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

Abstrakt: 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

Abstrakt: 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 eko-cementov pre špeciálne aplikácie

Abstrakt: Výroba bežného cementu je v súčasnosti z hľadiska energetického a ekologického nevyhovujúca a preto naše pracovisko skúma možnosti prípravy špeciálnych cementov, tzv. eko-cementov, ktorých výroba spĺňa prísne požiadavky kladené na ochranu životného prostredia (redukcia emisie CO2, SOx, NOx a podobne). Eko-cementy sú známe aj ako nízko-energetické cementy kvôli zníženiu teploty výpalu. Cieľom práce je študovať vlastnosti syntetizovaných eko-cementov v laboratórnych podmienok.

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

Štúdium latentne hydraulických spojív pre sanačné aplikácie na historických objektoch

Abstrakt: 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

Témy diplomových prác
Vlastnosti a trvanlivosti portlandských cementov pripravených z alternatívnych surovín

Abstrakt: Výroba portlandského cementu je vysoko-energeticky náročná s veľkou spotrebou prírodných neobnoviteľných materiálov. V posledných rokoch sa cementársky priemysel venuje výskumu možnosti využitia alternatívnych surovín na výpal cementárskeho slinku. Po štúdiu možností využití alternatívnych surovín, prichádza praktická etapa laboratórnej výroby a dlhodobé sledovanie mechanických, fyzikálnych a chemických vlastností cementov vypálených z alternatívnych surovín.

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

Syntéza geopolymérnych spojív

Abstrakt: Geopolyméry predstavujú skupinu nových anorganických polymérov vznikajúcich aktiváciou hlinito-kremičitých materiálov alkalickým roztokom pri normálnej teplote za súčasnej tvorby „hlinito-kremičitej štruktúry“. Označujú sa tiež ako „alkalicky aktivované“ materiály, „alkalicky viazaná“ keramika, „hydrokeramika“, „geocementy“ či „zeokeramika“. Tieto kompozity vykazujú excelentné mechanické vlastnosti, odolnosť proti vysokej teplote a kyslému prostrediu. Ich výroba nevyžaduje vysokú teplotu ani nie je spojená so značnou produkciou emisií CO2. Tieto materiály považujeme za progresívne s možnosťou špeciálnych aplikácií. Predmetom diplomovej práce bude štúdium štruktúry a mikroštruktúry, mechanické vlastnosti a trvanlivosti týchto materiálov.

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

Charakterizácia hydratačných produktov zo špeciálnych spojív na báze alternatívnych surovín

Abstrakt: Za vhodné alternatívne suroviny do spojivových materiálov možno označiť také látky, ktoré možno ľahko aktivovať alkalickým prostredím vznikajúcim počas hydratácie portlandských cementov. Ich využitie pri výrobe zmesových cementov však vyžaduje podrobnejšiu charakterizáciu prebiehajúcich chemických reakcií a vznikajúcich hydratačných produktov. Práca bude zameraná na štúdiom fyzikálno-chemických procesov a reakcií tvorby hydratačných produktov vhodných alternatívnych surovín s dostatočnou puzolánovou aktivitou v matrici zmesových cementov.

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

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

Abstrakt: 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.

Materiálové zloženie a vlastnosti ťažkých a samozhutňujúcich betónov

Abstrakt: Napriek faktu, že sa betón masívne vyrába a používa vo svete, existujú náročné konštrukcie, ktoré vyžadujú vývoj špeciálneho betónu a špeciálnu technológiu. Jednou z vedeckovýskumných oblastí betónových produktov, v ktorej sa v nasledujúcich desaťročiach očakáva rapídny posun, je oblasť vývoja vysokohodnotných samozhutňujúcich ťažkých betónov pre využitie aj v náročných podmienkach vystavených radiačnému žiareniu. Termín “vysokohodnotný samozhutňujúci ťažký betón” zahŕňa protichodné charakteristiky, ktorých riešenie je cieľom danej témy. Hlavnou charakteristikou samozhutňujúceho betónu (SCC) v čerstvom stave je jeho schopnosť samozhutnenia bez akejkoľvek zhutňovacej sily aj pri veľmi hustej výstuži, bez segregácie a sedimentácie jeho jednotlivých zložiek a to ako počas jeho dopravy na stavenisko, tak aj jeho čerpania a ukladania do debnenia. SCC je betón s normálnou objemovou hustotou do 2600 kg m-3. Ťažký betón je betón s objemovou hustotou nad 2600 kg m-3, za ktoré je zodpovedné tzv. „ťažké kamenivo“. Jeho veľkou prednosťou je jeho tieniaca schopnosťou proti gama žiareniu. SCC v čerstvom stave má silný sklon k odlučovaniu (segregácii) jednotlivých zložiek. Cieľom práce je optimalizovať zloženie receptúr pomocou zmien zrnitosti a materiálového zloženia samozhutňujúcich ťažkých betónov tak, aby tieto betóny vykazovali vysokohodnotné vlastnosti.

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

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

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

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

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

Abstrakt: 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

Abstrakt: 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

Abstrakt: 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

Abstrakt: 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

Vývoj hydro-termo-mechanických modelov

Anorganické nekovové stavebné materiály sú veľmi hydrofilné, ich póry majú veľký špecifický povrch. Výsledkom toho je, že tieto materiály prejavujú silné interakcie medzi kvapalnou fázou a skeletom v dôsledku molekulárnych a povrchových síl a sú považované za poromechanické materiály v zmysle teórie pórovitých prostredí. Interakcie medzi kvapalinou a skeletom indukujú vysoké mikronapätia v skelete. Využitie komplexnej metodiky určovania poromechanických vlastností materiálov má uplatnenie pri modelovaní a vývoji nových materiálov.

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

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