Study of the Interaction of Cement-Based Materials for 3D Printing with Fly Ash and Superabsorbent Polymers

The use of superabsorbent polymers (SAP) in construction is a relatively new trend, and not a completely explored area. However, SAP itself has been on the market for over 80 years. SAPs have a cross-linked three-dimensional structure, thanks to which they have the unique ability to absorb extreme amounts of water, up to a hundred times their weight. By using this property, it is possible to prevent water losses, which is important at the time of maturation in cementitious building materials. When there is a lack of water needed for hydration processes, the physical and mechanical properties deteriorate. The subject of this article is to determine the possible positive effect of the presence of SAP in the cement matrix in order to optimize the parameters of silicate composites for 3D printing. For this purpose, a special methodology was compiled consisting of tests through which it is possible to assess the suitability of the tested mixtures for 3D printing. This methodology consists of determining consistency, volumetric weight, ultrasonic analysis, buildability, X-ray diffraction, flexural tensile and compressive strength. For determining of buildability and ultrasonic analysis new methodologies were created in this research in order to be suitable for the 3D printing materials. Last but not least, efforts are also being made to increase the incorporation of secondary raw material (fly ash) in order to reduce the environmental impact of industrial production and, conversely, to increase its sustainability while maintaining or improving the mechanical–physical parameters of building materials. From the results presented in this paper it is apparent, that created methodology is efficient for determining properties of 3D printable mixtures. SAPs also significantly influenced properties of these mixtures. Mainly buildability and flexural tensile strength (by up to 30%) were increased and volumetric weight was decreased (by up to 5%)

A meta-analysis of global fungal distribution reveals climate-driven patterns

The evolutionary and environmental factors that shape fungal biogeography are incompletely understood. Here, we assemble a large dataset consisting of previously generated mycobiome data linked to specific geographical locations across the world. We use this dataset to describe the distribution of fungal taxa and to look for correlations with different environmental factors such as climate, soil and vegetation variables. Our meta-study identifies climate as an important driver of different aspects of fungal biogeography, including the global distribution of common fungi as well as the composition and diversity of fungal communities. In our analysis, fungal diversity is concentrated at high latitudes, in contrast with the opposite pattern previously shown for plants and other organisms. Mycorrhizal fungi appear to have narrower climatic tolerances than pathogenic fungi. We speculate that climate change could affect ecosystem functioning because of the narrow climatic tolerances of key fungal taxa

Complete insulation system for high temperature using secondary raw materials

Práce se zabývá vývojem nových izolačních materiálů na silikátové bázi pro použití při vyšších teplotách. Oblast využití těchto izolačních materiálů je zejména u průmyslových komínů, kde teploty spalin dosahují 85 až 200 °C, dále u průmyslových kotlů a pecí s povrchovými teplotami do 500 °C. V úvodní části je provedeno shrnutí současných poznatků na poli izolačních materiálů u nás i ve světě. Dále se práce věnuje návrhu možných vstupních surovin a vhodných receptur. Podle účelu použití se práce rozděluje na dvě části - vysokoteplotní izolace pro tvarově jednoduché a pro tvarově složité podmínky. V dílčích podkapitolách se zabývá různými možnostmi provedení. Hlavním cílem bylo na základě poznatků získaných v teoretické části, vyvinout nový systém izolace a tím přispět k prohloubení současných odborných a vědeckých poznatků v oblasti vylehčených hmot na silikátové bázi a k rozšíření nabídky nových produktů ve stavební a průmyslové praxi.This work deals with the development of new types of insulating materials for use in the higher temperature. The area of application of these insulation materials is especially industrial chimneys, where the exhaust gases achieves 85 to 200 °C, furthermore it is industrial boilers and furnaces with surface temperature to 500 °C. In the introduction is presented the current knowledge in the field of insulating materials in the Czech Republic and in the world. Then the work is dealing with proposal of possible raw materials and suitable formula. According to purpose of use is the work divided into two parts – high temperature insulation for simple and for complicated shapes conditions. The sub-sections are divided to different possibilities of performance. The aim was, based on the scientific expertise of other authors in the world, design a new insulation system and redound to deepening scientific knowledge in the area of lightweight materials on the silica basis and to the extension of the offer of new products in building and industrial practice.

Nové chemicky odolné nátěrové systémy s progresivním zainkorporováním nebezpečného odpadu do polyuretanových a epoxidových matric

New types of highly chemically resistant coating systems, primarily intended for concrete and metal substrates, were designed and experimentally verified in the paper. Secondary raw materials in optimal amounts, including solidified hazardous waste (e.g., end product and cement bypass dust), were used as microfillers. The polymer coating systems, containing pre-treated hazardous waste (HW), showed high abrasion resistance and excellent adhesion to metal and concrete surfaces. Based on polyurethane and epoxy resins, the coatings can be used in environments where aggressive chemical media act, such as sewers and the chemical industry. The developed polymeric coating systems showed even better properties than the compared reference coating systems. The chemical resistance of the three-layer coating systems was evaluated both visually and based on changes in mechanical properties, such as hardness and adhesion. The microstructure of the coating systems was also monitored using a digital optical microscope and a scanning electron microscope with energy dispersive X-ray analysis (SEM-EDX) after chemical stress. It was observed that the particles of HW were fully incorporated into the polymer matrix of the coating systems.V příspěvku byly navrženy a experimentálně ověřeny nové typy vysoce chemicky odolných nátěrových systémů, primárně určených pro betonové a kovové podklady. Jako mikroplniva byly použity druhotné suroviny v optimálním množství, včetně solidifikovaného nebezpečného odpadu (např. end-produkt a cementové odprašky). Polymerní nátěrové systémy obsahující předupravený nebezpečný odpad (HW) vykazovaly vysokou odolnost proti oděru a vynikající přilnavost ke kovovým a betonovým povrchům. Nátěry na bázi polyuretanových a epoxidových pryskyřic lze použít v prostředí, kde působí agresivní chemická média, jako jsou kanalizace a chemický průmysl. Vyvinuté polymerní nátěrové systémy vykazovaly ještě lepší vlastnosti než srovnávané referenční nátěrové systémy. Chemická odolnost třívrstvých nátěrových systémů byla hodnocena jak vizuálně, tak na základě změn mechanických vlastností, jako je tvrdost a adheze. Mikrostruktura nátěrových systémů byla také sledována pomocí digitálního optického mikroskopu a rastrovacího elektronového mikroskopu s energiově disperzní spektrometrii (SEM-EDX) po chemickém namáhání. Bylo pozorováno, že částice HW byly plně začleněny do polymerní matrice nátěrových systémů

Využití průmyslových odpadů jako plniva do epoxidových pryskyřic určených pro stavební aplikace

Epoxy resins are currently used in many areas of construction, such as resistant coatings, anchors, fibre-reinforced polymer (FRP) composites, grouts, etc. This paper deals mainly with epoxy composites that can be applied during the rehabilitation of concrete constructions. The influence of a filler type on epoxy thermoset composites was monitored, whilst three different types of epoxy resin were used in order to achieve a better representation and confirmation of the results. During the testing of fillers, these were mainly secondary raw materials, including pre-treated hazardous waste (neutralisation sludge), representing various shapes and sizes of particle, while their amount in the epoxy matrix was chosen with regard to optimal viscosity and workability. Physical and mechanical parameters, like compressive and flexural strengths, cohesion with the concrete and thermal expansion of the epoxy composites containing various fillers were determined. The microstructure of epoxy composites with a different filler type and chemical resistance against chemical aggressive media were all monitored. The microstructure of epoxy composites was monitored using scanning electron microscopy (SEM) supported by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Computed tomography (CT) was also used for the evaluation of the cohesion of the epoxy composites with concrete and dispersion of the filler in the epoxy matrix.Epoxidové pryskyřice se v současné době používají v mnoha oblastech stavebnictví, jako jsou odolné nátěry, kotvy, polymerní kompozity vyztužené vlákny (FRP), spárovací hmoty atd. Tento příspěvek se zabývá především epoxidovými kompozity, které lze aplikovat při sanaci betonových konstrukcí. Byl sledován vliv typu plniva na epoxidové termosetové kompozity, přičemž pro dosažení lepší prezentace a konfirmace výsledků byly použity tři různé typy epoxidových pryskyřic. V průběhu testování plniv se jednalo především o druhotné suroviny, včetně předem upraveného nebezpečného odpadu (neutralizační kal), představující různé tvary a velikosti částic, přičemž jejich množství v epoxidové matrici bylo zvoleno s ohledem na optimální viskozitu a zpracovatelnost. Byly zkoušeny fyzikálně-mechanické parametry, jako jsou pevnosti v tlaku a ohybu, soudržnost s betonem a teplotní roztažnost epoxidových kompozitů obsahujících různá plniva. Byla sledována mikrostruktura epoxidových kompozitů s různým typem plniva a chemická odolnost vůči chemicky agresivním médiím. Mikrostruktura epoxidových kompozitů byla monitorována pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) podporované energiově-disperzní rentgenovou spektroskopií (EDX). Počítačová tomografie (CT) byla také použita pro hodnocení soudržnosti epoxidových kompozitů s betonem a disperze plniva v epoxidové matrici

Study of polymer-based adhesive mortar with higher durability

This paper deals with the study and development of polymer-based adhesive with high filling ratio of secondary raw materials and waste materials. The goal of this paper is to develop adhesive mortar with the highest filling rate of secondary raw materials and waste materials as possible while preserving very high physical-mechanical properties, including flexural and compressive strength, pull-off bond strength and abrasion resistance. High-temperature fly ash, waste slag and waste packaging glass are used in this paper as fillers. The resulting mortar shows high physical-mechanical properties, including high abrasive resistance and very high bonding strength to a large variety of building materials including concrete, steel, glass, and tiles