STANĚK, T. Vztah parametrů přípravy belitického cementu a jeho hydraulických vlastností [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2009.
Práce byla vypracována v rámci kombinované formy. Velké množství výsledků, které je v práci je výsledkem dlouhodobé vědecké činnosti, která transformovala odborné zaměření Dr. Staňka od mineralogie do chemie a technologie silikátových systémů na bázi anorganických pojiv. Poctivý přístup dizertanta vedly na jedné straně k prodlužování doby dizertační práce, ale na druhé straně prohlubovaly jeho znalosti. Disertační prací se bilancuje jedna etapa jeho výzkumné činnosti a v současnosti již běží řešení projektů orientovaných na využití sekundárních surovin v technologii přípravy cementu, kdy podobně jako v této práci autor nezanedbává základní poznání vlivu příměsí na vývoj a stabilitu jednotlivých fází. Práci doporučuji k obhajobě.
Práce dizertanda RNDr. Theodora Stanka se zabývá přípravou aktivního belitického cementu na bází přírodních a sekundárních surovin. Jde v podstatě o vývoji nízkoenergetických cementů s nižšími emisemi CO2 a s možností aplikací ve stavebnictví. Pojivo na bází belitu můžeme rozdělit do několika skupin podle typu a obsahu vedlejších komponent: např. Portlandský cement s vysokým obsahem C2S (obsah C2S je vyšší než C3S, ostatní složky jsou další minerály portlandského slínku), Sulfoaluminátové belitické cementy (hlavní fáze jsou C2S, C4A3 , C , C4AF- cement je bez C2S a C3A), Belitické sulfoferitové cementy(s vysokém obsahem feritové fází). Belitické cementy jsou známy pomalým vývojem hydratačního tepla a pevnosti, dále odolností vůči karbonataci a výbornou dlouhodobou pevností. U těchto výhod je třeba zdůraznit, že belitický cement sa vyrábí při nižší teplotě, co redukuje spotřebu energie a tedy i emise CO2. Velkou nevýhodou belitického cementu je stabilizace fází beta-dikalcium silikátu, protože jen ze všech polymorfních modifikací je pouze gama stabilní za uvedených termodynamických podmínek. Táto fáze, ale bohužel nemá žádné hydraulické vlastnosti. Stabilizace vysokoteplotních polymorfních fází dikalciumsilikátu se běžně a často uskutečňuje prostřednictvím rychlého chlazení, co vyžaduje dodatečnou operaci. Dalším způsobem stabilizace dikalciumsilikátu je časově náročný dvojnásobný výpal surovin CaCO3 a SiO2 v poměre 2:1. Po prvním výpalu se vzorek rozemílá na mikročástice, které brání nukleaci gama-modifikace. Nejběžnějším způsobem je použití tzv. dopandů, které vytvářejí s C2S tuhé roztoky. Použití některých odpadů obsahujících sírany mohou přispět ke stabilizaci belitu v cementu. Chemická stabilizace belitu síranem souvisí s teplotou stabilizace polymorfních modifikací C2S. Při přípravě cementů v přítomnosti SO4 je beta modifikace C2S stabilizována síranem a tím se retarduje tvorba C3S. Ve vysoce belitickém slínku je hlavní část SO3 jako CaSO4 zabudována do belitu a vyskytuje se ve formě C5S2 . V takovém případě jde o tvorbu sloučeniny s hydraulickými vlastnostmi. Teoretická část práce je na vysoké úrovní. Autor čerpal informace i z nejnovějších vědeckých zdrojů a kapitoly jsou stylově a odborně dobře zpracované. Kapitola "Experimentální část" je rozsáhlá a autor používal klasické metody a přístroje (optická mikroskopie, rentgenová difrakční analýza, TG DTA analýza a zařízení pro stanoveni pevností podle EN) pro hodnocení vlivu různých parametrů na kinetiku vzniku slínkových minerálů ve vzorcích a jejich hydraulicity. Chybí v této kapitole popis zařízení, metod a postupu stanovení vlastností jako např. hydratačního tepla slínkových minerálů, pevností apod. Táto část "Experimentální část" kombinovaná s výsledky je jasně koncipovaná, stručná a srozumitelná. Autor připravil několik vzorků cementů s cílem sledovat vliv vybraných parametrů na kinetiku vzniku C2S a na jeho hydraulické vlastnosti. RNDr. Theodor Staněk poukázal na možnosti uplatnění sulfobelitového slínku. V první části (kapitola 4.1) byla průmyslová surovinová moučka modifikovaná popílkem na SLP 80, co zabezpečilo výpal belitického slinku. Vzorky byly izotermně vypálené při různých teplotách 1300 °C, 1340 °C, 1360 °C a 1430 °C. V této části není jasně proč obsah alitu klesá s teplotou a s izotermní výdrží. Jaká je optimální teplota výpalu? Mineralogické složení není uvedeno. Bilance emise CO2 a tepelné spotřeby při výpalu belitického slínku ve srovnání s Portladskem cementem je zajímavé. Měrná spotřeba elektrické energie není započítaná do celkové bilance, protože belitický slinek má lepší melitelnost než alitický slinek. V kapitole 4.2 byli použity dvě průmyslové surovinové moučky, které mají odlišnou reaktivitu. Opět byly surovinové moučky korigované přídavkem křemičitého úletu pro snížení SLP moučky. Hodně nastavených parametrů (teplota, izotermní výdrž, SLP a apod.), často komplikuje proces optimalizace. Tabulka 16 sumarizuje výsledky mineralogického složení slínků vypálených při různých teplotách. Výsledky poukazují na optimální teplotu výpalu, která by byla 1350 °C. Tento výsledek znamená velkou úspora energie v porovnání s výpalem portlandského slinku. Zajímavé zjištění vyplynulo ze stanovení obsahu oxidů v belitu při teplotách 1350 °C, 1400 °C a 1450 °C. Při těchto teplotách je C2S v alpha polymorfní fázi i když autor tvrdil, že nebyl táto modifikace identifikovaná. Co je vlastně příčinou vzrůstu znečistění belitu vedlejšími oxidy s teplotou? Tabulka 19. Proč je Max při 1400 °C 1,23 hod.? Byl slinek smíchán se sádrovcem:? Ne jsou výsledky pevnosti uvedených v tabulce 20 v rámci chyb měření? Anebo jsou rozdílné pevnosti? Podle výsledků v kapitole 4.1 klesá obsah alitu s teplotou výpalu a s dobou výdrže, co je příčinou vzrůstu pevnosti v tomto případe?. Výsledky v Obr. 21 dokazují, že pevnost cementu závisí na obsahu alitu. Kapitola 4.3. V této části výsledků jsou vědecky zajímavá zjištění, která potvrzují roli SO3 při kinetice tvorby slínkových minerálů. Přestože je vysoký obsah SO3 v surovinové moučce, byla identifikovaná přítomnost C4A3 a C podle Obr. 24. Tvorba C3S byla zablokovaná. Výsledky pevnosti cementů poukazují na to, že belitické cementy mají lepší vývoj dlouhodobých mechanických pevností než portlandské cementy. Tabulka 31 a Obr.21. Kolik sádrovce bylo přidáno do slínku?, bylo to stejné množství? Tuhnutí a tvrdnutí. Jaký byl obsah sádrovce v C-B? proč má C-B rychle tuhnutí? Kapitola 4.4. V této kapitole byly připraveny směsné cementy na bází sulfobelitického a alitického průmyslového slínku z cementárny Mokrá. Sulfobelitický slinek byl vypálen v modelové rotační peci. Z výsledků vývoje mechanických pevnosti vyplývá, že pouze počáteční pevnosti jsou ovlivňovány alitem a rostou úměrně s rostoucím obsahem alitického cementu ve směsi a že dlouhodobé pevnosti (28 dní) jsou stejné. Z hlediska možnosti aplikace je správné zaokrouhlit výsledky uvedené v tabulce 37 a uvést chyby měření. Závěr: Výsledky práce RNDr. Theodora Staňka jsou konzistentní a užitečné pro jak pro vědu tak praxi. Práce má přínos v oblasti životního prostředí (redukce emise CO2, úspora přírodních surovin, zužitkování odpadů), pro úsporu energie (teplota výpalu, tepelná a elektrická energie pro výpal a mletí) a pro speciální aplikace (pomalý vývoj pevnosti a hydratačního tepla, odolnosti vůči karbonataci apod.). I přes uvedené připomínky předkládaná práce splňuje kritéria stanovená pro obhajobu disertační práce v studijním programu "Chemie, technologie a vlastnosti materiálů" a proto doporučuji , aby na základě předložené disertační práce a po jej úspěšném obhájení bol udělen RNDr. Theodorovi Staňkovi akademický titul "Philosophiae doctor" (PhD.)
Disertační práce RNDr. Theodora Staňka se zabývá aktuální problematikou přípravy a vlastnostmi nízkoenergetických (belitických) cementů Práce má celkem 85 stran a je doplněna obsáhlým seznamem literatury (163 odkazů). V prvé části disertační práce (teoretická část) dizertant provedl obsáhlý kritický přehled současných pohledů na kinetiku vzniku portlandského slínku. Obsáhle se zabýval informacemi o belitu a belitickém cementu. V další části teoretického úvodu se zabýval rozborem informací o jednotlivých typech nízkoenergetických belitických cementů. Tato část přináší ucelený pohled na tuto perspektivní, i když obtížnou problematiku, jak z hlediska chemického, tak i technologického. V druhé části dizertační práce (experimentální část) se dizertant zabýval experimenty vedoucími k přípravě belitického cementu. Dizertant použil při studiu procesů vzniku belitu řadu metod jako je optická mikroskopie, bodová analýza na elektronové mikrosondě, rtg. difrakční analýza, stanovení vývoje hydratačního tepla a další standardní cementářské metody. V závěru práce jsou uvedeny výsledky z přípravy belitického cementu na zkušebním "laboratorním" zařízení (zkušební rotační peci). V experimentální části práce se diletant zabýval dále kinetikou vzniku belitického slínku, kdy byly diskutovány vlivy jednotlivých parametrů vč. dopadu na energetickou bilanci a emise CO2. V další části jsou uvedeny výsledky ze studia vlivu podmínek přípravy belitického slínku na jeho hydraulickou aktivitu. Chtěl bych zejména vyzdvihnout originální poznatky uvedené v disertační práci: " Nízká hydraulická aktivita belitu s "dokonalými" krystaly s minimem doprovodných prvků. " Zvýšení hydraulické aktivity belitu za přísady síranů. Byl potvrzen názor, že za přísady síranů dochází k průniku dalších prvků do mřížky belitu (viz výsledky z elektronové mikrosondy), kdy "znečistění" krystalové mřížky vede ke zvýšení reaktivity belitu ve styku s vodou. Z uvedených výsledků vyplývá, že dizertant provedl velké množství pracných experimentů. Získané experimentální výsledky jsou obsáhle diskutovány a na základě této diskuze byly vysloveny adekvátní závěry. Práce je doplněna obsáhlým seznamem literatury, který ukazuje dobrou informovanost dizertanta o dané problematice. Práce je napsána pečlivě a přehledně. Výsledky uvedené v disertační práci byly z části publikovány a prošly recenzním řízením. Je třeba vyzdvihnout úsilí dizertanta převést získané experimentální poznatky do cementářské praxe. K dizertační práci mám tyto připomínky, které by měly být v rozpravě k disertační práce diskutovány: " V popisu sloučenin by se mělo zřejmě používat termín sulfáto… nikoliv sulfo... Sloučeniny obsahují sírany. nikoliv sirníky či elementární síru. " V grafech a v tabulkách je uvedena řada údajů. Jaká byla reprodukovatelnost výsledků, tedy s jakou chybou měření bylo počítáno? Doporučuji dizertační práci RNDr. Theodora Staňka k obhajobě a k udělení akademického titulu Ph.D.
eVSKP id 28488