných mikročástic ještě písek a šamot.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
měděné mikročástice	4 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
písek	75 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
šamot	75 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Písek a šamot slouží jako výplň a zlepšují mechanické a termoizolační vlastnosti geopolymemího kompozitu. V takovém případě je vhodné zvýšit také podíl mikročástic, vzhledem ke zvýšenému objemu výsledného kompozitu.

Příklad 10

Další ukázková směs obsahuje kombinaci výše vyjmenovaných příměsí.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
měděné mikročástice	4 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
silika	15 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
uhlíková vlákna	1 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
disiřičitan sodný	5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
celulóza	1 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
sádra	5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
písek	100 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Takto připravená směs kombinuje vlastnosti předchozích, především antimikrobiální vlastnosti, tepelně izolační vlastnosti, dobré mechanické vlastnosti, rychlé schnutí a nízkou mim praskání. Takto připravený geopolymemí kompozit je možné použít například jako stavební materiál či antimikrobiální omítku.

-7 CZ 36090 UI

Příklad 11

Další ukázková směs obsahuje kombinaci vyjmenovaných příměsí, krom toho obsahuje zároveň měděné a stříbrné mikročástice. Kromě toho je též vyztužena uhlíkovou sítí.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
stříbrné mikročástice	1 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
měděné mikročástice	4 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
silika	15 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
uhlíková vlákna	1 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
disiřičitan sodný	5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
celulóza	1 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
sádra	5 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
šamot	100 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
uhlíková síť	1

Geopolymemí kompozity mohou být připravovány s kombinací různých mikročástic antimikrobiálních kovů nebo jejich oxidů, jak bylo uvedeno výše.

Takto připravený geopolymemí kompozit kombinuje vlastnosti předchozích, především antimikrobiální vlastnosti, tepelně izolační vlastnosti, dobré mechanické vlastnosti, rychlé schnutí a nízkou mim praskání. Uhlíková síť dále zlepšuje mechanické vlastnosti.

Příklad 12

Tato ukázková směs obsahuje kromě mikročástic mědi i práškový hliník, který slouží k vypěnění geopolymem.

	Hmotnostní rozsah oproti hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá
hlinitokřemičité pojivo
aktivátor	90 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
mikročástice mědi	2 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá
práškový hliník	4 % hmotnosti hlinitokřemičitého pojivá

Vypěněný geopolymer vykazuje výhodné termoizolační vlastnosti, v kombinaci s antimikrobiálními mikročásticemi i dalšími příměsemi jej lze využít například jako vnější tepelnou izolaci.

Průmyslová využitelnost

Takto připravené geopolymemí kompozity mají zlepšené antimikrobiální vlastnosti oproti samotnému geopolymem, což umožňuje jejich využití jako stavebního materiálu nebo omítek nebo malt do vlhkého prostředí, kde hrozí mikrobiální degradace. Dodatečné příměsi zlepšují mechanické vlastnosti geopolymemího kompozitu. Směs je možné tvarovat pomocí forem, 3D tisku či dalšími metodami a nanášet pomocí nátěm či nástřiku.

Claims

1. Geopolymemí kompozit pro speciální aplikace vytvořený na bázi geopolymemího cementu, který obsahuje hlinitokřemičité pojivo na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní strusky a/nebo odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství a alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá, vyznačující se tím, že dále obsahuje mikročástice antimikrobiálně působících kovů či jejich oxidů o velikosti v rozsahu od 1 do 150 pm a v množství 0,01 až 10 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

2. Geopolymemí kompozit podle nároku 1, vyznačující se tím, že antimikrobiálně působící kovy a/nebo jejich oxidy jsou zvoleny ze skupiny stříbro, měď, nikl, zinek, titan, železo či oxidy těchto kovů, buď samostatně, nebo v kombinaci.

3. Geopolymemí kompozit podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že dále obsahuje příměs uhlíkových mikrovláken v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

4. Geopolymemí kompozit podle libovolného z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že dále obsahuje příměs mikrosiliky o jemnosti 0,1 až 0,3 pm v množství 0,1 až 15 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

5. Geopolymemí kompozit podle libovolného z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že dále obsahuje příměs disiřičitanu sodného v práškové formě v množství 0,1 až 10 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

6. Geopolymemí kompozit podle libovolného z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že dále obsahuje příměs vysokoviskózní hydroxyethyl celulózy v práškové formě v množství 0,1 až 3 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

7. Geopolymemí kompozit podle libovolného z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že dále obsahuje příměs sádry v práškové formě v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

8. Geopolymemí kompozit podle libovolného z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že dále obsahuje příměs písku v množství 0,1 až 150 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

9. Geopolymemí kompozit podle libovolného z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že dále obsahuje příměs šamotu v množství 0,1 až 150 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.

10. Geopolymemí kompozit podle libovolného z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že do tloušťky vrstvy geopolymeru je vložena alespoň jedna síť z uhlíkových vláken s velikostí ok od 10 x 10 mm až do 50 x 50 mm o měrné hmotnosti 130 až 500 g/m².

11. Geopolymemí kompozit podle libovolného z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že dále obsahuje příměs práškového hliníku v množství 0,1 až 5 % hmotnosti použitého hlinitokřemičitého pojivá.