Ponuka záverečných prác

Na Oddelení stavebných hmôt a konštrukcií ÚSTARCH SAV môžu študenti FCHPT STU v Bratislave a SvF STU v Bratislave realizovať svoje záverečné práce. Aktuálne pre študentov ponúkame nasledovné témy:

Témy bakalárske prác
Vývoj zloženia a vlastností hybridného H-cementu v hydrotermálnych podmienkach

Anotácia: Cieľom bakalárskej práce bude ohodnotiť vhodnosť použitia hybridného H-cementu v náročných podmienkach hydrotermálnych vrtov. Testovanie cementových pást bude realizované v laboratórnom autokláve, pričom podmienky budú simulovať reálne prostredie v hydrotermálnych vrtoch lokality Ďurkov pri Košiciach (teplota, tlak, zloženie vody). Výroba hybridného H-cementu s nízkym obsahom portlandského slinku (20 hm.%) je energeticky úsporná, spĺňa ekologické nároky na znižovanie emisií a k udržateľnosti rozvoja pri súčasnej ochrane životného prostredia prispieva aj zužitkovaním odpadových materiálov. V porovnaní s bežnými portlandskými cementami sú hybridné cementy vďaka tvorbe „gélových“ hydratačných produktov chemicky a tepelne odolnejšie. Vývoj zloženia, štruktúry a mechanických vlastností cementových materiálov v daných podmienkach bude študovaný a ohodnotený pomocou dostupných analytických metód (RTG, TGA, ortuťová porozimetria) a meraním pevnosti v tlaku.

Vedúca záverečnej práce: Ing. Eva Kuzielová, PhD.

Syntéza progresívnych materiálov na báze bioskla pre aplikácie v medicíne

Anotácia: Bioská a ich sklokeramické produkty predstavujú novšiu kategóriu biomateriálov kompatibilné so živými organizmami, s dostatočnou tvrdosťou a bioaktivitou. Ich použitie sa uplatňuje najmä ako náhrady kostí vo forme trvalých implantátov alebo ako materiály vhodné pre oblasť stomatológie. Najvýznamnejším predstaviteľom bioskiel je sklo v systéme LiO2-SiO2-CaO-P2O5-CaF2. Prítomnosť fluórapatitu ovplyvňuje bioaktivitu bioskiel a ich sklokeramických produktov. Cieľom práce je štúdium bioaktivity materiálov na báze skla s obsahom fluórapatitov v dynamickom prúdiacom simulovaným krvným roztoku.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Príprava nízkoenergetických cementov pre špeciálne aplikácie

Anotácia: V súčasnosti výroba bežného cementu je z hľadiska energetického a ekologického nevyhovujúca a preto naše pracovisko skúma možnosti prípravy špeciálnych cementov tzv. nízkoenergetických cementov, ktorých výroba spĺňa požiadavky životného prostredia (redukcia emisie CO2, SOx, NOx a podobne). Nízkoenergetické cementy sú známe aj ako “Environmental friendly” cementy kvôli zníženiu teploty výpalu, využívaniu priemyselných vedľajších produktov a zníženiu emisií CO2. Výroba a využitie týchto cementov šetrí prírodu. Cieľom práce je študovať vlastnosti syntetizovaných nízkoenergetických cementov za laboratórnych podmienok.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Štúdium latentne hydraulických spojív pre sanačné aplikácie na historických objektoch

Anotácia: Práca sa zaoberá vývojom a skúšaním mált s hydraulickými vlastnosťami na báze vápna pre sanačné aplikácie na historických objektoch. Konkrétne ide o malty z prirodzene hydraulického vápna, vápenno-puzolánové a vápenno-cementové malty, ktoré svojimi vlastnosťami tvoria akýsi prechod medzi cementovými maltami a maltami vyrobenými zo vzdušného vápna. Z hľadiska vlastností v sebe kombinujú vlastnosti vzdušného vápna a cementu – oproti maltám zo vzdušného vápna sa vyznačujú väčšou odolnosťou voči poveternostným vplyvom a teda vyššou životnosťou, naopak voči cementom si zachovávajú základné vlastnosti vápien, t.j. plasticitu. V rámci diplomovej práce sa budú pripravovať dva typy hydraulických mált: vzdušné vápno s prídavkom hydraulických alebo puzolanových zložiek (metakaolín) a hydraulické vápno pripravené výpalom zmesi vápenca a sliene.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Vplyv teploty a tlaku vodnej pary na vývoj mikroštruktúry a vlastností cementu

Anotácia: Práca sa zaoberá problematikou využitia obyčajného portlandského cementu v prostredí so zvyšovanou teplotou a tlaku vodnej pary ako v geotermálnych, tak aj ropných alebo plynných vrtoch. Simulácia týchto podmienok je zabezpečená pomocou laboratórneho autoklávu s možnosťou variability teploty a tlaku. Štruktúra, mikroštruktúra zatvrdnutých pásť a hydratačné produkty budú hodnotené pomocou moderných prístrojových techník.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Témy diplomových prác
Vplyv teploty, tlaku a zloženia geotermálnej vody na vlastnosti cementových spojív

Anotácia: Úlohou cementovania v geotermálnych vrtoch je podpora a stabilizácia oceľových pažníc, rovnako ako poskytnutie izolácie pred vysoko korozívnym prostredím. Aby cementovanie plnilo svoj účel, musí dostatočne odolávať vysokým teplotám, tlakom a kombinovanej chemickej agresivite spôsobenej zložením geotermálnej vody. Následkom týchto faktorov môže dochádzať k transformáciám primárnych hydratačných produktov a ich reakciám napríklad s rozpusteným CO2, čo má za následok zmenu pórovej štruktúry materiálu, následné zvýšenie priepustnosti a zhoršenie mechanických vlastností. Cieľom diplomovej práce bude pomocou dostupných analýz (napr. TGA, RTG, ortuťová porozimetria) a meraní preskúmať a posúdiť vplyv uvedených faktorov na zloženie a vlastnosti komerčných aj zmesových cementových spojív.

Vedúca záverečnej práce: Ing. Eva Kuzielová, PhD.

Využitie drevnej biomasy pri príprave zmesových cementov

Anotácia: Revidovaná smernica o EU ETS (European Emission Trading Scheme) si uložila za cieľ znížiť emisie skleníkových plynov do roku 2030 o 43 % v porovnaní s rokom 2005. Jednou z hlavných možností ako splniť tieto požiadavky a súčasne zabezpečiť udržateľnú produkciu cementu je používanie zmesových cementov. Portlandský cement (PC)/slinok by mal byť prednostne nahrádzaný lokálne dostupnými materiálmi (vedľajšími produktmi, odpadovými materiálmi) a v čo najvyššom množstve, avšak bez negatívneho dopadu na vlastnosti cementových materiálov. Jedným zo sľubných kandidátov sú aj drevné popoly. Ich použitie ako prímesí do cementov a betónov je však podmienené ich puzolánovou aktivitou. Druhou možnou prekážkou ich využitia je množstvo faktorov ovplyvňujúcich ich vlastnosti. Z týchto dôvodov je pre zavedenie zmesí drevných popolov a cementu do praxe nevyhnutné hodnotenie individuálnych popolov. Práca bude zameraná na prípravu a štúdium vlastností zmesových cementových pást. Vplyv zloženia, distribúcie veľkosti častíc a ďalších parametrov bude sledovaný pomocou dostupných metód (TGA, RTG, REM, izotermická kalorimetria, ortuťová porozimetria). Hydratácia cementových zmesí bude sledovaná od skorých štádií po neskoré časy.

Vedúca záverečnej práce: Ing. Eva Kuzielová, PhD.

Štúdium hydratačných reakcií v mnohozložkových cementových kompozitov

Anotácia: Hydratácia cementov je chemický a fyzikálny exotermický proces, ktorý vedie k tvorbe nerozpustných kryštálohydrátov schopných viazať agregáty, štrky, ocele a ďalšie plniva do jedného celku s vlastnosťami konštrukčných materiálov. Chemické reakcie, vývoj pórovej štruktúry a trvanlivosť materiálov na báze cementu závisí od chemického, mineralogického a granulometrického zloženia jednotlivých komponentov. Práca je zameraná na stanovenie hydratačného tepla, chemických a mechanických vlastností a zistenie synergetických efektov v mnohozložkových cementoch.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Využitie hydrotermálneho prostredia na syntézu špeciálnych keramických materiálov

Anotácia: Bežná metóda prípravy a syntézy keramických materiálov sa zakladá na princípe reakcie v tuhej fázovej medzi jednotlivými časticami pri vysokých teplotách (min. 1000 °C), čo vedie k vzniku heterogénnej mikroštruktúry v procese sliňovania. Nový spôsob využíva hydrotermálne prostredie (zvýšený tlak a teplotu vodnej pary) na hydratáciu cementu v prítomnosti fosfátových zlúčenín pri nízkych teplotách (do 200 °C). Špeciálna keramika, nazývaná chemicky viazaná fosfátová keramika, ktorá vzniká acidobázickou reakciou za hydrotermálnych podmienok, má potenciálne využitie v hĺbkových ropných a geotermálnych vrtoch, v životnom prostredí a v biomedicíne.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Témy dizertačných prác
Karbonácia zmesových cementov triedy G za simulovaných hydrotermálnych podmienok

Anotácia: Cementovanie v geotermálnych vrtoch môže byť negatívne ovplyvnené reakciami hydratačných produktov s CO2, čo však ovplyvňujú mnohé faktory. V prípade, že reakciám podlieha len Ca(OH)2, karbonácia nevedie k deštrukcii cementovania. Naopak, zaznamenané môžu byť vyššie pevnosti a znížená pórovitosť. Taktiež vyššie teploty a tlaky môžu vplývať na vlastnosti cementovania pozitívne, a to urýchlením hydratačných reakcií, ako aj v dôsledku vyššieho stupňa polymerizácie kremičitanov. Avšak teploty nad 100 °C vedú k transformácii pôvodných hydratačných produktov, čo je sprevádzané zvýšením priepustnosti a následnej inklinácii ku karbonácii. Tepelná odolnosť cementovania sa zlepšuje prímesami, ktoré pôsobia ako plnivá a pórovú štruktúru zlepšujú aj urýchlením hydratácie cementu a tvorbou ďalších tepelne stabilnejších produktov. Puzolánové a alkalicky aktivované reakcie však vedú ku konzumácii Ca(OH)2, čo ovplyvní rýchlosť dekalcifikácie C-S-H fáz. Zmienené skutočnosti podmieňujú štúdium karbonácie na nových cementových materiáloch a v podmienkach čo najlepšie simulujúcich reálne podmienky v konkrétnych vrtoch. Preto sa práca bude zameriavať na výskum priebehu karbonácie v nových typoch zmesových cementov s obsahom prímesí s puzolánovými alebo latentne hydraulickými vlastnosťami v podmienkach simulujúcich reálne vrty, v ktorých teplota podstatne prevyšuje 100 °C. Experimenty budú realizované v roztoku so zložením podobným geotermálnej vode Na-Cl typu, ktorá je obohatená o CO2. Výsledky štúdie karbonácie za hydrotermálnych podmienok budú porovnávané s výsledkami urýchlenej karbonácie vzoriek v CO2 komore.

Vedúca záverečnej práce: Ing. Eva Kuzielová, PhD.

Návrh materiálových vlastností pomocou počítačových simulačných nástrojov pre modelovanie teplo-vlhkostného a mechanického správania, spojený s aplikáciou laboratórnych meracích a skúšobných metód pre stanovenie teplotných, vlhkostných a mechanických vlastností

Anotácia: Súčasťou vývoja nových stavebných materiálov s požadovanými vlastnosťami sú iteračné kroky pozostávajúce z modelovania teplo-vlhkostného a mechanického správania, spojeného s aplikáciou laboratórnych meracích a skúšobných metód pre stanovenie teplotných, vlhkostných a mechanických vlastností v jednotlivých iteráciách, vedúce k výslednému konštrukčnému materiálu.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Pôsobenie tepelných okrajových podmienok na mechanické a fyzikálne vlastnosti cementových kompozitov s obsahom biomasy

Anotácia: Práca sa zameriava na verifikáciu mechanických vlastností v tlaku a v ťahu pri ohybe pri zvýšenej (+50 °C) a zníženej (-40 °C) teplote. Výsledky budú korelované pre stlačené a nestlačené vzorky vo východzom stave, problematika sa bude rozširovať o aplikáciu používaných, ako aj náhradných prísad.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Príprava a vlastnosti geopolymérnych cementových kompozitov založených na hlinitokremičitých mineráloch a vysokopecnej trosky

Anotácia: Na rozdiel od spojív na báze portlandského cementu, geopolyméry (GP) predstavujú skupinu relatívne nových anorganických polymérov, vznikajúcich reakciou hlinitokremičitých materiálov aktivovaných alkalickým roztokom pri normálnej teplote so súčasnou tvorbou „zeolitickej štruktúry“. Tieto kompozity vykazujú excelentné mechanické vlastnosti, odolnosť proti vysokej teplote a kyselinám. Prírodné vrstevnaté materiály ako illit, halloyzit a predovšetkým metakaolin sa používajú ako zdroj hlinitokremičitanov na prípravu geopolymérov. Rovnako materiály bohaté na SiO2 a/alebo Al2O3 sa môžu úspešne požívať na prípravu geopolymérnych spojív. Práca sa zaoberá optimalizáciou zloženia zmesí na báze elektrárenského popolčeka, vysokopecnej granulovanej trosky a iných minerálnych odpadov na vývoj geopolymérov aj za hydrotermálnych podmienok.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Stanovenie parametrov výrobného procesu na zabezpečenie kvality cementu

Anotácia: Výroba cementu je komplexný fyzikálny a chemický proces, ktorý sa začína ťažbou a pokračuje homogenizáciou s následným vypaľom surovinovej múčky pri teplote vyššej ako 1450 °C. Výsledkom tohto procesu je slinok, ktorý po zomletí na požadovanú jemnosť tvorí so sadrovcom portlandský cement. Kvalita cementu, resp. slinku závisí od viacerých parametrov, ako napr. zloženie surovinovej múčky, priebeh výpalu, použité prísady pri mletí slinku, manipulácia a následné skladovanie cementu. V súčasnej dobe disponujú výrobcovia cementu online systémom na zabezpečenie riadenia procesov v každom kroku výroby cementu, kedy sa kladie dôraz na výrobu cementu vysokej kvality. Aj napriek mnohým zlepšeniam v procese výroby cementu, kontrola kvality v čase narastajúceho tlaku na znižovanie emisií zostáva v cementárskom priemysle veľkou výzvou. Cieľom práce je stanoviť vzťah medzi vlastnosťami priemyselne vyrábaného cementu a multiškálovými parametrami potenciálnych problémov v procese výroby, ktoré najviac ovplyvňujú výslednú kvalitu cementu.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

Vplyv chemického zloženia betónu na jeho dlhodobú trvanlivosť v ionizovanom/ionizujúcom prostredí

Anotácia: Betón ako základný konštrukčný materiál sa uplatnil aj pre svoj tieniaci efekt v prostrediach vystavených (alfa, beta, gama neutrónovým) žiareniam, či už v nemocniciach, laboratóriách, resp. v jadrových elektrárňach. Obsahom rôznych plnív, prísad, prímesi a kamenív, navzájom spojenýdh cementovou matricou, ktorá pozostáva najmä z CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 viazané vo forme hydrátov, účinne pohlcuje žiarenie a spomaľuje rýchle žiarenia pri pružných a nepružných zrážkach. Zrážky a pohlcované žiarenia vyvolávajú fyzikálne a chemické reakcie v betónoch, čo môže mať vplyv na jeho technologické vlastnosti. Hlavným cieľom navrhovanej práce je stanoviť vzťah medzi chemickým zložením jednotlivých komponentov betónu a trvanlivosťou betónových konštrukcií v prostredí s dlhodobým ionizujúcim žiarením. Ďalším cieľom je určiť vplyv chemických, mechanických a fyzikálnych zmien vyvolaných rádioaktívnym žiarením na technologické vlastnosti betónových konštrukcií.

Vedúci záverečnej práce: prof. Dr. Ing. Martin Tchingnabé Palou

V prípade záujmu riešenia navrhovaných tém záverečných prác neváhajte kontaktovať konkrétneho vedúce záverečnej práce.