1

ŞCOALA DOCTORALĂ

CONTRIBUȚII PRIVIND REALIZAREA UNOR IZOLAȚII TERMICE ÎN CONTEXTUL DEZVOLTĂRII DURABILE

RAPORT 3

CONTRIBUȚII PRIVIND REALIZAREA UNOR NOI TIPURI DE

IZOLAȚII TERMICE PE BAZĂ DE TUF VULCANIC

Domeniul de doctorat: Inginerie Civilă

Conducător Ştiinţific, Doctorand, Prof. Dr. Ing. Daniela Lucia MANEA Drd. Ing. Horia-Gheorghe CIUCLARU

Anul 2014

2

Cuprins

CAP I – TUFURI VULCANICE: DEFINIȚIE, CARACTERISTICI, UTILIZARE ......................................................... 4

1.1 NOȚIUNI GENERALE DESPRE TUFURILE VULCANICE ȘI ZEOLIȚI ............................................................................ 5 1.2. CONDIȚII GEOLOGICE DE FORMARE A TUFURILOR ZEOLITICE ÎN LUME ȘI ÎN ROMÂNIA ............................................. 6 1.3. CARACTERISTICI PETROGRAFICE ȘI MINERALOGICE ALE TUFURILOR ZEOLITICE DIN ROMÂNIA .................................... 8 1.4 TUFURI ZEOLITICE DIN BAZINUL TRANSILVANIEI .......................................................................................... 12 1.5 PREZENTARE CARACTERISTICI TUF DE MĂCICAȘ ........................................................................................... 13 1.5.1 ANALIZA XRD ............................................................................................................................................. 14 1.5.2 ANALIZA SEM ............................................................................................................................................ 16 1.1.4 . SECȚIUNILE SUBȚIRI .................................................................................................................................... 16 1.5.3 ABSORBŢIA DE APĂ A TUFURILOR ................................................................................................................... 17 1.5.4. REZISTENŢA LA COMPRESIUNE A TUFULUI ZEOLITIC ........................................................................................... 19 1.6 DOMENII DE UTILIZARE A ZEOLIȚILOR ....................................................................................................... 19

CAP2. UTILIZAREA ZEOLIȚILOR ÎN CONSTRUCȚII .................................................................................... 21

2.1 GENERALITĂȚI .................................................................................................................................... 21 2.2 UTILIZAREA ZEOLIȚILOR ÎN OBȚINEREA MORTARELOR ................................................................................... 22 2.2.1 CONȚINUTUL CHIMIC SI MINERALOGIC AL TUFULUI ZEOLITIC ................................................................................ 22 2.2.3 ENERGIA ÎNGLOBATĂ A MORTARELOR PE BAZA DE TUFURI ZEOLITICE .................................................................... 22 2.2.4 CONDUCTIVITATEA TERMICĂ ......................................................................................................................... 23 2.2.5 MATERIALE ȘI METODE FOLOSITE ................................................................................................................... 23 2.2.6 . REZULTATE ȘI DISCUŢII ................................................................................................................................ 24 2.3 UTILIZAREA ZEOLIȚILOR ÎN OBȚINEREA BETOANELOR .................................................................................... 26 2.3.1 UTILIZAREA ZEOLIȚILOR ÎN BETONE CELULARE UȘOARE ....................................................................................... 33

CAP III – REȚETE PROPRII DE MORTARE ................................................................................................. 38

3.1 CARACTERISTICILE MATERIALELOR COMPONENTE ALE MORTARELOR ȘI TIPURILE DE MORTARE EXISTENTE PE PIAȚA

MATERIALELOR DE CONSTRUCȚII ................................................................................................................... 38 3.2 CLASIFICAREA MORTARELOR .................................................................................................................. 38 3.3 REȚETE PROPRII DE MORTAR .................................................................................................................. 42

CAP IV – PROGRAM EXPERIMENTAL ..................................................................................................... 44

4.1 METODE DE INVESTIGARE ȘI APARATURA UTILIZATĂ ÎN PROGRAMUL EXPERIMENTAL ......................................... 44 4.1.1 DETERMINAREA CONDUCTIVITĂŢII TERMICE .................................................................................................. 44 4.1.2 DETERMINAREA REZISTENŢEI LA ÎNGHEŢ-DEZGHEŢ A MORTARELOR ................................................................... 44 4.1.3 METODA DIFRACŢEI DE RAZE X ................................................................................................................... 45 4.1.4 METODA MICROSCOPIEI ELECTRONICE DE BALEIAJ ............................................................................................ 45 4.1.5 METODA REZONANŢEI MAGNETICE NUCLEARE .................................................................................................. 47 4.2 DETERMINAREA CARACTERISTICILOR FIZICO-MECANICE ALE MORTARELOR ................................................................ 47

3

4.2.1 DETERMINAREA CONSISTENŢEI MORTARULUI PROASPĂT..................................................................................... 47 4.2.2 DETERMINAREA DENSITĂŢII MORTARULUI ÎNTĂRIT ......................................................................................... 48 4.2.3 DETERMINAREA REZISTENŢELOR MECANICE ALE MORTARELOR ......................................................................... 48 4.2.4 DETERMINAREA ADERENŢEI LA STRATUL SUPORT ........................................................................................... 50

CONCLUZII ........................................................................................................................................... 52

BIBLIOGRAFIE ...................................................................................................................................... 53

4

Cap I – Tufuri vulcanice: definiție, caracteristici, utilizare

Eficiența energetică a clădirilor și protecția mediului sunt considerați a fi cei mai importanți

factori în contextul dezvoltării durabile. Un pas foarte important în domeniul construcțiilor pentru

pentru asigurararea acestor obiective ține de exploatararea resursele naturale locale în realizarea

unor noi materiale de construcție, având un cost redus, energie înglobată redusă și proprietăți

îmbunătățite din punct de vedere al izolării termice.

Mediul construcțiilor reprezintă unul dintre pilonii principali pentru dezvoltarea economică și

bunăstarea socială. După criza energetică din anii 70, oamenii au devenit din ce în ce mai conștienți

de faptul că aspectele privind protecția mediului sunt în strânsă legătura de activitatea economică,

socială și culturală și acestea au consecințe directe asupra calității vieții umane și dezvoltarea

societății.

Impactul construcțiilor privind dezvoltarea durabilă trebuie să fie atent tratat pentru a putea

oferi un mediu adecvat atât societății din prezent, cât și generațiilor viitoare. Strategiile adoptării

unor principii de sustenabilitate în construcții ar trebui să fie în concordanță cu zona climatică,

cultura și tradițiile poporului.

Sustenabilitatea nu este un concept elaborat recent și utilizat în proiectarea constructiilor de

locuit. Elemente de sustenabilitate pot fi cu siguranță găsite și în cazul caselor traditionale vechi,

elemente realizate pe baza experienței dobândite prin încercare și erori inerente, uneori, făcute de-a

lungul timpului.

Impactul materialelor de construcții asupra mediului este greu de apreciat, deoarece există

numeroși parametri care trebuie să fie luați în considerare și de cele mai multe ori datele disponibile

sunt necorespunzătoare pentru o evaluare corectă.

Obiectivele proiectării durabile a clădirilor constă în furnizarea unei eficiențe energetice, în

timp ce consumul de resurse naturale (petrol, gaze) este redus în comparație cu cea utilizată în cazul

în care proiectarea clădirilor este realizată pe baza principiilor tradiționale.

Rezervele locale mari de resurse naturale și preocuparea pentru o dezvoltare durabilă a zonei

construite i-au determinat pe unii dintre cercetătorii din acest domeniu să se concentreze pe

dezvoltarea de materiale de construcții noi, ecologice si durabile, având la bază materiale naturale,

cum ar fi tufurile vulcanice puzzolanice.[1]

5

1.1 Noțiuni generale despre tufurile vulcanice și zeoliți

Definiție: “Tuf este un termen care se referă la un tip de rocă sedimentară avînd ca și caracteristică

un grad înalt de porozitate (în mod variabil).”1

Compoziția chimică diferă în funcție de proveniență.

Varietățile de tuf mai cunoscute sunt cele folosite în construcții și ornamentări, astfel:

Tuful vulcanic cu continut mare de SiO2 (> 55 %) este folosit pe scara mare în industria

cimentului;

Tuful calcaros are la bază precipitarea Carbonatului de Calciu. [2]

Tufurile vulcanice sunt roci piroclastice consolidate, formate din elemente de natură

vulcanică, cu dimensiuni mai mici de 2 mm. Sunt roci uşoare, cu porozitate ridicată şi culori

variate: alb, galben, cenuşiu albăstrui, verde deschis, violet. Textura este psamitică şi aleuropelitică,

iar gradul de sortare al rocii este bun. După natura constituenţilor se deosebesc: tufuri vitroclastice,

formate preponderent din fragmente de sticlă vulcanică (varietăţi: obsidian, tachilit), tufuri

cristaloclastice, formate din mai mult de 60% cristale; tufuri litoclastice, formate din mai mult de 50

% fragmente litice. În funcţie de natura petrografică a fragmentelor litice şi de constituenţii minerali

(raportul cuarţ: feldspați : minerale melanocrate) se disting: tufuri riolitice, tufuri dacitice, tufuri

andezitice, tufuri trahitice, tufuri bazaltice. Asemenea roci – reprezentând cenuşi vulcanice litificate

– sunt răspândite în vecinătatea aparatelor vulcanice şi intră în constituţia asociaţiilor vulcano –

sedimentare şi pot apărea în medii depoziţionale lacustre sau marine. (Bărbat şi Marton, 1989) [3]

Zeoliții sunt un grup de minerale care reprezintă aluminosilicați naturali hidratați de calciu,

stronțiu, sodiu, potasiu, bariu, magneziu etc. Zeoliții pot fi naturali sau sintetici.

Numele de zeolit a fost dat de către mineralogul suedez Axel Frederik Cronstedt în 1756 și

provine din combinarea cuvintelor grecești „zeo”= a fierbe și „lithios”= piatră, însemnând „piatră

fierbinte”, datorită faptului că zeoliții eliberează apă dacă sunt încălziți.Zeoliții sunt caracterizați de

o structură cubică în formă de fagure cu atomi de Al și Si înconjurați de 4 atomi de oxigen, cu

cavități largi sub formă de canale (între 20-50 % din volumul unui zeolit este reprezentat de goluri),

care pot îngloba Na, Ca sau alți cationi, molecule de apă și chiar mici molecule organice. Canalele

sunt suficient de largi pentru a permite trecerea și a unor ioni cu raza ionică mai mică decât a

acestora. Ei fac parte, alături de feldspați din grupa tectosilicaților. Zeoliții au structuri mult mai

1 Wikipedia

6

deschise și mai puțin dense decât alți silicați. Zeoliții sunt minerale rare încărcate negativ,

proprietate unică în regnul mineral.

În natură, zeoliții s-au format prin depunerea cenușii

vulcanice în lacuri cu apă sărată. Zeoliții naturali sunt reprezentați

prin alumino silicați naturali de calciu, stronțiu, sodium, potasiu,

bariu, magneziu și se găsesc în natură mai ales în cavitațile rocilor

vulcanice unde s-au format prin contactul lavei cu apa mării. Ei pot

fi translucizi, incolori, albi, colorați în nuanțe deschise, culoare datorată impurităților fin dispersate,

în special oxizi și hidroxizi de fier și mangan. Au o duritate și densitate mică.

Există aproximativ 45 de zeoliți naturali ce formează la temperaturi joase medii geologice.

Din punct de vedere economic, mai importante sunt boabele fine de zeolit, cum ar fi clinoptiolitul

format prin alterarea granulelor fine ale depozitelor vulcanice de

către apa subterană. Zeoliții se pot forma de asemenea în

sedimentele alcaline ale unor lacuri din deșert, în soluri alcaline din

deșert, sedimente marine și rocile metamorfice la temperaturi

joase.

În România se găsesc depozite importante de zeoliți naturali

în rocile vulcanice: natrolit, laumontit, analcim, meyolit, chabazit,

stilbit, heulandit și gmelenit. [2]

1.2. Condiții geologice de formare a tufurilor zeolitice în lume și în România

Tuful zeolitic a fost utilizat, sub formă de blocuri mari de piatră, ca material de construcție din

cele mai vechi timpuri. Coloniile antice grecesti și romane au folosit blocuri de tuf pentru construirea

caselor de locuit sau de cult și a monumentelor funerare ( ex : întreg orașul Napoli a fost construit cu

tuf zeolitic napoletan ) ( Mumpton, 1999) .

Tufurile vulcanice de pe teritoriul României sunt legate de activitățile vulcanice paroxismale cu

caracter exploziv care au eliberat cantități suficiente de cenușă vulcanică ce s-au acumulat ca

intercalații sau bancuri de mare grosime în formațiuni de vârsta Miocenă si Pliocenă, în special.

(Cochemé et al. , 2003).

Tufurile s-au format ca urmare a cimentării produșilor de explozie a magmelor acide și a celor

intermediare. Peste 90% din tufurile vulcanice zeolitice au o compoziție riolitică și riodacitică.

Procesul de zeolitizare a avut loc în mediu marin alcalin la pH între 9,5-9,8. Sticla vulcanică în

special, a fost înlocuită de către zeoliti, datorită marii sale instabilități în mediul marin. Pe lângă

7

sticla vulcanică, au fost afectați de zeolitizare atât silicații ca feldspații sau micele cât și cuarțul

magmatic (Măicăneanu et al., 2008; Anastasiu, 1977).

Figura 1.1 Existența tufului vulcanic în România

După Barbat et Marton, (1989) și Măicăneanu et al., (2008), pe teritoriul țării noastre tufurile

vulcanice au cunoscut o dezvoltare accentuată în formațiunile Miocene și Pliocene putându-se

enumera în acest sens următoarele unități geologice (Fig. 1.1): depresiunile intracarpatice și

extracarpatice (Transilvaniei, Silvaniei, Maramure ului, Getic ), Carpatii Orientali (Compartimentul

Persani, Unitatea de Tarcau, Avanfosa carpatică) etc.

Dupa Mârza et Meszaros, (1991), ca extindere, grosime și conținut de zeoliti, cele mai

importante tufuri vulcanice apar în depozitelor Badeniene inferioare iar cel cel mai important

depozit de tuf vulcanic este Tuful de Dej, care apare în Bazinul Transilvaniei (și poartă acest

nume), dar care în Bazinul Silvaniei (sau Simleu) a fost numit, local, tuf de Mirșid, fiind de fapt

același nivel (la fel cel din zona Maramureș). La fel stau lucrurile și cu Tuful de Perșani, care e de

fapt tot tuf de Dej. În aceeasi perioadă s-a format tuful de Slănic, care fiind de partea cealaltă a

Carpatilor nu mai are legatură cu tuful de Dej.

Cele mai cunoscute structuri geologice în care s-au cantonat tufurile vulcanice sunt cele din

8

Depresiunea Transilvaniei și zona extracarpatică. De asemenea, pot fi amintite și depresiunile

intramontane (Silvania, Maramure etc) (Mârza et Meszaros, 1991).

Complexul “Tufului de Dej” riolitic, de vârsta Miocen mediu, alcătuit din conglomerate și

gresii vulcanoclastice, tufuri mediu și fin granulare și alternanțe de strate de tufuri fine, tufite și

marne tufacee, înregistrează începuturile activității vulcanice Neogene din România.

Zeolitul predominant și caracteristic pentru tufurile vulcanice din România este clinoptilolitul

alături de care mai apare mordenitul, heulanditul, phillipsitul și analcimul (Anastasiu, 1977).

Tufuri bogate în zeoliti, cu un continut mai mare de 50% clinoptilolit ajungând chiar pâna la

90%, se află în unitatea de Tarcău, în depresiunile Maramureș, Silvania și Transilvania, cu o

grosime a depozitelor de 1,5 m pâna la 40 m (Matei, 2004). [4]

1.3. Caracteristici petrografice și mineralogice ale tufurilor zeolitice din România

Considerații generale privind petrografia și mineralogia tufurilor zeolitice

Depunerile cineritelor în bazine de sedimentare s-au desfășurat concomitent cu sedimentarea

materialului detritic de pe continent, rezultând complexe de roci sedimentare cu grosimi ce ating

uneori, zeci sau chiar sute de metri. În cadrul acestor complexe pot exista intercalații stratiforme de

tufuri, bine individualizate din punct de vedere structural și textural. Uneori, intercalațiile tufacee

conțin peste 10% material detritic, caz în care se numesc tufite. Când materialul piroclastic nu

depășește 50%, ele sunt considerate roci sedimentare cu material piroclastic (Brana et al., 1986).

După Mârza et al., (1991), tufurile propriu-zise conțin între 90-100% material piroclastic. La

o participare de 60-90% piroclastite și 40-10% epiclastite, rocile piroclastice corespunzătoare poartă

și calificativul de „epiclastic”.

Granulația tufurilor vulcanice definesc tipul de spartură care poate fi: concoidala la cele

pelitice și pelito-aleuritice, aschioasa la cele aleurito-psamitice și neregulat la cele psamitice.

9

Tabel 1.1. Principalele procese de transformare se desfășoară conform urmatoarelor scheme

posibile de alterare ale sticlei vulcanice (Ghergari et al., 1989)

Montmorillonitizare Sticla -K, Ca Smectit + SiO2

vulcanic

Heulandit

Sticla vulcanica

Clinoptilolit

- Mg, Fe –SiO2 Philipsit

(riolitica, dacitica) Mordenit

Chabazit

Zeolitizare

Heulandit

Sticla vulcanica

Clinoptilololit

- Mg, Fe Philipsit –SiO2

(andezitica,

Chabazit

Mordenit

andezitica-cuartifera )

Celadonitizare Sticla vulcanic - Ca, Na

Celadonit + SiO2 + Al2O3 (4 : 1)

Dintre procesele prezentate în tabelul 1.1., zeolitizarea este cea mai importantă deoarece

conferă tufurilor o valoare economică deosebită. Produsele acestei transformări sunt zeoliții,

minerale care pot exista în proportie de 20 - 80% din masa unor depozite de tufuri.

Pe lângă sticla vulcanică, tufurile mai conțin: cristaloclaste de feldspați, cuarț, biotit, uneori

hornblend și piroxeni, fragmente detritice de cuarț, cuartit, calcite, foițe de mică și biotit. Uneori pot

conține și organisme calcaroase-foraminifere (globigerine) (Brana et al., 1986).

În funcție de componența tufurilor vulcanice Anastasiu, (1977) împarte tufurile vulcanice în

următoarele categorii:

- Tufuri vitroclastice, cu peste 50% sticlă;

- Tufuri cristaloclastice, cu peste 50% cristale idiomorfe sau fragmente de cristale;

- Tufuri litoclastice, cu peste 50% fragmente litice.

De asemenea, sunt definite și categorii intermediare: tufuri vitrocristaloclastice, tufuri

vitrolitoclastice, tufuri cristalolitoclastice, tufuri litocristaloclastice etc (Fig. 1.2.).

Figura 1.2. Diagrama ternară pentru caracterizarea structurală a rocilor piroclastice

(Maicaneanu et al., 2008 după Anastasiu, 1977).

10

Din punctul de vedere al gradului de compactare și de coeziune a rocii, tufurile vulcanice pot

fi friabile, consolidate (cimentate sau sudate), poroase sau compacte. Culoarea este diferită, de la

alb cenusiu, la verzui, galbui sau violet deschis. În funcție de dimensiunea clastelor, tufurile

propriu-zise se clasifică în: tufuri grosiere (0,5-2 mm), tufuri mediu granulare (0,063-0,5 mm),

tufuri fine (0,004-0,063 mm) (Maicaneanu et al., 2008).

În funcție de compozitia mineralogică și chimică, care reflectă tipul primar de magma, din

care provin, se deosebesc mai multe tipuri petrografice de tufuri vulcanice iar din punct de vedere

petrografic tufurile vulcanice pot fi: riolitice, dacitice, trahitice, andezitice, bazaltice și fonolitice

asa după cum este redat în tabelul 1.3.

În general, culoarea tufurilor este albicioasă cu nuanțe de verde, cenușiu, galben sau brun.

Aceste roci au rezistența la compresiune redusă și nu rezistă la secvențe repetate de înghet-dezghet

(Brana et al., 1986). [4]

Tabelul 1.2. Tipuri petrografice de tufuri vulcanice (după Anastasiu, 1977)

Elementul urmarit Elementul determinat Tipuri petrografice

Minerale salice Q, Fk, P 0-20, (+/- Bi) riolitic

- cuart Q

Q, P 0-30, (+/ - Bi), ( +/-Hb )

- feldspati potasici Fk dacitic

- plagioclazi P(o-xAn)

P 0-30, Fk (+/-Px)

Minerale femice trahitic

- biotit Bi

P 30-70, Hb, Px

- hornblenda Hb andezitic

- piroxeni Px

- olivina Ol P 50-70, Px, Ol, (+/-Hb) bazaltic

Fk, P0-30, Foide fonolitic

Zeolitul predominant și caracteristic pentru tufurile vulcanice din Romania este clinoptilolitul

alături de care mai apare mordenitul, phillipsitul și analcimul. Pentru evidențierea proprietăților

zeolitice ale tufurilor vulcanice, investigatiile care pot da informații edificatoare sunt: analizele de

microscopie optică și electronică, analizele chimice globale, analizele de difractie a razelor X,

analizele termice.

Pentru a se clarifica diferențele calitative existente între părți ale aceluiași depozit de tufuri

sau între diferite depozite, (Barbat et al., 1991) au adoptat următoarea clasificare calitativ a tufurilor

vulcanice zeolitice:

- Tufuri bogate în zeoliți (> 50% zeoliți)

11

- Tufuri cu conținut mediu de zeoliti (20-50% zeoliti)

- Tufuri cu continut redus de zeoliti (< 20% zeoliti)

Tufurile cu zeoliți din România sunt caracterizate printr-o mare variabilitate a constituenților

mineralogici (tabel 1.4.) (Matei, 2004):

• granoclaste vitroase: sticla vulcanică și produse ale devitrificarii sticlei riolitice și dacitice,

cum sunt zeoliții, celadonitul, montmorillonitul;

• cristaloclaste: feldspați, cuarț, biotit, muscovit si minerale accesorii cum sunt rutilul, apatit,

leucoxen, zircon;

• litoclaste - metamorfice sau endogene: cuartite, andezite și dacite.

Tabelul 1.3. Compoziția mineralogică a tufurilor zeolitifere din România (Maicaneanu et al., 2008; Matei,

2004; Brana et al., 1986)

Unitate Număr

Minerale , %

de

Cuarț Feldspat Biotit Muscovit Calcit Zeoliti Altele

geologică

analize

Tarcău 34 0-3 0-8 0-1 0-1 0-15 40-80 0-32

Depresiunea 29 0-2 0-20 0-2 0-2 0-40 22-60 0-12

Subcarpatică

Depresiunea 237 1-7 0-20 0-1 0-1 - 35-85 0-37

Transilvaniei

Depresiunea 48 0-20 0-15 0-1 0-1 0-16 18-90 0-8

Silvaniei

Depresiunea 61 1-10 1-6 0-1 0-1 0-15 45-85 0-33

Maramureșului

Procentul de zeoliți este în general ridicat, de aproximativ 50%, pentru majoritatea tufurilor.

Conținutul de SiO2 si Al2O3 este caracteristic pentru riodacite și dacite, punând în relief

concordanța compoziționala dintre tufurile vulcanice și aceste roci. Unele conținuturi ridicate de

CaO și K2O rezultă din zeolitizarea sticlei vulcanice (tabel 1.4) (Mârza et Mirea, 1991).

12

Tabelul 1.4 Compoziția chimică a tufurilor zeolitifere din România (Matei, 2004).

Unitate geologică Constituenți principali, %

SiO2 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O

Tarcău (Slanic) 62,78 - 67,70 9,30 - 13,10 2,80 - 5,39 0,97 - 1,5 1,37 - 2,89 0,18 - 2,85

Depresiunea 63,78 - 68,05 11,60 - 14,56 1,97 - 4,62 0,35 - 2,5 1,17 - 2,84 1,32 - 4,37

Subcarptică

Depresiunea 56,94 - 70,70 10,04 - 21,38 1,19 - 3,99 0,3 - 0,96 0,91 - 3,26 0,6 -3,7

Transilvaniei

Depresiunea 66,25 - 71,10 6,23 - 11,54 1,54 - 4,84 0,78 - 1,74 2,17 - 3,15 0,29 - 1,72

Silvaniei

Depresiunea 63,94 - 68,62 6,98 - 15,96 2,10 - 4,96 0,8 - 1,04 0,36 - 2,35 0,63 - 1,45

Maramureșului

1.4 Tufuri zeolitice din Bazinul Transilvaniei

Caracteristici petrografice și mineralogice ale tufurilor zeolitice din Bazinul Transilvaniei

Cercetările mineralogo-petrografice amănunțite asupra cineritelor din depozitele terțiare ale

Depresiunii Transilvaniei și din unele bazine intramontane au clarificat natura mineralogică a

zeoliților autigenici aflati în componența acestora, fiind aproape în exclusivitate reprezentati prin

clinoptilolit.

Analizele prin difracție de raze X realizate pe probe brute de tufuri, dar și pe probe

submicronice (separate granulometric) arată participarea masiv a unui mineral principal din grupa

zeoliților și anume a clinoptilolitului (Bedelean et al., 2005). [6]

Figura 1.3 Analiza difractometrică a tufului vulcanic de la Macica , jud. Cluj. Cl = clinoptilolit,

Pl=plalgioclaz; Q = cuart; M = montmorillonit (Bedelean et al., 2005)

13

Din punct de vedere al analizelor microscopice și difractometrice pentru tufurile zeolitice din

aflorimentele județului Cluj, acestea au pus în evidență prezența invariabilă a constituentului

mineralogic clinoptilolit în proporții variabile de 10-80% (Bedelean et al., 2005).

Figura 1.4. Imagini la microscopul electronic (SEM) a zeoliților din tufurile vulcanice de la

Pâglisa, jud.Cluj (Bedelean et al., 2005).

Analizele prin microscopie electronică (SEM) au evidențiat morfometrii lamelar prismatice de

zeoliți asociate fragmentelor de sticlă vulcanică xenomorfa sau depuneri în golurile rocii (Fig. 3.3).

(Bedelean et al., 2005).

Cercetările efectuate de Bedelean et Stoici, (1984), respectiv Bedelean et al., (1991) asupra

tufului de Mirșid care se aseamănă cu tuful din zona Bazinului Maramures, au reliefat că acesta

contine în medie 65% clinoptilolit.

1.5 Prezentare caracteristici tuf de Măcicaș

În zona Clujului (fig. 1.5 a), zonele cu tuf care fac parte din complexul de tuf de la Dej, pot fi

întâlnite în : Alunis, Apahida, Bobâlna, Chinteni, Cornești, Cuzdrioara, Macicaș, Ocna Dejului,

Paglișa, Șoimeni, Tioc.

Culoarea sa este de culoare albă, verzui sau verde ( cel verde este bogat în zeoliți ), masiv,

compact, faneritic, microgranular și izotrop .

14

.

Figura 1.5 – Tufuri de tip Badenian din zona Clujului (Măcicaș)

Tuful are o masă practic vitrosă (bogată în sticlă vulcanică, cu mai mult sau mai puțin

continut de zeoliț ) și bioclast. Când sticla vulcanică este schimbată, în masa de bază poate aparea

un amestec aproape amorf de clorit, sericit, minerale argiloase, Oxi - hidroxizi de fier și zeoliți

(produse de silicați , în principal, de modificare sticlă vulcanică ).

Compoziția mineralogică a fost stabilită prin intermediul testelor pe baza de microscop ( pe

secțiuni subțiri, folosind un microscop Jenapol – microscopie in lumina polarizanta), analiza cu raze

cu difracție X ( XRD) și SEM ( microscopie electronică). [8]

1.5.1 Analiza XRD

Pentru identificarea structurii, a fost folosit raze cu difracție X (fig.1.6) și tehnica cu pulberi

cristaline. Difractogramele au fost înregistrate într- un dispozitiv standard de raze X, de tip

BRUKER D8 ADVANCE.

15

Figura 1.6 Tuful de Măcicaș - difracție X

Datele legate de difracție au fost colectate în trepte unghiulare de Δ2θ = 0,01 grade . A fost

folosita radiatia Cu Kα, cu un filtru de Ni pentru a elimina CuKβ și un monocromator Ge pentru a

elimina CuKα2 . Razele XRD s-au înregistrat cu ajutorul difractometrului cu raze X BRUKER D8

Advance , la 45 kV și 45 mA. Datele din modelele de difracție cu raze X au fost colectate în

pasului de scanare, cu trepte de Δ2θ = 0,01 °. Pulberea de siliciu pur ( proba etalon ) a fost utilizată

pentru a corecta datele pentru exitenderea instrumentala. Testele experimentale au făcut uz de gama

de difracție unghiulară a 2θ = 5 ... 85 de grade.

Analiza de difracție cu raze X pe un eșantion tuf (mărunțit și cernut printr-o sită de 0,125 mm)

a arătat prezența majoră a unui mineral principal aparținând zeoliților (silicați de aluminiu hidratați

cu cationi alcalini sau alcalino - pământoase, de structură tridimensionala cristalină), și anume

clinoptilolit ( 63,72 % ), însoțite de cuarț ( 25.13 % ) și phillipsite ( 11,05 % ) ( vezi Tabelul 1.5 ).

Tabel 1.5 Compoziția mineralogică a tufului ( granulație 0….0125 mm)

16

1.5.2 Analiza SEM

Analiza Microscopia electronică ( SEM ) a ajutat la identificarea de cristale în formă de prismă de

clinoptilolit în porii tuful investigat, unde pereții au fost acoperiti pe partea exterioară cu sticlă

vulcanică ( Fig. 1.7 ). [8]

Fig 1.7 – Imagini prin microsopie electronic (SEM) al zeoliților

a. clinoptitolite în golurile tufului de Macicas

b. detaliu clinoptilolite

1.1.4 . Secțiunile subțiri

Tufurile sunt formate în principal din masa sticloasă (zeolitizată), în care mineralele

principale care apar sunt : cristaloclaste de cuarţ ( cu absorbție magmatică - figura 1.8 a) și feldspat

plagioclaz (zonare continuă, uneori zeolitizati - figura 1.8 b), biotit, zirconiu, minerale opace

(probabil depozite hidrotermale) și minerale secundare, zeoliti (clinoptilolit și philipsite) pentru

umplerea golurilor.

În afară de sticlă vulcanică, zeolitizarea afectează, de asemenea, și cristalizarea

plagioclazurilor ( Fig. 1.8 c ) , mice și cuarț.

17

Figura 1.8 Secțiuni subțiri ale tufului zeolitic

In general, rocile cu zeoliți au o matrice de cristale fine zeolitice pe care cimentează restul de

particule non - nezeolitic și influențeaza proprietățile mecanice ale materialului ( Colella et al .,

2001).

1.5.3 Absorbţia de apă a tufurilor

Dimensiunea porilor zeolitului și cantitatea de apă conținută reprezintă factori care afectează

în mod direct absorbția apei și schimburile de ioni. Zeoliții pot elimina și reînmagazina apa

cristalizată, fără schimbări esențiale în structura lor.

Măicăneanu colab., ( 2008), consideră pierderea apei din zeoliți (fără modificarea structurii

cristaline), la temperaturi cuprinse între 100 ° C la 600 ° C. La temperaturi mai mari, pierderea de

apă duce la deformații sau modificări ale structurilor și formarea neomineralelor.

18

Capacitatea de absorbție a apei a fost determinată pe tuf zeolitic (de la cariera Măcicaș)

agregate obținute prin cernere și sortare ( la dimensiuni de: 2 ... 4 mm , 4 ... 8 mm , 8 ... 16 mm ; 16

... 32 mm ) , conform SR EN 1097-6 ( Fig. 1.9 ) .

Figura 1.9 Absorbția de apă

Absorbția de apă crește pe parcursul timpului, în funcție de dimensiunea granulelor și timpul

de imersiune, cea mai mare absorbție se regăsește la particulele de dimensiuni mici de tuf zeolitic.

Acest aspect poate fi explicat prin faptul că particulele mici au suprafață specifică mai mare decât

cea a eșantioanelor de dimensiuni mai mari de cernere; pori sunt mai mici și mai rapid saturate.

Tufurile vulcanice reprezintă materiale eficiente termic, având o conductivitate scăzută, din

cauza porozității ridicate, rezultat din conținut ridicat de zeolit (peste 70 % zeoliți în eșantion

analizat), comparativ cu alte materiale de construcții (cărămizi ceramice, oțel, beton) și făcând

mediul interior mult mai confortabil .

Stabilitatea termică ridicată a tufului nu se datorează schimbului natural al cationului, ci mai

degrabă rețelei tridimensionale rigide continue a zeoliților ( Măicăneanu et al . , 2008)

Zeolitii au proprietatea de a absorbi căldură ( probabil din cauza porozității înalte și prezența

apei zeolitice) în timpul zilei și eliminand-o afară pe timp de noapte, ceea ce duce la încălzirea

stabilă în sezonul de vară. [8]

19

1.5.4. Rezistenţa la compresiune a tufului zeolitic

Pentru a defini proprietățile mecanice a tufurilor, testele au fost efectuate pe probe

dimensiunea 50 x 50 x 50 mm; rezistența la compresiune variind între 15,58 și 18,38 N/mm2

( STAS 6200/3-81 ).

Deși proprietățile mecanice ale tufuri vulcanice zeolitice sunt comparabile cu cele ale altor

materiale ( cărămizi, unele clase de beton ), ele nu sunt încă utilizate la aceeași scară .

Conductivitate termică scăzută ( λ = 0,47 ... 0,65 W / mK ) și consumul redus de energie

încorporată (coeficient de energie înglobată = 0,6 MJ / kg ), fac din tufurile vulcanice zeolitice un

material adecvat pentru clădiri cu consum redus de energie necesar pentru încălzire și / sau răcire și

care contribuie masiv la stabilitatea termică a camerelor în cauză.

Unul dintre aspectele negative în utilizarea de tufuri vulcanice constă în capacitatea sa mare

de absorbție a apei și rezistență scăzută la cicluri de înghet-dezgheț.

1.6 Domenii de utilizare a zeoliților

Zeoliții naturali își găsesc utilizarea în domenii extrem de diferite:

Protecția mediului;

Îngrășământ pentru animale;

Supliment nutritiv pentru plante;

Filtre pentru purificarea apelor reziduale și radioactive;

Nisip pentru filtre;

Materiale de construcții;

Curățarea mediilor contaminate cu produse petroliere;

Material pentru șlefuit suprafetțle metalice;

Praf de curățat;

Combaterea mirosurilor neplăcute;

Medicină:

Cosmetică;

Obținerea hârtiei de calitate superioară;

Prelungirea timpului de păstrare a alimentelor.

20

Zeoliții sintetici pot avea o utilizare pe scară largă ca agenți de schimb ionic, catalizatori și

adsorbanți (filtre sau site moleculare) în diverse procese industriale: epurarea apelor uzate,

purificarea aerului, obținerea diferitelor gaze din aer, catalizator în procesul de producție chimică a

petrolului etc.

21

Cap2. Utilizarea zeoliților în construcții

2.1 Generalități

Zeoliții sunt utilizați în diverse moduri în industria construcțiilor și în producția de materiale

de construcții. Mai mult de 60 % din producția de zeolit din lume este consumată de către industria

construcțiilor din China pentru a realiza betoane ușoare de înaltă performanță.

Zeoliții sunt aluminosilicați poroși și, prin urmare, pozzolane naturale. Ei pot fi folosiți pentru

a înlocui până la 40 % din cimentul Portland în betonul de ciment pentru a realizarea betonului ușor

cu proprietăți specifice. Betonul va avea o rezistență la compresiune cuprinsă la 5 la 30 MPa, iar

densitatea variind 500-1500kg/m3.

Structura poroasă a zeolitului natural reține apa, care poate crește timpul de uscare și crește

rezistența în timpul întăririi. Zeoliții au, de asemenea, capacități mult mai mari de schimb de cationi

decât alte pozzolane naturale sau împiedică în totalitate reacția alcalii - silice.

Fabricarea cimentului de clincher necesită un consum energetic mare și produce cantități masive de

dioxid de carbon, ceea ce înseamnă că utilizarea de zeolit duce la economii semnificative de energie

și reducere a emisiilor de CO2.

Prin utilizarea a 10 de tone de zeolit se economisește aproximativ o tonă de combustibil.

Zeolitul poate fi extins prin încălzire la aproximativ 1200 º C pentru a produce agregate ușoare, cu o

densitate de aproximativ 0,8 kg/cm3. Acest lucru poate fi folosit pentru a realiza blocuri ușoare de

construcție, sau panouri decorative.

Industria construcțiilor avansează și există o cerere tot mai mare pentru tehnologizare și

realizarea de materiale de construcții eficiente energetic. Zeolitul natural este o materie primă

importantă, care oferă numeroase oportunități de a dezvolta noi materiale pentru viitor.

Din cele mai vechi timpuri, zeoliții naturali au fost folosiți în construcții, în principal, ca

element de zidărie. Astăzi, zeolitul este folosit ca un amestec anticoroziv de ciment. Aceasta

îmbunătățește stabilitatea suspensiilor de ciment semnificativ și poate absorbii umiditate mai

eficient decât silicagel. Un amestec de ciment și zeolit este utilizat pentru producerea de beton de

înaltă rezistență, cu o mai mare rezistență la compresiune decât cimentul Portland.

22

2.2 Utilizarea zeoliților în obținerea mortarelor

Una dintre cele mai recente exploatări de tuf vulcanic este cea din cariera Măcicaș, localitate

situată în partea de nord-vest a orașului Cluj-Napoca. Din punct de vedere geologic acest tuf este o

de tip dacit, alb-gălbui la culoare, cu o textură masivă și compactă și cu o structură vitroasa-

cristaloclastică. [1]

2.2.1 Conținutul chimic si mineralogic al tufului zeolitic

O analiză mineralogică a tufului a fost efectuată pe pulberi cu ajutorul unui difractometru, cu

radiatii Cu-Ka , a condus la următoarea compoziție mineralogică: cuarț (12,2%), clinoptilolit

(40,4%), heulandit (22,1%) și feldspat (25,3%).

Analiza chimică, a evidențiat prezența următorilor compuși oxidici: CaO (5,46%), SiO2

(63.98%), Al2O3 (14,53), Fe2O3 (1.71), MgO (0,23%), Na2O (1%), K2O (0,88% ), TiO2 (0,35%).

Conținutul ridicat de siliciu, aluminosilicați naturali și zeoliti conferă tufului de Măcicaș un

caracterul puzzolanic și proprietățile hidraulice, de asemenea. [1]

2.2.3 Energia înglobată a mortarelor pe baza de tufuri zeolitice

Energia înglobată este o caracteristică ecologică semnificativă a materialelor de construcție

considerând energia necesară în întregul procesul tehnologic (şi anume acea energie necesară

extracţiei materialului brut, procesării lui, apoi cea necesară producţiei, transportului şi montării lor

pe şantier.)

Ponderea cea mai mare de energie încorporată a mortarului este reprezentată de cimentul

Portland în procesul de fabricație a acestuia când se consumă o cantitate mare de energie.

Aproximativ 85 % din necesarul de energie brută pentru fabricarea cimentului este în cuptor, unde

temperaturile sunt de aproximativ 1450° C. Tuful vulcanic în amestec cu varul capătă proprietăți

liante asemănătoare cu cele ale cimentului Portland. Deoarece tuful vulcanic este o rocă naturală,

pentru obținerea lianţilor puzzolanici nu se foloseşte energie pentru ardere (ca în cazul procedeului

de clincherizare pentru obţinerea cimentului Portland) şi, în plus, se macină ușor, rezultând un

consum de energie mai mic cu aproximativ 50% decât în cazul producerii cimentului.

23

2.2.4 Conductivitatea termică

Conductivitate termică mai mică a mortarelor pe baza tufuri zeolitice ( λ = 0.67-0.77 W /

mK), comparativ cu mortarul de ciment ( λ = 0.87-0.93 W / mK ) și energia încorporată scăzută, fac

din tufurile vulcanice zeolitice un material adecvat pentru clădirile eficiente energetic.

Materiale de constructii din tufuri zeolitice ce sunt folositi ca aditivi elimină căldura din

mediul prin desorbția moleculelor de apă în timpul zilei și elibarea acestora în timpul nopții,

asigurând în acest fel stabilitatea termică a clădirilor. [1]

2.2.5 Materiale și metode folosite

Materialele folosite pentru a pregăti probele au fost: ciment Portland CEM II / A-S 42,5 R - tip, tuf

vulcanic, nisip, apă și unii aditivi ( plastifiant - reteta R3, - aditivi antrenatori de aer - reteta R4 ), în

funcție de rețetele prezentate în tabelul 2.1. [1]

Tab.2.1 Retete de mortar 2

Rețeta Ciment 42.5 R

[Kg/m3]

Tuf vulanic A/C Agregat

[kg/m3] [kg/m

3] %

R1 315 135 30 0,57 1350

R2 225 225 50 0,68 1350

R3 225 225 50 0,60 1350

R4 225 225 50 0,60 1350

R5 90 360 80 0,77 1350

De-a lungul timpului, s-a dovedit că materiale naturale puzzolanice ( cenușă vulcanică sau

tuf, piatră ponce ), pot fi folosite ca aditivi de înlocuire a cimentului în diferite proporții . Ele au

proprietății de stabilizare și întărire într-un ritm foarte lent atunci când sunt amestecate cu apa, dar

mult accelerate în prezenta cimentul sau a varului gras.

Metoda pentru producerea mortarului :

pregătirea cenușei vulcanice sau tuf ;

cântărirea materialelor ;

omogenizarea materialelor componente cu mixerul ;

2 Retete realizate de Nicoleta Cobîrzan, Claudiu Aciu, Anca Andreea Balog si prezentate Local Resources Used in the

Manufacturing of Sustainable Building Materials,

24

turnarea de probe de testare (4x4x16 cm prisme și cuburi, cu latura de 7 cm).

Determinările fizico-mecanice au fost efectuate după 28 de zile în probele de testare exprimate,

depozitate în conformitate cu standardele in cursul aceastei perioade.

2.2.6 . Rezultate și discuţii

Rezistența la încovoiere pentru fiecare reteta de mortar a fost stabilita în conformitate cu SR

EN 1015-11/2002 pe trei probe prismatice cu dimensiune 4x4x16cm. Rezultatele din determinarea

încovoierii a determinat rezistența la compresiune timp de 28 de zile ( tabelul 2.2 ).

Tabel 2.2 Rezultatele din determinarea încovoierii a determinat rezistența la compresiune

Reteta Rezistenta la

incovoiere

Fti [N/mm2]

Rezistenta la

compresiune

Rc [N/mm2]

Clasa de mortar

R1 4.75 17.86 M15

R2 3.02 11.13 M10

R3 4.80 17.56 M15

R4 4.03 11.96 M10

R5 0.70 2.19 M1

Înlocuirea cimentului Portland cu tuful vulcanic arată o diminuare a rezistenelor mecanice cu

creșterea procentului de tuf. Rezistenta la compresiune la 28 de zile pentru toate retetele de mortar

analizate au valori între 2.19N/mm2 (reteta R5) și 17.86 N / mm

2 (rețeta R1). Rețetele R1 și R3

prezintă rezistențe mecanice ridicate, comparativ cu R5, în care s-a adăugat 80% tuf vulcanic și a

cărei rezistență la compresiune este de doar 2.19N/mm2.

Din rezultatele obținute , se poate observa că în reteta R3 unde au fost folosit plastifianți,

evident rezistența la compresiune a mortarului este cu 36,61 % mai mare față de rețetă R2.

La reteta R4 unde a fost folosit aditiv antrenor de aer.

Densitatea aparentă a fost determinată în conformitate cu SR EN 1015-6 : 2001/A1 : 2007 pe

probe prismatice de 4 x 4 x 16 cm, în timp ce compactitatea și porozitate au fost determinate în

conformitate cu SR EN 998-1, 2 : 2011 ( tabelul 2.3 ) .

25

Tabel 2.3 Proprietățile fizice ale probelor de mortar

Reteta Densitatea aparentă

[kg/m3]

Compactitatea

[%]

Porozitatea

[%]

R1 2174 79.32 20.68

R2 2111 75.3 24.7

R3 2077 81.02 18.98

R4 2077 78.32 21.68

R5 2029 71.91 28.09

Tabelul arată că valorile densității aparente variază între 2029 - 2174 kg/m3, care le include în

categoria de mortare grele . Utilizarea plastifiantului în masa de mortar (reteta R3) are un efect

benefic asupra rezistenței la compresiune prin reducerea raportului apă / ciment și porozitate cu

23,15 %, față de reteta R2, respectiv cu 12,45% dacă este comparat cu R4. Utilizarea tufului

vulcanic în mortare ca un substitut al cimentului Portland în diferite proporții, prezintă avantajul

unui cost redus și energie incorporată redusă, costul de tuf vulcanic de numai 120 euro /t, în timp ce

costurile de ciment reprezintă aproximativ 200 euro / t. Astfel , în cazul noilor mortare costurile

sunt diminuate cu 12% (reteta R1), 20 % (reteta R2) și 32 % (reteta R5).

Energia înglobată este redusă cu același procentaj al conținutului de tuf în noile rețete de

mortar ( 30 % , 50 % și 80 % ).

In mortarele pe bază de tuf, hidratarea cimentului este însoțită de hidratarea zeoliților care

absorb o parte din apa.

Acest lucru conduce la o cantitate mai mică de portlandite, respectiv o hidratare parțială a

C2S. Dipayan Jana (2007) a descoperit că o creștere a rezistenței mortarelor pe bază de tuf se

datorează în principal atacurilor de sulfat care reduc cantitățile de hidroxid de calciu, produs în

timpul fazelor de hidratare.

Diminuarea cantității de calciu, rezistența mare a zeoliților în soluții acide, structura compactă

a porilor mortarului sunt alte elemente care conferă mortarelor din tuf vulcanic o rezistență mai

mare la atacuri de sulfat, comparativ cu mortare din ciment Portland.

Tufurile zeolitice utilizate în mortare ca aditivi reduc riscul de expansiune, datorită căldurii

scăzute de hidratare. Colella et. All ( 2001) arată că, în cazul betonului, zeoliții au capacitatea de a

încorpora alcalinității libere și a reduce la minimum reacțiile dintre ionii de hidroxid în porii

betonului. [10]

26

2.3 Utilizarea zeoliților în obținerea betoanelor

Prezentul capitol vine pentru a susține folosirea de amestecuri care conţin zeolit ca o

alternativă de agregat în producția de BCA conferindu-i acestuia proprietăți termice mai ridicate.

Zeolitul este utilizat ca aditiv pentru producerea de materiale ușoare de construcții, în adaosuri

pentru beton și mortar sau ca adaos în producerea betonului spongios.

În industria construcțiilor, betonul, și în special cel armat și precomprimat, reprezintă

principalul material de construcții, folosit la structuri, datorită avantajelor pe care le are:

durabilitate, executarea elementelor de construcții sub orice formă, rezistență la foc, caracterul

monolit și masivitatea construcțiilor, costul redus.

Cele mai rezistente construcții din beton datează încă de pe vremea romanilor, fapt ce i-a

determinat pe cercetători să analizeze compoziția acestuia. Cele mai bine conservate sunt porturile

romane de pe ţărmul Mediteranei care se prezintă încă într-o stare foarte bună în ciuda faptului că

au fost construite acum mai bine de 2000 de ani.

Cercetătorii au demonstrat că romanii foloseau cu precădere tuful vulcanic după ce au analizat

o mostră de beton din golful Pozzuoili, Italia, care datează din anul 37.

Modul de formare a betonului era următoarea: romanii produceau beton prin amestecarea

varului şi a rocii vulcanice. Pentru structurile subacvatice se amesteca var cu cenuşa vulcanică

pentru a forma mortar. Apoi, acest mortar se amesteca cu tuf vulcanic şi se punea în forme de lemn.

Instantaneu, apa de mare activa o reacţie chimică fierbinte. Când moleculele de apă intrau în

structura varului, acesta reacţiona cu cenuşa în aşa fel încă întreg materialul se cimenta.

Pe lângă faptul că este foarte durabil, se pare că betonul roman este şi mai prietenos cu mediul

decât materialele actuale.

27

Figura 2.1 Templu roman în regiunea Napoli

Reţete si determinări ale betonului având în compoziție tuf vulcanic de la Măcicaş realizate de

INCD URBAN-INCERC Sucursala Cluj-Napoca.

Compoziţie realizată3 Ind. 1

Componente Reţeta Reţeta, kg /

kg / mc 20

beton dmc (l) beton

Ciment II/A-M (S-LL) 32,5R 330.00 6.60

NISIP 0/4 532.65 10.65

TUF Măcicaş 2/4 95.14 1.90

TUF Măcicaş 4/8 189.60 3.79

TUF Măcicaş 8/16 380.72 7.61

Apă liberă 196.70 3.93

Aditiv plastifiant, POZZOLITH 90,

1,0% din ciment 3.30 0.066

Adit. modif. vâsc. 0.00 0.000

Apă absorbită, 5% din tuf 33.27 0.67

3 Probă și încercări experimentale realizate de către INCD URBAN-INCERC Sucursala Cluj-Napoca

28

În urma unor incercări realizate de către Incerc Cluj-Naoca pe probe de beton care avea in

compozitie tuf vulcanic de la Măcicaș au rezultat următoarele valori

Densitatea betonului întărit

1489

1771

1874

1980

1378

1148

1550

1856

1941

2075

1520

1235

1645

2020

21032180

1663

1458

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

133 LIAPOR 134 TUF

VULCANIC

Macinas

137 CĂRĂMIDĂ2 - 1 6 m m + n is ip

0 / 4

1 3 8 S C O R I E

B A Z A L T I C A

1 3 9 P E R L I T

2 0 0 G

1 4 0 P E R L I T

9 0 S G r o s ie r

[Kg/mc]

Densitatea betonuluiuscat în etuvă (lam a s ă c o n s ta n t ă )

Densitatea betonuluica atare (în stare deumiditate naturală)Densitatea betonuluisaturat cu apă (lam a s ă c o n s ta n t ă )

Figura 2.2 Densitatea betonului întărit

Nr. ind. /

Tip agregat /

Tip ciment

Densitate, kg/mc Rezistenţa la

compresiune la

28 zile, N/mm2

Conduct.

termică,

W/mK

Cond. termică

redusă la temp

de 00C,,

W/mK

în stare

uscată

ca

atare

în stare

saturată

TUF

VULCANIC /

CEM II/A-M

(S-LL) 32,5 R

1771

1856

2020

22,6

0,7621

0,7244

Rez. la îngheţ-dezgheţ, G50, G100, G150,

pierd. masă%

G50

G100 G150

19,4 20,7 22,3

Contracţii axiale, mm/m

14 zile

28 zile

56 zile

90 zile

180 zile

365 zile

515 zile

0,289

0,476

0,903

1,188

1,264

1,469

1,597

29

Absorbtia de apă si porozitatea aparentă a betonului întărit

10.50%

14.10%

12.20%

9.70%

20.60%

27.80%

16.30%

26.10%

23.70%

20.70%

31.40%

33.40%

133 LIAPOR

134 TUF VULCANIC

Macinas

137 CĂRĂMIDĂ 2-16

mm+nisip 0/4

138 SCORIE

BAZALTICA

139 PERLIT 200G

140 PERLIT 90S

Grosier

Porozitatea aparentă, %

Absorbtia de apă, %

Figura 2.3 Absorbția de apă și porozitatea aparentă a betonului întărit

Rezistenta la compresiune

9,2

14,8

43,3

38,2

22,6

17,3

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

133 LIAPOR

134 TUF VULCANIC

Macinas

137 CĂRĂMIDĂ 2-16

mm+ nisip 0 /4

138 S C O RIE

BAZALTIC A

139 P E RLIT 200G

140 P E RLIT 90S

G rosie r

[N/mmp]

Figura 2.4 Rezistența la compresiune

30

Contractii axiale [mm/m]

0,784

1,597

0,2890,044

0,1460,280 0,372

2,616

1,5081,4

0,5860,775

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

133 beton cu

LIAPOR

134 beton cu

TUF

VULCANIC

137 beton cu

CARAMIDA

2-16mm+

Nisip 0/4mm

138 beton cu

SCORIE

BAZALTICA

139 beton cu

PERLIT 200G

140 beton cu

PERLIT 90S

[mm/m]

Contractii la 14 zile

Contractii la 28 zile

Contractii la 56 zile

Contractii la 90 zile

Contractii la 180 zile

Contractii la 365 zile

Contractii la 515 zile

Figura 2.5 Contracții axiale

Conductivitatea Termica

0.4890

0.72440.7676

0.7352

0.3891

0.3127

0.3292

0.4063

0.77230.8090

0.5138

0.7621

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

0.6000

0.7000

0.8000

0.9000

133 beton cu

LIAPOR

134 beton cu

TUF

VULCANIC

137 beton cu

CARAMIDA 2-

16mm+ Nisip

0/4mm

138 beton cu

SCORIE

139 beton cu

PERLIT 200G

140 beton cu

PERLIT 90S

[W/mK]Conduct. termică, λ

Cond. termică redusă, λo

Figura 2.6 Conductivitatea termică

31

Rez. la îngheț-dezgheț, G50, pierdere de masă[%]

20,6 19,4 13,8 9

3,44,4

0

20

40

60

80

100

120

133 beton cu

LIAPOR

134 beton cu

TUF

VULCANIC

137 beton cu

CARAMIDA 2-

16mm+ Nisip

0/4mm

138 beton cu

SCORIE

139 beton cu

PERLIT 200G

140 beton cu

PERLIT 90S

Masa totala

Pierderea de masa

Figura 2.7 Rezistența la ingheț-dezgheț, G50, pierdere de masă

Rez. la îngheț-dezgheț, G100, pierdere de masă[%]

22,1 20,7 14,7 12,75,8 10,2

0

20

40

60

80

100

120

133 beton cu

LIAPOR

134 beton cu

TUF

VULCANIC

137 beton cu

CARAMIDA 2-

16mm+ Nisip

0/4mm

138 beton cu

SCORIE

139 beton cu

PERLIT 200G

140 beton cu

PERLIT 90S

Masa totala

Pierderea de masa

Figura 2.8 Rezistența la îngheț-dezgheț, G100, pierdere de masă

32

Rez. la îngheț-dezgheț, G150, pierdere de masă[%]

23,6 22,316,2 19,5

13,78,5

0

20

40

60

80

100

120

133 beton cu

LIAPOR

134 beton cu

TUF

VULCANIC

137 beton cu

CARAMIDA 2-

16mm+ Nisip

0/4mm

138 beton cu

SCORIE

139 beton cu

PERLIT 200G

140 beton cu

PERLIT 90S

Masa totala

Pierderea de masa

Figura 2.9 Rezistența la ingheț-dezgheț, G50, pierdere de masă

20,6 19,4 13,84,4

3,49

22,1 20,7 14,7

5,8

10,2

12,7

23,6 22,3 16,28,5

13,7 19,5

0%

20%

40%

60%

80%

100%

133 beton cu

LIAPOR

134 beton cu TUF

VULCANIC

137 beton cu

CARAMIDA 2-

16mm+ Nisip

0/4mm

138 beton cu

SCORIE

139 beton cu

PERLIT 200G

140 beton cu

PERLIT 90S

G150 pierdere de masa

G100 pierdere de masa

G50 pierdere de masa

Figura 2.10 Rezistența la ingheț-dezgheț, G50, G100, G150, pierdere de masă

33

2.3.1 Utilizarea zeoliților în betone celulare ușoare

Betonul ușor ( LWC ), este un material vital pentru construcție , deoarece oferă o gamă largă

din punct de vedere tehnic, economic și din punct de vedere al protectiei mediului.

Deoarece proprietățile mecanice ale LWC sunt considerabil mai mici decât a betonului

normal ( NWC ), utilizarea sa structurală este limitată. Pentru a utiliza LWC în scop structural,

materialul trebuie să fie proiectat oferindu-i rezistență și ductilitate. ( Arisoy și Wu, 2006). [12]

Conductivitatea termică este un parametru important pentru un material și depinde de

structura și temperatura sa. Comportarea termică a betonului este relevantă pentru orice utilizare a

acestuia, în special în cazul structurilor în care se dorește ca acesta să aibă o conductivitate termică

redusă, căldura specifică mare, deformări mici sau deloc în timpul încălzirii.

Detalii experimentale

Betonul a fost produs folosind zeolit ca agregat cu rata de 0, 5, 10 și 15 în beton. Zeolitul a

fost obținut de la Enli Mining Company în Manisa – Gördes (Turcia). Un alt tip de agregat utilizat

în producția de beton a fost agregatul natural și a fost obținut de la Isparta - Atabey. Cimentul era

ciment Portland ( 42,5 N/mm2 ) și compusul chimic de ciment și zeolit sunt date în tabelul 2.4, iar

proprietățile PC 42.5 sunt prezentate în Tabelul 2.5. [11] 4

Tabel 2.4: Procentajul compoziției chimice al cimentului și zeolitului

Componenta Ciment Portland Zeolit

CaO 61 1,91

MgO 3,56 1,10

K2O 0,11 3,40

Fe2O3 3,81 1,84

SiO2 22,56 68,82

Al2O3 7,11 14,16

SO2 2,70 0,13

H2O 7,38

Tabel 2.5: Proprietăți chimice și mecanice

Densitatea gr/cm3

Rezistența la încovoiere MPa Rezistența la compresiune MPa

3,12 7,88 55,8

4 The effect of zeolit rate on the thermo-mechanical properties of concrete, Department of Construction, Faculty of

Technical Education, Süleyman Demirel University, 32060 Isparta, Türkiye.

34

Tabel 2.6: Proporțiile folosite (kg/m3)

Rata de zeolit Apa Ciment Zeolit Agregat fin Agregat brut

0 175 350 0 704,91 1128,97

5 175 332,5 17,5

10 175 315 35

15 175 297,5 52,5

Figura 2.11 Conductivitatea termică a betonului în funcție de rata de zeolit folosită

Pentru a investiga efectul cantității de zeolit asupra proprietăților mecanice ale betonului, s-au

preparat trei rețete diferite de amestecare. Raportul apa/ciment la toate amestecurile se menține la

0,50 și cimentul folosit a fost 350 kg/m3. Proporțiile amestecurilor sunt date în tabelul 2.6. Au fost

realizate cuburi 10 × 10 × 10 cm. Probele cilindrice cu diametrul de 150 mm și 300 mm lungime au

fost preparate folosind aceleași amestecuri de materiale. Aceste probe au stat între 28 și 90 de zile în

apă și la 22 ° C până în momentul testării. După uscare, probele li s-a verificat rezistența la

compresiune.

35

Rezultate și concluzii privind datele obținute în urma experimentului

Rata de zeolit, pe lângă conductivitatea termică și proprietățile fizice și mecanice ale betonului, a

fost de asemenea investigata. In figura 2.11 este ilustrată conductivitatea termică a betonului în

funcție de rata de zeolit . Se poate vedea din această figură cum conductivitatea termică scade cu

creșterea ratei de zeolit în beton. Pe de altă parte rezistența la compresiune crește cu creșterea ratei

de zeolit în beton. Acest lucru este afișat în Figura 2.12 .

Figura 2.12 Variația rezistenței la compresiune la 28 si 90 de zile cu rata de zeolit specifică fiecărei probe.

Conductivitatea termică a fost afișată în comparație cu rezistența la compresiune în figura

2.13, unde pot fi văzute clar diferențele.

Fig 2.13. Conductivitatea termică și rezistența la compresiune

36

Densitatea a fost de asemenea redusă odată cu creșterea ratei de zeolit în beton așa cum se

arată în figura 2.14. Corelația dintre greutatea și conductivitatea termică este prezentata în figura

2.15, unde liniaritatea poate fi văzuta clar.

Fig 2.14. Densitatea în funcție de rata de zeolit utilizată

Fig 2.15 Densitatea și conductivitatea termică

Se poate concluziona din acest experiment că zeolitul este un material poros și astfel,

densitatea betonului este redusă. În timp ce o relație liniară a fost găsită între rata de zeolit și

37

rezistența la compresiune, relația neliniară a fost găsita între conductivitate termică si greutate.

Deoarece conductivitatea termică este un parametru important în producția de beton, datorită

conductivității termice reduse, zeolitul poate fi folosit pentru a obține un material termoizolant.

38

Cap III – Rețete proprii de mortare

3.1 Caracteristicile materialelor componente ale mortarelor și tipurile de mortare existente pe piața materialelor de construcții

Mortarul este un material omniprezent în construcții datorită importanței pe care o prezintă

atât din punct de vedere tehnic cât și estetic. Mortarul este un material de construcții care a fost

utilizat în domeniul construcțiilor încă din cele mai vechi timpuri și până în zilele noastre având

diferite aplicații: mortare de zidărie, mortare de tencuială și mortare speciale.

În acest capitol este prezentată o sinteză a caracteristicilor fizico – mecanice a materialelor

componente ale mortarelor. Tipurile de mortare existente pe piața materialelor de construcții sunt

prezentate sistematizat în funcție de domeniul de utilizare.

3.2 Clasificarea mortarelor

Mortarele folosite în construcţii sunt amestecuri bine omogenizate de lianți, nisip (agregat

mărunt), apă şi adaosuri/ aditivi (figura 3.1) care în timp se întăresc și au aspect asemănător gresiei.

Întărirea mortarelor se realizează în urma unor procese fizice și chimice, în funcție de natura

liantului hidraulic sau nehidraulic.

Mortarele sunt materiale compozite care au o structură microporoasă şi microfisurată, armate

cu particule fără orientare preferenţială, obţinute prin agregare (aglomerare şi cimentare). În cazul

mortarelor obişnuite, matricea este de origine minerală (argilă, ciment, var, ipsos), ranforsantul este

granular, de natură minerală, fiind sub formă de particule (nisipuri silicioase) iar adaosurile

tehnologice sunt aditivii (plastifianţi, antrenori de aer, întârzietori de priză, agenţi hidrofugi, etc).

Matricea constituie suportul fundamental al structurii mortarului, determinând proprietățile acestuia.

Figura 3.1 Materialele componente ale mortarelor

39

Datorită varietății de mortare folosite astăzi în construcții, s-a impus o clasificare a acestora

după mai multe criterii, și anume: [15]

a) După domeniul de utilizare:

- mortare de tencuială folosite la tencuieli exterioare sau interioare;

- mortare de zidărie folosite ca material de legătură, rostuire și umplere a unor goluri sau

defecte în zidărie;

- mortare speciale (pentru tencuieli decorative, pentru protecție anticorozivă, pentru izolații

hidrofuge, mortare refractare, mortare de mare rezistență utilizate în tehnica betonului

precomprimat).

b) După consistență:

- mortare fluide;

- mortare plastice;

- mortare vârtoase.

c) În funcție de rezistența la compresiune la 28 zile, în N/mm2, și utilizare:

- mortarele de zidărie: M 1, M 2,5, M 5, M 10, M 12,5, M 15, M 20, M 30;

- mortarele de tencuială: CS I, CS II, CS III, CS IV.

d1) Marca mortarului reprezintă rezistenţa medie la compresiune a mortarului la 28 zile

(respectiv 90 zile pentru mortarele pe bază de var sau şlam de carbid), exprimată în daN/cm2.

d2) Clasa mortarului conform SR EN 1015-11 reprezintă rezistenţa minimă la compresiune a

mortarului la 28 de zile, cu risc de 5 %, exprimată în N/mm2.

În tabelele 3.1 și 3.2 sunt prezentate mortarele utilizate în Comunitatea Europeană, conform

SR EN 998/1.

Tabelul 3.1 Mortare de zidărie conform SR EN 998/1.

Clasa de mortar

Rezistenţa la compresiune

specificată (fmd)

N/mm2

Rezistenţa medie la compresiune

în momentul încercării (fm)

N/mm2

M 1 1,0 1,0 ≤ fm < 2,5

M 2,5 2,5 2,5 ≤ fm < 5,0

M 5 5,0 5,0 ≤ fm < 7,5

M 7,5 7,5 7,5 ≤ fm < 10,0

M 10 10,0 10,0 ≤ fm < 12,5

M 12,5 12,5 12,5 ≤ fm < 15,0

M 15 15,0 15,0 ≤ fm < 20,0

M 20 20,0 20,0 ≤ fm < 30,0

M 30 30,0 30,0 ≤ fm < 40,0

40

Tabelul 3.2 Mortare de tencuială conform SR EN 998/1.

Caracteristici Clasa Valori

Rezistenţa la compresiune

la 28 zile

CS I 0,4 – 2,5 N/mm2

CS II 1,5 – 5,0 N/mm2

CS III 3,5 – 7,5 N/mm2

CS IV ≥ 6 N/mm2

Absorbţie de apă prin

capilaritate

W0 Nespecificat

W1 c ≤ 0,40 kg/m2min

0,5

W2 c ≤ 0,20 kg/m2min

0,5

Conductivitate termică T1 ≤ 0,1 W/mK

T2 ≤ 0,2 W/mK

În tabelele 3.3 și 3.4 este prezentată corespondența dintre clasa mortarelor și marca mortarelor

atât pentru cele de zidărie, cât și pentru cele de tencuială.

Tabelul 3.3 Corespondența dintre clasă și marcă la mortarele de zidărie.

Clasa mortarului Marca mortarului Tipul mortarului

M 1 M 10 Z VAR - CIMENT

M 2,5 M 25 Z CIMENT - VAR

M 5 M 50 Z CIMENT - VAR

M 10 M 100 Z CIMENT - VAR

M 10 M 100 Z CIMENT

Tabelul 3.4 Corespondența dintre clasă și marcă la mortarele de tencuială.

Clasa mortarului Marca mortarului Tipul mortarului

CS I M 4 T VAR

M 10 T VAR - CIMENT

CS II M 25 T VAR - CIMENT

CS III M 50 T CIMENT - VAR

CS IV M 100 T CIMENT - VAR

M 100 T CIMENT

e) După densitatea aparentă:

- mortare grele, ρa > 1800 kg/m3;

- mortare semigrele, ρa = 1500 - 1800 kg/m3;

- mortare uşoare, ρa = 1000 - 1500 kg/m3;

- mortare foarte uşoare, ρa < 1000 kg/m3.

f) După compoziţie:

- mortare unitare (la preparare se foloseşte un singur liant);

- mortare mixte (la preparare se folosesc cel puţin doi lianţi, mortare cu adaosuri).

g) După natura lianţilor utilizaţi:

41

- mortare pe bază de pamânturi argiloase;

- mortare pe bază de var care la rândul lor pot fi: mortare numai de var (unitar), mortare var-

ciment și mortare var-ipsos;

- mortare pe bază de ciment care cuprind mortarele de ciment, mortarele de ciment-var şi

mortarele de ciment-argilă;

- mortare pe bază de ipsos care includ mortarele de ipsos şi mortarele de ipsos-var.

Este de remarcat că nu se utilizează mortare de ciment-ipsos sau ipsos-ciment deoarece cei

doi lianţi au proprietăţi total diferite care în cantităţi mari (> 5 %), îi fac incompatibili unul cu

celălalt.

h) După dozajul liant - nisip:

- mortare slabe (dozaj cuprins între 1:5 și 1:7);

- mortare mijlocii (dozaj cuprins între 1:3 și 1:5);

- mortare grase (dozaj cuprins între 1:1 și 1:2).

i) După modul de obținere:

- mortare industriale;

- mortare industriale semifabricate;

- mortare preparate pe șantier.

j) După rolul și funcțiunea lor:

- mortare de uz general pentru tencuire/gletuire;

- mortar ușor pentru tencuire/gletuire – mortar a cărui densitate în stare întărită este mai mică

decât 1300 kg/m3;

- mortar colorat pentru tencuire – mortar performant colorat special cu ajutorul pigmenților

sau a agregatelor colorate;

- mortar monostrat pentru tencuire – mortar pentru tencuire performant aplicat într-un singur

strat, care îndeplinește aceleași funcții ca un sistem de tencuire multistrat exterior și care este în

mod obișnuit colorat special. Mortarele monostrat pentru tencuire pot fi produse cu agregate

obișnuite și/sau ușoare;

- mortar pentru renovare prin tencuire/gletuire – mortar pentru tencuire/gletuire performant

utilizat pentru realizarea de tencuieli pe pereți de zidărie umezi care conțin săruri solubile în apă.

Aceste mortare prezintă o porozitate și o permeabilitate la vaporii de apă ridicate și o absorbție de

apă prin capilaritate redusă;

- mortar termoizolant pentru tencuire/gletuire – mortar performant cu proprietăți specifice de

izolare termică.

42

3.3 Rețete proprii de mortar

Tabel 3.5 Retețe de mortar pentru zidărie propuse pentru a fi analizate:

Rețetă I Rețetă II

Rețeta Ciment 42.5 R

[Kg/m3]

Tuf vulanic A/C Agregat

[kg/m3]

Tuf

[kg/m3] [kg/m

3] %

R1 315 135 30 0,57 1350 1350

R2 225 225 50 0,68 1350 1350

R3 225 225 50 0,60 1350 1350

R4 225 225 50 0,60 1350 1350

Tuful vulcanic folosit la realizarea mortarului provine de la Băița-Bihor și are urmatoarea

compoziție chimică:

SiO2 51,02 - 54,92%

Fe2O3 3,04 - 4,32%

MgO 0,26 – 0,52%

CaO 2,74 – 3,35%

MnO 0,018 – 0,034%

Na2O 0,55 – 0,85%

K2O 0,047- 0,093%

Determinările pentru obținerea compoziției chimice s-au facut după metode standardizate și

oficializate în țara noastră:

SiO2 – Metoda gravimetrica (prin volatilizare cu HF)

K2O si Na2O – Determinare prin fotometrie în flacără. Extracție obținută prin mineralizare

cu apă regală

CaO, MgO, Fe2O3 și MnO prin spectometrie atomică în flacără de aer – acetilenă. Extracție

obținută prin mineralizare cu amestec de acizi.

Datele au fost furnizate de către Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Pedologie,

Agrochimie și Protecția Mediului ICPA București

43

Pentru rețeta R3 se va folosi un adititiv plastifiant (DOMOLIT (fost ASOLIT) .

La rețeta R4 vom folosi aditiv tensioactiv, antrenor de aer pentru a îmbunătăți rezistența la

cicluri reptate de îngheț-dezgheț. ( Mapei - MAPEPLAST PT )

Rețetele de mortar în care tuful vulcanic este cu un procent de 50% mai mare decat cimentul

nu au fost luate în calcul, deoarece în urma studiilor existente s-a dovedit că prezintă rezistențe

mecanice reduse.

44

Cap IV – Program experimental

4.1 Metode de investigare și aparatura utilizată în programul experimental

4.1.1 Determinarea conductivităţii termice

Conductivitatea termică se va măsura cu ajutorul analizatorului de conductivitate. Această

determinare va avea loc în cadrul laboratorului INCD URBAN- INCERC din Cluj-Napoca.

Exista doua metode de determinare: metoda cu placa termofluxmetrica și metoda plăcii

gardate; Metoda plăcii termofluxmetrice este o metoda care necesită o etalonare a plăcii

termofluxmetrice. Aceasta etalonare se face utilizând o proba de referință a cărei conductivitate

termică trebuie să fie determinata cu aparatul cu placă caldă gardată.

Fig 4.1 Analizator de conductivitate

4.1.2 Determinarea rezistenţei la îngheţ-dezgheţ a mortarelor

Evoluţia in timpul procesului de inghet-dezghet a mortarelor se va aprecia vizual si prin determinari

de rezistentă la compresiune. Natura si caracteristicile morfo-structurale ale hidrocompusilor

prezenti in probele de mortar supuse solitărilor ciclice se vor analiza prin microscopie electronica

(SEM). Posibila deteriorarea sau chiar distrugerea mortarelor la solicitări ciclice de îngheţ-dezgheţ

vor avea drept cauză principală creşterea de volum a apei din porii mortarului în timpul procesului

de îngheţ. [13]

Factorii care influenţează rezistenţa betonului la îngheţ-dezgheţ pot fi clasificaţi în trei

categorii :

45

-compoziţia betonului – tipul şi dozajul de ciment, raportul apă/ciment, aditivii utilizaţi, natura şi

calitatea agregatului şi a cimentului, etc.;

- factori tehnologici – modul de compactare a betonului propaspăt, condiţiile de întărire, etc;

- factori externi – condiţii de utilizare (umiditate, temperatură) sau folosirea sărurilor de dezgheţare.

[14]

Rezistenţa la îngheţ-dezgheţ se apreciază după numărul de cicluri de îngheţ-dezgheţ la care

pierderea de masă a epruvetelor trebuie să fie maximum 5%,iar scăderea de rezistenţă de maximum

25%.

4.1.3 Metoda difracţei de raze X

Metoda difracției de raze X (DRX) are ca scop studierea proceselor de hidratare ale

cimentului Portland prezent în pasta de consistență normală, dar și în mortarele pe bază de ciment.

Difracția de raze X este o tehnică analitică non-distructivă, versatilă, folosită la identificarea și

determinarea cantitativă a diferiților compuși cristalini, cunoscuți sub denumirea de „faze”, compuși

care sunt prezenți în materialele solide și în pulberi.

Aceast metodă de investigare se va realiza cu ajutorul difractometrului cu raze X Bruker

prezent in cadrul Universitatii Babes-Bolyai din Cluj-Napoca.

Figura 4.2 Difractometru cu raze X, Bruker (laborator Universiatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca)

4.1.4 Metoda microscopiei electronice de baleiaj

Metoda microscopiei electronice de baleiaj (SEM) este o altă metodă de investigare pe care o

vom aplica probelor realizate. Aceasta metoda ne va oferi numeroase informatii legate de structura

46

intima a mterialelor si va fi foarte utila in intelegerea si analizarea proprietatilor acestora fiind utila

pentru dezvoltarea unor noi materiale.

Microscopia electronică de baleiaj (SEM) este una dintre metodele de mare performanţă în

investigarea structurii materialelor. Aceasta se caracterizează prin:

- uşurinţa în pregatirea probelor pentru examinare;

- diversitatea informaţiilor obţinute (de la topografia şi compoziţia de fază a suprafeţei

examinate la informaţii calitative şi cantitative privind compoziţia globală sau locală a

probei);

- rezoluţia bună asociată cu o mare adâncime de câmp;

- un domeniu larg şi continuu al măririi, etc.

Metoda de investigare SEM se va realiza in cadrul Laboratorului Facultății de Ingineria

Materialelor și a Mediului a Universității Tehnice din Cluj-Napoca.

Figura 4.3 Microscopul electronic cu baleiaj SEM de tip Jeol 5600 LV, Laboratorul Facultății de Ingineria

Materialelor și a Mediului, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca.

47

4.1.5 Metoda rezonanţei magnetice nucleare

Metoda rezonanței magnetice nucleare (RMN) este una dintre tehnicile cele mai puternice de

investigare a materiei fiind aplicată atât în studiul lichidelor cât și a solidelor și a gazelor. Nici o altă

metodă nu se poate lăuda cu aplicabilitate în domenii atât de diverse ca, studiul chimiei anorganice,

ceramicii, supraconductorilor, sticlelor, zeoliților, catalizatorilor, membranelor, polimerilor,

cimentului, metalelor, studiul chimiei organice, a creierului, țesuturilor moi și tari, a celulelor,

proteinelor, sângelui și a plasmei, procesarea alimentelor, vopselelor, lemnului, celulozei, plantelor

și solului, în geologie și explorări petroliere și chiar a gheții antarctice.

Analiza RMN se va efectua cu ajutorul spectometrului Bruker Minispec, în cadrul

Laboratorlui Facultății de Ingineria Materialelor și a Mediului a Universității Tehnice din Cluj-

Napoca.

4.2 Determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale mortarelor

Unul din obiectivele acestui raport îl reprezintă pe langă determinarea caracaterticilor termice

ale mortarelor si determinarea caracteristicilor fizico-mecanice ale mortarelor realizate pe bază de

tuf vulcanic: densitatea mortarului întărit, consistența, rezistența la compresiune, rezistența la

întindere din încovoiere și aderența la stratul suport, în conformitate cu standardele actuale.

4.2.1 Determinarea consistenţei mortarului proaspăt

Determinarea consistenței mortarului proaspăt se face prin metoda masei de împraștiere

Figura 4.4 Spectrometru Bruker Minispec, Laboratorul Facultății de Ingineria Materialelor și a Mediului,

Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca.

48

conform standardului SR EN 1015-3: Metode de încercare a mortarelor pentru zidărie. Partea 3:

Determinarea consistenței mortarului proaspăt (cu masa de împraștiere), și SR EN 1015-3/A2:

Metode de încercare a mortarelor pentru zidărie. Partea 3: Determinarea consistenței mortarului

proaspăt (cu masa de împraștiere).

4.2.2 Determinarea densităţii mortarului întărit

Determinarea densității aparente a mortarului întărit se va face conform SR EN 1015-10:

Metode de încercare a mortarelor pentru zidărie. Partea 10: Determinarea densității aparente a

mortarului întărit, (decembrie 2002) și SR EN 1015–10/A1: Metode de încercare a mortarelor

pentru zidărie. Partea 10: Determinarea densității aparente a mortarului întărit.

Densitatea aparentă se va calcula prin raportul între masa epruvetei și volumul acesteia:

,s dry

a

s

m

V , [kg/m

3], (4.1)

unde: ρa este densitatea aparentă;

ms,dry este masa epruvetei;

Vs este volumul epruvetei.

O probă de încercat va cuprinde trei epruvete pregătite în matrițe și a căror formă, pregătire și

păstrare sunt conform EN 1015-11.

4.2.3 Determinarea rezistenţelor mecanice ale mortarelor

Rezistențele mecanice ale mortarelor se vor determina conform SR EN 196. Se vor

confecționa epruvete prismatice a căror dimensiuni vor fi: 40 x 40 x 160 mm, conform rețetelor

proprii, propuse în programul experimental. Pentru aceste epruvete se determină rezistenţa la

compresiune şi rezistenţa la întindere prin încovoiere. Pentru fiecare determinare sunt necesare 3

epruvete care sunt încercate mai întâi la întindere prin încovoiere iar apoi pe jumătăţile rezultate se

face încercarea la compresiune. Prismele de mortar pe bază de ciment vor fi păstrate până la 7 zile

în cutia cu aer umed (temperatură de 20 4 °C şi umiditate mai mare de 90 %). Determinările se

vor face la 3, 7 şi 28 de zile.

49

a) Determinarea rezistenţei la întindere prin încovoiere

Determinarea rezistenței la întindere prin încovoiere se face conform SR EN 1015-11: Metode

de încercare a mortarelor pentru zidărie. Partea 11: Determinarea rezistenței la încovoiere și

compresiune a mortarului întărit, și SR EN 1015-11/A1: Metode de încercare a mortarelor pentru

zidărie. Partea 11: Determinarea rezistenței la încovoiere și compresiune a mortarului întărit.

Această încercare se va face cu aparatul de determinare a rezistenţei la încovoiere, pe prisme

având dimensiunile 40 x 40 x 160 mm Se aplică o sarcină fără șocuri, cu o viteză uniformă, în

intervalul 10 N/s și 50 N/s pentru ca ruptura să se producă într-o perioadă de 30 s până la 90 s. Se

înregistrează sarcina maximă aplicată, în Newtoni. Rezistența mecanică la încovoiere, se calculează

cu ajutorul relației 4.2.,

21,5

F lf

b d

, [N/mm

2], (4.2)

unde: F este sarcina maximă aplicată;

l este distanţa dintre reazeme;

b și d sunt dimensiunile secțiunii transversale.

Figura 4.5 Aparatul care va fi folosit pentru determinarea rezistenței prin încovoiere, Laboratorul Facultății de

Construcții, Universitatea Tehnică Cluj-Napoca.

50

b) Determinarea rezistenţei la compresiune

Determinarea rezistenței la compresiune se face conform SR EN 1015-11: Metode de

încercare a mortarelor pentru zidărie. Partea 11: Determinarea rezistenței la încovoiere și

compresiune a mortarului întărit și SR EN 1015-11/A1: Metode de încercare a mortarelor pentru

zidărie. Partea 11: Determinarea rezistenței la încovoiere și compresiune a mortarului întărit.

Figura 4.6 Presa hidraulică din laboratorul Facultății de Construcții, Universitatea Tehnică Cluj-Napoca

4.2.4 Determinarea aderenţei la stratul suport

Determinarea aderenței se face conform SR EN 1015-12: Metode de încercare a mortarelor

pentru zidărie. Partea 12: Determinarea aderenței mortarelor pentru tencuire și gletuire întărite pe

suporturi.

Această determinare se va face la 28 zile, imediat după ce epruvetele au fost scoase din locul

de păstrare. Locul în care se păstrează probele trebuie să îndeplinească următoarele condiții de

temperatură și umiditate relativă: 20 °C ± 2 °C, 65 % ± 5 %. Această încercare constă în aplicarea

unei forțe de tracțiune perpendiculară pe suprafețele de încercat prin intermediul pastilelor. Forța se

51

aplică fără șocuri și cu o viteză uniformă. Se notează forța de rupere și se calculează forța de

aderență cu relatia 4.3.

uu

Ff

A , [N/mm

2], (4.3)

unde: fu este forța de aderență;

Fu este forța de rupere iar A este suprafața de încercat a epruvetei cilindrice.

Se calculează forța de aderență individuală cu exactitate de 0,05 N/mm2, utilizând relația 4.3.

Se calculează forța de aderență ca valoare medie a valorilor individuale a 5 epruvete cu exactitate de

0,1 N/mm2. Aparatura folosită este dinamometru digital, acesta măsoară forța de legătură și

rezistența la tracțiune (figura 4.7).

Figura 4.7 Aparat pentru măsurarea aderenței.

52

Concluzii

Este bine cunoscut faptul că un material de construcție este durabil dacă rezistă la solicitări

mecanice, fizice și chimice și impactul acestuia asupra mediului de-a lungul întregii vieții sale este

cât mai mic posibil. În scopul de a spori eficiența, ar trebui depuse eforturi susținute în industria

fabricării materiale de constructii pentru a pune în aplicare reforme tehnologice capabile de a reduce

impactul negativ asupra mediului.

Energia încorporată, emisiile de CO2 și costurile materialelor de constructii pot fi reduse

printr-o exploatare a resurselor locale ( tuf vulcanic natural sau materiale puzzolanice artificiale).

Aceste materiale pot fi folosite în noile mortare sau betoane prin înlocuirea liantelor ( ciment

portland, var ) sau agregatelor în diferite proporții .

Unul dintre cele mai importante avantaje este legat de procesul de fabricație. Extragerea

tufului de carieră este similară cu extragerea calcarului (necesar pentru producția cimentului), dar

tuful trebuie să fie doar măcinat, în timp ce calcarul trebuie să fie măcinat și ars la temperaturi

ridicate (1450° C) pentru a se transforma în ciment.

În acest sens, folosind tuful ca un substitut pentru cimentul Portland, impactul asupra

mediului va fi redus substanțial, lucrabilitate este îmbunătățită, impermeabilitate și rezistența

mortarelor la atacurile sulfaților sunt crescute, de asemenea.

Industria producătoare de noi materiale de construcție ar trebui să extindă aplicarea surselor

alternative de energie ( biomasă, energie solară ) pentru a reduce consumul de combustibili fosili și

a emisiilor de CO2 în atmosferă.

În concluzie, răspândirea largă de pe teritoriul României, resursele mari locale, condițiile de

exploatare în cariere, costul redus de excavare, tehnologiile simple (de șlefuire, tăiere, etc.) și

energia încorporată scăzuta în comparație cu alte materiale, face din tuf un material avantajos în

domeniul materialelor de construcții (în cazul cimentului sau a betonului), acesta putând fi folosit și

ca o piatră de construcție naturală pentru construcția clădirilor ecologice.

53

Bibliografie

1. Local Resources Used in the Manufacturing of Sustainable Building Materials

2. http://ro.wikipedia.org/wiki/Zeolit

3. KERI, Agnes, Coordonator: prof. dr. ing. RUSU, Tiberiu, Caracacterizarea mineralogo-

petrografică a tufului volcanic de la Pâglișa, jud.Cluj, în vederea utilizării la epurarea apelor

4. Ana-Irina Tetian (Smical), Studii și cercetări privind utilizarea tufurilor zeolitice din zona

Bârsana în tehnologii neconvenționale de epurare a apelor uzate, Teză de doctorat

5. Barbat, A. et Marton, A., (1989), Tufurile vulcanice zeolitice, Editura Dacia., Cluj-Napoca

6. Barbat, A., Bengeanu, M., Marton, A., (1991), Modern trends in turning to best account the

volcanic tuffs of Transylvania. Results obtained.In: The volcanic tuffs from the Transylvanian

Basin, Romania, Cluj-Napoca,

7. Bedelean, H., Maicaneanu, A., Stanca, M., Burca, S., (2005), Tufurile vulcanice zeolitice din

judetul Cluj, materii prime naturale depoluante, grant CNCSIS, Raport de cercetare

8. Anca-Andreea Balog, Nicoleta Cobîrzan, Ramona-Crina Sucriu, Lucian Barbu-Tudoran –

Features of zeolitic tuffs used in bulding constructions, Buletinul Institutului Politehnic din Iași,

2013

9. Măicăneanu A., Bedelean H., Stanca M., Zeoliţii naturali. Caracterizare şi aplicaţii în protecţia

mediului. Ed. Presa Univ. Clujeană, Cluj-Napoca, 2008

10. Colella C., M. de Gennaro, R. Aiello, 2001, Use of Zeolitic Tuff in the Building Industry.

Natural Zeolites Occurrence, Properties, Aplications. Rewiews in Mineralogy and Geochemistry,

Volume 45, Mineralogical Society of America, 551-587

11. Celalettin Basyigit - The effect of zeolit rate on the thermo-mechanical properties of concrete,

Department of Construction, Faculty of Technical Education, Süleyman Demirel University, 32060

Isparta, Türkiye.

12. Arisoy B, Wu HC (2006). “Materilas characteristic of high performance lightweight concrete

reinforced with PVA”, Construction and Building Materials, (in press).

13. Stark and H.M. Ludwig, Concrete durability (in german),BauPraxis, 2001

14. A. Bădănoiu, G. Voicu / Rezistenţa la îngheţ– dezgheţ unor mortare pe bază de ciment Portland

cu zgură, tuf vulcanic şi filer calcaros

15. Elena Jumate, Lucrare de doctorat - Cercetări privind optimizarea compoziţiei mortarelor pe

bază de ciment și polimeri