Doctoral Thesis

Study of processes in carbonation-cured binders

Final Thesis 6.11 MB

Author of thesis: Ing. Vladislav Cába

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Lukáš Kalina, Ph.D.

Reviewers: Assoc. Prof. Tadas Dambrauskas, PhD., prof. Ing. Vlastimil Matějka, Ph.D.

Abstract:

The transition toward a circular economy and the reduction of greenhouse gas emissions require innovative strategies for industrial waste valorisation. This dissertation presents a comprehensive evaluation of using Ladle Furnace Slag (LFS) as a CO2-reactive, non-cementitious binder. By optimizing curing conditions (specifically identifying the critical thresholds for mixing water content and compaction pressure) this work achieves significant CO2 sequestration efficiencies. The research proves that the rapid absorption of CO2 by LFS not only securely locks away carbon dioxide in stable mineral forms but also produces structural composites with robust mechanical properties. Crucially, a 365-day durability study assesses the carbonated LFS across diverse environments, including 60% relative humidity, 100% relative humidity, continuous water immersion, and dynamic outdoor exposure. The exterior samples demonstrated physical stability and strength, validating the practical engineering applicability of carbonated LFS.

Keywords:

Accelerated carbonation curing, mineral carbonation, secondary raw materials, carbonation efficiency, non-cementitious materials, CO2 emissions reduction

Date of defence

22.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Předseda komise představil doktoranda a předal mu slovo. Obhajoba probíhala v angličtině. Ing. Cába absolvoval od května do července 2023 zahraniční stáž na Arctic Univeristy, Norsko. Je spoluautorem celé řady publikací v impaktovaných časopisech, v jednom případě je uveden jako první autor. Podílel se také na několika projektech. The committee chairman introduced the PhD student and gave him the floor. The defense was conducted in English. Ing. Cába completed an international internship at Arctic University, Norway, from May to July 2023. He is a co-author of a whole range of publications in impact journals, and in one case he is listed as the first author. He also participated in several projects.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Chemistry, Technology and Properties of Materials (DPCP_CHM_4_N)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jiří Zach, Ph.D. (člen)
prof. Dr. Ing. Martin Palou (člen)
prof. Ing. Bedřich Smetana, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Vlastimil Matějka, Ph.D. (člen)
Assoc. Prof. Tadas Dambrauskas, PhD. (člen)
Assoc. Prof. Anatolijus Eisinas, PhD. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Lukáš Kalina, Ph.D.

Ing. Vladislav Cába vypracoval svou disertační práci s názvem „Studium procesů v karbonatací vytvrzených systémech“ v rámci prezenčního doktorského studia na Ústavu chemie materiálů Fakulty chemické VUT v Brně. Svým zaměřením disertační práce úspěšně navazuje a dále rozvíjí výzkum progresivních stavebních materiálů, ekologického využití průmyslových vedlejších produktů a problematiky sekvestrace oxidu uhličitého.

Významný přínos práce tkví již v přehledně zpracované rešeršní části, která představuje zdařilý souhrn aktuálního stavu řešené problematiky. Následný návrh a koncepčně velmi dobře promyšlené nastavení experimentů, společně s pokročilým vyhodnocením materiálových vlastností, dokládají výbornou orientaci studenta v řešeném tématu a přinášejí celou řadu nových poznatků pro širokou vědeckou veřejnost.

Během svého doktorského studia se Ing. Cába vypracoval ve vysoce zkušeného a samostatného operátora pokročilých instrumentálních metod, konkrétně rentgenové difrakční analýzy (XRD) a rtuťové porozimetrie (MIP). Schopnost samostatně ovládat tyto složité systémy a interpretovat komplexní mikrostrukturální a fázová data významně posunula vědeckou úroveň celé práce.

Výsledky výzkumu, na kterém se student podílel, byly průběžně publikovány v prestižních mezinárodních vědeckých časopisech. Dokladem jeho kvalitní vědecké a publikační činnosti je podle databáze Web of Science (WoS) autorství či spoluautorství šesti publikací ve významných periodicích s vysokým impaktním faktorem, jako jsou Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (JTAC) či Open Ceramics (OC). Své výzkumné výsledky rovněž úspěšně prezentoval na mezinárodních vědeckých konferencích, kde prokázal schopnost odborné diskuse na vysoké úrovni.

Cenné mezinárodní zkušenosti a nadhled student získal během absolvování dvouměsíční zahraniční výzkumné stáže na prestižní Arktické univerzitě v Narviku (UiT) v Norsku, což významně přispělo k jeho odbornému i osobnímu rozvoji. Nad rámec své disertace se student aktivně zapojil do vědecko-výzkumného života ústavu jako platný člen řešitelských týmů několika projektů základního i aplikovaného výzkumu, včetně projektů financovaných grantovými agenturami GAČR a TAČR.

Opomenout nelze ani jeho bohatou pedagogickou činnost, kterou významně podpořil chod ústavu. Student se úspěšně podílel na výuce Praktik z chemického inženýrství a Praktik z anorganické chemie a laboratorní techniky; rovněž samostatně vedl cvičení z Obecné chemie, kde vždy prokazoval zodpovědný přístup a přirozenou autoritu.

Dle výčtu zmíněných výsledků dosáhl Ing. Vladislav Cába během svého studia vysokého stupně odborné kvalifikace a prokázal mimořádnou experimentální zručnost. Při plnění výzkumných úkolů prokazoval dobrou organizovanost a samostatný přístup. V rámci pracoviště se konstruktivně zapojoval do odborných diskusí a udržoval velmi dobré kolegiální vztahy.

Vzhledem k výše uvedeným skutečnostem a vysoké kvalitě předložené práce splňuje disertační práce Ing. Vladislava Cáby všechny požadavky v souladu s platnou legislativou. Jako školitel proto doporučuji její přijetí k obhajobě před odbornou komisí.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta 44,76 kB

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 251,12 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová