Projekti / Programi
Uporaba nedestruktivne ultrazvočne metode za določitev začetka vezanja materialov s cementnim vezivom v praksi
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.01.03 |
Tehnika |
Gradbeništvo |
Konstrukcije v gradbeništvu |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.01 |
Tehniške in tehnološke vede |
Gradbeništvo |
cementni materiali, dodatki, hidratacija, vezanje, nedestruktivne metode, ultrazvok, umetne nevronske mreže
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
27666 |
dr. Gregor Trtnik |
Gradbeništvo |
Vodja |
2011 - 2013 |
0 |
Organizacije (1)
Povzetek
Materiali s cementnim vezivom (v nadaljevanju "cementni materiali") so najpogosteje uporabljeni gradbeni materiali in pomembno prispevajo k obremenjevanju okolja, predvsem s proizvodnjo klasičnih vrst cementa, kjer se porablja velika količina energije in odpadnih snovi. Ker številne standardne (destruktivne) preiskave lastnosti cementnih materialov zahtevajo izdelavo velikega števila preskušancev, ki so po koncu preiskav neuporabni in obremenjujejo okolje, so raziskovalci razvili vrsto nedestruktivnih metod za oceno lastnosti materialov v strjenem stanju, medtem ko nedestruktivne preiskave karakteristik materialov v svežem stanju ostajajo izziv raziskovalcev po vsem svetu.
Glavni cilj raziskovalnega projekta je tako razvoj primerne nedestruktivne metode za oceno najpomembnejših karakteristik cementnih materialov v svežem stanju. V ta namen bosta uporabljeni dve UZ metodi, in sicer metoda prehoda vzdolžnih UZ valov (v nadaljevanju "USWT") in metoda odboja strižnih UZ valov ("USWR"), ki sta bili vključno s pripadajočo opremo in programsko podporo razviti tekom doktorskega študija (Trtnik, 2009a) na Inštitutu za gradbene materiale IGMAT d.d. Obe metodi sta se izkazali kot uspešni metodi za spremljanje hidratacijskega procesa in oceno časov vezanja različnih cementnih materialov (cementnih past, malt, betonov) brez dodatkov pri nadzorovanih laboratorijskih pogojih.
Ker se v vsakdanji gradbeniški praksi cementni materiali brez dodatkov praktično ne uporabljajo, je za učinkovito rabo teh metod v praksi potrebno analizirati njuno občutljivost na prisotnost različnih dodatkov v cementnih materialih pri dejanskih pogojih okolice, ki bistveno vplivajo na dinamiko hidratacijskega procesa. V ta namen je v sklopu prvega, eksperimentalnega dela projekta predvidena obsežna študija občutljivosti omenjenih UZ metod na prisotnost različnih kemijskih in mineralnih dodatkov ter novih vrst cementov z zmanjšano izpustnostjo CO2 na razvoj hidratacijskega procesa in formiranja strukture cementnih materialov pri različnih pogojih okolice. Podrobno bo analizirana možnost določitve začetka in konca vezanja materialov z dodatki z omenjenima UZ metodama in njuno kombinacijo, ki sta najpomembnejši karakteristiki cementnih materialov v svežem stanju. Eksperimentalni del projekta bo potekal v Laboratoriju za beton Inštituta za gradbene materiale IGMAT d.d in neposredno na terenu, za kar imamo na inštitutu IGMAT na voljo vso potrebno opremo.
Na podlagi rezultatov eksperimentalnih preiskav bo v sklopu drugega, numeričnega dela projekta pripravljen model za napoved vezanja materialov z dodatki v odvisnosti od različnih pogojev okolice in sestave materiala, ki bo omogočal tehnologom optimalno pripravo recepture glede na dejanske pogoje okolice brez predhodne kalibracije samega modela.
Morebitna občutljivost omenjenih UZ metod na prisotnost različnih dodatkov v cementnih materialih pri dejanskih pogojih okolice bi bistveno povečala uporabno vrednost teh metod in ju iz tipično znanstvenih metod preobrazila v praktični metodi, uporabni neposredno na terenu. Pomembnejša prispevka eksperimentalnega dela tega projekta sta predvsem možnost direktne ocene časa vezanja ter nedestruktivno kontinuirno spremljanje formiranja strukture in posledično trdnostnih karakteristik v dejansko konstrukcijo vgrajenih cementnih materialov z dodatki neposredno na terenu. Glavni prispevek numeričnega dela projekta predstavlja možnost napovedi razvoja hidratacijskega procesa, formiranja strukture, začetka in konca vezanja ter trdnostnih karakteristik cementnih materialov z dodatki na podlagi predvidene sestave materiala in pogojev okolja.
Rezultati raziskovalnega projekta bodo predstavljali pomemben prispevek za znanost in gospodarstvo v smislu razvoja neporušne metode za določitev hidratacijskega procesa in vezanja cementnih materialov neposredno na terenu. Posledično bodo pripomogli k manjši porabi materialov ter hitrejši in cenejši gradnji.
Pomen za razvoj znanosti
Ocenjujemo, da imajo rezultati izvedenega podoktorskega projekta pomemben vpliv na razvoj znanosti. Le-ta se odraža predvsem v: - razvoju nove, neporušne UZ procedure, ki omogoča natančno in nedvoumno identifikacijo obdobja vezanja poljubnih MCV, ne glede na prisotnost agregata in različnih kemijskih in mineralnih dodatkov v materialu (točki 6.1 in 6.3) - razvoju nove neporušne UZ metode, ki omogoča spremljanje vpliva različnih tipov superplastifikatorjev na potek hidratacijskega procesa in procesa formiranja strukture MCV (točka 6.2), - ugotovitvi primernosti metode odboja strižnih UZ valov za spremljanje hidratacijskega procesa in formiranja strukture MCV ter razvoju numerične procedure za določitev začetka in konca vezanja cementnih past na podlagi rezultatov omenjene UZ metode (točka 6.4), - pripravi preglednega znanstvenega članka, ki svetovnim raziskovalcem omogoča pregled nad v zadnjem obdobju najpomembnejšimi dosežki na področju UZ preskušanja MCV (točka 6.5).
Pomen za razvoj Slovenije
Ocenjujemo da rezultati izvedenega podoktorskega projekta predstavljajo velik pomen za razvoj Slovenije, predvsem z razvito novo, univerzalno metodo določitve različnih pomembnih lastnosti MCV v zgodnjem obdobju, s katero je moč na podlagi enostavnega merjenja prehoda UZ valov skozi material učinkovito in natančno sočasno določiti številne lastnosti MCV v zgodnjem obdobju. Kot taka je razvita UZ metoda uporabna na številnih področjih: • Industrija cementne proizvodnje: nova univerzalna metoda za spremljanje fenomenov formiranja strukture, vezanja in ostalih lastnosti različnih vrst cementov, • Industrija proizvodnje dodatkov: nova metoda za določanje vpliva prisotnosti dodatkov na proces formiranja strukture, vezanja in ostalih lastnosti različnih MCV, • Raziskovalni laboratoriji, univerze: nova metoda za določanje vpliva različnih parametrov sestave MCV na različne fenomene formiranja strukture in zgodnje lastnosti MCV, • Testna metoda neposredno na terenu: neporušna, enostavna in natančna metoda za določitev različnih karakteristik MCV neposredno na terenu, brez izdelave testnih preizkušancev. Zaradi navedenega ocenjujemo, da bodo rezultati predlaganega projekta pripomogli k izboljšanju tehnologije izdelave MCV in razvoju novih vrst osnovnih materialov, predvsem pa omogočili izvedbo trajnejših konstrukcij. Neporušna narava predlagane UZ metode bo pomembno prispevala k zmanjšanju obremenjevanja okolja (predvsem v fazi proizvodnje cementa) ter pospešila in pocenila samo gradnjo, posledično pa pripomogla k boljši kondiciji gradbenih podjetij. To je ključnega pomena za gospodarstvo, predvsem v obdobju recesije, kateremu smo v Sloveniji priča v zadnjih letih.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
