Αξιοποίηση καολινών στην τεχνολογία σκυροδέματος
Authors: Μπαδογιάννης Ευστράτιος 
Published: August 2021

Το θέμα της διδακτορικής διατριβής είναι η Αξιοποίηση Καολινών στην Τεχνολογία Σκυροδέματος. Ο καολινίτης, το κύριο ορυκτολογικό συστατικό του καολίνη, μετατρέπεται κατά τη διάρκεια θερμικής επεξεργασίας σε μετακαολινίτη, υλικό με αξιόλογη ποζολανική δραστικότητα. Στόχος της εργασίας είναι η αξιοποίηση Ελληνικών καολινιτικών κοιτασμάτων φτωχών σε καολινίτη για την παραγωγή μετακαολίνη και η χρήση του μετακαολίνη αυτού στην παραγωγή σκυροδέματος υψηλής απόδοσης (high performance concrete). Η εργασία περιλαμβάνει 3 διακριτά στάδια: Επιστημονική εμβάθυνση στη διεργασία της θερμικής μετατροπής του καολίνη και στη δραστικότητα του παραγόμενου μετακαολίνη. Το στάδιο αυτό περιλαμβάνει i) την επιλογή και τον πλήρη χαρακτηρισμό Ελληνικών καολινών με διαφορετική χημική και ορυκτολογική σύσταση, ii) την αριστοποίηση της θερμικής κατεργασίας του καολίνη μέσω της μελέτης της επίδρασης διαφόρων παραμέτρων (χρόνος, θερμοκρασία, κοκκομετρία), iii) τη διερεύνηση της σχέσης "δομής του καολινίτη" και "δραστικότητας" του αντίστοιχου μετακαολινίτη και iv) τη μελέτη της ποζολανικής αντίδρασης του μετακαολίνη. Όπως προέκυψε, η κρυσταλλικότητα του καολινίτη και ιδιαίτερα ο βαθμός κρυσταλλικότητας του, επηρεάζει τη δραστικότητα του παραγόμενου μετακαολινίτη, ενώ η χημική σύσταση του καολίνη επιδρά στο είδος των προϊόντων ενυδάτωσης. Η θερμική επεξεργασία των καολινών σε θερμοκρασία 650°C επί 3h θεωρείται η πιο ενδεδειγμένη για τους Ελληνικούς καολίνες. Παρασκευή συνθέτων τσιμέντων με συμμετοχή μετακαολίνη και μέτρηση χαρακτηριστικών μηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων. Στο στάδιο αυτό παρασκευάσθηκαν οι αντίστοιχοι μετακαολίνες στις ήδη καθορισμένες βέλτιστες συνθήκες, πραγματοποιήθηκε η άλεση τους σε ειδική διάταξη, με στόχο την παραγωγή υπέρλεπτου μετακαολίνη και παρασκευάστηκαν σύνθετα τσιμέντα με περιεκτικότητα 10% και 20% σε μετακαολίνη, όπου μετρήθηκαν μηχανικές (αντοχές θλίψης διαφόρων ηλικιών) και χαρακτηριστικές φυσικές ιδιότητες (απαίτηση σε νερό, χρόνος πήξης). Όπως προέκυψε τα σύνθετα τσιμέντα με μετακαολίνη έως 20% παρουσιάζουν σαφέστατα βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες σε σχέση με το αμιγές τσιμέντο. Χρήση του μετακαολίνη στην παραγωγή σκυροδέματος. Στο στάδιο αυτό έγινε παρασκευή σκυροδέματος με τη συμμετοχή διαφόρων ποσοστών ενός Ελληνικού και ενός εμπορικού μετακαολίνη και μετρήθηκαν χαρακτηριστικές ιδιότητες του νωπού και του σκληρυμένου σκυροδέματος. Η ποιότητα του σκυροδέματος και ο χαρακτηρισμός του ως υψηλής απόδοσης αξιολογήθηκε με βάση ειδικές δοκιμές (διαπερατότητα CI-, διαπερατότητα σε αέρα, υδατοαπορροφητικότητα, πορώδες, κατανομή πόρων). Όπως προέκυψε η χρήση του μετακαολίνη οδηγεί στην παραγωγή σκυροδέματος υψηλής απόδοσης, αφού όλες οι ιδιότητες που διαμορφώνουν την ανθεκτικότητα του σκυροδέματος παρουσιάζουν σαφή βελτίωση. Με βάση τα παραπάνω προκύπτει ότι Ελληνικοί καολίνες χαμηλής περιεκτικότητας σε καολινίτη, μετατρέπονται μετά από κατάλληλη επεξεργασία, σε μετακαολίνες με δραστικότητα απόλυτα ανταγωνιστική της δραστικότητας εμπορικών μετακαολινών υψηλής καθαρότητας. Το σκυρόδεμα που περιέχει Ελληνικούς μετακαολίνες είναι υψηλής απόδοσης και ανταποκρίνεται πλήρως στις απαιτήσεις της σύγχρονης εποχής για δομικά υλικά συγκεκριμένων προδιαγραφών και υψηλής ποιότητας.