Regenerarea materiilor prime (brute) și a produselor aflate la sfârșit de viată pentru a fi reutilizate în cimenturi/betoane

Director: CSIII Dr.Ing. Bogdan Ștefan VASILE

Cercetător Științific: CS III Iulian BOIERAȘU

Asistent Cercetare: Dr.Ing. Adrian-Ionuț NICOARĂ

Asistent Cercetare: Dr.Ing Adrian Vasile SURDU

Asistent Cercetare: Dr.Ing. Vladimir Lucian ENE

Asistent Cercetare: Drd.Ing. Alexandra Elena STOICA

Asistent Cercetare: Drd.Ing Roxana TRUȘCĂ

Cercetator Stiintific: S.L. Dr.ing. Ionela Andreea NEACSU

Tehnician: Claudiu GIUȘCĂ

Universitatea Sabanci, Orta Mahallesi Universite Caddesi No: 27, Tuzla 34956 Istanbul, Turkey (https://www.sabanciuniv.edu/en)

Universitatea din Ljubljana, Askerceva cesta 12, 1000 Ljubljana, Slovenia (https://www.uni-lj.si/eng)

Institutul Jozef Stefan, Jamova cesta 39, 1000 Ljubljana, Slovenia (https://www.ijs.si)

Principalul obiectiv al proiectului intitulat “ Regenerarea materiilor prime (brute) și a produselor aflate la sfârșit de viată pentru a fi reutilizate în cimenturi/betoane (RECEMENT)” este: obținerea de materiale liante alternative obținute cu cost redus, consum de energie redus și cu producție redusă de CO2 prin regenerarea materialelor aflate la sfârșitul ciclului de viață (EOL) din construcțiile urbane și din depozitele de minerale, pentru înlocuirea cimentului portland obișnuit (OPC).  Preocupările de mediu privind emisiile de CO2 provenite din producția OPC au condus la substituirea parțială a OPC cu materiale cimentoide suplimentare (SCM), cum ar fi cenușă de termocentrală, zgură de furnal și silicea ultrafină. În ciuda performanțelor lor satisfăcătoare în concret, disponibilitatea lor limitată restricționează impactul asupra economiei circulare. Găsirea de noi SCM-uri alternative cu o disponibilitate mai largă ar reduce utilizarea clincherului în producția de ciment portland. Atunci când sunt utilizate direct, materialele EOL, cum ar fi praful de marmură din cariere, nu contribuie în procesele de hidratare necesare pentru fixarea și întărirea betonului ci se limitează la o funcție de umplere (de filler). Cu toate acestea, materialele EOL re-generate pot contribui efectiv la procesele de hidratare și înlocuiesc o parte substanțială din OPC.

Obiectivele generale ale proiectului RECEMENT contribuie la Spațiul European de Cercetare (ERA) prin: (1) re-generarea de materiale EOL destinate depozitului de gunoi ca materie primă pentru producerea betonului; (2) crearea unei valori economice pentru volumele mari de materiale cu valoare anterioară zero, reducând în același timp consumul de energie, emisiile de CO2 precum și consumul materiilor prime pentru producerea cimentului; (3) avansarea materialelor de construcție durabile în Europa prin reducerea consumului de materii prime și a emisiilor de gaze cu efect de seră din fabricația de ciment, pentru a îndeplini obiectivele UE2020 din Inițiativa Europeană pentru sustenabilitate energetică; (4) educarea și formarea viitoarei generații privind reciclarea și reutilizarea materialelor EOL în industria betonului. Proiectul propus se aliniază perfect cu apelul ERA-MIN2 Subiectul 4 referitor la Reciclarea și reutilizarea produselor aflate la sfârșitul ciclului de viață (End-of-Life) prin transformarea unei economii liniare a materialelor de construcție cu volum mare într-o economie circulară mai eficientă. Mai mult, încorporăm resturi din alte industrii în această economie circulară pentru construcții, lărgind substanțial impactul economic și ecologic al proiectului. Pentru a atinge obiectivul și obiectivele generale menționate mai sus, proiectul RECEMENT propus este conceput în jurul următoarelor obiective specifice de cercetare: (1) Minerit și re-generare de SCM-urilor  reciclate pentru materiale liante: colectarea și caracterizarea proprietăților chimice și fizice ale materialelor EOL extrase din construcții, din industria ceramică și cariere care pot fi utilizate ca SCM în materiale pe bază de ciment. Stabilirea tratamentelor termice/mecanice pentru reactivarea materialelor EOL. Evaluarea calitativă a comportamentului pozzolanic (sau hidraulic) al SCM-urilor re-generate. (2) Evaluarea performanței materialelor pe bază de ciment, inclusiv SCM-uri re-generate: Analiza influenței înlocuirii OPC cu SCM-uri re-generate (până la 30% din greutate) asupra timpului de priză, funcționării, reologiei, rezistenței la compresiune, absorbției apei și compoziției chimice din materiale pe bază de ciment. (3) Durabilitatea betonului, inclusiv SCM-urilor re-generate: Evaluarea durabilității betonului în ceea ce privește atacul sulfatului, reacția de silicei cu alcaliile (ASR) și rezistența la coroziune. Determinarea relațiilor dintre sursa și mineralogia materialelor EOL, comportamentul pozzolanic al SCM re-generat și dozarea acestora în cimentul de performanța și determinarea duratei de utilizare a mortarului care conține SCM-uri re-generate. (4) Evaluarea impactului economic al SCM-urilor re-generate: Dezvoltarea unei  analize integrate a ciclului de viață (LCA), costul ciclului de viață (LCC) și analiza cost-beneficiu (CBA) pentru a înțelege impactul social, economic și de mediu al înlocuirea OPC cu SCM-uri re-generate și pentru a prevedea bariere ce pot apărea. (5) Diseminarea și exploatarea pentru impact maxim: Creșterea impactului socio-economic al RECEMENT prin elaborarea inovației către lanțul de utilizatori finali.

  1. Un raport referitor la sursele de materiale SCM
  2. Un raport prin compoziția fazală a SCM-urilor
  3. O rețetă de activare a materialelor de top SCM și un raport privind puzzolanicitatea materialelor de tip SCM.
  4. Raport tehnic care va stabili principalele ghidaje pentru a realiza un transfer al cunoștințelor către mediul academic, industrial și de cercetare.
  5. Un raport asupra analizelor LCA-LC-CBA și un raport detaliat asupra proprietăților mecanice și chimice ale materialelor realizate din SCM-uri regenerate.
  6. 3 lucrări prezentate la conferința națională/internațională
  7. 2 Lucrări publicate în reviste internaționale cu factor de impact ridicat.
  • Etapa 1:
    Identificarea potențialelor resurse pentru obținerea de SCM – COMPLETĂ
  • Etapa 2 
    Evaluarea performantelor materialelor pe bază de ciment care includ SCM-uri regenerare – termen finalizare 31.12.2020
  • Etapa 3 
    Determinarea performantelor fizice ale materialelor pe bază de ciment care includ SCM-uri regenerare – termen finalizare 31.12.2021
  • Etapa 4 
    Validarea tehnologiei de obținerea a SCM și demonstrarea durabilității cimentului ce conține astfel de material – termen finalizare 30.09.2022

Rezumat si rezultate

Download Rezumat – etapa I_2019

Download Rezumat – etapa II_2020

Download Rezumat – etapa III_2021

Diseminare

 

Articole:

  1. Bogdan Stefan Vasile, Adrian-Ionut Nicoara, Vasile-Adrian Surdu, Vladimir Lucian Ene, Ionela Andreea Neacsu, Alexandra Elena Stoica, Ovidiu Oprea, Iulian Boerasu, Roxana Trusca, Mirijam Vrabec, Blaz Miklavic, Saso Sturm, Cleva Ow-Yang, Mehmet Ali Gulgun, Zeynep Basaran Bundur „Fly-Ash Evaluation as Potential EOL Material Replacement of Cement in Pastes: Morpho-Structural and Physico-Chemical Properties Assessment.” Materials 15, no. 9 (2022): 3092. și
  2. Nicoara, Adrian Ionut, Alexandra Elena Stoica, Mirijam Vrabec, Nastja Šmuc Rogan, Saso Sturm, Cleva Ow-Yang, Mehmet Ali Gulgun, Zeynep Basaran Bundur, Ion Ciuca, and Bogdan Stefan Vasile. “End-of-Life Materials Used as Supplementary Cementitious Materials in the Concrete Industry” Materials 13, no. 8 (2020): 1954

Conferințe și prezentări:

  1. Adrian Ionut Nicoara, Alexandra Elena Stoica, Mirijam Vrabec, Nastja Šmuc Rogan, Saso Sturm, Cleva Ow-Yang, Mehmet Ali Gulgun, Zeynep Basaran Bundur, Ion Ciuca, Bogdan Stefan Vasile „End-of-life materials applied in concrete industry”, EmergeMAT 3rd International conference on emerging technologies in materials engineering, 29-30 October 2020, Bucharest, Romania
  2. Fly Ash Evaluation as Potential EOL Material Replacement in Cement Pastes. Adrian-Ionut Bogdan Stefan Vasile. Vasile-Adrian Surdu. Vladimir Lucian Ene. Ionela  Andreea Neacsu. Alexandra Elena Stoica. Ovidiu Oprea. Iulian Boierasu. Roxana  Trusca. Mirijam Vrabec. Nastja Šmuc Rogan. Saso Sturm. Cleva Ow-Yang.  Mehmet Ali Gulgun. Zeynep Basaran Bundur, Applications of chemistry in nanosciences and biomaterials engineering, 25 – 26 June 2021;
  3. In Situ Evaluation of Fly Ash as Potential EOL Material Replacement in Cement Pastes. Bogdan Stefan Vasile.Adrian-Ionut Nicoara. Vasile-Adrian Surdu. Vladimir Lucian Ene.  Ionela Andreea Neacsu. Alexandra Elena Stoica. Ovidiu Oprea. Iulian Boierasu.  Roxana Trusca. Mirijam Vrabec. Nastja Šmuc Rogan. Saso Sturm. Cleva  Ow-Yang. Mehmet Ali Gulgun. Zeynep Basaran Bundur, Applications of chemistry in nanosciences and biomaterials engineering, 25 – 26 June 2021;
  4. Valorization of historical thermal plant ash deposits as supplementary cementing materials, Bogdan Ștefan VASILE , Bogdan Andrei ILIE, Adrian-Ionuț NICOARA, Vasile-Adrian SURDU, Vladimir Lucian ENE, Ionela Andreea NEACSU, Ovidiu OPREA , Roxana TRUSCA, 22 nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering (RICCCE 22), Sinaia, Romania, 7-9 September 2022
  5. Bogdan Stefan VASILE, Adrian Ionut Nicoara, Vasile-Adrian Surdu, Iulian Boerasu, In-Situ Morpho-Structural Evaluation of Potential EOL Materials, Conference of the Romanian Electron Microscopy Society – C.R.E.M.S., Cluj-Napoca, October 18-21, 2023.
  6. Iulian BOERASU, ESEM analysis of the pozzolanic behaviour phase in EOL-modified Portland cement pastes, Conference of the Romanian Electron Microscopy Society – C.R.E.M.S., Cluj-Napoca, October 18-21, 2023.
  7. M. Vrabec, M. A. Gulgun, B. S. Vasile, C. Ow-Yang, S. Sturm, Z. Basaran-Bundur, K. Hassan Nezhad, Y. Akyol, A. I. Nicoara, S. S. Parapari, I. Ciuca, A. E. Stoica, M. S. Rogan, From Waste to a “Greener” Cement:
    Materials Science and Mineralogy (Wo)men at Work, 23 rd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering (RICCCE 23), Constanța, Mamaia, Romania, 4-7 September 2024

 

În perioada 21-24 Noiembrie în Ljubljana, Slovenia au fost prezentate lucrări aferente proiectului la workshop-ul “ReCementing the Society Workshop”: Prof. Mehmet Ali Gülgün: Introduction to Cement; Dr. Bogdan Vasile: Cement Industry in Perspective of Green Deal; Prof. Mehmet Ali Gülgün: Implementation of ReCement Project in the concept of Green Deal; Prof. Zeynep Başaran Bundur (online): Sustainable Transformation of Cement-based Systems: Present and Future.

Rezultatele obținute în cadrul proiectului au fost exploatate și diseminate și prin participarea în perioada 20-22 aprilie 2023 la PoliFest, eveniment educațional în domeniul ingineriei, care acoperă oferte pentru studenți pentru înscrierea în facultăți precum și la Poli ChemistryFest din perioada 11-13 mai 2023.

Cererea de brevet nr. A/00506/15.09.2023, Proces de regenerare a produselor scoase din uz pentru reutilizare in mortare/beton, Adrian Ionut NICOARA, Ionela Andreea NEACSU, Bogdan Andrei ILIE, Bogdan Stefan VASILE, Otilia Ruxandra VASILE, Andrada-Elena NICOARA, Mirijam VRABEC, Saso STRUM, Sorour Semsari PARAPA

  • Medalia de argint emisa de EUROINVENT – Proces de regenerare a produselor scoase din uz pentru reutilizare in mortare/beton, Adrian Ionut NICOARA, Ionela Andreea NEACSU, Bogdan Andrei ILIE, Bogdan Stefan VASILE, Otilia Ruxandra VASILE, Andrada-Elena NICOARA, Mirijam VRABEC, Saso STRUM, Sorour Semsari PARAPA, Brevet nr. A/00506/15.09.2023, Cea de-a 16-a ediție a EUROINVENT (Expoziția Europeană a Creativității și Inovației), 6-8 IUNIE 2024, Iași, România.
  • Premiul Special Mediu Verde emis de EUROINVENT – Proces de regenerare a produselor scoase din uz pentru reutilizare in mortare/beton, Adrian Ionut NICOARA, Ionela Andreea NEACSU, Bogdan Andrei ILIE, Bogdan Stefan VASILE, Otilia Ruxandra VASILE, Andrada-Elena NICOARA, Mirijam VRABEC, Saso STRUM, Sorour Semsari PARAPA, Brevet nr. A/00506/15.09.2023, Cea de-a 16-a ediție a EUROINVENT (Expoziția Europeană a Creativității și Inovației), 6-8 IUNIE 2024, Iași, România.
  • Premiul special acordat de Asociația pentru Cercetare și Inovare Grupul Corneliu – Proces de regenerare a produselor scoase din uz pentru reutilizare în mortare/beton, Adrian Ionuț NICOARA, Ionela Andreea NEACSU, Bogdan Andrei ILIE, Bogdan Stefan VASILE, Otilia Ruxandra VASILE, Andrada- Elena NICOARA, Mirijam VRABEC, Saso STRUM, Sorour Semsari PARAPA, Brevet nr. A/00506/15.09.2023, Cea de-a 16-a ediție a EUROINVENT (Expoziția Europeană a Creativității și Inovației), 6-8 IUNIE 2024, Iași, România.
  • Premiul ICECHIM eliberat de Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare în Chimie și Petrochimie (ICECHIM), București, România – Proces de regenerare a produselor scoase din uz pentru reutilizare în mortare/beton, Adrian Ionuț NICOARA, Ionela Andreea NEACSU, Bogdan Andrei ILIE, Bogdan Stefan VASILE, Otilia Ruxandra VASILE, Andrada-Elena NICOARA, Mirijam VRABEC, Saso STRUM, Sorour Semsari PARAPA, Brevet nr. A/00506/15.09.2023, Cea de-a 16-a ediție a EUROINVENT (Expoziția Europeană a Creativității și Inovației), 6-8 IUNIE 2024, Iași, România.
  • Certificat de Excelenta eliberat de Universitatea Politehnica din Timisoara, Romania – Proces de regenerare a produselor scoase din uz pentru reutilizare in mortare/beton, Adrian Ionut NICOARA, Ionela Andreea NEACSU, Bogdan Andrei ILIE, Bogdan Stefan VASILE, Otilia Ruxandra VASILE, Andrada- Elena NICOARA, Mirijam VRABEC, Saso STRUM, Sorour Semsari PARAPA, Brevet nr. A/00506/15.09.2023, Cea de-a 16-a ediție a EUROINVENT (Expoziția Europeană a Creativității și Inovației), 6-8 IUNIE 2024, Iași, România.
  • Medalia de aur emisă de Toronto International Society of Innovation & Advanced Sills (TISIAS) – Proces de regenerare a produselor scoase din uz pentru reutilizare în mortare/beton, Adrian Ionut NICOARA, Ionela Andreea NEACSU, Bogdan Andrei ILIE, Bogdan Stefan VASILE, Otilia Ruxandra VASILE, Andrada-Elena NICOARA, Mirijam VRABEC, Saso STRUM, Sorour Semsari PARAPA, Brevet nr. A/00506/15.09.2023, Cea de-a 9-a ediție anuală a Concursului internațional de inovare în invenții din Canada, ICAN 2024. 24 august, Toronto, Canada