Ocena możliwości zastosowania opoki wapnistej jako kruszywa do zapraw modyfikowanych nanomateriałami

Środki finansowe przyznane przez Narodowe Centrum Nauki na realizację działania naukowego

Miniatura 5

Tytuł projektu: Ocena możliwości zastosowania opoki wapnistej jako kruszywa do zapraw modyfikowanych nanomateriałami

Tytuł w j. angielskim: Assessment of the possibility of using lime rock as an aggregate for mortars modified with nanomaterials for repairs in historic buildings

Numer umowy: DEC-2021/05/X/ST8/01674

Okres realizacji: 30.11.2021 - 29.11.2022

Wartość projektu: 27.830,00 PLN

Wartość przyznanych środków: 27.830,00 PLN

Kierownik projektu: dr Beata Klimek

Słowa kluczowe: historyczne budynki, kruszywo recyklingowe, nanomateriały, opoka wapnista, zaprawy

Streszczenie: 

Celem naukowym przedłożonego projektu jest otrzymanie nowych typów przyjaznych dla środowiska zapraw z kruszywem kamiennym - opoką wapnistą, modyfikowanych nanomateriałami na bazie cząsteczek Ca(OH)2 do wykonania napraw w historycznych budynków. Dyscyplina naukowa w której realizowany jest projekt to architektura i urbanistyka, z elementami inżynierii procesów i produkcji ze wskazaniem na zagadnienia techniczne i technologiczne w architekturze, urbanistyce i planowaniu przestrzennym. Naprawa i renowacja zabytkowej budowli wymaga indywidualnego podejścia do naprawianego obiektu. Dobór materiałów naprawczych powinien być uzależniony od wyników badań oraz analiz laboratoryjnych. Zaprawy naprawcze powinny mieć właściwości zbliżone do zapraw stosowanych podczas wznoszenia obiektu. Aby ocenić wydajność zapraw z odpadami opoki wapnistej, opracowano szeroką kampanię eksperymentalną, obejmującą serię testów charakteryzujących zachowanie projektowanych zapraw pod względem wytrzymałości mechanicznej, zachowania związanego z wodą, trwałości i innych właściwości. Etapy wnioskowanego projektu obejmują: - wytworzenie nowego kruszywa recyklingowego pozyskanego z materiałów rozbiórkowych, - wytworzenie wzorcowych zapraw i z dodatkiem nowego kruszywa oraz eksperymentalny dobór właściwych proporcji i ich modyfikacja dyspersjami nanocząstek Ca (OH)2 w alkoholu; - zbadanie wpływu i ocena wydajność zapraw z odpadami opoki wapnistej. Pierwszy etap projektu będzie obejmował wytworzenie nowego kruszywa oraz pełną charakterystykę jego właściwości fizycznych, w tym podstawowych parametrów mechanicznych, odporność na korozję mrozową i sole rozpuszczalne w wodzie. Wyjściowym materiałem badawczym będzie opoka wapnista pozyskana z recyklingu.Lubelszczyzna bogata jest w zabytkowe i współczesne obiekty budowlane z opoki. Cześć obiektów jest na bieżąco naprawiana, inne ze względu na stan techniczny i przeznaczanie ulegają stopniowej degradacji. Znaczna ilości materiału kamiennego trafia na składowiska surowców porozbiórkowych, jako materiał nie ulegający biodegradacji. Drugi etap projektu zakłada zaprojektowanie składów i wykonanie zapraw o różnych proporcjach zastępowania piasku przez recyklingowekruszywo kamienne.Zakłada się zbadanie zapraw referencyjnych różniących się proporcją dodatku wypełniacza.Nowo projektowane mieszanki zapraw zostaną przeanalizowane za pomocą specjalnych testów w celu uzyskania ogólnej oceny ich wydajności jako zapraw.W celu polepszenia właściwości i zwiększenia trwałości nowo projektowanych zapraw zdecydowano się na zastosowanie dyspersji nanocząstek Ca (OH)2 w alkoholu jako modyfikatora zwłaszcza, że okazała się ona skutecznym produktem konsolidujący różne dzieła sztuki, w szczególności malowidła ścienne, sztukaterie i kamienie budowlane. Ze względu na swój koloidalny charakter (tj. rozmiar nanometryczny) i w zależności od alkoholu użytego jako rozpuszczalniku cząsteczki Ca (OH)2 mogą przenikać kilka milimetrów w materiale), w którym reagują z atmosferycznym CO2 (tj. procesem karbonizacji) w celu wytworzenia węglan wapnia (CaCO3). Wytrącony produkt działa jako spoiwo, nadające zniszczonemu materiałowi bardziej spójną teksturę. Ponadto w porównaniu do innych związków konsolidujących, takich jak żywice polimerowe, nanodyspersje Ca (OH)2 wykazują wyższe właściwości fizykochemiczne i kompatybilność mechaniczną z oryginalnymi materiałami, a także lepszą trwałość i odwracalność. Próbki zaprawy traktowane tym samym rodzajem dyspersji w dwóch różnych stężenia. Trzeci etap projektu obejmować będzie badania fizyko-mechaniczne zapraw oraz ocenęskuteczności i wydajności projektowanych zapraw zastosowaniu recyklingowego kruszywa z opokiw tym charakterystykę mikrostruktury, a także poprzez ocenę właściwości antytezowych przepuszczalności pary wodnej i absorpcji wody kapilarnej. Planowany w projekcie zakres prac badawczych pozwoli na uzyskanie nowej wiedzy na tematmożliwości wykorzystania opoki wapnistej jako substytutu naturalnego piasku. Opoka wapnista charakteryzuje się dużą zawartością minerałów ilastych.Stosowanie zapraw trasowych, czy cementowych stwarza od wielu lat problemy ze względu na inną specyfikę i odmienne właściwości zapraw i opoki.Zastosowanie w zaprawach opoki wapnistej zamiast piasku pozwoli na synergię tych dwóch materiałów.Zastosowanie kruszyw z recyklingu w zaprawach, jako zastępstwo naturalnych, ma także korzyści związane ze zrównoważonym rozwojem. Z punktu widzenia ochrony środowiska stosowanie drobnych kruszyw poddanych recyklingowi ma następujące zalety: minimalizuje wydobycie piasku, minimalizuje zużycie energii i emisję CO2, zapobiega nielegalnym złożom i składowaniu materiałów porozbiórkowych.