Pianki geopolimerowe o niskiej przewodności cieplnej wytwarzane na bazie odpadów przemysłowych jako innowacyjny materiał dla gospodarki o obiegu zamkniętym.

Aronim:  GEOFOAM
Czas trwania:  2020-01-01 – 2022-12-01
Budżet projektu:  1 460 275 PLN

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Badań i Rozwoju

Jednostka realizująca projekt

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki

Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki

Kierownik projektu

Dr inż. Kinga Korniejenko

Cel główny projektu:

Rozszerzenie wiedzy o materiałach i ich właściwościach, w szczególności w zakresie opracowywania oraz rozwoju własności mechanicznych spienionych materiałów geopolimerowych wzmocnionych włóknami i cząstkami, opracowanie technologii ich wytwarzania i określenie możliwości zastosowania tych materiałów w praktyce. Uzyskanie wysokiej jakości, taniego materiału, który będzie przyjazny dla środowiska – wytwarzany z minimalnym obciążeniem środowiskowym.

Cel główny będzie realizowany w szczególności przez:

• Optymalizację składu materiałów geopolimerowych poprzez uzyskanie materiału bazowego o zakładanych właściwościach wytrzymałościowych,
• Opracowanie bezpiecznego sposobu przetwarzania dla odpadów –surowców w procesie syntezy geopolimeru. Przygotowanie koncepcji teoretycznej dla nowych kompozytów.
• Analizę i optymalizację struktury, właściwości mechanicznych i funkcjonalnych kompozytów.
• Analizę praktycznych zastosowań, porównywanie z innymi konkurencyjnymi produktami istniejącymi na rynku; opracowywanie prototypów w skali laboratoryjnej.
• Analizę potencjału geopolimerów wytwarzanych na bazie odpadów, nie tylko jako sposobu utylizacji odpadów, ale również pod kątem praktycznych zastosowań jako materiałów konstrukcyjnych.

Cele szczegółowe projektu:

• Rozwój wiedzy o nowoczesnych materiałach inżynierskich i ich właściwościach. Projekt przyczyni się do rozwoju nowej wiedzy w dziedzinie materiałów geopolimerowych i ich własności mechanicznych, w tym pozwoli na projektowanie materiałów o zaawansowanych właściwościach.
• Lepsze poznanie mechanizmu syntezy geopolimerów, możliwość projektowania geopolimerów na bazie nowych surowców odpadowych (odpady z wydobycia węgla i/lub rud metali, a także inne odpady po procesowe).
• Analiza i optymalizacja właściwości geopolimerów, w szczególności dotyczących ukształtowania mikrostruktury; optymalizacja procesu formowania materiału–opis naukowy.
• Wzrost jakości personelu badawczego poprzez nowe możliwości badawcze, wzrost doświadczenia uczestników projektu i wymianę wiedzy.
• Rozpowszechnianie informacji o wynikach projektu za pomocą artykułów naukowych –wysokiej jakości publikacji o zasięgu światowym.
• Przygotowanie ekologicznych rozwiązań materiałowych w porównaniu z obecnie stosowanymi, w tym w porównaniu z materiałami cementowymi. Zmniejszenie emisji CO2 w produkcji materiałów
• Redukcja odpadów – możliwość wykorzystania do procesu wytwarzania odpadów z przemysłu wydobywczego jako surowca do wytwarzania geopolimerów.

Planowany rezultat projektu:

Opracowanie technologii wytwarzania nowego materiału izolacyjnego na bazie odpadów, który będzie mógł być wykorzystywany w przemyśle budowlanym. Materiał będzie dedykowany dla przedsiębiorstw przemysłowych z sektora budownictwa, a także sektora energetycznego. Zaprojektowany materiał izolacyjny, poza własnościami izolacyjnymi ma cechować się:

wysoką jakością wykonania, odpowiednią mikrostrukturą (zapewniającą odporność na agresję chemiczną), wysokimi parametrami fizyko-mechanicznymi. Zaplanowane własności pozwolą na zapewnienie:

• Wysokiej trwałości konstrukcji (niższe koszty w perspektywę czasowej).
• Łatwość wykonania izolacji podczas budowy.
• Wysoką jakości wykonania.
• Znaczną ogniotrwałość i żaroodporność stosowanych rozwiązań.
• Ekologiczności stosowanych rozwiązań – uzyskanie materiałów przyjaznych środowisku, które mogą być wytwarzane na bazie materiałów odpadowych po procesach spalania, co przyczyni się do racjonalizacji gospodarki odpadami).

Efekty projektu – publikacje:

• Tribo-mechanical behavior of geopolymer composites with wasted flax fibers / Patrycja Bazan, Barbara Kozub, Kinga Korniejenko, Rihards Gailitis, Andina Sprince // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering – 2021, Vol. 1190, s. [1-8]. doi: 10.1088/1757-899X/1190/1/012030. – ISSN 1757-
• Effect of corundum sand proportion on strength properties geopolymer mortar based on fly ash / Kinga Pławecka, Kinga Korniejenko, Patrycja Bazan // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering – 2021, Vol. 1190, s. [1-10]. – doi: 10.1088/1757-899X/1190/1/012013. – ISSN 1757-899X
• Development and characterization of lightweight geopolymer composite reinforced with hybrid carbon and steel / Agnieszka Baziak, Kinga Pławecka, Izabela Hager, Arnaud Castel, Kinga Korniejenko // Materials – 2021, Vol. 14, Iss. 19, s. [1-16]. – doi: 10.3390/ma14195741. – ISSN 1996-1944
• Determination of the influence of hydraulic additives on the foaming process and stability of the produced geopolymer foams / Michał Łach, Kinga Pławecka, Agnieszka Bąk, Katarzyna Lichocka, Kinga Korniejenko, An Cheng, Wei-Ting Lin // Materials – 2021, Vol. 14, Iss. 17, s. [1-14]. – doi: 10.3390/ma14175090 . – ISSN 1996-1944
• Foamed geopolymer composites with the addition of glass wool waste / Barbara Kozub, Patrycja Bazan, Rihards Gailitis, Kinga Korniejenko, Dariusz Mierzwiński // Materials [online]. – 2021, Vol. 14, Iss. 17, Spec. Iss., s. [1-14]. – doi: 10.3390/ma14174978. – ISSN 1996-1944
• The influence of short coir, glass and carbon fibers on the properties of composites with geopolymer matrix / Kinga Korniejenko, Michał Łach, Janusz Mikuła // Materials – 2021, Vol. 14, Iss. 16, s. [1-14]. – doi: 10.3390/ma14164599. – ISSN 1996-1944
• Mechanical and thermal properties of wood fiber reinforced geopolymer composites / Gabriel Furtos, Luminita Molnar, Laura Silaghi-Dumitrescu, Petru Pascuta, Kinga Korniejenko // Journal of Natural Fibers [online]. – 2021, Article in press, s. [1-33]. – doi: 10.1080/15440478.2021.1929655. – ISSN 1544-046X
• Geopolymer foams – will they ever become a viable alternative to popular insulation materials? – A critical opinion / Michał Łach // Materials – 2021, Vol. 14 , Iss. 13, Spec. Iss., 3568. – doi: 10.3390/ma14133568 – ISSN 1996-1944
• Fly-ash-based geopolymers reinforced by melamine fibers / Barbara Kozub, Patrycja Bazan, Dariusz Mierzwiński, Kinga Korniejenko // Materials – 2021, Vol. 14, Iss. 2, Spec. Iss., 13 s. doi: 10.3390/ma14020400. – ISSN 1996-1944
• Impact of flax fiber reinforcement on mechanical properties of solid and foamed geopolymer concrete / Kinga Korniejenko, Michał Łach, Maria Hebdowska-Krupa, Janusz Mikuła // Advances in Technology Innovation – 2021, Vol. 6, No. 1, s. 11-20. doi: 10.46604/aiti.2021.5294. – e-ISSN 2518-2994
• Evaluation of hybrid melamine and steel fiber reinforced geopolymers composites / Patrycja Bazan, Barbara Kozub, Michał Łach, Kinga Korniejenko // Materials – 2020, Vol. 13, Iss. 23, Spec. Iss., 15 s. doi: 10.3390/ma13235548. – ISSN 1996-1944
• The fly-ash based geopolymer composites as an innovative material for circular economy / Michał Łach, Agnieszka Grela, Barbara Kozub, Kinga Korniejenko, Brian Azzopardi // MATEC Web of Conferences, ISSN 2261-236X ; 322, 10 s. doi: 10.1051/matecconf/202032201016 . – ISBN 978-2-7598-9108-5
• The possibility of using waste materials as raw materials for the production of geopolymers / Beata Figiela, Kinga Korniejenko // Acta Innovations – 2020, no. 36, s. 48-56. doi: 10.32933/ActaInnovations.36.4. – ISSN 2300-5599
• Development and characterization of thermal insulation geopolymer foams based on fly ash / Michał Łach, Janusz Mikuła, Wei-Ting Lin, Patrycja Bazan, Beata Figiela, Kinga Korniejenko // Proceedings of Engineering and Technology Innovation – 2020, Vol. 16, s. 23-29. doi: 10.46604/peti.2020.5291. – ISSN 2413-7146
• Badania i wykonywanie lekkich paneli z geopolimeru / Beata Figiela, Michał Łach, Janusz Mikuła // W: Zagadnienia aktualnie poruszane przez Młodych Naukowców 17 / red. wyd. Krzysztof Piech. – Kraków : CreativeTime, 2020, s. 99-103 – ISBN 978-83-63058-97-5