1.4. Perioada de executie: 01.08.2006 – 15.09.2008

1.5.Descrierea proiectului:

1.5.1. Scopul proiectului:

Principalul scop al proiectului LIECO este de a genera cunostinte, prin desfasurarea unor activitati de cercetare in parteneriat national, in ceea ce priveste realizarea unui nou sistem cimentoid, pe baza de magnezie reactiva – ciment Portland (OPC) – puzzolana

1.5.2. Rezumat:

In acest moment industria cimentului din intreaga lume se confrunta cu o problema majora de mediu si anume cu emisia de CO2 care are un impact deosebit de negativ in ceea ce priveste aparitia efectului de sera.
Realizarea liantilor ecologici din sistemul OCP – magnezie reactiva puzzolana permit o reducere a CO2 din atmosfera datorita:

• reducerea emisiilor de CO2 datorita scaderii consumului termic (respectiv prin diminuarea consumului de combustibil);
• absorbtia unei cantitati de CO2 din atmosfera in perioada de intarire prin carbonatarea hidroxidului de magneziu.

Noile sisteme cimentoide, performante calitativ, ecologice si economice, se vor obtine fata de cimentul Portland in conditiile reducerii consumurilor energetice (cu cca. 25%) si respectiv de asigurare a protectiei mediului, prin faptul ca sunt sisteme „absorbante” de CO2.

Noul liant se va realiza cu o reducere a consumului de energie termica, fata de cea a cimentului portland uzual (cca. 3500 MJ/t) datorita urmatoarelor aspecte:

• substituirea in diferite proportii a clincherului portland- produs ce inglobeaza energie termica in cantitate mare, cu MgO reactiv
• cresterea proportiei de puzzolana in liant, fata de cimenturile actuale, ceea ce permite inlocuirea importanta a clincherului

1.5.3. Obiectivele proiectului:

Realizarea unor noi cimenturi avand la baza alte sisteme de parageneza decat ale cimentului Portland, sisteme ce includ prezenta magneziei reactive, cu efecte benefice asupra mediului.

1.5.4. Rezultate finale:

Obtinerea pentru prima data in tara a unor noi lianti cu caracteristici performante in sistemul ciment portland (OPC) – magnezie reactiva – puzzolana 
Diseminarea informatiilor obtinute
Brevetarea rezultatelor obtinute

1.6. Specialisti prezenti la proiect :

• doctori – 11
• cercetatori stiintifici principali gradul I – 6
• cercetatori stiintifici principali gradul II – 5
• cercetatori stiintifici principali gradul III – 3
• cercetatori stiintifici – 6
• doctoranzi – 8
• ingineri – 6

2.1. Etapa I – Studiu documentar privind elaborarea de metode, proceduri si solutii noi de obtinere a unor noi sisteme liante ecologice avand drept component MgO reactiv Lucrarea primei etape se încheie cu prezentarea ipotezelor de lucru create pe baza documentatiei acumulate. 

2.1.1. Activitatea EI.1 – Studiu aprofundat al literaturii de specialitate privind elaborarea de metode, proceduri si solutii noi de obtinere a unor lianti din sistemul OPC – magnezie reactiva – puzzolana
– investigarea domeniilor compozitionale si structurale
– mecanismele de hidratare si intarire 
2.1.2. Activitatea EI.2 – Studiu literaturii de specialitate privind tehnologia de obtinere a magneziei reactive

2.2. Etapa II – Studiu materialelor din care pot fi obtinute sistemele liante ecologice

2.2.1. Activitatea EII.1 – Studiu privind materialele naturale din care poate fi obtinuta magnezia reactiva
– identificarea tipurilor de roci si pozitionarea unor zacaminte
– structura mineralogica si caracteristicile rocilor
2.2.2. Activitatea EII.2 – Studiu privind celelalte materiale necesare in sistem:

• puzzolane naturale si artificiale
• clincherul de ciment portland

2.3. Etapa III – Stabilirea corelatiei intre compozitia chimica si structurala si caracteristicile calitative ale unor lianti ecologici din sistemul OPC – magnezie reactiva – puzzolana

2.3.1. Activitatea EIII.1 – Realizarea noilor sisteme liante conform ipotezelor create de datele de literatura parcursa
2.3.2. Activitatea EIII.2 – Urmarirea mecanismului de hidratare in corelatie cu compozitia chimica si structurala a unor mase din sitemul OPC – magnezie reactiva – puzzolana in vederea elaborarii unor noi solutii de obtinere a liantilor din sistem.
2.3.3. Activitatea EIII.3 – Stabilirea dependentei dintre compusii de hidratare formati si caracteristicile calitative ale liantului
2.3.4. Activitatea EIII.4 – Elaborarea unui concept privind efectele caracteristicilor chimice si structurale asupra gradului de hidratare si stabilirea unui algoritm de calcul privind dozarea materiilor prime necesare realizarii liantilor din sitemul OPC – magnezie reactiva – puzzolana

2.4. Etapa IV – Cercetari experimentale pentru realizarea unor lianti ecologici din sistemul OPC – magnezie reactiva – puzzolana

2.4.1. Activitatea EIV.1 – Identificarea si caracterizarea unor materii prime existente si stabilirea dozajelor
– identificarea si caracterizarea surselor de magnezie reactiva
– identificarea si caracterizarea surselor de puzzolane naturale si artificiale
– stabilirea dozajelor 
2.4.2. Activitatea EIV.2 – Realizarea si caracterizarea unor lianti cu proportii diferite de magnezie reactiva
– stabilirea conditiilor de realizare
– realizarea in condiitii de laborator a liantilor
– caracterizarea liantilor 
2.4.3. Activitatea EIV.3 – Evaluarea comportarii liantilor realizati
– stabilirea influentei proportiei de magnezie reactiva
– stabilirea influentei tipului si a proportiei de puzzolana
– stabilirea unor retete optime pentru realizarea liantilor
2.4.4. Activitatea EIV.4 – Analiza SWOT privind realizarea tipurilor de lianti cercetati.

2.5. Etapa V – Aplicatii ale rezultatelor cercetarii
2.5.1. Activitatea EV.1 – Elaborarea documentatiei si inaintarea cererii de brevet referitoare la tipurile noi de lianti ecologici
2.5.2. Activitatea EV.2 – Masa rotunda in scopul diseminarii cunostintelor acumulate si a identificarii posibilitatilor de continuare a cercetarii in programul PC 7

3.1. Etapa I
A fost elaborat un studiu ce se refera la sisteme liante ecologice avand drept component MgO reactiv. Tema este noua pe plan international, fiind abordata in primul rand in Australia, incepand cu anul 1999. Prin consultarea a 68 materiale bibliografice (articole, carti, brevete nationale si internationale, pagini web) s-au obtinut informatii cu privire la:

• abordari moderne in realizarea sistemelor liante din industria materialelor de constructii;
• investigarea domeniilor compozitionale si structurale ale noilor sisteme liante si ale celor uzuale;
• metode, proceduri si solutii noi de obtinere a unor lianti din sistemul OPC – magnezie reactiva – puzzolana;
• metode de obtinere, caracteristici ale magneziei reactive
• mecanismele proceselor de intarire in sistemele liante uzuale si in noile sisteme;
• termodinamica reactiilor de carbonatare in cimentul portland si sistemele liante ecologice;
• avantajele realizarii noilor sisteme liante ecologice pe baza de MgO reactiv

3.2. Etapa II
A fost elaborat un studiu in care sunt prezentate, in detaliu, materialele naturale din care poate fi obtinuta magnezia reactiva, precum si puzzolanele naturale si clincherul de ciment portland ce alcatuiesc sistemele liante ecologice abordate. Studiul a fost realizat de CEPROCIM in colaborare cu partenerul P1 – Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Metale si Resurse Radioactive. 

S-au obtinut urmatoarele informatii:

• Mineralele purtatoare de magneziu prezinta o importanta deosebita datorita domeniilor de utilizare din ce in ce mai numeroase, reprezentand un potential „salvator” al planetei. In urma unor operatiuni de transformare care pun in evidenta oxidul de magneziu reactive, mineralele magneziene pot constitui sursa de baza in obtinerea unor material de constructii special, absorbante de CO2 din atmosfera, reducand astfel efectul de sera.
• Materialele naturale din care poate fi obtinuta magnezia reactiva sunt:
  • brucitul, care se poate gasi in zacaminte alaturi si de alte minerale, precum calcit sau dolomit. Proportia de MgO variaza de la 16% la 65%, in functie de compozitia zacamantului
  • magnezita, cu un continut de MgO ce poate ajunge la 42-46% in zacaminte representative ca cel de la Screechowl Creek – west mount Hut;
  • dolomita, care contine, in functie de natura zacamantului, 18-22% MgO

S-a pus accent deosebit pe zacamintele de calcare si dolomite magneziene existente in tara noastra, deoarece utilizarea unor cantitati mari de astfel de produse, implica si utilizarea unor cantitati din rezervele disponibile pe plan national.

• Puzzolanele sunt material care nu reactioneaza cu apa, dar care, in stare fin macinata, in prezenta apei, reactioneaza cu Ca(OH)2. Aprecierea activitatii hidraulice a acestor materiale se poate face prin determinarea continutului in silice reactiva. Puzzolanele pot fi:
  NATURALE: – tufuri volcanice, cu un continut de 40-64% SiO2 reactiv
  diatomite, cu 40-69% SiO2 reactiv
  – bentonite, cu 25-49% SiO2 reactiv
  – portelanite, cu 35-50% SiO2 reactiv
  ARTIFICIALE: – cenusi de termocentrala, cu peste 25% SiO2 reactiv
• Clinherul de ciment Portland, activitatea hidraulica a acestuia fiind influentata de:
  – natura chimico-mineralogica a materiilor prime
  – compozitia, omogenitatea si finetea amestecului brut
  – prezenta mineralizatorilor
  – regimul termotehnologic de obtinere a clincherului (clincherizare si racire)

3.3. Etapa III
Au fost realizate si caracterizate noile sisteme liante pe baza de MgO reactiv conform ipotezelor de lucru create in fazele anterioare. De asemenea a fost urmarit mecanismul de hidratare in corelatie cu compozitia chimica si structurala a unor mase din sistemul OPC-magnezie reactiva – puzzolana, a fost stabilita dependenta dintre compusii de hidratare formati si caracteristicile calitative ale liantilor.
Etapa a fost realizata de coordonatorul de proiect – CEPROCIM in colaborare cu partenerul P1 – Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Metale si Resurse Radioactive, partenerul P2 – PROCEMA CERCETARE si partenerul P3 – UPB Centrul de cercetare si Expertizarea Materialelor Speciale

• Au fost realizate mase liante din sistemele:
  – ciment portland – MgO reactiv
  – ciment portland – MgO reactive – puzzolana
  – ciment portland – calcar brucitic calcinat
  – ciment portland – calcar brucitic calcinat – puzzolana.
• Performantele calitative ale noilor sisteme liante au fost evaluate prin determinari de: apa de consistenta standard, timp de priza, stabilitate, absorbtie de apa, rezistente mecanice la incovoiere si compresiune pana la termenul de 90 zile.
• Masele liante cu continut mai mare de 20% MgO au calitatea de a absorbi CO2 din atmosfera, ca urmare a carbonatarii hidroxidului de magneziu format in system, fapt demonstrat prin determinarea continutului de CO2 – s+a constatat cresterea acestuia cu cresterea continutului de MgO reactive din sistem
• Mecanismul de hidratare a noilor sisteme s-a urmarit prin determinari chimice (apa legata chimic) si mineralogice (difractie de raze X si microscopie electronic de baleiaj).

3.4. Etapa IV

Au fost efectuate urmatoarele activitati:

• identificarea si caracterizarea unor materii prime existente in tara si stabilirea dozajelor;
• realizarea si caracterizarea unor lianti cu proportii diferite de magnezie reactiva
• evaluarea comportarii liantilor realizati
• analiza SWOT privind realizarea tipurilor de lianti cercetati

Etapa a fost realizata de coordonatorul de proiect – CEPROCIM in colaborare cu partenerul P3 – UPB Centrul de Cercetare si Expertizarea Materialelor Speciale

• In sistemul ciment portland – MgO reactiv s-au obtinut mase liante din clasele de rezistenta 32,5R-42,5R la un continut de 5% MgO reactiv si 32,5R la un continut de 10% MgO reactiv
• ” In sistemul ciment portland – MgO reactiv – puzzolana s-au obtinut mase liante din clasele de rezistenta 32,5R-42,5R la un continut de 5% MgO reactiv -10% cenusa de termocentrala si 32,5R la un continut de 10% MgO reactiv-10% cenusa de termocentrala
• ” In sistemul ciment portland – calcar brucitic calcinat s-au obtinut mase liante din clasa de rezistenta 32,5R la un continut de 20% calcar brucitic calcinat (5% MgO reactiv)
• ” In sistemul ciment portland – calcar brucitic calcinat – puzzolana s-au obtinut mase liante din clasa de rezistenta 32,5R la un continut de 20% calcar brucitic calcinat si 5% si 10% puzzolana.
• ” Analiza SWOT realizata pentru obtinerea masei liante cu 20% calcar brucitic calcinat (sistemul ciment portland-calcar brucitic calcinat ) a scos in evidenta avantajele fabricarii acestuia comparativ cu un ciment portland fara adaos:

3.5. Etapa V
Conform planului de realizare, a fost elaborata documentatia si a fost depusa cererea de brevet pentru „Ciment Portland obtinut din materii prime neconventionale „, numarul si data inregistrarii propunerii de brevet la OSIM fiind A/00687/05.09.2008. 
De asemenea a fost organizata o masa rotunda unde au fost prezentate cunostintele acumulate pe parcursul derularii proiectului. 
Etapa a fost realizata de coordonatorul de proiect – CEPROCIM in colaborare cu partenerul P1 – Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Metale si Resurse Radioactive si partenerul P3 – UPB Centrul de Cercetare si Expertizarea Materialelor Speciale.

• Noi sisteme liante ecologice continand MgO -The 5th National Conference „NEW RESEARCH TRENDS IN MATERIAL SCIENCE” – ARM-54 Sibiu, Romania 5-7 September 2007
• Sisteme liante cu continut de MgO multifunctionale -1st Conference „NANOSTRUCTURED MULTIFUNCTIONAL MATERIALS” – Sinaia, Romania 18-20 Octombrie 2007
• Novel construction binders – EUROPEAN CONGRESS ON ADVANCED MATERIALS AND PROCESSES, Nurnberg, Germania, 10-13 septembrie 2007
• New ecological binding systems containing magnesium oxide – INTERNATIONAL CONFERENCE ON STRUCTURAL ANALYSIS OF ADVANCED MATERIALS, Patras Grecia, 2-6 Septembrie 2007
• Complex technologies of brucitic limestone capitalization in environmental protection – XII BALKAN MINERAL CONGRESS, Delphi, Grecia, 10-14 iunie 2007
• Cercetari pentru realizarea unor noi sisteme liante ecologice pe baza de MgO cu proprietati absorbante de CO2 din atmosfera -Conferinta EXCELLENCE RESEARCH – A WAY TO E.R.A., Brasov, 24-26octombrie 2007.
• Investigations for obtaining new ecological binding systems based on MgO – XV International Conference, Mechanics of composite materials, 26-30 May, 2008, Riga, Latvia
• Cercetari pentru realizarea unor noi sisteme cimentoide cu continut ridicat de MgO – Conferinta EXCELLENCE RESEARCH – A WAY TO INNOVATION, Brasov, 27-29 iulie 2008.