- Acronim: IMPasFire
- Cod Proiect: PN-III-P1-1.1-PD-2019-0709
- Numărul Contractului: PD 198
- Start: 01 Septembrie 2020
Final: 31 August 2022 - Durata: 24 Luni
- Budget: 246.950,00 RON
- Instituție: UPB-CNMN – Universitatea POLITEHNICA din București – Centrul Național de Micro și Nanomateriale
Director: ȘL.dr.ing. Adrian-Ionuț NICOARĂ
Mentor: : Prof.dr.ing Adelina-Carmen IANCULESCU
Descrierea proiectului
Proiectul IMPasFire își propune sinteza și caracterizarea unor materiale activate alcalin cu proprietăți de protecție pasivă la foc a unor elemente de construcții precum: elementele de otel sau alte tipuri de materiale. Având în vedere pagubele materiale și umane uriașe create de foc precum și limitările actualelor materiale intumescente, dezvoltarea unor noi materiale intumescente pe bază de silicați este un domeniu științific în continua dezvoltare. Pornind de la cercetările anterioare ale directorului de proiect în domeniul materialelor activate alcalin, IMpasFire propune soluții inovative de îmbunătățire a stabilității acestor materiale în mediul umed precum și a proprietăților finale (rezistenta mecanica, lucrabilitate, etc) făcând o corelație a acestor proprietăți cu anumiți parametrii fizici ai materialelor brute (finețe, tipul și dozajul de activatori alcalini etc).
Principalele contribuții ale acestui proiect vor fi: i) sinteza și caracterizarea materialelor activate alcalin cu costuri reduse și cu impact redus asupra mediului pornind de la deșeurile de sticlă municipale; ii) utilizarea amestecurilor de NaOH și Ca(OH)2 ca activatori alcalini pentru a îmbunătăți stabilitatea materialelor activate alcalin în mediul umed; iii) caracterizarea materialelor activate alcalin (compoziție, microstructura, rezistență mecanică, densitate) și evaluarea comportamentului lor intumescent; iv) studiul sistematic al modului în care diferiți parametri compoziționali și de prelucrare influențează proprietățile pastelor și mortarelor pe baza acestor materiale; v) obținerea și caracterizarea cărămizilor intumescente pentru protecția pasivă a clădirilor.
Rezultatele obținute în cadrul acestei cercetări vor contribui la înaintarea către o economie circulară prin utilizarea deșeurilor de sticla în producția de noi materiale intumescente cu valoare adăugată.
Principalele obiective
Principalele obiective ale acestui proiect vor fi: i) sinteza și caracterizarea materialelor activate alcalin cu costuri reduse și cu impact redus asupra mediului pornind de la deșeurile de sticlă municipale; ii) utilizarea amestecurilor de NaOH și Ca(OH)2 ca activatori alcalini pentru a îmbunătăți stabilitatea materialelor activate alcalin în mediul umed; iii) caracterizarea materialelor activate alcalin (compoziție, microstructura, rezistență mecanică, densitate) și evaluarea comportamentului lor intumescent; iv) studiul sistematic al modului în care diferiți parametri compoziționali și de prelucrare influențează proprietățile pastelor și mortarelor pe baza acestor materiale; v) obținerea și caracterizarea cărămizilor intumescente pentru protecția pasivă a clădirilor
- Realizarea unei rețete de producere a materialelor activate alcalin
- 3 rapoarte tehnico-științifice (câte 1 pentru fiecare etapă de raportare)
- 3 lucrării științifice (participări la conferințe naționale/internațională sau articole trimise spre publicare).
- pagină web dedicată proiectului.
- Etapa 1:
Sinteza pastelor de polimeri activați alcalin obținuți prin activarea alcalină a pulberilor de sticlă – Finalizată
- Etapa 2
Caracterizarea materialelor activate alcalin (MAA) și realizarea de acoperiri pentru protecție pasivă la foc.– Finalizata
În cadrul etapei de execuție numărul 2 ce s-a desfășurat în perioada 01.01.2021 – 31.12.2021 s-au realizat toate activitățile propuse în planul de realizare al proiectului. S-au obținut astfel materiale liante activate alcalin (AAM), pornind de la deșeuri de sticlă menajeră colectate si măcinate pană la dimensiunile specificată. Pastele s-au obținut prin activare alcalină cu NaOH și Ca(OH)2 respectiv amestec de cei doi activatori alcalini.
În cadrul primei activități s-au caracterizat aceste materiale prin XRD, SEM, FT-IR, analiză termică precum și alte analize fizice de determinare a densității. Astfel s-au obținut informații despre caracteristicile fizice și chimice ale pastelor sintetizate. S-a constat astfel că cele mai bune rezultate sunt date de pastele care sunt activate alcalin cu amestec de NaOH și Ca(OH)2 în proporție de 70-30%.
În cea de a doua activitate s-a determinat prin metode caracteristice caracterul intumescent (verificat la temperatura de 600 respectiv 800°C) precum și stabilitatea în mediu umed a pastelor. S-a constat că deși pastele activate doar cu NaOH prezentă cel mai bun caracter intumescent, activarea cu amestec face ca materiale să fie mult mai stabile în mediu umed, lucru care confirmă obiectivul principal al proiectului. Pastele cu caracteristicile optime (cele activate cu amestec de NaOH și Ca(OH)2 în proporție de 70-30%.) au fost considerate a avea proprietățile optime drept urmare testele din activitățile următoare au fost realizate folosind în principal aceste paste.
Activitatea numărul 3 a presupus realizarea unor acoperiri cu materialele obținute ale unor oțeluri iar în cadrul activității 4 s-a testat modul de protejare a acestui substrat la foc.
Toate rezultatele științifice relevante obținute au fost prezentate atât la conferințe specifice domeniului materialelor de construcții (Consilox 13) cât și în cadrul unei lucrări științifice ce se află în evaluare în revista Materials ( IF 2,623)
- Etapa 3
Realizarea și caracterizarea cărămizilor din materiale activate alcalin (MAA) realizate pentru protecție pasivă la foc. – Finalizata
În cadrul etapei de execuție numărul 3 ce s-a desfășurat în perioada 01.01.2022 – 31.08.2022 s-au obținut materiale ce pot fi folosite în confecționarea de cărămizi cu caracter intumescent. Astfel s-au analizat 4 noi compoziții rezultate prin adăugarea unui agregat de CaCO3 în proporții cuprinse între 5-30% ca substituent al pulberii de sticlă. Activatorul alcalin a fost format din 70%NaOH și 30%Ca(OH)2.
Rezistențe mecanice realizate ajutorul unei prese hidraulice uniaxiale la 28 de zile de la preparare s-au situat între 19,67 și 37, 54 MPa.
Caracterul intumescent a fost determinat la temperaturi situate între 800 și 1000°C Cu o viteză de încălzire a cuptorului de 10°C/min timp de expunere la temperatura maximă de 1h. Astfel s-a constat că toate probele prezintă un caracter intumescent la temperatura de 900°C. Compoziția cea mai optimă pentru utilizarea ca material intumescent fiind probe ce conține 30% CaCO3.
În cadrul fiecărei activități desfășurate au rezultate rapoarte de testare precum analizele de tip SEM (livrabilul D3) si rezultatele analizei de testare a rezistenței mecanice (livrabilul D5).
Diseminarea către publicul larg: participare cu prelegere orală intitulată “Materiale activate alcalin pentru protecție la foc” în cadrul sesiunii online a CONFERINȚEI NAȚIONALE ŞTIINŢIFICE DE TOAMNĂ a AOSR, 23 – 27 noiembrie 2020 on line. De asemenea, o lucrare științifică de tip articol, reprezentând livrabilul D4, intitulată “INFLUENCE OF ALKALI ACTIVATOR TYPE ON THE HYDROLYTIC STABILITY AND INTUMESCENCE OF INORGANIC POLYMERS BASED ON WASTE GLASS” a fost trimisă spre publicare în revista MATERIALS, cotată ISI cu factor de impact 3,623, aflându-se în zona Q1.
Livrabilul D6, fost prezentate de lucrarea intitulată “SYNTHESIS AND PROPERTIES OF INORGANIC POLYMERS OBTAINED FROM ALKALI ACTIVATED GLASS WASTE” în cadrul sesiunii online a CONSILOX 13 cu participare internațională desfășurată în perioada 1 – 3 octombrie 2021în format hibrid (Alba Iulia/online),
Livrabilui D7 a reprezentat rezultatele analizei de testare a rezistenței mecanice realizate pe cărămizile obținute în etapa a 3-a în timp ce Livrabilul D8 reprezintă lucrarea științifică prezentată la conferința NanoBioMat 2022 – Summer Edition – “Applications of Chemistry in Nanosciences and Biomaterials Engineering” desfășurată în perioada 22 – 24 iunie 2022.
Rezultate științifice realizate în cadrul IMPasFire au stat la baza redactării unei Cereri de brevet (livrabilul D9) depusă la OSIM sub A100463/29.07.2022, cu respectarea drepturilor de proprietate intelectuală și a legislației în vigoare, ce are titlul ”Procedeul de obținere a unor materiale pe bază de sticlă activată alcalin cu proprietăți intumescente”, autori A.Nicoară, A.Bădănoiu.
Livrabilele D1, D2 reprezintă rapoartele științifice individuale realizate la încheierea Etapei 1 respectiv Etapei 2 în timp ce livrabilul 10 reprezintă raportul final.
Toate lucrarile rezultate în au ca autor principal pe directorul proiectului și au Acknowledgments “This work was supported by a grant of the Ministry of Research, Innovation and Digitization, CNCS/CCCDI – UEFISCDI, project number PN-III-P1-1.1-PD-2019-0709, within PNCDI III”.