GENERAREA DE NOI CUNOŞTINŢE PRIVIND MATERIALELE CIMENTOIDE INALT PERFORMANTE, CU ADAOS CALCAROS, ECOLOGICE SI ECONOMICE PERFORM – MAT – CIM CEEX-M1-C2-456

 

 

1.1. Beneficiar – AGENŢIA MANAGERIALA DE CERCETARE ŞTIINŢIFICA, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Program RELANSIN

1.2. Coordonatorul proiectului (CO)-SC. CEPROCIM SA.

Commercial reg. no: J40/250/1991; Unic registering code: R 449620; CIF: RO 449620; Subscribed and payed-up capital: 1805617,50 lei

ROMANIA, 6 Bucharest, # 6 blvd. Preciziei, code 062203 phone: +(4021) 318 88 84; 318 88 90; 318 88 93. fax: +(4021) 318 88 76; 318 88 94. https://www.ceprocim.ro e-mail: office@ceprocim.ro;  res@ceprocim.ro

1.3. Parteneri

P 1 – UPB – Bucureşti

MINISTERUL EDUCATIEISI CERCETARII
UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI
Splaiul Independentei nr. 313, sector 6, Bucuresti, cod 060042 Tel. 3181000, Fax. 3181001

 

P2 – Universitatea Ovidius – Constanta

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” CONSTANTA Facultatea de Fizica, Chimie si Tehnologia Petrolului
B-dul Mamaia 124 RO-900527 Constanta ROMANIA Tel: 40-0241 -614576, Fax 40-0241 -616194

 

 

GENERAREA DE NOI CUNOŞTINŢE PRIVIND MATERIALELE CIMENTOIDE INALT PERFORMANTE, CU ADAOS CALCAROS, ECOLOGICE SI ECONOMICE PERFORM – MAT – CIM CEEX-M1-C2-456

1.1. Beneficiar – AGENŢIA MANAGERIALA DE CERCETARE ŞTIINŢIFICA, INOVARE SI TRANSFER TEHNOLOGIC – Program RELANSIN

1.2. Coordonatorul proiectului (CO)-SC. CEPROCIM SA.

Commercial reg. no: J40/250/1991; Unic registering code: R 449620; CIF: RO 449620;  Subscribed and payed-up capital: 1805617,50 lei

ROMANIA, 6 Bucharest, # 6 blvd. Preciziei, code 062203 phone: +(4021) 318 88 84; 318 88 90; 318 88 93. fax: +(4021) 318 88 76; 318 88 94. https://www.ceprocim.ro email: office@ceprocim.ro; res@ceprocim.ro

1.3. Parteneri

P 1 – UPB – Bucureşti

MINISTERUL EDUCATIEISI CERCETARII
UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI
Splaiul Independentei nr. 313, sector 6, Bucureşti, cod 060042 Tel. 3181000, Fax. 3181001

P2 – Universitatea Ovidius – Constanta

UNIVERSITATEA „OVIDIUS” CONSTANTA Facultatea de Fizică, Chimie şi Tehnologia Petrolului
B-dul Mamaia 124 RO-900527 Constanta ROMANIA Tel: 40-0241 -614576, Fax 40-0241 -616194

 

P3 – IMT – Bucureşti

P3 – IMT – Bucureşti

P5 – ICECON – Bucureşti

INSTITUTUL DE DE CERCETARI PENTRU ECHIPAMENTE
SI TEHNOLOGII IN CONSTRUCTII
RESEARCH INSTITUTE FOR CONSTRUCTION EQUIPMENT AND TECHNOLOGY

P6 – Fundaţia „Serban Solacolu” – Bucureşti

FUNDATIA PENTRU STIINTA SI INGINERIA
MATERIALELOR  – „SERBAN SOLACOLU”
Str. Gheorghe Polizu, nr. 1, cod 011061, Sector 1, Bucuresti

 

 

1.4 Durata de execuţie:

20.07.2006 -15.09.2008

1.5 Descrierea proiectului

1.5.1.Scopul proiectului
este concentrarea unei mase critice de resurse umane si materiale de inalta valoare din univerşitati, inştitute şi IMM-uri intr-un conşortiu pentru deşfaşurarea unor cercetari in comun, in vederea generarii de noi cunostinte in domeniul materialelor cimentoide cu adaos calcaros, performante, ecologice si economice.
Rezultatul final, este obtinerea unor materiale cimentoide silicatice optimizate chimic, structural – mineralogic si granulometric, prin modificarea spectrului granulometric in domeniul submicronic, cu adaos calcaros.

1.5.2. Obiectivele proiectului
Proiectul PERFORM-MAT-CIM urmareste desfăşurarea in comun de catre partenerii consorţiului a activitatilor de cercetare si dezvoltare tehnologica de mare complexitate, activitati ce includ cercetare fundamentala si aplicativa. Realizarea in comun a activitatilor propuse va conduce implicit la dezvoltarea parteneriatului pe lunga durata intre institutiile participante, urmarindu-se dezvoltarea pe plan intern a unor baze materiale de cercetare puternice.
Implementarea unui cluster stiintific si tehnologic (de preferat un proiect public privat) pentru a facilita dezvoltarea aplicatiilor industriale ale rezultatelor stiintifice obtinute. Propunerea unui proiect in PC 7 in aceeasi arie tematica.

1.5.3. Rezultatele estimate prin realizarea proiectului:

• studiu documentar privind efectele adaosului calcaros asupra procesului fizico-chimic de intarire prin hidratare-hidoliza a materialelor cimentoide;
• rezultate privind efectele adaosului calcaros asupra procesului de hidratare si intarire: cinetica de hidratare,   dios tructure pastei cimentoide intarita, apa de consistenta normala, contractie, porozitate, rezistente mecanice etc.;
• corelatii intre caracteristicile chimice si fizice ale adaosului calcaros si reologia pastelor cimentoide, caracteristicile microstructurale ale pastei intarite, compozitiei fazale si proprietatile fizico-mecanice ale pastei intarite;
• retete de obtinere a materialelor liante performante cu adaos de calcar; -metode de procesare a materialelor cimentoide cu adaos calcaros;
• rezultate obtinute la punerea in opera a materialelor cimentoide performante cu adaos calcaros; -stabilirea claselor de expunere a betoanelor cu materiale cimentoide cu adaos calcaros si implicit a domeniilor de utilizare.

1.6. Specialisti participanti la proiect

• doctori ingineri: 20 persoane
• cercetator principal I: 2 persoane
• cercetator principal II: 4 persoane
• cercetator principal III: 7 persoane
• cercetator stiintific: 9 persoane
• ingineri: 5 persoane

2.1.1. Etapa I: Studiu documentar privind materialele cimentoide cu adaos de calcar. Soluţii noi pentru optimizarea mecanismului de hidratare intarire

Activitati	Rezultate prevazute
Activitate I.1 Studiu aprofundat al literaturii de specialitate privind influenta caracteristicilor fizice, chimice si mineralogice ale componentilor (clincher, calcar) asupra proprietatilor materialelor cimentoide cu adaos calcaros	Baza de date cu privire la materialele cimentoide cu adaos de calcar/Raport de cercetare
Activitate I.2 Studiu aprofundat al literaturii de specialitae privind hidratarea si intarirea materialelor cimentoide performante cu adaos calcaros
Activitate I.3 Retete, metode si parametrii de procesare, solutii noi pentru optimizarea mecanismului de hidratare intarire
Activitatea I.4 Performante obtinute in domeniul materialelor cimentoide cu adaos calcaros
Activitatea I.5 Comportarea materialelor cimentoide performante la punerea in opera (mortare, betoane). Domenii de utilizare
Activitatea I.6 Crearea de ipoteze de lucru prin utilizarea informatiilor de baza acumulate
Activitatea I.7 Management proiect

2.1.2. Etapa II: Cercetari aprofundate privind stabilirea factorilor de influenta asupra calitatii materialului cimentoid cu adaos calcaros. Stabilirea retetelor si parametrilor tehnologici de procesare.

 

Activitati

Rezultate prevazute

Activitatea II.1 Alegera tipului de clincher (compozitie mineralogica) si de adaos calcaros (compozitie chimica, finete) Activitatea II.2 Caracterizarea compozitionala si mineralogica a componentilor (clincher si calcar)  Activitatea II.3 Realizarea amestecurilor conform ipotezelor de lucru create prin utilizarea datelor de literatura: folosirea a 2 tipuri de clincher folosirea a 2 tipuri de calcar in proportii de pana la 35% realizarea unor materiale cimentoide cu adaos de calcar prin macinarea impreuna a amestecului clincher + calcar + gips (regulator al timpului de priza) realizarea unor materiale cimentoide prin macinarea separata a componentilor Activitatea II.4 Caracterizarea materialelor cimentoide cu adaos calcaros determinarea compozitiei oxidice conform conditiilor impuse de EN 197-1 determinarea finetii de macinare: rezidii, suprafete specifice Blaine si analiza granulometrica laser determinarea apei de consistenta standard determinarea prizei determinarea constantei de volum determinarea contractiei determinarea rezistentelor mecanice

Stabilirea factorilor de influenta asupra calitatii materialului cimentoid cu adaos calcaros/ Raport de cercetare

2.1.3. Etapa III: Cercetari aprofundate cu privire la hidratarea si intarirea pastelor materialelor cimentoide cu adaos calcaros

Activitati	Rezultate prevazute
Activitatea III.1 Cercetarea proceselor de hidratare si intarirea pastelor materialelor cimentoide cu adaos calcaros – Faze hidratate – Elemente de mecanism si cinetica a hidratarii materialelor cimentoide – Micro/nano structura pietrei de liant – Porozitatea pietrei de liant	Studiul hidratarii si intaririi pastelor materialelor cimentoide cu adaos calcaros/ Raport de cercetare
Activitatea III.2 Evaluarea efectului adaosului calcaros  asupra hidratarii si intaririi materialelor cimentoide
Activitatea III.3 Stabilirea retetelor optime si a metodei de procesare pentru realizarea unor materiale cimentoide performante
Activitatea III.4 Diseminarea rezultatelor obtinute
Activitatea III.5 Management proiect

2.1.4 Etapa IV: Cercetari aprofundate cu privire la corelatia micro-nano structura si caracteristici tehnice ale materialelor cimentoide performante cu adaos calcaros. Realizarea a doua materiale cimentoide performante cu adaos calcaros si caracterizarea acestora

Activitati	Rezultate prevazute
Activitatea IV.1 Stabilirea corelatiilor micro-nano structura si caracteristicile materialelor cimentoide in vederea alegerii retetelor compozitionale a doua tipuri de materiale cimentoide	Doua loturi de materiale ci-mentoide performante cu adios calcaros / Raport de experimentare
Activitatea IV.2 Achizitie echipament de cercetare
Activitatea IV.3 Realizarea celor doua materiale cimentoide performante cu adaos calcaros
Activitatea IV.4 Caracterizarea celor doua materiale cimentoide cu adaos calcaros: determinarea compozitiei oxidice conform conditiilor impuse de EN 197-1 micro/nanostructura pietrei de liant porozitatea pietrei de liant determinarea finetii de macinare: rezidii, suprafete specifice Blaine si analiza granulometrica laser determinarea apei de consistenta standard determinarea prizei determinarea constantei de volum determinarea contractiei determinarea rezistentelor mecanice etc

2.1.5. Etapa V: Cercetari aprofundate privind comportarea la punerera in opera a materialelor cimentoide performante cu adaos calcaros

Activitati	Rezultate prevazute
Activitatea V.1 Determinari pe mortare de zidarie, conform cerintelor SR EN 998-2: 2003: – lucrabilitate; – aderenta la suport – rezistente mecanice (compresiune, incovoiere) – absorbtie apa – permeabilitate la vapori – densitate	Caracterizarea mortarelor si betoanelor realizate cu noile material/ Raport de experimentare
Activitatea V.2 Determinari pe mortare de tencuiala, conform cerintelor SR EN 998-1:2003 – permeabilitate la vapori – aderenta la suport – absorbtia apei prin capilaritate (coeficient de absorbtie) – rezistente mecanice (compresiune, incovoiere) pH-ul mortarelor de finisaje, in paste etc
Activitatea V.3 Determinari pe betoane, conform EN 206: lucrabilitate densitate aer oclus rezistente la compresiune contractia axiala permeabilitate porozitate aparenta medii expunere (apa de mare, acid, sulfatic) etc
Activitatea V.4 Evaluarea efectului adaosului calcaros din materialele cimentoide performante realizate, la punerea in opera a acestora (mortare si betoane)
Activitatea V.5 Diseminarea rezultatelor obtinute
Activitatea V.6 Management proiect

2.1.6. Etapa VI.  Diseminarea si publicarea rezultatelor pe scara larga

Activitati	Rezultate prevazute
Activitatea VI.1 Pagina web	Pagina web
Activitatea VI.2 Curs de specializare	Curs
Activitatea VI.3 Masa rotunda in scopul diseminarii cunostintelor acumulate si a identificarii posibilitatii de continuare a activitatilor in programul PC 7	Masa rotunda

Etapa 1 – Datele prezentate in literatura de specialitate, sugereaza o influenta complexa exercitata de adaosul de calcar din cimentul portland asupra proceselor de hidratare si intarire si implicit asupra proprietatilor fizico-mecnice ale cimentului.
Etapa 2 – S-au realizat 17 retete compozitionale de cimenturi cu adaos de calcar si adaosuri mixte de calcar si zgura sau cenusa. Au fost testate din punct de vedere fizico-mecanic si s-a studiat influenta adaosurilor si a procedeului de realizare al cimenturilor. 
Astfel:
Apa de consistenta normala inregistreaza o usoara scadere cu cresterea continutului in calcar, la cimenturile obtinute prin macinarea concomitenta a componentilor si scade semnificativ cu cresterea continutului in calcar la cimenturile obtinute prin macinare separata a componentelor si omogenizarea amestecului.

Timpul de priza scade la cimenturile cu adaos de calcar fata de cimenturile etalon. O scadere semnificativa s-a observat la cimenturile cu adaos de calcar realizate prin macinare separata a componentelor si omogenizarea amestecului.

Rezistentele mecanice ale cimenturilor sunt influentate de calitatea clincherului, continutul in calcar, prezenta altor adaosuri (zgura, cenusa de termocentrala) si procedeul de realizare a acestora si anume:
• odata cu cresterea continutului in calcar scad rezistentele mecanice ale cimenturilor;
• cimenturile cu un continut in calcar de 20% prezinta rezistente mecanice mai mari la termene scurte (2 zile) decat cimenturile etalon si cimenturile cu 20% zgura, respectiv cenusa de termocentrala;
• prezenta zgurii in proportii egale cu ale calcarului in cimenturi de tip CEM II/A-M conduce la cresterea rezistentelor mecanice la toate termenele, fata de etalon;
• rezistentele mecanice ale cimenturilor cu calcar obtinute prin macinarea separata a componentelor si omogenizarea amestecurilor sunt mai scazute decat cele realizate prin macinarea concomitenta a componentelor (la aceeasi finete exprimata prin R 009)

Etapa 3 – Pentru atingerea obiectivelor propuse in cadrul celei de-a III-a etape a contractului au fost realizate:

• Studii ale proceselor de hidratare – hidroliza ce au loc la amestecarea materialelor cimentoide cu apa. Aceste studii s-au realizatde catre partenerul P2 – Universitatea Ovidius, pe materiale cimentoide preparate de CO, prin determinarea in suspensiile apa/materiale cimentoide a urmatorilor perametrii: conductivitate electrica, pH, concentratia speciilor ionice (Ca2+ si OH-) si prin determinari chimice ale apei legate in hidrocompusi.
• Procesele fizico-chimice care au loc la intarirea maselor liante cu adaos calcaros au fost studiate prin difracie de raze X si analiza termogravimetrica-TG si DTG,de catre partenerul P1-UPB si CO.Deasemenea,morfologia hidrocompusilor si microstructura pietrei intarite la 28 zile au fost obtinute prin analize de microscopie electronica SEM,de catre P1-UPB si P3-IMT, si porozimetrie cu mercur de catre partenerul P1.
• Investigatii privind nanostructura pietrei de liant intarite anumite intervale de reactie (7-60 zile), s-au realizat prin determinari de microscopie electronica, TEM -BFTEM si SAED, pe probe hidratate, de catre partenerul P2 .

Investigatiile realizate pe materialele cimentoide cu adaos calcaros au permis formularea urmatoarelor concluzii:

In primele ore de interactie a maselor cimentoide cu apa are loc cresterea conductivitatii electrice si a pH-ului, crestere explicabila prin cresterea concentratiei ionice a suspensiei apoase, consecinta a trecerii in solutie a ionilor Ca2+, OH-, SO42-. Proba cu 20% adaos de calcar, prezinta cele mai mari valori ale bazicitatii si implicit ale conductivitatii electrice.
• Diminuarea ulterioara a conductivitatii electrice si a pH-ului poate fi asociata cu aparitia unor germeni de cristalizare fie de Ca(OH)₂, fie de C-S-H (hidrosilicati) dar aceasta diminuare ar mai putea fi asociata si cu diminuarea cantitativa a ghipsului prin formarea de etringit.
• Evolutiile concentratiilor ionilor Ca2+ si OH- in suspensiile materialelor cimentoide sunt in buna concordanta cu evolutia conductivitatii electrice , ale pH-ului si determinarile de apa legata chimic, evidentiind efecte pozitive ale adaosului calcaros asupra proceselor de hidratare-hidroliza ale acestora, accelerandu-le.
• Analizand rezultatele obtinute prin difractometrie de raze X ,se constata cresterea continutului de Ca(OH)₂ la pastele de ciment dupa 2 zile, care contin adaos de calcar. Totodata, dupa 28 zile de intarire, cantitatea de Ca(OH)₂ este mai mica in masele cu calcar decat in proba etalon,aceasta sugerand ca la o perioada mai mare de intarire devine preponderent efectul cimentului portland din masele liante cu adaos de calcar.In cazul maselor cu adaos mixt de calcar si zgura se constata evectul pozitiv al zgurii la 28 zile si efectul pozitiv al calcarului la 2 zile.
• Analizele termo gravimetrice TG si DTG evidentiaza faptul ca, la termene scurte de intarire-2 zile, cantitatea de Ca(OH)₂ calculat, este mai mica decat cea determinata experimental, ceeace confirma intensificarea reactiei de hidratare – hidroliza a materialelor cimentoide cu adaos calcaros. La termene mai mari(28 zile), cantitatea de Ca(OH)₂ calculat este mai mare decat cea determinata experimental, fapt explicabil prin consumarea acestuia de catre zgura si de prezenta calcarului care intensifica hidratarea zgurii.
• Prezenta calcarului in materialele cimentoide are un efect pozitiv asupra porozitatii materialului intarit. Datele de porozimetrie cu mercur obtinute pe paste intarite la 28 zile arata ca, atat porozitatea totala deschisa, cat si dimensiunea medie a porilor, pentru masele cu adaos calcaros sunt mai mici decat cele ale masei etalon.
• Imaginile electronomicroscopice SEM, arata ca la materialele cimentoide cu adaos calcaros fazele hiratate sunt mai structurate decat la liantul etalon. Dupa 28 zile de intarire, formatiunile hidratate capata un caracter mai bine dezvoltat la masele cu adaos calcaros,la care se poate considera si prezenta unor faze hidrosilicatice-CSH I ca folii pliate si incretite.
• Morfologia probelor de materiale cimentoide hidratate, la 7, 28 si 60 zile, a fost investigata si prin preluare de imagini BFTEM si SAED. Investigatiile BFTEM evidentiaza aglomerari de particule cu forme aproximativ sferice cu dimensiuni nanometrice, particulele avand diametre pornind de la cativa microni si coborand pana la 10 nm, in special la masele cu adaos calcaros. Aglomerarile de particule cresc in timp ajungand dupa 60 zile la dimensiuni micrometrice. Prin difractie de electroni – SAED, s-a evidentiat prezenta unor materiale policristaline al caror grad de cristalinitate creste in timp, precum si prezenta monocristalelor cu dimensiuni relativ mari fata de pulberea nanometrica.

Etapa 4
Au fost realizate si testate 3 loturi de cimenturi: adaos de 20% calcar, adaos de 10%calcar +10% zgura si 15% calcar + 15% zgura. Aceste loturi au fost ulterior puse la dispozitia partenerilor P4 si P5 pentru a se cerceta comportarea lor la punerea in opera pe mortare si betoane. Cele mai bune rezultate din punct de vedere al caracteristicilor fizico-mecanice s-au obtinut pe cimentul cu adaos de 20% calcar si cel cu adaos mixt 10% calcar +10% zgura.

Etapa 5
S-a cercetat comportarea la punerea in opera a celor trei loturi de materiale cimentoide performante cu adaos calcaros. S-au efectuat determinari pe mortare de zidarie si tencuialaconform SR EN 998 – 1,2:2003 si determinari pe betoane conform SR EN 206. S-a evaluat efectul adaosului calcaros din materialele cimentoide realizate, la punerea in opera a acestora (mortare si betoane)

Conform EN 998-2 mortarele obtinute cu cimentuirle cu adaos de calcar dupa retetele realizate de partenerul P4 sunt mortare performante de uz general pentru zidarie destinate a fi utilizate in constructiile exterioare supuse cerintelor structurale. Conform NE 998-1, mortarele realizate cu cimenturile cu adaos calcaros, se pot utiliza ca mortare de uz general pentru tencuire/gletuire si pentru renovare.

Din punct de vedere al comportarii materialelor cimentoide la punerea in opera in betoane s-au obtinut:

• Clasele de beton:
  • Ciment 1 (CEM II/A-LL 42,5 R): C30/37 si C20/25
  • Ciment 2 (CEM II/A-M 42,5 R): C35/45 si C16/20
  • Ciment 3 (CEM II/B-M 32,5 R): C30/37 si C16/20

• Clasele de expunere:
  • Ciment 1 (CEM II/A-LL 42,5 R) : XO , XC1, XC3, XS1, XD2 , XF1, XA2, XA3
  • Ciment 2 (CEM II/A-M 42,5 R): XO, XC1, XC3, XS1, XD1, XA2
  • Ciment 3 (CEM II/B-M 32,5 R): XO, XC1, XC3, XA2

• Domenii de utilizare ale cimenturilor
  • Ciment II/A-LL 32,5 R:
    XO; XC1 umiditate redusa; XC3; XF1 cu antrenor de aer; XS1; XA2 atac chimic cu sau fara inghet-dezghet. In mediu sulfatic maxim 28 cicluri; XA3 atac chimic – mediu acid; XD2 cu sau fara inghet-dezghet in mediu cu cloruri avand alta origine decat cea marina maxim 50 cicluri
  • Ciment II/A-M 32,5 R:
    XO; XC1 umiditate redusa; XC3; XS1; XA2 atac chimic (agresivitate chimica moderata) – mediu acid – cu sau fara inghet-dezghet, in mediu sulfatic maxim 28 cicluri; XA2 atac chimic – mediu acid; XD1 fara inghet-dezghet
  • Ciment II/B-M 32,5 R:
    XO; XC1 umiditate redusa; XC3; XA2 atac chimic – mediu sulfatic fara inghet-dezghet.

Etapa 6 – S-au diseminat informatiile acumulate pe parcursul derularii proiectului prin realizarea paginii web, un curs de specializare si o masa rotunda „materiale cimentoide performante” 

• Consideratii privind efectele adaosului de calcar asupra proprietatilor cimentului portland
  – „ZILELE ACADEMICE TIMIŞENE” ediţia a X-a, Timisoara, ROMANIA, 24 – 25 mai 2007
• Ecologically and economically performance hydraulic binder
  – The 5th International Conference “New Research Trends in Material Science” – ARM-5, Sibiu, ROMANIA, 5 – 7 septembrie, 2007
• Ecologically and economically performance hydraulic binder
  – The International Conference Structural Analysis of Advanced Materials – ICSAM 2007, Patras, Greece, 2 – 6 septembrie, 2007
• Liant hidraulic multifunctional pe baza de ciment portland
  – Nanostructured Multifunctional Materials – NMM07 – Sinaia, ROMANIA, 18 – 20 octombrie 2007
• Liant hidraulic performant ecologic si economic
  – Revista Romana de Materiale nr 4/2007, pag. 291
• Efectul adaosului de calcar asupra hidratarii si intaririi cimentului portl and
  – Revista Romana de Materiale nr 3/2008
• Masa rotunda
  – „Materiale cimentoide performante”
• Curs perfectionare
  – „Materiale cimentoide cu adaos calcaros”