Engineering van slakken en residuen en ontwikkeling van alkali-geactiveerde bindmiddelen en gemengde cementen voor bouwtoepassingen door middel van high-throughput-experimenten

In dit doctoraat worden slakken en residuen verwerkt om als voorganger te gebruiken in alkali geactiveerde bindmiddelen of geblende cement. Uit de resultaten van de hoge doorvoer experimenten worden ook prestatie modellen ontwikkeld. Slakken van de non-ferro metallurgische industrie of afvalstromen van andere industriële processen zullen gebruikt worden. Een uitgebreide karakterisatie (bv. Chemisch, mineralogie en microscopie) vormt de basis van dit werk. In het eerste deel van het onderzoek worden de factoren tijdens het verwerkingsproces van de slakken onderzocht die de mineralogie van de slakken kunnen veranderen en daarmee de ontwikkeling van de slakken tot een bindmiddel kunnen faciliteren. Deze factoren omvatten de verwerkingstemperaturen (1000-1300°C), afkoelingsroutes (water koelen, lucht koelen, droge granulatie), en chemische aanpassingen door de toevoeging van additieven. De verschillende combinaties van verwerkingsfactoren worden uitgewerkt via Design of Experiments (DoE). De verschillende ontwikkelde slakken worden alkali-geactiveerd door hen te mengen met een alkali oplossing en hun reactiviteit wordt onderzocht via calorimetrie analyse. Bijkomend wordt de eigenschappen van de alkali-geactiveerde binder gekarakteriseerd in termen van mechanische sterkte en werkbaarheid. Verder worden de ontwikkelde slakken gemengd met ordinaire Portland cement en geactiveerd om hybride binders te bekomen. De interacties tussen de ontwikkelde chemie/mineralogie van de slak en de mengsel formule van de hybride binder wordt onderzocht om hun effect te weten te komen op de eigenschappen van de binder. De resultaten van de karakterisatie experimenten worden gebruikt om empirische prestatiemodellen te bouwen. Deze modellen omvatten de empirische datasets om hiermee de best mogelijke correlaties tussen verwerkingsparameters en binderprestatie te bekomen. De ontwikkelde binders kunnen gebruikt worden om prototypes van dense en poreuze monolieten te ontwikkelen geschikt voor de bouw. De prestaties van de species zullen geëvalueerd worden in acht neming van de criteria van de voorziene toepassingen en hun functionaliteit in vergelijking met traditionele OPC-gebaseerde producten beschikbaar in de markt. Uiteindelijk zal dit onderzoek de impact weergeven van de grote en kleine elementen op de slak reactiviteit en hun algemene prestaties als voorganger in pure alkali-geactiveerde, hybride binders en geblend cement. Hierbij worden de fundamentele reactiemechanismen van deze systemen ontdekt, wat een bijdrage levert om de hiaten te vullen in de huidige literatuur.