Progresul proiectului
Anul 2021
Obiectivul etapei: Determinarea efectelor acceleratorilor asupra procesului de hidratare, porozității, rezistenței la încovoiere și compresiune ai pastei de ciment
Etapa 2021 a proiectului a fost de dedicată investigarii efectelor acceleratorilor asupra procesului de hidratare, porozității si rezistentei la incovoiere și compresiune a pastei de ciment. Aceasta etapă reprezintă un prim pas in atingerea obiectivului principal al proiectului, acela de a dezvolta noi materiale pe bază de ciment, utilizabile in printarea 3D. Efectele acceleratorilor au fost studiate atat cu tehnici speciale de relaxometrie de rezonanță magnetică nucleară (RMN), cât și cu tehnici clasice, utilizate in mod curent de inginerii constructori (aparatul Vicat, miniconul, teste mecanice, Raze X, SEM). S-a observat, din utilizarea combinată acestor tehnici, o accelerare continuă a procesului de hidratare al pastei de ciment prin adăugarea progresivă de azotat de calciu (0-3% din masa de ciment). In cazul cantității celei mai mari de accelerator (3%) se observă dispariția fazei latente și faptul că procesul de hidratare este continuu. Spre deosebire de cazul accelerării hidratării introduse de creșterea temperaturii, in cazul acceleratorilor rezistența finală mecanică nu este afectată semnificativ. De asemenea, distribuția porilor materialului nu este modificată de prezența acceleratorului. Deși analiza de raze X a arătat că deși există produși de hidratare care se formează mai repede in prezenta azotatului de calciu, aceștia nu afectează porozitatea.
Anul 2022
Obiectivul etapei: Determinarea influenței fumului de siliciu asupra procesului de hidratare, porozității, rezistenței la incovoiere si compresiune a amestecului de ciment
Etapa 2022 a proiectului a fost de dedicată investigării efectelor induse de adăugarea fumului de siliciu (silica fume = SF) împreună cu acceleratori pe bază de azotat de calciu (CN) asupra procesului de hidratare, porozității și rezistenței la încovoiere și compresiune a pastei de ciment. Aceasta etapă reprezintă un pas important în atingerea obiectivului principal al proiectului, acela de a dezvolta un nou material pe bază de ciment, utilizabil în imprimarea 3D, deoarece fumul de siliciu constituie unul dintre aditivii cheie care, când este utilizat împreună cu superplastifianți, modifică favorabil proprietățile reologice cât și proprietățile mecanice ale cimentului. Efectele aditivilor au fost studiate atât prin tehnici speciale de relaxometrie de rezonanță magnetică nucleară (RMN), cât și prin difracție de raze X (DRX), microscopie optică (MO) și tehnici clasice, utilizate in mod curent de inginerii constructori (aparatul Vicat, miniconul și teste rezistență mecanică la compresiune și încovoiere). S-a observat, prin utilizarea combinată a acestor tehnici, că aditivul SF (reprezentând 5% din masa de ciment) nu interferă considerabil cu accelerarea procesului de fixare și întărire a pastei de ciment indusă de CN (reprezentând 2% din masa de ciment). Analize suplimentare indică o ușoară descreștere în performanțele mecanice cu creșterea concentrației de accelerator (minimul în rezistența la compresiune a fost observat pentru probele cu accelerator în proporție de 2%). În schimb, s-a remarcat că includerea SF în compoziție poate contracara acest efect. Rezultate sunt corelate cu efectul pozzolanic evidențiat prin tehnica difracției de raze X și cu o creștere cu 5% în procentajul de masă solidă respectiv cu variații în proporția porilor capilari.
Obiectivul etapei: Determinarea influenței fumului de siliciu asupra procesului de hidratare, porozității, rezistenței la incovoiere si compresiune a amestecului de ciment
Etapa 2022 a proiectului a fost de dedicată investigării efectelor induse de adăugarea fumului de siliciu (silica fume = SF) împreună cu acceleratori pe bază de azotat de calciu (CN) asupra procesului de hidratare, porozității și rezistenței la încovoiere și compresiune a pastei de ciment. Aceasta etapă reprezintă un pas important în atingerea obiectivului principal al proiectului, acela de a dezvolta un nou material pe bază de ciment, utilizabil în imprimarea 3D, deoarece fumul de siliciu constituie unul dintre aditivii cheie care, când este utilizat împreună cu superplastifianți, modifică favorabil proprietățile reologice cât și proprietățile mecanice ale cimentului. Efectele aditivilor au fost studiate atât prin tehnici speciale de relaxometrie de rezonanță magnetică nucleară (RMN), cât și prin difracție de raze X (DRX), microscopie optică (MO) și tehnici clasice, utilizate in mod curent de inginerii constructori (aparatul Vicat, miniconul și teste rezistență mecanică la compresiune și încovoiere). S-a observat, prin utilizarea combinată a acestor tehnici, că aditivul SF (reprezentând 5% din masa de ciment) nu interferă considerabil cu accelerarea procesului de fixare și întărire a pastei de ciment indusă de CN (reprezentând 2% din masa de ciment). Analize suplimentare indică o ușoară descreștere în performanțele mecanice cu creșterea concentrației de accelerator (minimul în rezistența la compresiune a fost observat pentru probele cu accelerator în proporție de 2%). În schimb, s-a remarcat că includerea SF în compoziție poate contracara acest efect. Rezultate sunt corelate cu efectul pozzolanic evidențiat prin tehnica difracției de raze X și cu o creștere cu 5% în procentajul de masă solidă respectiv cu variații în proporția porilor capilari.
Anul 2023
Obiectivul etapei: Determinarea influenței argilei asupra caracteristicilor probelor și formularea unei combinații optime de ingrediente pentru un mortar aplicabil in imprimare 3D
Obiectivul etapei: Determinarea influenței argilei asupra caracteristicilor probelor și formularea unei combinații optime de ingrediente pentru un mortar aplicabil in imprimare 3D
Etapa 2023 a proiectului a fost de dedicată investigării efectelor induse prin adăugarea unor pulberi argiloase (metakaolin, MK) împreună cu alți aditivi (nitrat de calciu - CN, fum de siliciu - SF, superplastifiant - SR) și de formulare a unei compoziții optime de mortare printabile 3D. Inițial s-au investigat compoziții de tip ciment-MK-apă, apoi s-a inițiat un studiu comparativ al efectelor induse de MK și respectiv SF asupra proprietăților unor paste pe bază de ciment sau mortar având incluse în compoziție și aditivi de tip CN și SR. Materialele compozite au fost investigate atât prin tehnici speciale de relaxometrie de rezonanță magnetică nucleară (RMN), cât și prin difracție de raze X (DRX), teste Vicat, teste de lucrabilitate și teste de rezistență mecanică la compresiune și încovoiere. S-au efectuat studii suplimentare cum ar fi teste de extrudabilitate și construibilitate și teste de betonoscopie UPV. Această etapă a fost esențială pentru îndeplinirea obiectivelor principale ale proiectului: (I) dezvoltarea unui nou material pe bază de ciment, utilizabil în imprimarea 3D și (II) stabilirea unei metode de determinare rapidă a "timpului optim de depunere" (open time) pentru materialele pe bază de ciment utilizate în aplicațiile de imprimare 3D. S-a observat, că aditivul MK modifică comportamentul pastei la extrudare datorită absorbției apei pe suprafața lamelelor de argilă și întârzie procesul de întărire al cimentului. S-au obținut mortare printabile cu performanțe mecanice îmbunătățite prin substituția a 5% ciment cu SF, respectiv adiția a 5% amestec MK/SF în raport 1/1 masic. Timpul optim de depunere pentru mortare a for între 25-60 min în funcție de conținutul de SF, accelerator și superplastifiant. Efectul de accelerare în prezența nitratului de calciu și a superplastifiantului a fost confirmat, fapt prin care se poate asigura atât un timp de depunere îndelungat, cât și o viteză de structurare mare. Prin tehnicile de relaxometrie RMN s-au putut urmări stagiile de hidratare a cimenturilor și mortarelor, permițând determinarea timpului de întărire, stagiului latent cu o precizie crescută. Ultimele rezultate indică faptul că tehnicile RMN pot oferi informații chiar și despre viteza de structurare a mortarelor și despre timpul în care acestea pot fi extrudate. Rezultatele obținute evidențiază tehnicile de relaxometrie RMN ca tehnici de mare interes pentru dezvoltarea compozitelor pentru aplicații de printare 3D.