CZ36694U1 - Laminát ve tvaru stavebního prvku nebo dlaždice - Google Patents

Description

Laminát ve tvaru stavebního prvku nebo dlaždice

Oblast techniky

Technické řešení se týká laminátu z geopolymemího materiálu pro snížení tepelné vodivosti a pro zvýšení odrazivosti infračerveného záření. Tento laminát je vhodný pro betonové nebo dřevěné konstrukce jak bytových, tak i veřejných budov se zvýšenou odolností proti požáru a tlumení zvuku i při vyšších teplotách.

Dosavadní stav techniky

Efektivní tepelná izolace je problém, se kterým se inženýři potýkají již několik desetiletí, především v oblasti minimalizace energetických ztrát. Při navrhování izolačních materiálu je kromě jejich účinnosti třeba vzít v úvahu také: bezpečnost použití, nehořlavost, snadný způsob aplikace, mechanické vlastnosti, odolnost vysokým teplotám, jakož i minimální negativní dopad na životní prostředí. V současné době jsou velmi oblíbené izolační materiály, jako je polystyren, minerální vlna, skleněná vata atd. V poslední době se také staly populární polyuretanová izolační pěna (PUR) a polyisokyanurátová izolační pěna (PIR) aplikované postřikem na různé povrchy. Problémy spojené s jejich použitím jsou především v malé odolnosti vůči vysokým teplotám, nízkým mechanickým vlastnostem, hořlavostí a následnou likvidací, proto v současné době dochází k omezení jejich použití.

Technologie využití geopolymemích materiálů (dále pouze GP) nabízí výhody především v odolnosti vůči ohni i za teplot nad 1000 °C. GP materiály jsou neškodné pro životní prostředí a pro osoby, které se podílejí na aplikaci těchto materiálů pro různé účely. Při výrobě a aplikaci GP nevznikají škodlivé látky a nedochází k znečištění okolního prostředí [1]. Široké aplikační možností nabízí GP materiály ve formě pěny. Vyznačují se nejen dobrými tepelnými vlastnostmi (tepelná izolace), ale také velmi dobrou akustickou izolací a nízkou hmotností [1, 2], Zatím neexistují standardní postupy a procesní parametry pro získání GP pěn. Pro výrobu GP pěn se parametry volí individuálně v závislosti na množství použitých surovin. Pro dosažení nižších hustot a tím i lepších izolačních vlastností (snížení součinitele tepelné vodivosti) se do kompozitů přidávají různé lehké agregáty (jako je expandovaný jíl, pěnové sklo, perlit), tj. zvyšuje se stupeň pěnění [3-5], Snížení hustoty však není vždy možné, protože způsobuje i snížení mechanických vlastností pěny [I].

Dosažení porézní struktury geopolymemích pěn lze výrazně ovlivnit použitím:

1. Povrchově aktivních látek - GP pěny jsou stabilizovány přidáním neiontových povrchově aktivních látek, jako je Tween 80 - polyoxyethylen-20 sorbitan monooleát, (C64H 124026); Triton X-100 - polyethylenglykoltertoctyl-fenylether, (C14H22O, (C2H4O)n, n = 9 až 10) [6]; vepřovým sádlem nebo máslem [7]; olivovým olejem, Sika Lightcrete 02 (obsahující 40 % hmota, roztoku mastné kyseliny), amid a sodnou sůl C14 až C16 kyselina sulfonová ve vodě [8]; dále se přidávají chemikálie, jako je kyselina polyakrylová (Dolapix CE-64, aby se snížila viskozita) [8] nebo stearát vápenatý [9] apod.

2. Činidla generující plyn - materiály obsahující křemík nebo hliník (křemičitý nebo hliníkový prach, FeSi nebo SiC); reaguje AI nebo Si s následným uvolněním plynného vodíku [10]; chlornan sodný (NaOCl) [11], peroxid vodíku (H2O2) a perboritan sodný (např. 1 až 3 %) [12]; rýžové slupky [13] nebo kompozice podle [14] umožňuje řídit tvorbu pěny v GP pomocí kombinace semen alkalického osiva a pěnivého činidla (potaženo vrstvami šelaku, lakového pojivá a laku), přimíchává se například i [15] polysacharidové zahušťovadlo (algináty, karagenan, arabská guma, guma ghatti, guma tragacanth, karaya guma, guarová guma, svatojánský chléb, beta-glukan, chicle guma, dammarská guma, glukomannan, tmelová guma, psvlliové slupky, smrková guma, tara

-1 CZ 36694 UI guma, gel lan guma, xanthanová guma, pullulan. sójové póly sacharidy, pektin, karboxymethylcelulóza apod.).

3. Mechanické předpěnění - předpěnění se provádí obecně pomocí vysokorychlostního míchání nebo pomocí vysokotlakých pěnových generátorů. Bylo zjištěno, že mechanické pěnění účinně kontroluje vlastnosti pórů a vede k jemnějším homogenním pórům ve srovnání s chemickým pěněním [16, 17],

Zlepšení mechanické odolnosti geopolymemích materiálů lze dosáhnout přidáním další přísady, u které je nutné řešit její přilnavost k matrici, stabilitu, chemické složení a mechanické zpracování [18], Přísadami mohou být například odpad z koksového prachu, který ovlivňuje i tepelnou vodivost [19]; odpadní nebo přírodní vlákna - piliny, celulózová vlákna, rýžové slupky nebo bagasa z cukrové třtiny, granule, kuličky, pelet, tyče, desky, dlaždice, fólie, dutá vlákna, dráty, struny, hadičky aj. [19, 20],

Použití pěnových GP materiálů pro izolaci a konstrukci. Obvykle se uvádí dvou, tří nebo vícevrstvý materiál, kde lze využít pěnové GP, např. prvky z vrstvených cihel a GP pěny z metakaolinu, popílku či strusky [1, 21, 22],

Ohnivzdorná konstrukce [22] obsahující pěnový materiál umístěný mezi prvním a druhým obkladem, přičemž pěnový materiál je polyuretanová pěna, polyisokyanurátová pěna, fenolická pěna nebo jejich kombinace. GP aerogelová kompozitní vrstva je vytvořena vytvrzením GP prekurzor-aerogelového složení včetně aluminosilikátového reaktantu, alkalického aktivátoru, silikagelové aerogelové přísady a spojitého média. Přičemž kompozitní vrstva geopolymer-aerogel má tloušťku 0,5 až 100 mm, hustotu 0,300 až 1 500 g/cm³.

Davidovits [231 uvádí materiál získaný výrobou porézního materiálu s GP základem pomocí pěnidel (H2O2) nebo perboritan sodný (NaBOs). GP pěny dosahovaly hustoty 0,2 až 0,8 g/cm³, tepelné odolnosti až 1200 °C a minimální tepelné vodivosti 0,037 W/mK.

K výrobě GP pěn podle Feng et al. [24] lze použit popel z biomasy fosforečnanu vápenatého v kombinaci s metakaolinem (1:1), pěněno pomocí H2O2 při 5 % hmoto., výsledná hustota byla přibližně 310 kg/m³, tepelná vodivost 0,073 W/m K, pevnost v tlaku 0,6 MPa.

U GP na bázi metakaolinu pěněné pomocí H2O2 (0,25 až 1,25 %) je dosažená pevnost v tlaku 6 MPa, tepelná vodivost 0,298 W/m K až 0,172 W/m K. [25],

Lehké GP kompozity [3] na bázi pěnidla H2O2, perboritan sodný, jedlá soda s přídavkem lehkých agregátů as použitím odpadních materiálů (struska, popílek), kompozity jsou nehořlavé a rozměrově stabilní. Pro dosažení nižších hustot a lepších izolačních vlastností při zajištění dostatečné mechanické pevnosti se do kompozitu přidávají různé lehké agregáty (expandovaný jíl, pěnové nebo recyklované sklo [26], perlit aj.), vlákna z polypropylenu, polyvinylalkoholu, čediče.

Samopěnivá GP kompozice [27] obsahující hliníkovou strusku, hydraulické pojivo, latentní hydraulické pojivo, puzolánové pojivo či jejich směsi pro výrobu GP pěn nebo pěnových GP výrobků.

Materiál [28], který má otevřenou mnohonásobnou pórovitost s alespoň částečným propojením, sestávající z anorganické GP matrice a obsahující částice alespoň jedné pevné sloučeniny odlišné od geopolymeru (zrna, granule nebo kuličky, 2 nm až 100 pm).

Vaou a Panias [29] snížili součinitele tepelné vodivosti GP pěn na 0,030 W/m K pomocí perlitu. Obdobně i v [30] je použit perlit, ale je uvedeno také využití wollastonitu, čediče, cordierito, mastku a škrobu s cílem výroby vytvrzeného pěnového GP s hustotu 0,1 až 1,8 g/cm³. Obdobně i v [31] použili slídu, wollastonit, čedič, molochit, kordierit, živec, zirkon, grafit, borax

-2 CZ 36694 UI a mullit s cílem výroby pěnového minerálního GP s hustotu 0,05 až 0,9 g/cm³.

Použití GP materiálů pro tepelné izolace a požární ochrany je uvedeno například v [32-34], přičemž ohnivzdorná kompozitní konstrukce sestává z GP tepelné ochranné vrstvy přilepené k pěnovému materiálu z jedné nebo obou stran (prekurzory GP zahrnují aluminosilikátový reaktant, alkalický aktivátor, křemičitan sodný, hydroxid sodný, hydroxid draselný či kombinace, popílek z uhlí, kalcinované hlíny, metalurgické strusky či jejich kombinace), vrstva GP má tloušťku 0,5 až 100 mm, pěnový materiál má tloušťku 5 až 300 mm. Je použita vnější vrstva, zvyšující odrazivost infračerveného záření, obsahující duté skleněné mikrokuličky, oxid titaničitý či jejich kombinaci. Také je použito vysokoteplotní vlákno čedičové, azbestové nebo vlákno z oxidu hlinitého či jejich kombinace.

Použití hliníkového prášku jako pěnidla v koncentracích 3,6 až 9 % umožňuje získat pěnové GP s hustotou nižší než 700 kg/m³ a tepelnou vodivostí větší 0,1 W/mK. [35],

Vysokopevnostní GP kompozitní pórobetonové kompozice [36] s nízkou hustotou jsou s obsahem popílku třídy F, alkalických aktivátorů a pěnidel na bázi hliníkového prášku či peroxidu. Výrobek dále obsahuje jednu nebo více ultrajemných a/nebo submikronových plniv (0,05 až 10 pm, do 12 % hmotu.), přičemž výrobek dále zahrnuje vláknité materiály ze skupiny organických, skleněných, minerálních, čedičových nebo uhlíkových vláken (do 5 % hmotu.), výrobek má zdánlivou hustotu 1 200 až 1 800 kg/m³, pevnost v tlaku nejméně 17 MPa Obdobný je také vynalez [37], přičemž materiál může navíc obsahovat duté korundové a/nebo skleněné mikrokuličky (až 34 % hmotn.). Obdobný je vynález [38], v němž doplňková složka obsahuje jednu nebo více látek ze skupiny saze, ropný koks, grafitizované saze, oxidy grafitu, grafit a grafen a/nebo oxid titaničitý, síran bamatý, ilmenit, rutil, šamot, popílek, napěněný oxid křemičitý, hydromagnezit-huntitový minerál a minerál s perovskitovou strukturou. Obdobný jo vynález [17], který navíc během pěnění GP materiálu zavádí vzduch pomocí mechanického předpěnění, s cílem výroby nehořlavé, zvuk pohlcující, tepelně izolační GP pěny. Obdobný je vynález [39], který sestává z mechanicky napěněného aluminosilikátového GP a chemicky napěněného hlinitokřemičitanového GP. Je to ohnivzdorný materiál třídy A použitelný pro tepelné izolace, zvukové izolace, požární ochranu, filtrace apod.

Tepelně aktivní napěňovací přísada [40] je tvořena dutými termoplastickými mikrokapslemi o průměru 10 až 12 pm, které jsou vyplněny stlačeným plynem (termoplast tvořící skořápku, mikrokapsle má teplotu měknutí v rozsahu 100 až 120 °C, při které mikrokapsle zvětšují svůj průměr na 40 až 80 pm). Obsah tepelně aktivní přísady ve směsi je v rozmezí 0,5 až 5 %. Obdobný je vynález [41], který se týká anorganického izolačního materiálu, použitelného jako tepelná izolace a obsahujícího 40 až 55 % hmotn. metakaolinu, 45 až 60 % hmotn. vodního skla, 5 až 6 % hmotn. hydroxidu sodného a 2 až 3 % hmotn. peroxidu vodíku. Navíc obsahuje 0,5 až 1 % hmotn. propylgallátu, který se dodatečně používá k zajištění stability pórů, přičemž součinitel tepelné vodivosti je menší než 0,065 W/m K, hustota je v rozmezí 0,190 až 0,250 g/cm³.

Sendvičové uspořádání z nejméně dvou konstrukčních panelů [42], které jsou od sebe vzdáleny a jsou uspořádány v podstatě paralelně k sobě, přičemž jádro je z polyuretanové pěny (uloženo mezi panely). Panely ze stavebního materiálu jsou vyrobeny zejména z. anorganických minerálních materiálů (betonové, sádrokartonové, GP desky).

Kompozitní tepelně izolační systémy [43] pro tepelnou izolaci vnější stěny budovy, které se skládají z nejméně dvouvrstvého tepelně izolačního pláště (každá vrstva má tloušťku vrstvy 0,5 až 2 cm), přičemž nejméně dvě vrstvy obsahují 25 až 95 % hmotn. aerogelu (na bázi křemíku, hliníku a/nebo titanu), 5% hmot, až 75 % hmotn. anorganických vláken (skleněná, kamenná, kovová, bórová, keramická a/nebo čedičová vlákna; tepelně izolační plášť je spojen tkaným pletivem a/nebo tkanou či netkanou vrstvou/textilií), 0 až 70 % hmotn. anorganického plniva, kde vrstvy tepelné izolačního pláště jsou navzájem spojeny anorganickým pojivém (nejlépe cement nebo geopolymery). Obdobně jsou popsány také vynálezy [44, 45] (lehké prefabrikované kompozitní

-3 CZ 36694 UI izolující betonové panely a energeticky účinné konstrukce a způsoby jejich výroby) nebo i [46] integrální stavební bloky pěněných dlaždic a způsob výroby; hustá vrstva dlaždic je o tloušťce asi 0,5 až 1,5 cm a pěnová GP vrstva o tloušťce asi 5 až 15 cm.

Příprava GP s řízenou pórovitostí [47] a jeho porézní režimy (mikroporézní, makroporézní a mezoporézní) pórovitost je v rozmezí 15 až 65 % (množství oxidu křemičitého umožňuje získání GP s unimodální mikroporózitou. mexoporoxitou nebo inakroporózitou). Výběr kompenzačního kationtu z draslíku, sodíku a cesia za účelem získání pórové distribuce GP obsahujícího draslík jako kompenzační kation, silné alkalický vodný roztok obsahuje silikátové složky.

Kompozitní vláknitý cementový výrobek s vytvrditelnou složkou [48] je konfigurován s jednou nebo více podpovrchovými mezifázovými zónami, které zlepšují trvanlivost výrobku. Zóna je vyrobena z matrice vláknitého cementu a vytvrditelného materiálu (například zářením). Substrát může být vyroben z různých materiálů, jako je sádrový kompozit, cementový kompozit, geopolymemí kompozit nebo jiný kompozit obsahující anorganické pojivo. Přednostně je substrátem vláknitá cementová deska s nízkou hustotou s pórovitostí 40 až 80 % objemu. Kompozitní stavební článek se může připravit jako obkladový panel, na plechy, desky, prkna, obložení či trubky.

Tepelný a ohnivzdorný GP materiál [49], který je navíc lehký, měrná hmotnost 1 a 1,3 [g/cm³]. Uvedený lehký GP beton má pevnost v tlaku nejméně 30 MPa. Uehký GP beton má nízké smrštění, expanzi a praskání a v podstatě žádnou ztrátu pevnosti v tlaku při vystavení vysokým teplotám nebo požáru (materiál zvyšuje nosnou pevnost při vystavení teplotám nad 400 °C, nejlépe při 800 °C). Klíčové složky pro tvorbu většiny provedení zahrnují GP zdroj (popílek, cementem potažený expandovaný vermikulit), (mikro)vlákno (wollastonit), nasekaná vlákna, tkané nebo netkané rohože z vláken nebo jejich směsi a rozpustné křemičitany (alkalické křemičitany).

Prodyšný tepelně izolační plošný panel s protipožární ochranou [50], obsahující tepelně izolační jádro (slisovaná a vytvrzená směs obsahující 5 až 70 % hmotu, plev obilovin, 5 až 70 % hmota, polyuretanových částic, 5 až 45 % hmota, jednosložkového polyuretanového lepidla vytvrzujícího vlhkostí). Tepelně izolační jádro je oboustranně opláštěno nanovlákennou membránou (polymemí nanovlákna) a opatřeno napěněnou GP vrstvou o měrné hmotnosti 300 až 1 000 kg.m^-3 o tloušťce 5 až 15 mm Mezi nanovlákennou membránu a GP vrstvou je fixována plošná textilie (čedičová, skleněná nebo uhlíková mikrovláknao velikosti ok 10 až 30 mm). Obdobně je popsán také [51] žáruvzdorný geopolymemí kompozit s nízkou měrnou hmotností pro konstrukční prvky protipožárních zábran.

Ohnivzdorné geopolymemí pěnové výplně [52] pro rám okna nebo dveří, mohou však mít širší uplatnění a vztahovat se k jiným stavebním prvkům, např. dveřím, panelům, architektonickým výliskům aj. Vnitřní komora rámu je vyplněna (vypěněným) GP materiálem. Obdobně je popisována ohnivzdorná GP pěna [53] pro použití jako ohnivzdorný těsnicí materiál (způsob utěsnění otvoru nebo dutiny) pro obytné služby v budově.

Technologie pěnových geopolymemích materiálů pro izolaci a konstrukci zahrnují nejčastěji odlévání finální směsi do forem (podle napěnění tloušťka vrstvy asi 10 až 150 mm), nátěry či nástřiky, tloušťka vrstev je obvykle 30 až 50 mm. Časový rozestup mezi vrstvami je 30 až 60 minut.

Existují další možnosti úpravy GP pěn. jako např. antimikrobiální GP kompozice [20], kde porézní agregáty obsahují jeden nebo více druhů kovů vybraných z kovů alkalických zemin, kovů vzácných zemin, Mn, Fe, Co, Ni, Ag, Cu, Zn, Hg, Sn, Pb. Bi, Cd, Cr a TI. Finální vrstvu na GP kompozitu tvoří hydrofobizační prostředek [37], tepelně izolační plášť je potažen na straně směřující k budově a/nebo na straně směřující od budovy polymemím materiálem či anorganickým pojivém [43], GP materiál se používá jako antikorozní prostředek proti agresivním médiím působícím na betonové díly [54],

-4 CZ 36694 UI

Reference:

[1] LACH. Michal. Geopolymer Foams—Will They Ever Become a Viable Alternative to Popular Insulation Materials?— A Critical Opinion. Materials [online], 2021, 14(13), 3568. ISSN 1996-1944. Dostupné z: doi: 10.3390/mal4133568

[2] ZHANG, Zuhua, John L. PROVIS, Andrew REID a Hao WANG. Mechanical, thermal insulation, thermal resistance and acoustic absorption properties of geopolymer foam concrete. Cement and Concrete Composites [online], 2015, 62, 97-105. ISSN 09589465. Dostupné z: doi.10. 1016/j.cemconcomp.2015.03.013

[3] DUCMAN, Vilma, Mark CESNOVAR a Katja TRÁVEN. Alkali-activated lightweight composites based on alkali- activated foams and manufacturing process [online], EP3950636A1. 9. únor 2022. [vid. 2022-03-28], Dostupné z: https://patents.google.com/patent/EP3950636Al/en?oq=EP3950636

[4] XU, Hua a J. S. J. VAN DEVENTER. The geopolymerisation of alumino-silicate minerals. International Journal of Mineral Processing [online], 2000, 59(3), 247-266. SSN 0301-7516. Dostupné z: doi:10.1016/S0301- 7516(99)00074-5

[5] LACH, Michal, Kinga KORNIEJENKO a Janusz MIKULA. Thermal Insulation and Thermally Resistant Materials Made of Geopolymer Foams. Procedia Engineering [online], 2016, 151, 410-416. ISSN 18777058. Dostupné z: doi: 10.1016/j .proeng.2016.07.350

[6] JAYA, Nur Ain, Liew YUN-MING, Heah CHENG-YONG, Mohd Mustafa Al Bakri ABDULLAH a Kamarudin HUSSIN. Correlation between pore structure, compressive strength and thermal conductivity of porous metakaolin geopolymer. Construction and Building Materials [online], 2020, 247, 118641. ISSN 0950-0618. Dostupné z: doi: 10.1016/j. conbuild mat. 2020.118641

[7] LERTCUMFU, Narumon, Kannikar KAEWAPAI, Pharatree JAITA, Ratabongkot SANJOOM, Gobwute RUJIJANAGUL a Tawee TUNKASIRI. Synergistic effect of animal oil or butter and hydrogen peroxide on physical and mechanical properties of porous alumino-siliceous materials. ScienceAsia [online], 2020, 465(1), 58. ISSN 1513- 1874. Dostupné z: doi:10.2306/scienceasia 1513-1874.2020.S008

[8] ZHAO, Yongbin, J. JOW, Xiaoliang CAI a S. LAI. Fly Ash-based Geopolymer Foam Technology for Thermal Insulation and Fire Protection Applications. In: Materials Science, Engineering [online], 2015 [vid. 2022-03-29], Dostupné z:

[9] CUI, Yong, Dongmin WANG, Jihui ZHAO, Duanle LI, Serina NG a Yafeng RUI. Effect of calcium stearate based foam stabilizer on pore characteristics and thermal conductivity of geopolymer foam material. Journal of Building Engineering [online], 2018, 20, 21-29. ISSN 2352-7102 Dostupné z: doi:10.1016/j.jobe.2018.06.002

[10] ŠKVÁRA, František, Rostislav ŠULC, Zdeněk TIŠLER, Petr SKŘIČÍK, Vít ŠMILAUER a Zuzana Zlámalová CÍLOVÁ. Preparation and properties of fly ash-based geopolymer foams. 2014, 10.

[11] CILLA, Marcelo Strozí, Marcio Raymundo MORELLI a Paolo COLOMBO. Open cell geopolymer foams by a novel saponification/peroxide/gelcasting combined route. Journal of the European Ceramic Society [online], 2014, 34(12), 31333137, ISSN 0955-2219. Dostupné z: doi: 10.1016/j .jeurceramsoc.2014.04.001

[12] ABDOLLAHNEJAD, Z., F PACHECO-TORGAL, T. FELIX, W. TAHR1 a J. BARROSO AGUIAR. Mix design, properties and cost analysis of fly ash-based geopolymer foam. Construction and Building Materials [online], 2015, 80, 18- 30. ISSN 0950-0618. Dostupné z: doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.01.063

[13] RIYAP, Hamed 1., Christelle N. BEWA, Charles BANENZOUE, Hervé K. TCHAKOUTÉ, Claus H. RŮSCHER, Elie KAMSEU, Maria C. BIGNOZZI a Cristina LEONELLI. Micro structure and mechanical, physical and structural properties of sustainable lightweight metakaolin-based geopolymer cements and mortars employing rice husk. Journal of Asian Ceramic Societies [online], 2019. 7(2), 199-212. ISSN null. Dostupné z: doi: 10.1080/21870764.2019.1606140

[14] JENSEN, David I. Geopolymer expansion additive [online], W02020092754A1. 7. květen 2020. [vid. 2022-03- 28], Dostupné z: hSps7Ýsteř:tLgoog[w3jmcpawnťW02020^

[15] KASHANI, Alireza, DucNgo TUAN, PriyanMENDIS a Ailar HAJIMOHAMMADI. Process for preparation of geopolymer foam compositions [online]. W02020037349A1. 27. únor 2020. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:

s ·. m-t-compositions.pdf

[16] DHASINDRAKRISHNA, K., Kirubajiny PASUPATHY, Sayanthan RAMAKRISHNAN a Jay SANJAYAN. Progress, current thinking and challenges in geopolymer foam concrete technology. Cement and Concrete Composites [online], 2021, 116, 103886. ISSN 09589465 Dostupné z: doi:10.1016/j.cemconcomp.2020.103886

[17] TURCINSKAS, Saninas, Sven MONNIG, Maxim PULKIN, Gregor HERTH a Shengzhong ZHOU. Geopolymer foam formulation for a non-flammable, sound-absorbing, thermally insulating geopolymer foam element [online], W02015062860A1. 7. květen 2015. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:

[18] WALBRIJCK, Katharina, Felicitas MAETING, Steffen WITZLEBEN a Dietmar STEPHAN. Natural Fiber-Stabilized Geopolymer Foams —A Review. Materials [online], 2020, 13(14), 3198. ISSN 1996-1944. Dostupné z:

-5 CZ 36694 UI doi:10.3390/mal3143198

[19] KAMSEU, E., Zénabou N. M. NGOULOURE, Benoit Nait ALI, S. ZEKENG, U. C. MELO, S. ROSSIGNOL a C. LEONELLI. Cumulative poie volume, pore size distribution and phases percolation in porous inorganic polymer composites: Relation micro structure and effective thermal conductivity. Energy and Buildings [online], 2015, 88, 45-56. ISSN 0378-7788. Dostupné z: doi: 10.1016/j.enbuild.2014.11.066

[20] SEO, Dong-Kyun a Shelley HAYDEL. Antimicrobial geopolymer compositions [online], WO2018013830A1 18. leden 2018. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:

[21] NOVAIS, Rui M., Robert.C. PULLAR a Joao A. LABRINCHA. Geopolymer foams: An overview of recent advancements. Progress in Materials Science [online], 2020,109,100621. ISSN 00796425. Dostupné z: doi: 10.1016/j.pmatsci.2O19.100621

[22] KIM, Dongkyu, Robert C. CIESLINSKI, Giuseppe VAIRO, Scott T. MATTEUCCI, Chan HAN a Luigi BERTUCELLI. Fire resistant structure comprising geopolymer-aerogel composite layer [online], EP2831013B1. 2. leden 2019. (vid 202203-28], Dostupné z: hrips://j;aEMs.googk.com/patent/EP2S31013BÍ/Cn?»gy-EP2831013g j

[23] DAVIDOVITS, Joseph. Geopolymer: chemistry & applications. 5th ed. Saint-Quentin: Institut Géopolymére, 2020, ISBN 978-2-9544531-1-8.

[24] FENG, Junjie, Ruifang ZHANG, Lunlun GONG, Ye LI, Wei CAO a Xudong CHENG. Development of porous fly ashbased geopolymer with low thermal conductivity. Materials & Design (1980-2015) [online], 2015, 65, 529-533. ISSN 02613069. Dostupné z: doi:10.1016/j.matdes.2014.09.024

[25] JAYA, Nur Ain, Liew YUN-MING, Mohd Mu$ta^fa Al Bakri ABDULLAH a Heah CHENG-YONG. Porous Metakaolin Geopolymers with Tailored Thermal Conductivity. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering [online], 2019, 551(1), 012088 ISSN 1757-899X. Dostupné z: doi:10.1088/1757-899X/551/l/012088

[26] PIANARO, Sidnei Antonio a Gino CAPOBIANCO. Geopolymer cement produced from recycled glass and method for producing same [online], W02015089611A1. 25. červen 2015. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:

[27] WALTHER, Burkhard. Bernhard EEICHTENSCHLAGER a Shengzhong ZHOU. Self-foaming geopolymer composition containing aluminum dross [online]. WO2015062819A1. 7. kveten 2015 [vid. 2022-03-28], Dostupné z:

[28] GOSSARD, Alban, Agnés GRANDJEAN, David LAMBERTIN a Nicolas FABREGUE. Solid material having an open multiple porosity, comprising a geopolymer and solid particles, and method for the preparation thereof [online], WO2021152248A1. 5. srpen 2021. [vid. 2022-03-28] Dostupné z: https://patents.google.com/patent/WO2021152 248AVen?oq=WO2021152248

[29] VAOU, V. aD. PANIAS. Thermal insulating foamy geopolymers from perlite. Minerals Engineering [online], 2010, 23(14), 1146-1151. ISSN 0892-6875. Dostupné z: doi:10.1016/j.mineng.2010.07.015

[30] IHSAN, Harun, Uzair B APU a Michael REID Method for bindine construction blocks together with foamed geopolymer mortar [online] EPM749j981. 21. njen 2020. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:

Mgthoď-Hocřbiaáaig-Fcon· riocksNoaether-i reeswlvmek-moga· pdf

[31] IHSAN, Harun. Composite products [online], W02017006102A1. 12. leden 2017. [vid. 2022-03-28], Dostupné z: htips,//pakms.google com/paterd/WO2017006102Aj/gcjo^USi 1001043-Composite-rproducts.pdf

[32] ............. ' ' ' A kind of ground polymers thermally protective materials and preparation method thereof and spray technology [online], CN107759150A. 6. březen2018. [vid. 2022-03-30], Dostupné z: hiW.//ca{etits.t^gfe.com/M 107759150A/en?oq=CN 107759150A

[33] ZHEJIANG UNIVERSITY. A kind of froth inorganic stock for the protection of industrial storage tank fire disaster emergency and preparation method thereof [online], CN107746213A. [vid. 2022-03-30], Dostupné z: https://patents.google.com/patent/CN107746213A/en?oq=Yan%2c+D.M.;+Chen%2c+S.K.;-i-Zhu%2c+X.Y.+lno rganic+Foam+Material+for-Fire+Emergency+Protectionm+of+lndustrial+Storage+Tank%2c+and+preparation+Me thod+Thereof.-Patent-'-Application+CN 107746213 A%2c⁴-18+0ctober+2017

[34] KIM, Dongkyu, Chan HAN, Robert C. CIESLINSKI, Giuseppe VAIRO a Luigi BERTUCELLI. Fire resistant composite structure [online], WO2013148846A1. 3. říjen 2013. [vid. 2022-03-30], Dostupné z: hSpskiM^^^ google.com/patent/WC2013143846Al/en?oq=CN104245302A

[35] DEJA, Jan Immobilization of Cr6+, Cd2+, Zn2+ and Pb2 + in alkali-activated slag binders. Cement and Concrete Research [online], 2002, 32(12), 1971-1979. ISSN 0008-8846. Dostupné z: doi:10.1016/S0008-8846(02)00904-3

[36] GONG, Weiliang, Werner LUTZE a Ian L. PEGG High-strength geopolymer composite cellular concrete [online], EP2970003B1. 6. květen 2020. (vid. 2022-03-28). Dostupné z: h ttps://patents.google.com/paten t/EP 2970003 Bl/en?oq=EP 2970003 B8

[37] LOUDA, Petr, Vladimír KOVAČIČ, Pavlína HÁJKOVA, Totka BAKALOVA, Lukáš VOLESKÝ, Van Su LE a Chi Hiep

-6CZ 36694 UI

	LE. Termoizolační geopolymemí kompozit [online], CZ33566U1. 20. prosinec 2019. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:
[38]	KONDRATOWICZ, Filip Lukasz, Piotr ROJEK, Marzena MIKOSZEK-OPERCHALSKA a Kamil ÚTRATA. Process for the production of a geopolymer composite [online], EP3495335A1. 12. červen 2019. [vid. 2022-03-28], Dostupné z: mips:/ (patents,googkXOffi;ml'U::AT; 335 A1 cn 'oq I P 3495 335 Al
[39]	PERRONNET, Murielle, Marie ARNOULT a Sylvie ROSSIGNOL. Geopolymer foam composition [online], W02020120405A1. 18 červen 2020. (vid. 2022-03-28], Dostupné z Atokivgthable+thermal+insulation+panel+wit h+fire+protection.pdf
[40]	MAŠEK, Zdeněk. Formulace geopolymemí pěny [online], CZ2019246A3. 29. říjen 2020. [vid. 2022-03-28], Dostupné z: = CZ2019246A3- Geopolymer+foam+fonnulation
[41]	YILDIRIM. Yildiz a Ciedem YIGIT PALA. An inorganic insulation material based on porous geopolymer [online], WO2016153454A1. 29. září 2016. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:
[42]	MOENNIG, Sven, Saruras TURCINSKAS, Dirk WEINRICH, Andrea EISENHARDT, Christian RENNER, Juergen BOKERN, Alex POPOV a Gianpaolo TOMASI Method for producing sandwich components [online], WO2017207536A1. 7. prosinec 2017. [vid. 2022-03-28], Dostupné z: h.yps:Á(patgnís.._googk..coai^ =WO2017207536
[43]	MOENNIG, Sven, Stefan ROSSMAYER, Stephan DETROIS a Thomas GASTNER. Composite thermal insulation system [online], EP2665876B1. 18. březen 2015. [vid. 2022-03-28], Dostupné z: httjskágj^ajg2ogieyonvgafcggEP2Mc876I^
[44]	CIUPERCA, Romeo Ilarian. High performance, lightweight precast composite insulated concrete panels and high energyefficient structures and methods of making same [online], WO2014052247A2. 3. duben 2014. [vid. 2022-03-28], Dostupné z s x ' < ' x - US+9%2c809%2c981+B2
[45]	CIUPERCA Romeo Ilarian. Hybrid insulated concrete form and method of making and using same [online], WO2014152426A1. 25 září 2014. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:
[46]	MORSY, MohamedS., Tarek H. ALMUSALLAM, Husain ABBAS a Yousef A. AL-SALLOUM. Integral tiie/foam building block and method for making same [online]. US20160130811A1. 12. květen 2016. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:
[47]	V v K v v S. FRIZON, Fabien a Chnstophe Joussot DUBIEN. Method cf preparing a controlled porosity geopolymer, the resulting geopolymer and the various applications thereof [online], US20100222204A1. 2. září 2010. [vid. 2022- 03-28] Dostupné z:
[48]	SUKKAR, Theresa, David LYONS a Donald J. MERKLEY Composite fiber cement article with radiation curable component [online], W02005071179A1. 4. srpen 2005. [vid. 2022-03-28], Dostupné z: com/patent/W02005071179Al/en?oq=US-'-7%2c754%2c320+B2
[49]	CUI, Jessica, Futong CUI a Zhimin YU. Heat and fire resistant geopolymer materials [online], WO2021178672A2. 10 září 2021. [vid. 2022-03-28], Dostupné z: htttss.//pateMs.googk.com/palerk'W02021178672 A2/an?oq^W0202j.j.7S672A2·· H£ir£kJkď±Sj:£::ISSÍ5.tant+geopolymer+materials.pdf
[50]	LOUDA, Petr, Totka BAKALOVA, Miroslav FRYDRYCH, Miroslav HERCLIK a Štěpán HÝSEK. Prodyšný tepelně izolační plošný panel s protipožární ochranou [online]. CZ308423B6. 12. srpen 2020. [vid. 2022-03-28], Dostupné z:
[51]	LOUDA, Petr, Totka BAKALOVA a Vladimír KOVAČIČ. Žáruvzdorný geopolymemí kompozit s nízkou měrnou hmotností pro konstrukční prvky protipožárních zábran (online). CZ201537A3. 24. únor 2016. (vid. 2022-03-28). Dostupné z:
[52]	REID, Michael. Fire resistant geopolymer foam filling for a window or doorframe (online). EP2545239B1. 14. leden 2015. [vid. 2022-03-28). Dostupné z: U.T:kk:kAAAk:kAk7A'::kkny.iy pdf
[53]	REID, Michael a Ihsan HARUN. Fire resistant geopolymer foam (online). WO2014166998A1. 16. říjen 2014. [vid. 2022- 03-28). Dostupné z: httgskýiňkntesoógi^^ = US20150376062A1- Fire+resistant+geopolymer+foam.pdf
[54]	KAPS, Christian, Hans-Dieter ZELLMANN, Eberhard KUNZEL, Barbara LEVDOLPH, Wolfang BERGER a Hartmut SOLAS. Material for coating mineral construction elements and method for producing a coating of this type (online). W02004076378A1. 10. záři 2004. (vid. 2022-03-28). Dostupné z:

-7 CZ 36694 UI

Podstata technického řešení

Třívrstvý laminát z geopolymemích kompozitních vrstev je určený pro snížení tepelné vodivosti stavebních konstrukcí. Další konstrukční variantou je třívrstvý laminát z polymemích kompozitních vrstev pro snížení tepelné vodivosti stavebních konstrukcí doplněný o přidanou vrstvu pro zesílení odrazivosti infračerveného záření. Tuto přidanou speciální vrstvu tvoří duté skleněné mikrokuličky upevněné k povrchu horní třetí vrstvy laminátu pomocí např. penetrační látky, která zajistí dobrou přilnavost k třetí horní vrstvě. Speciální vrstvu nanesenou na vnější stranu třetí vrstvy laminátu pro zesílení odrazivosti infračerveného záření tvoří duté skleněné mikrokuličky o rozměru 1 až 60 pm připevněné k povrchu třetí vrstvy pomocí penetrační látky nebo pryskyřice nebo geopolymemím materiálem základní vrstvy o tloušťce 1 mm. Duto skleněné mikrokuličky jsou připevněny do nanesené geopolymemí vrstvy, která je ještě v gelovém stavu. Po zatvrdnutí nanesené geopolymemí vrstvy a dutých skleněných mikrokuliček je vrstva skleněných mikrokuliček pokryta penetrační látkou nebo pryskyřicí pro zajištění její celistvosti a ochranu proti mechanickému působení.

Laminát tvoří tři vzájemně spojené vrstvy geopolymemích materiálů rozdílných složení. Základní vrstva představuje nosnou vrstvu a tvoří ji plný geopolymemí materiál, na kterém je přilepena dmhá vrstva z napěněného geopolymemího materiálu. Na vnější povrch napěněné geopolymemí vrstvy plynule navazuje souvislá třetí vrstva opět z plného geopolymemího materiálu.

Matrice základní vrstvy je geopolymemí materiál s disperzí 15 až 30 % hmota, vláken, chovající se v kompozitu prakticky jako vlákna spojitá. Jejich účelem je zvýšit mez pevnosti v tahu a lomovou houževnatost kompozitu. Nasákavost tohoto kompozitu je podle měření okolo 10 %, odpovídající zvýšení koeficientu tepelné vodivosti je na úrovni 45 %. U vrstvy tohoto polymem musí být dosaženo k docílení optimálních vlastností převážně 2D rozložení vláken.

Matrice druhé vrstvy je geopolymemí materiál a disperzi tvoří bubliny plynu uvnitř matrice. Tento kompozit zajišťuje nízkou hodnota koeficientu tepelné vodivosti laminátu, aby byla jeho nízká tepelná vodivost optimálně využita, musí být jeho tloušťka podstatně větší než tloušťky obou krajních vrstev. Pěnový porézní geopolymemí kompozit je z doposud sledovaných kompozitu s geopolymemí matricí nejperspektivnější pro tepelné izolace, jeho koeficient tepelné vodivosti byl při experimentech určen okolo 0,2 W/m K. při pórovitosti okolo 50 % a hustotě 930 kg/m³ Nepříznivé vlastnosti pěnového geopolymem jsou však jeho velmi drsný povrch, a především vysoká nasákavost, podle provedeného měření je jeho nasákavost vyšší než 30 %. Zvýšením obsahu vody vzroste koeficient tepelné vodivosti proti suchému stavu až o 190 %. Růst tepelné vodivosti s obsahem vody v pěnovém geopolymem je zhmba lineární. Přímá úprava povrchu pěnového geopolymem by poněkud mohla snížit nasákavost, ale zůstává stále jeho velmi hrubý povrch, na kterém se podstatně podílí částečně otevřená pórovitost kompozitu. Proto bylo navrženo uzavřít vrstvu pěnového geopolymem mezi dvě vrstvy z jiných kompozitních materiálů na bázi geopolymem. Vhodná uzavírací vrstva povede ke snížení drsnosti porézního povrchu a může také silně omezit až znemožnit nasákavost tohoto polymem.

Matrice třetí vrstvy je geopolymemí materiál s disperzí 20 až 40 % hmota, dutých skleněných mikrokuliček (typ S28 HS nebo S38 HS. výrobce společnost 3M) a 3,5 až 10 % hmota, vláken. Vlákna částečně zpevní kompozit, rozhodující je však disperze dutých skleněných mikrokuliček. Podle výpočtu by vzhledem k nenasákavosti skleněných mikrokuliček mělo dojít ke snížení nasákavosti tohoto kompozitu pod 6 %, přičemž současné dojde ke zvýšení koeficientu tepelné vodivosti kompozitu o 22 %. Skleněné duté mikrokuličky také dobře odrážejí jak viditelné světlo, tak infračervené záření. Tento kompozit je navržen tak, aby jeho vrstva mohla sloužit jako účinná ochrana laminátu proti vnějšímu prostředí.

-8 CZ 36694 UI

Pro přípravu jednotlivých geopolymemích vrstev je využito látek, které jsou komerčně dodávané. Každá geopolymemí vrstva obsahuje geopolymemí pojivo, které se skládá z pevné složky a ze složky kapalné. Kapalná složka geopolymemího pojivá je tvořena sodným a/nebo draselným aktivátorem. Aktivátor je ve formě vodného roztoku křemičitanu sodného nebo draselného se silikátovým poměrem 1,6 až 3,6. Jako plnivo geopolymeru jc použit křemičitý písek a/nebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna. Tento geopolymemí materiál obsahuje 29 % hmota, alkalického aktivátoru komerčně dodávaného produktu, 35,5 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit komerčně dodávaného produktu a 35,5 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm a/nebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna. V případě užití vláken se jedná o jejich průměr okolo 15 pm, délka vláken 5 mm.

Geopolymemí směs pro přípravu dmhé vrstvy je vytvořena z napěněného geopolymem, obsahujícího čistý práškový hliník, a to v množství 0,5 až 1 % hmota. Plnivo geopolymem tvoří křemičitý písek a/nebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna. Použitý aktivátor je shodný jako u základní vrstvy. Tento geopolymemí materiál obsahuje 35,7 až 36,2 % hmota, alkalického aktivátoru komerčně dodávaného produktu, 41,3% hmota, suroviny obsahující metakaolinit komerčně dodávaného produktu a 22 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm a/nebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna. Do takto připraveného geopolymem je ještě přidán hliníkový prášek, který zajistí urychlené tuhnutí a napěnění geopolymem.

Horní třetí vrstvu laminátu opět tvoří plny geopolymer, do kterého jako plnivo je použit křemičitý písek a/nebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna, a navíc duté skleněné mikrokuličky o rozměm 1 až 60 pm v množství 4 % hmota, až 5 % hmota, z hmotnosti třetí vrstvy, přičemž míchání nyní probíhá velmi opatrně, důvodem je zachování celistvosti mikrokuliček ve směsi a tím zlepšení funkčnosti třetí vrstvy laminátu. Použitý aktivátor je shodný jako u základní vrstvy. Geopolymemí materiál obsahuje 37 % hmota, alkalického aktivátom komerčně dodávaného produktu, 46 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit komerčně dodávaného produktu, 12 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm a/nebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna a také 4 % hmota, až 5 % hmota, skleněných mikrokuliček.

Příprava geopolymemích materiálu začíná promícháváním pevných složek směsi, kromě položek pro napěnění směsi. Následně se směs promíchá s kapalnou složkou. Míchání za účelem homogenizace se provádí do dosažení hmoty s gelovým charakterem. Připravená směs je následně nanášena v příslušné vrstvě do dřevěné formy s odpovídajícími rozměry v horizontální poloze. Na dno dřevěné formy se nejprve nanese základní vrstva plného geopolymem. Třívrstvý laminát je vytvořen následně v několika krocích. Třívrstvý laminát je výhodné připravovat ve tvaru stavebního prvku, cihly, desky, dlaždice.

Geopolymemí vrstvy laminátu jsou nanášeny různými způsoby, zejména litím, nebo stříkáním, nebo metodou 3D tisku.

Na dno dřevěné formy se nanášejí jednotlivé vrstvy geopolymem v daném pořadí. Nejprve je nanesena základní vrstva, která se ponechá zatvrdnout po dobu nejméně 1,5 hodiny. Vhodné je po nanesení základní vrstvy tuto přikrýt fólií pro snížení rychlosti usychání vrstvy, což může zabránit jejímu popraskání. Po zatvrdnutí první vrstvy následuje odstranění ochranné fólie a přistupuje se k nanášení další dmhé vrstvy, vypěněné geopolymemí vrstvy. Dmhá vrstva laminátu se nechá zatvrdnout taktéž pokrytá fólií po dobu nejméně 3 hodiny a po zatvrdnutí se nanese třetí vrstva plného geopolymemího materiálu včetně přidaných skleněných mikrokuliček o velikosti 1 až 60 pm. Třetí vrstva laminátu se podobně jako předchozí dvě vrstvy nechá zatvrdnout po dobu nejméně 2 hodiny přikrytá ochrannou fólií. Polymerizace u každé vrstvy laminátu probíhá přirozeným způsobem a další vrstva navazuje na vrstvu předchozí a takto zajišťuje velmi dobrou přilnavost mezi vrstvami laminátu. Podobným způsobem geopolymer navazuje i na beton, proto není třeba využívat lepidla pro spojení jednotlivých vrstev laminátu, lamináty z geopolymemího materiálu navazují na sebe a ve výsledném sendviči je dobrá adheze mezi jednotlivými vrstvami.

-9 CZ 36694 UI

Takto vytvořený laminát z geopolymemích vrstev se zakryje fólií a nechá se vytvrdit do konečného stavu. Vytvrzování takto připraveného třívrstvého laminátu by mělo probíhat nejméně 15 dní, poté je třívrstvý laminát připraven k použití.

V případě nanesení speciální vrstvy na povrch třetí vrstvy laminátu ve formě dutých skleněných mikrokuliček dochází k připevnění dutých skleněných mikrokuliček do geopolymemí třetí vrstvy, která je ještě v gelovém stavu. Po zatvrdnutí geopolymemí třetí vrstvy se skleněnými mikrokuličkami je speciální vrstva dutých skleněných mikrokuliček pokryta penetrační látkou nebo pryskyřicí pro zajištění její celistvosti. Alternativně je možno k fixaci skleněných mikrokuliček ve speciální vrstvě použít geopolymemí materiál základní vrstvy o tloušťce 1 mm.

Pro zrychlení procesu schnutí a vytvrzování celého laminátu je možno použít následující technologický postup, a to ten, že společně s dřevěnou formou se laminát ponechá v sušárně na teplotě 45 °C po dobu 5 hodin a po od formování se hotovy laminát ponechá v sušárně při teplotě 82 °C po dobu 15 hodin.

Objasnění výkresů

Příklad zhotoveného výrobku podle technického řešení je ukázán na výkrese, na němž značí obr. 1 třívrstvý laminát z geopolymemích materiálů ve tvaru stavebního prvku či dlaždice.

Příklady uskutečnění technického řešení

Základní návrh geopolymemího laminátu má tloušťku 30 mm a skládá se ze tří vrstev podle obr. 1, toje ze základní vrstvy 1 (spodní vrstvy), druhé vrstvy 2 (střední vrstva) a z třetí vrstvy 3 (horní vrstva). Základní vrstva 1 představuje nosnou vrstvu a tvoří ji plný geopolymemí materiál, na kterém je přilepena druhá vrstva 2 z napěněného geopolymemího materiálu. Na vnější povrch napěněné geopolymemí vrstvy plynule navazuje souvislá třetí vrstva 3 vytvořená opět z plného geopolymemího materiálu. Každá geopolymemí vrstva obsahuje geopolymemí pojivo, které se skládá zpěvné složky a ze složky kapalné. Kapalná složka geopolymemího pojívaje tvořena sodným a/nebo draselným aktivátorem. Jako plnivo geopolymeru je použit křemičitý písek a nebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna. Geopolymemí materiál základní vrstvy 1 obsahuje 15 % hmota, až 29 % hmota, alkalického aktivátoru, 20 % hmota, až 35,5 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit a 20 % hmota, až 35,5 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm anebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna. V případě užití vláken se jedná o jejich průměr okolo 15 pm, délka vláken je 5 mm. Matrice geopolymemího materiálu je tloušťky 4 mm s alternativní disperzí cca 20 % hmota, čedičových vláken. Koeficient tepelné vodivosti podle provedených měření je 1,4 W/m K, tomu odpovídá tepelný odpor základní laminy 3xlO’³-m²K/W (3 m²KmW).

Geopolymemí směs pro přípravu druhé vrstvy 2 je vytvořena z napěněného geopolymeru. obsahujícího čistý práškový hliník, a to v množství 0,5 až 1 % hmota, z hmotnosti této druhé vrstvy. Tento geopolymemí materiál obsahuje 35,7 až 36,2 % hmota, alkalického aktivátoru, 41,3 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit a 22 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm a/nebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna. Do takto připraveného geopolymeru je ještě přidán hliníkový prášek, který zajisti urychlené tuhnutí a napěnění geopolymeru. Napěněný geopolymemí materiál je tloušťky 24 mm s 50 % pórovitostí (matrice geopolymer, disperze vzduchové bubliny), tepelná vodivost podle provedených měření 0,02 W/m K tomu odpovídá tepelný odpor laminátu l,2xl0^-6 m²K/W (1200 m²K/mW).

Horní třetí vrstvu 3 laminátu opět tvoří plný geopolymer, do kterého j ako plnivo j e použit křemičitý písek a/nebo čedičová krátká vlákna a/nebo uhlíková krátká vlákna, a navíc duté skleněné mikrokuličky o rozměru 1 až 60 pm v množství 5 % hmotu, z hmotnosti třetí vrstvy. Geopolymemí

- 10CZ 36694 UI materiál obsahuje 37 % hmota, alkalického aktivátoru, 46% hmota, suroviny obsahující metakaolinit, 12 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm a také 5 % hmota, dutých skleněných mikrokuliček. Matrice z geopolymerního materiálu, tepelná vodivost 1,3 W/mK. tloušťka laminátu 2 mm. Tepelná vodivost u tohoto kompozitu nebyla měřena, byla určena pouze výpočtem na 0,19 W/m K, odpovídající tepelný odpor laminátu 1 x 10^-3 m²K/W (lm²K/mW).

Je třeba vždy spodní vrstvu geopolymerního materiálu ponechat vytvrdnout, aby se nesmíchala s následující vrstvou laminátu, každa vrstva laminátu plní svou funkci. Probíhající polymerizace u nové vrstvy laminátu přirozeným způsobem navazuje na vrstvu předchozí a zajišťuje velmi dobrou přilnavost mezi jednotlivými vrstvami laminátu. Podobným způsobem geopolymemí materiál navazuje i na beton, proto není nutno používat lepidlo pro spojení vrstev laminátu. Vrstvy laminátu z geopolymerního materiálu navazují na sebe a v sendviči je dobrá adhezc mezi vrstvami.

V případě nanesení speciální vrstvy na povrch třetí vrstvy 3 laminátu ve formě dutých skleněných mikrokuliček o rozměru 1 až 60 pm za účelem zesílení odrazivosti infračerveného záření dochází k připevnění dutých skleněných mikrokuliček do geopolymemí třetí vrstvy 3, která je ještě v gelovém stavu. Po zatvrdnutí geopolymemí třetí vrstvy 3 se skleněnými mikrokuličkami je speciální vrstva dutých skleněných mikrokuliček pokryta penetrační látkou nebo pryskyřicí pro zajištění její celistvosti. Alternativní připevnění dutých skleněných mikrokuliček speciální vrstvy k vnějšímu povrchu třetí vrstvy laminátu 3 je možno realizovat penetrační látkou nebo pryskyřicí nebo geopolymemím materiálem základní vrstvy o tloušťce 1 mm.

Celkový tepelný odpor celého laminátu je R_L = 1204xl0^-3 m²K/W (1204 m²K/m-W). Celkový součinitel prostupu tepla tímto laminátem (přednostně používaný v hodnocení tepelně izolujících materiálů ve stavebnictví) je Ul = 1/Ri - 0,83 W/m² K. Ekvivalentní tepelná vodivost celého laminátu je Xl = 0,036 W/m K.

Součinitel prostupu tepla tímto laminátem souhlasí se součinitelem prostupu tepla 5 mm tlusté desky expandovaného polystyrenu. Podle ekvivalentní tepelné vodivosti by tento kompozit odpovídal pískovému nebo popílkovému pórobetonu, ale s lepšími mechanickými vlastnostmi i nasákavosti. Jeho použitelnost je v teplotním rozsahu od -100 do 500 °C.

Hustota navržených geopolymemích kompozitu byla měřena na vzorcích tvaru tyčinek délky 100 mm čtvercového průřezu o hraně 10 mm. Vážení bylo provedeno s přesností 5 %. Tato přesnost se jevila jako dostatečná vzhledem k velkému rozptylu hodnot mezi jednotlivými vzorky. Vždy byl použit soubor alespoň sedmi vzorků. Nejprve byla zjištěna hustota používaného čistého geopolymeru. Její střední hodnotaje 1,5 ±0,1 g/cm³.

Podle předpokladů může být kompozit s obsahem dutých skleněných mikrokuliček. použitý na vnější straně laminátu, vystaven působení zvýšené vlhkosti, případně i přímo vody (déšť, hašení požáru). Vzhledem k možným způsobům použití byl proto s tímto kompozitním materiálem proveden následující test:

• kompozit byl ponořen do pilné vody o teplotě 20 °C na dobu 30 minut. Pak vyjmut a umístěn na vzduchu o teplotě 22 °C, • po 12 hodinách od vyjmutí z vody byla změřena elektrická rezistivita, • po sedmi dnech kondicionování na vzduchu o teplotě 20 °C a při vlhkosti 45 % byla znovu změřena elektrická rezistivita.

Test prokázal dostatečnou odolnost celého třívrstvého laminátu. Rovněž byla hodnocena poréznost celého třívrstvého laminátu s obsahem 50 až 75 % objemových dutých skleněných mikrokuliček na vnějším povrchu třetí vrstvy 3 laminátu pro zesílení odrazivosti infračerveného záření. Měření bylo provedeno na přístroji AutoPore IV 9510. Vzorky byly odplyněny ve vakuové sušárně při

- 11 CZ 36694 UI teplotě 110 °C po dobu 16 hodin. Vakuově uzavřený peneirometr (čepičkou a lukem) se vzorkem byl vložen do nízkotlakého portu, kde proběhla nízkotlaká analýza v rozmezí tlaků 0 až 345 kPa, rozmezí velikosti pórů 3,6 až 360 pm. Poté byl penetrometr vložen do vysokotlakého portu a proběhla vysokotlaká analýza až do 413,7MPa, rozmezí velikosti pórů 3 až 6 000 nm. Výsledkem je intruzní křivka (závislost intruzního objemu v ml na tlaku v MPa/pruměrem pórů v nm), ze které lze vypočítat rozložení otevřené pórovitosti v závislosti na průměru pórů.

Rovněž byla hodnocena účinnost navržené tepelné izolace geopolymemího laminátu. Základní vrstva 1 a třetí vrstva 3 laminátu mohou mít hodnotu koeficientu tepelné vodivosti až 0,2 W/mk. Mají význam především pro ochranu základního tepelně izolačního geopolymemího materiálu druhé vrstvy 2 před mechanickým poškozením, případné proti příliš velkému vlivu vlhkosti. Vzniká však otázka, jak silně svou vyšší tepelnou vodivostí znehodnotí tepelně izolační vlastnosti střední druhé vrstvy 2 s hodnotou tepelné vodivosti 0,02 W/mK.

Účinnost takovéto tepelné izolace geopolymemího laminátu byla posuzována ve čtyřech typických případech.

Případ 1: Ochrana proti příliš vysoké teplotě - na vnější straně základní vrstvy 1 laminátu je teplota 500 °C, na vnitřní straně třetí vrstvy 3 laminátu má být udržena teplota 20 °C. Předpokládáme dokonalý přestup tepla do laminátu.

Případ 2: Ochrana proti příliš nízké teplotě - na vnější straně základní vrstvy 1 laminátu je teplota 100 °C, na vnitřní straně třetí vrstvy 3 laminátu má být udržena teplota 20 °C. Předpokládáme dokonalý přestup tepla do laminátu.

Případ 3: Použití laminátu ve stavebnictví v létě - na vnější (případně osluněné) straně základní vrstvy 1 laminátu je teplota 100 °C, na vnitřní straně třetí vrstvy 3 laminátu má být udržena teplota 20 °C. Předpokládáme dokonalý přestup tepla do laminátu.

Případ 4: Použití laminátu ve stavebnictví v zimě - na vnější straně základní vrstvy 1 laminátu je teplota - 30 °C, na vnitřní straně třetí vrstvy 3 laminátu má být udržena teplota 20 °C. Předpokládáme dokonalý přestup tepla do laminátu.

Pro tyto uvedené případy pak bylo vypočteno rozdělení teploty v laminátu a tepelný tok laminátem, vztažený na jednotku plochy laminátu [W/m²].

Ad Případ 1 - teplota vnějšího povrchu 500 °C, teplota vnitřního povrchu 20 °C. Tepelný tok 398,7 W/m².

Ad Případ 2 - teplota vnějšího povrchu - 100 °C, teplota vnitřního povrchu 20 °C. Tepelný tok 99,7 W/m².

Ad Případ 3 - teplota vnějšího povrchu 100 °C, teplota vnitřního povrchu 20 °C. Tepelný tok 66,4 W/m².

Ad Případ 4 - teplota vnějšího povrchu - 30 °C, teplota vnitřního povrchu 20 °C. Tepelný tok 41,5 W/m². V případě teploty vnějšího povrchu - 100 °C, teplota vnitřního povrchu 20 °C. Tepelný tok - 66,4 W/m².

Ze shora uvedených tepelných toků je patrné, ze obě vnější vrstvy 1 a 3 laminátu poněkud zvyšují spád teploty na geopolymemí druhé vrstvě 2 laminátu proti použití druhé vrstvy 2 laminátu bez ochranné speciální vrstvy pro zesílení odrazivosti infračerveného záření. Toto zvýšení průchodu tepla proti samotné druhé vrstvě 2 bez užití speciální vrstvy pro zesílení odrazivosti infračerveného záření na třetí vrstvě 3 laminátu je ale velmi malé. Totéž platí i pro ostatní případy.

- 12CZ 36694 Ul

Je patrné, že tepelný odpor i spád teplot okrajových lamin, to je základní vrstvy 1 a třetí vrstvy 3 jsou prakticky zanedbatelné a rozhodující jsou tepelné vlastnosti střední druhé vrstvy 2. Pro zjednodušení v praxi by bylo možné počítat při tepelných výpočtech pouze se střední druhou vrstvou 2 a vliv obou okrajových lamin na tepelný tok laminátem zanedbat.

Je také zřejmé, j ak rozhoduj ící vliv má na tepelné vlastnosti laminátu tepelná vodivost střední druhé vrstvy 2, kterou je nutné co nejvíce snížit. Okrajové vrstvy laminátu potom slouží především k ochraně teto střední druhé vrstvy 2 a na jejich tepelné vodivosti téměř nezáleží.

Pokud by došlo k přímému ohřevu povrchu laminátu intenzivním elektromagnetickým zářením, může sloužit třetí vrstva 3 současně ke zvýšenému odrazu především tepelného (infračerveného) zářeni od povrchu laminátu. Bez účinku dutých skleněných mikrokuliček byla určena odrazivost infračerveného záření na použitém geopolymeru 8 %, při použití třetí vrstvy 3 s obsahem dutých skleněných mikrokuliček bylo experimentálně zjištěno zvýšení odrazivosti infračerveného záření na 17 % a uvažovaná povrchová speciální tenká vrstva dutých skleněných mikrokuliček na vněj ším povrchu třetí vrstvy 3 by mohla odrazivost zvýšit až na 40 %.

Příklad 1

Příklad se týká třívrstvého laminátu pro snížení tepelné vodivosti stavebních konstrukcí. Laminát je o rozměrech 290 x 290 x 30 mm a sestává ze základní vrstvy 1 připravené z geopolymemího materiálu o tloušťce 5 mm. Tento geopolymemí materiál obsahuje 29 % hmoto, draselného alkalického aktivátoru komerčně dodávaného produktu, 35,5 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit komerčně dodávaného produktu a 35,5 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm. Tento geopolymemí materiál se nanese na dno deskové formy horizontální poloze a nechá se vytvrdit po dobu cca 1,5 hodiny. Následuje příprava druhé vrstvy 2, která je nanesena na základní vrstvu 1 a sestává z geopolymemího materiálu o tloušťce 20 mm. Tento geopolymemí materiál obsahuje až 36,2 % hmota, draselného alkalického aktivátoru komerčně dodávaného produktu, 41,3 % hmota, suroviny obsahující inctakaolinit komerčně dodávaného produktu a 22 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm. Do takto připraveného geopolymem je ještě přidáno 0,5 % hmota, hliníkového prášku, který zajistí urychlené tuhnutí a napěnění geopolymem. Posledním krokem v konstmkci třívrstvého laminátu je příprava třetí vrstvy 3, která se nanese na předchozí vrstvu napěněného geopolymem. Tato třetí vrstva 3 sestává z geopolymemího materiálu o tloušťce 10 mm, geopolymemí materiál obsahuje 37 % hmota, draselného alkalického aktivátoru komerčně dodávaného produktu, 46 % hmota, suroviny obsahující inctakaolinit komerčně dodávaného produktu, 12 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm a 5 % hmota, skleněných mikrokuliček o velikosti 1 až 60 pm. Geopolymer s obsahem rovnoměrně přimíchaných skleněných mikrokuliček o velikosti 1 až 60 pm směruje ke zdroji tepla z důvodu omezení jeho šíření vně ohraničeného prostoru. Tento třívrstvý laminát je možno použít na dřevostavby se zlepšeným tepelným komfortem a vysokou požární odolností. Každá vrstva geopolymem navazuje na vrstvu předchozí a takto se zajišťuje velmi dobrá přilnavost mezi vrstvami laminátu. Z tohoto důvodu není třeba využívat lepidla pro spojení jednotlivých vrstev laminátu, jednotlivé vrstvy laminátu z geopolymemího materiálu navazují na sebe.

Příklad 2

Příklad se týká třívrstvého laminátu z geopolymemích materiálů, který je opatřen na své vnější straně speciální vrstvou pro zesílení odrazivosti infračerveného záření. Třívrstvý laminát pro snížení tepelné vodivosti se speciální vrstvou pro zesílení odrazivosti infračerveného záření sestává ze základní vrstvy 1 připravené z geopolymemího materiálu tloušťky 5 mm, se kterou je spojena střední dmhá vrstva 2 geopolymemího materiálu o tloušťce 20 mm z napěněného geopolymem. Na tuto druhou vrstvu 2 materiálu potom navazuje horní třetí vrstva 3 o tloušťce 10 mm s obsahem přimíchaných skleněných mikrokuliček, a to stejným způsobem a se shodným obsahem, jak je

- 13 CZ 36694 Ul uvedeno v příkladu 1. Na vnějším povrchu třetí vrstvy 3 je ještě nanesena speciální vrstva pro zesílení odrazivostí infračerveného záření, která sestává ze skleněných mikrokuliček připevněných k povrchu třetí vrstvy 3 pomocí penetrační látky nebo pryskyřice nebo geopolymemím materiálem základní vrstvy 1 o tloušťce 1 mm. Duté skleněné mi krokuličky jsou připevněny do nanesené geopolymemí vrstvy, která je ještě v gelovém stavu. Po zatvrdnutí nanesené geopolymemí vrstvy a skleněných mikrokuliček je vrstva dutých skleněných mikrokuliček pokryta penetrační látkou nebo pryskyřicí pro zajištění její celistvosti a ochranu proti mechanickému působení. Složení jednotlivých užitých vrstev geopolvmemího materiálu bylo shodné s příkladem 1.

Tento třívrstvý laminát se speciální vrstvou pro zesílení obrazivostí infračerveného záření je vhodný na stavební konstrukce, u kterých je třeba z hlediska úspory tepla a snížení tepelných ztrát zajistit lepší obrazivost infračerveného záření.

Průmyslová využitelnost

Nabízené řešení nachází uplatnění především ve stavebním průmyslu na vysoce exponované povrchy (vysoká teplota, mraz, infračervené záření aj.) různých konstrukcí, jako betonových, ocelových či dřevěných. Využití laminátů z geopolymemích materiálů bez nebo se speciální vrstvou dutých skleněných mikrokuliček pro zesílení odrazivostí infračerveného záření, vede ke zvýšení jak tepelné, tak i zvukové izolace a dalších funkčních vlastností. Alternativou pro nabízenou stavební úpravu je však možná i forma stavebního prvku nebo desky z geopolymemího laminátu o různých velikostech, který zajistí snížení spotřeby tepelné energie na klimatizaci stavby nebo místnosti.

Návrh geopolymemího laminátu bez či se speciální vrstvou s dutými skleněnými mikrokuličkami pro zesílení obrazivostí infračerveného záření se obecně vyznačuje výrazným zvýšením tepelné a zvukové izolace. Úpravu povrchu ve formě laminátu lze aplikovat prakticky na všechny typy povrchů ve stavebném průmyslu, kovy, dřevo, beton aj.

Mezi přednosti navrženého technického řešení lze zdůraznit lepší mechanické vlastnosti a nižší nasákavost ve srovnání s pórobetonem, produkt zajišťuje tepelnou odolnost ve větším teplotním rozsahu v případě využití jako omítka, nebo ve formě stavebního prvku pro omezení teplotních změn. Geopolymemí laminát se vyznačuje velmi dobrou přilnavostí mezi jednotlivými vrstvami laminátu a velmi dobrou tepelnou roztažností, protože jsou všechny příslušné vrstvy laminátu vyrobeny z geopolymemího materiálu. Velkou předností nabízeného vynálezu je jeho odolnost proti plísním a bakteriím, neboť GP materiály mají pH 11 až 12 v delším časovém horizontu.

Využití technického řešení v širokém průmyslovém měřítku není limitováno, protože existuje řada způsobů jeho výroby pro konkrétní oblasti aplikace. Nedílnou součástí návrhu technického řešení je zapojení myšlenky „green technology” ve smyslu použití přírodních materiálů, které nemají negativní dopad na ekologii a zajišťují nižší emise CO2.

Významnou předností technického řešení je nižší spotřeba energie při výrobě GP materiálů, což vede k celkovému snížení spotřeby energie při výrobě produktu. Ve srovnání s polyuretanovou a polyisokyanurátovou izolační pěnou, u kterých je proces výroby charakteristický tím, že je spotřebováno výrazně větší množství energie.

Nabízené technické řešení použití geopolymemího laminátu umožňuje jeho výrobu odlišnými technologiemi, jako jsou např. odlévání do formy, stříkání pomocí pistole na předem připravený povrch nebo výroba pomocí 3D tisku GP materiálů.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Laminát ve tvaru stavebního prvku nebo dlaždice, vyznačující se tím, že je vytvořen z geopolymemího materiálu a tvoří jej tři vrstvy geopolymemího materiálu odlišného složení uspořádané těsně nad sebou, přičemž základní vrstva (1) geopolymemího materiálu představuje nosnou vrstvu z plného materiálu s obsahem 29 % hmota, sodného a/nebo draselného alkalického aktivátoru, 35,5 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit a 35,5 % hmota, plniva tvořeného křemičitým pískem se střední zrnitostí 0,2 mm a/nebo čedičovými krátkými vlákny s délkou 5 mm o jemnosti 15 pm a/nebo uhlíkovými krátkými vlákny s délkou 5 mm o jemnosti 15 pm;

   střední dmhá vrstva (2) je z napěněného geopolymem a obsahuje 35,7 až 36,2 % hmota, sodného a/nebo draselného alkalického aktivátoru, 41,3 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit, 22 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm a/nebo čedičových krátkých vláken a/nebo uhlíkových krátkých vláken s délkou 5 mm o jemnosti 15 pm a čistý práškový hliník v množství 0,5 % hmota, až 1 % hmota.; a vrchní třetí vrstva (3) obsahuje plný geopolymer tvořený 37 % hmota, sodného a/nebo draselného alkalického aktivátoru, 25 % hmota, až 46 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit, 12 % hmota, křemičitého písku se střední zrnitostí 0,2 mm a/nebo čedičových krátkých vláken a/nebo uhlíkových krátkých vláken s délkou 5 mm o jemnosti 15 pm a také 5% hmota, dutých skleněných mikrokuliček o rozměru 1 až 60 pm.
2. 2. Laminát ve tvaru stavebního prvku nebo dlaždice podle nároku 1, vyznačující se tím, že na vnějším povrchu třetí vrstvy (3) je zakotvena speciální vrstva pro zesílení odrazivosti infračerveného záření z dutých skleněných mikrokuliček o rozměru 1 až 60 pm.
3. 3. Laminát ve tvaru stavebního prvku nebo dlaždice podle nároku 2, vyznačující se tím, že duté skleněné mikrokuličky speciální vrstvy jsou připevněny k vnějšímu povrchu třetí vrstvy (3) penetrační látkou nebo pryskyřicí nebo geopolymemím materiálem základní vrstvy (1) o tloušťce 1 mm.