Projekti / Programi
Recikliranje odpadne titanove sadre v cementnih kompozitih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.06.01 |
Naravoslovje |
Geologija |
Mineralogija in petrologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P420 |
Naravoslovno-matematične vede |
Petrologija, mineralogija, geokemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
odpadna redeča titanova sadra, fazna sestava, mikrostruktura, etringit, recikliranje, cementni kompoziti, izluževanje, mehansko- fizikalne lastnosti
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
32263 |
dr. Vesna Zalar Serjun |
Geologija |
Vodja |
2019 - 2021 |
127 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1502 |
Zavod za gradbeništvo Slovenije |
Ljubljana |
5866324000 |
10.455 |
Povzetek
Velike količine različnih sintetičnih sader predstavljajo globalni ekonomski in okoljski problem. Številni ostanki proizvodnje se v večjih količinah že dolgo časa rutinsko reciklirajo v gradbenem sektorju. Taka praksa za odpadno industrijsko sadro še ni uspešno implementirana zaradi specifičnih kemijskih in fizikalnih lastnosti ter posledično nizkega potenciala za recikliranje. Vsebuje lahko tudi spremenljiv delež izlužljivih toksičnih komponent. Uporaba oz. recikliranje rdeče titanove sadre v cementnih kompozitih zahteva poznavanje njihovih kratkoročnih in dolgoročnih lastnosti, pri tem sta ključnega pomena mehanizem hidratacije, razvoj fazne sestave in mikrostrukture.
Sadra kot regulator vezanja na eni strani predstavlja bistveno komponento cementnih kompozitov na drugi strani pa se povečana količina sadre uporabljene lahko odraža v negativnih vplivih. Vpliv etringita na poškodbe cementnih kompozitov, ki so kot posledica prisotnosti povečane količine sadre ´prenasičeni´ s sulfatom, je v grobem opisan z dvema teorijama. Dejstvo je, da za potrditev obeh izmed predstavljenih teorij pomanjkuje eksperimentalnih dokazov, ki bi neposredno povezovale količino nastalega etringita z razsežnostjo ekspanzije. Raziskave so nadalje pokazale tudi, da se količina nastalega etringita ter obseg ekspanzije močno razlikuje med sistemi cementnih kompozitov z različno vsebnostjo aluminatnih faz.
Ker je za razvoj cementnih kompozitov s povečano količina titanove rdeče sadre (v kombinaciji z nekaterimi dodatnimi industrijskimi odpadki) poznavanje mehanizmov in kinetike hidratacije, spremljanje in identifikacija nastalih mineralnih faz ter kemijskih in mehansko fizikalnih lastnosti kompozitov v odvisnosti od časovne komponente nujna, bi z izvedbo predlaganega projekta bistveno prispevali k detajlni karakterizaciji predlaganih sistemov cementnih kompozitov. To bi predstavljalo osnovo, na podlagi katere bi bilo obnašanje predlaganih dvo- in tro-komponentnih sistemov ter njim podobnim sistemov, možno predvideti. Na femenološki ravni bi z izvedbo projekta definirali vpliv večje količine nastalega etringita v preiskovanih sistemih na potencialne destruktivne mehanizme. Ustrezna Implementacija rezultatov mineraloških in kemijskih preiskav bi omogočila natančno kvantifikacijo in karakterizacijo mobilizacijskih procesov v preiskovanih cementnih kompozitih. Vzporedni rezultati mehansko- fizikalnih analiz bi omogočili neposredno razlago o medsebojnih vplivih na trajnost tovrstnih kompozitov.
Predlagane metode dela zajemajo tako kvalitativne kot kvantitativne analize, na podlagi katerih bomo lahko določili ne le vrsto ampak tudi kvantiteto posameznega pridobljenega podatka. Metodologija dela bo temeljila na širokem spektru komplementarnih analitskih metod.
Cementni kompoziti opisani v projektnem predlogu omogočajo razvoj nizkoogljične in krožne ekonomije, ki temelji na uporabi manjše količine cementa in lokalnih obnovljivih virov. Predlagan program predstavlja središčni vozel različnih tematik in področij, ki bodo omogočile pridobitev novih znanj predvsem na področju geologije (mineralogija, petrografije) ter tudi kemije, materialov in gradbeništva.
Pomen za razvoj znanosti
Z izvedbo predlaganega projekta bi bistveno prispevali k detajlni karakterizaciji predlaganih sistemov cementnih kompozitov s povečano količino sulfata (rdeče titanove sadre tudi v kombinaciji z dodatnima industrijskima odpadkoma). Rezultati bi predstavljali osnovo, na podlagi katere bi bilo obnašanje predlaganih dvo- in tro-komponentnih sistemov ter njim podobnim sistemov, možno predvideti. Na femenološki ravni bi z izvedbo projekta enoznačno definirali do sedaj še ne razložen vpliv večje količine nastalega etringita v preiskovanih sistemih na potencialne destruktivne mahansko- fizikalne mehanizme. Ustrezna Implementacija rezultatov mineraloških in kemijskih preiskav bi omogočila natančno kvantifikacijo in karakterizacijo mobilizacijskih procesov v preiskovanih cementnih kompozitih. Vzporedni rezultati mehansko- fizikalnih analiz bi omogočili neposredno razlago o medsebojnih vplivih na trajnost tovrstnih kompozitov.
Predlagan program predstavlja središčni vozel različnih tematik in področij, ki bodo omogočile pridobitev novih znanj predvsem na področju geologije (mineralogija, petrografije) in hkrati kemije, materialov in gradbeništva.
Projekt predstavlja izviren pristop na dveh področjih: prvič, z natančnim poznavanjem hidratacijskih in strukturnih procesov v cementnih sistemih z povečano količino sulfata, bo zagotovljen razvoj cementnih kompozitov z maksimalno možno vsebnostjo rdeče titanove sadre, ki bodo ustrezali zahtevanim lastnostim ter drugič, z uporabo odpadnih surovin lokalnega izvora bodo končni kompoziti predstavljali trajnostne proizvode, zelene betone.
Nova pridobljena spoznanja in razvite recepture kompozitov predstavljajo prehod v nizkoogljično krožno gospodarstvo, ki direktno zamenjuje naravne surovine in cement. Tovrstnih cementnih kompozitov je v svetovnem merilu še zelo malo, saj razvoj mikrostrukture takih kompozitov ni definiran, zato bo možen direkten prenos tehnologije in novih spoznanj po svetu.
Pomen za razvoj Slovenije
Realization of this project would contribute significantly towards the characterization of described systems of cement composites containing high quantities of sulphate (red titanogypsum also in combination with some additional industrial waste). The results of proposed research work would enable to define the fundamentals based on which the behaviour of the proposed two- and three-component cement systems, as well as similar systems, could be predicted. Further, the effects of increased amounts of formed ettringite on the potential destructive mechano-physical mechanisms would be explained on the phenomenological level for the first time. Proper implementation of the results of mineralogical and chemical investigations would enable precise quantification and characterization of the mobilization processes in the investigated cement composites. The parallel results of mechanical and physical analyses would be used to predict the durability of the investigated composites.
The proposed program consists of a central node for various topics and fields, which will make it possible to assess the new knowledge particularly in the field of geology (mineralogy, petrography) and at the same time in the fields of chemistry, materials and construction.
From two different aspects, the project represents an innovative approach: firstly, more precise knowledge about the hydration and structural processes of cement-based systems with a high amount of sulphate will ensure the development of cement composites with the maximum possible content of red titanogypsum, corresponding to the required properties, and secondly, by using of waste materials of local origin the final composites will represent a sustainable products, i.e. green concrete.
The newly gained findings and composites formulation will represent a transition to a lowcarbon circular economy, which directly replaces natural raw materials and cement. Worldwide, few such cement composites are produced, since their microstructure development is not known in detail. In this way a direct transfer of technology and of new knowledge around the world will be possible. In the production and formulation of new cement composites, knowledge about the detailed mechanisms of hydration, microstructure evolution, and durability and inertness, are crucial.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
