Beton sustenabil pentru clădiri eficiente energetic

SCEnt

Informații generale

Proiectul îşi propune să promoveze folosirea unui beton sustenabil pentru pentru clădiri ceficiente energetic. În cadrul proiectului se va construi un model prototip de clădire, model la care se va ajunge în urma unor teste efectuate atât la nivel de material cât şi la nivelul unui model redus la scară al unei clădiri. Proiectul îşi propune să demonstreze eficienţa noului tip de beton sustenabil din punct de vedere al economiilor de energie folosite pentru încălzirea sau răcirea unei clădiri cu dimensiuni reale dar păstrând aceeaşi topologie ca modelul conceput precum şi comportamentul modelului propus în cazul unor mişcări seismice majore. Tipul de beton utilizat pleacă del conceptul deja existent si demonstrat prin numeroase modele matematice şi încercări epxerimentale privind utilizarea filerelor inerte derivate din deseuri industriale precum şi utilizarea perlitului sub formă de agregat uşor cu scopul de a reduce greutatea proprie şi a îmbunătăţi proprietăţile termice ale materialului nou rezultat.

De aceea se consideră că proietul pleacă de la un nivel de maturitate tehnologică TRL3 şi ajunge la TRL4 prin conceperea, construirea şi testarea în condiţii de laborator. Testele avute în vedere oferă informaţii importante privind caracteristicile mecanice, termice, emisiile de CO2 generate în procesul de obţinere a materialului precum şi comportarea acestuia la diferite încărcări dinamice.

Diseminarea rezultatelor obţinute pe parcursul proiectului se va face prin publicaţii în reviste de specialitate (în format open access) cu factor de impact precum si prin lucrări la conferinţe şi simpozioane internaţionale de referinţă în domeniu. Se va avea în vedere şi o informare regulată a partenerilor economici de pe piaţa construcţiilor privind benefiicile utilizări unei soluţii alternative la materialele pentru construcţii devenite clasice.

Proiectul este finanţat de Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării

Programul 2 – Creșterea competitivității economiei românești prin cercetare, dezvoltare și inovare

Proiect Experimental Demonstrativ – PED

Cod proiect: PN-III-P2-2.1-PED-2021-0677

Buget total: 598299 RON

Perioada de desfăşurare: 28.06.2022 – 27.06.2024

Obiectivul general

Obiectivul principal al proiectului este de a demonstra oportunitatea utilizării unui beton sustenabil atât din punct de vedere al aplicabilității la elemente structurale dar și ca o soluție pentru clădiri eficiente energetic. Consumul tot mai mare de resurse naturale neregenerabile a condus la necesitatea găsirii de soluții alternative de materii prime. O astfel de sursă alternativă o reprezintă rocile vulcanice.

UN Sustainable Development Goals (UN-SDG)

Perlitul este o rocă vulcanică ce se diferențiază de alte asemenea tipuri de roci prin faptul că atunci când este încălzit la peste 900°C acesta expandează mărindu-și volumul de la 4 până la 20 de ori. Astfel, perlitul expandat a fost folosit în industria construcțiilor ca material izolant. Avantajul major al perlitului în raport cu alte materiale izolante constă în faptul că nu este un material inflamabil. Alte avantaje care recomandă perlitul expandat ca un material cu potențial de utilizare în industria construcțiilor sunt: greutatea specifică redusă, bun izolator fonic și termic precum și faptul că este un material inert din punct de vedere chimic.

Cutremurele de pământ au reprezentat din cele mai vechi timpuri o amenințare la adresa siguranței comunităților. Odată cu apariția orașelor și dezvoltarea și extinderea pe verticală și orizontală a acestora, pagubele produse de cutremurele de pământ au devenit Semnificative. Pentru ingineri, siguranța ocupanților unei clădiri reprezintă prima și cea mai importantă misiune. Astfel, pentru a crea construcții sigure care să înglobeze materiale noi, sustenabile și eficiente energetic, este nevoie ca acestea să fie testate în laboratoare, folosind echipamente complexe.

Nivelul de maturitate tehnologică atins în cadrul proiectului este 4, adică, pornind de la concepte teoretice s-a obținut un prototip a cărui funcționalitate a fost validată în condiții de laborator. Astfel, s-a construit un model la scară redusă (1:3) a unei structuri din beton armat care a fost testată la acțiuni seismice pentru a putea certifica utilizarea noului tip de beton în cadrul structurilor de construcții din zone seismice active.

Obiective specifice

Obiectivul O1

Obţinerea unei reţete de beton sustenabil – rezultatul final al acestei etape este obţinerea unei reţete care să ofere lucrabilitatea necesară, rezistenţe mecanice ce pot justifica aplicarea acestui material la elemente portante şi, mai ales, proprietăţi termice bune. Atingerea acestui obiectiv este preconizată în primele 8-10 luni de proiect. Rezultatul scontat răspunde scopurilor 9, 10 şi 12 din lista de obiective privind sustenabilitatea propusă de Naţiunile Unite.

Obiectivul O2

Sustenabilitatea reţetei obţinute – reţeta ce întruneşte caracteristicile enumerate mai sus va fi analizată din punct de vedere a economiei de energie şi reducere a costurilor dar şi din punct de vedere al impactului asupra mediului înconjurător. Analiza impactului pe durata ciclului de viaţă (LCA) va fi realizată folosind metodologiile Cradle-to-Gate şi Cradle-to-Grave. Acest obiectiv este planificat a fi atins în luna 18 de proiect. După acest termen, analizele vor continua doar în cazul în care vor apărea elemente noi sau schimbări majore care să conducă la rezultate semnificativ diferite. Rezultatul scontat răspunde scopurilor 12 şi 13 din lista de obiective privind sustenabilitatea propusă de Naţiunile Unite.

Obiectivul O3

Eficienţa energetică a materialului dezvoltat şi comportamentul unui model 3D la scară supus acţiunilor seismice – Se vor considera mai multe tipuri de modele 3D la scară ce vor avea configuraţii diferite. Aceste diferenţe constau, în principal, în modul de realizare al închiderilor prin: pereţi alcătuiţi în întregime din beton sustenabil; pereţi din zidărie alcătuiţi din elemente ceramice cu goluri verticale umplute cu beton sustenabil; pereţi din blocuri de zidărie alcătuite din beton sustenabil. Determinarea pierderilor de căldură se va face folosind metodologi agreate în practica curentă. Încercările experimentale folosind platforma seismică vor conduce la cea mai bună soluţie atât din punct de vedere structural cât şi din punct de vedere al eficienţei energetice. Acest obiectiv va fi îndeplinit în luna 20 de proiect. Rezultatul scontat răspunde scopurilor 11 şi 12 din lista de obiective privind sustenabilitatea propusă de Naţiunile Unite.

Obiectivul O4

Diseminarea rezultatelor cercetărilor se va face prin publicaţii în reviste de specialitate cu recunoaştere internaţională în domeniu precum şi prin prezentări la conferinţe şi simpozioane internaţionale. Totodată, se vor organiza sesiuni de informare şi mese rotunde la care vor fi invitaţi să participe reprezentanţi ai mediului de afaceri cu scopul de a introduce noul material pe piaţa construcţiilor.

Activități

Activitatea A1

Etapa 1/2022 - 28.06.2022-31.12.2022

Buget Etapa 1 - 146643 RON

A1.1 – Analiza conceptuală şi actualizarea stadiului cercetărilor la nivel international în domeniu

A1.2 – Dezvoltarea reţetei optime de beton (echilbru între caracteristici mecanice şi elastice şi proprietăţi termice)

A1.3 – Determinarea proprietăţilor mecanice şi elastice (rezistenţa la întindere din încovoiere, rezistenţa la compresiune, modulul de elasticitate static)

A1.4 – Caracterizarea dinamică a materialului (modulul de elasticitate dinamic, coeficientul de amortizare al materialului)

A1.5 – Încercări experimentale privind influenţa temperaturii (gelivitate, temperaturi înalte)

A1.6 – Analize pe microstructura materialului (SEM, XRD, DSC)

A1.7 – Analize de tip LCA (Craddle to Gate, emisii de CO2 echivalent, etc.)

A1.8 – Diseminarea rezultatelor

Activitatea A2

Etapa 2/2023 - 01.01.2023-31.12.2023

Buget Etapa 2 - 306868 RON

A2.1 – Caracterizarea dinamică a materialului

A2.2 – Încercări experimentale la gelivitate

A2.3 – Analize pe microstructura materialului

A2.4 – Analiza de tip LCA - analiza cost/beneficiu

A2.5 – Confecționarea modelelor 3D la scară redusă

A2.6 – Analize numerice și încercări experimentale pe platforma seismică

A2.7 – Diseminare rezultate proiect - etapa 2

Activitatea A3

Etapa 3/2024 - 01.01.2024-31.12.2024

Buget Etapa 3 - 144788 RON

A3.1 – Confecționare prototip final model 3D

A3.2 – Analiza de tip LCA - analiza cost/beneficiu

A3.3 – Analize numerice parametrice

A3.4 – Diseminare rezultate proiect - etapa 3

Echipa

Conf.dr.ing. Ionuţ-Ovidiu TOMA – director de proiect

     

Prof.univ.dr.ing. Nicanor CIMPOEŞU – membru

     

Conf.univ.dr.ing. Petru MIHAI – membru

   

Şef lucr.dr.ing. Oana-Mihaela BANU – membru

     

Şef lucr.dr.ing. Ioana OLTEANU – membru

     

Şef lucr.dr.ing. Sebastian-Goerge MAXINEASA – mebru

     

Şef lucr.dr.ing. George ŢĂRANU – membru

     

Şef lucr.dr.ing. Vasile-Mircea VENGHIAC – membru

     

Dr.fiz.ing. Sergiu-Mihai ALEXA-STRATULAT – membru

     

Dr.ing. Rareş-George ŢĂRAN – membru

Rezultate

Diseminare etapa 1

Toma I.O., Alexa-Stratulat S.M., Mihai P., Toma A.M., Venghiac V.M., Influence of elevated temperature on the early age properties of cement mortar with zeolite powder, Proceedings of SGEM International Scientific Conferences on Earth & Planetary Sciences, 22(6.2), pp. 429–436, ISBN 978-619-7603-52-1, https://doi.org/10.5593/sgem2022V/6.2/s26.55 , 6-9 decembrie 2022, Viena, Austria (SCOPUS ID: 2-s2.0-85159557709)

Toma I.O., Olteanu I., Țăranu G., Banu O., Alexa-Stratulat S.M., Early age mechanical preoperties of cement based mortar with zeolite aggregates, Proceedings of SGEM International Scientific Conferences on Earth & Planetary Sciences, 22(6.2), pp. 405–412, ISBN 978-619-7603-52-1, https://doi.org/10.5593/sgem2022V/6.2/s26.52 , 6-9 decembrie 2022, Viena, Austria (SCOPUS ID: 2-s2.0-85159592602)

Diseminare etapa 2

Lucrări prezentate în cadrul conferințelor internaționale:

Alexa-Stratulat S.M., Stoian G., Rusu M.-M., Ardelean I., Cimpoeșu N., Toma I.O., Analysis of Pore Structure in Cement Pastes with Natural Zeolites, Proceedings of 7th International Conference on Advanced Materials, Structures and Mechanical Engineering (7th ICAMSME 2023), 17-19 martie 2023, Incheon National University, South Korea

Țăranu G., Olteanu I., Venghiac V.M., Banu O.M., Toma I.O., Florea V., Numerical Investigations on the Seismic Behavior of a Reinforced Concrete Frame Structure, Proceedings of International Conference on Computation Civil Engineering – Embedding Digital and Green for Resilient Constructions (CCE2023), 24-25 mai 2023, Iași, Romania

Venghiac V.M., Banu O.M., Țăranu G., Olteanu I., Toma I.O., Băetu S.A., Time-History Analyses on the Effect of Partial Infill Walls on the Seismic Response of a Reinforced Concrete Frame Structure, Proceedings of International Conference on Computation Civil Engineering – Embedding Digital and Green for Resilient Constructions (CCE2023), 24-25 mai 2023, Iași, Romania

Covatariu G., Toma I.O., Alexa-Stratulat S.M., Covatariu D., Bunea G., Olteanu I., The Use of Artificial Neural Network for Predicting the Thermal Conductivity of Cement Based Mortar with Natural Zeolites, Proceedings of International Conference on Computation Civil Engineering – Embedding Digital and Green for Resilient Constructions (CCE2023), 24-25 mai 2023, Iași, Romania

Alexa-Stratulat S.M., Covatariu D., Bunea G., Banu O.M., Maxineasa S.G., Toma I.O., High-Temperature Behavior of Zeolite Containing Mortar: Experiment and Modeling, Proceedings of International Conference on Computation Civil Engineering – Embedding Digital and Green for Resilient Constructions (CCE2023), 24-25 mai 2023, Iași, Romania

Toma I.O., Alexa-Stratulat S.M., Toma A.M., Bunea G., Țăranu G., Thermal Conductivity of Mortar with Expanded Perlite, Proceedings of 23rd International Multidisciplinary Scientific GeoConference (SGEM 2023), 2023, 23(6.1), pp. 353–360, ISBN 978-619-7603-61-3, https://doi.org/10.5593/sgem2023/6.1/s26.44 , 1-10 iulie 2023, Albena, Bulgaria (SCOPUS ID: 2-s2.0-85177859227)


Lucrări publicate în reviste indexate WebofKnowledge (Clarivate Analytics), încadrate Q1 sau Q2 conform JCR 2022:

Toma I.O., Stoian G., Rusu M.M., Ardelean I., Cimpoeșu N., Alexa-Stratulat S.M., Analysis of Pore Structure in Cement Pastes with Micronized Natural Zeolite, MDPI Materials, vol. 16(13), 4500, 2023, https://doi.org/10.3390/ma16134500

Alexa-Stratulat S.M., Olteanu I., Toma A.M., Pastia C., Banu O., Corbu O.C., Toma I.O. The use of natural zeolites in cement based construction materials - a state of the art review, MDPI Coatings, eISSN 2079-6412, Special Issue: Recent Progress in Sustainability and Durability of Concrete and Mortar Composites, vol. 14(1), 18, 2023, https://doi.org/10.3390/coatings14010018

Diseminare etapa 3

Lucrări prezentate în cadrul conferințelor internaționale:

Toma I.O., Venghiac V.M., Alexa-Stratulat S.M., Banu O.M., Mathe A.E, Mihai P., Characterization of Concrete Using Expanded Perlite Aggregates, 6th Euro-Mediterranean Conference for Environmental Integration (EMCEI 2024), paper 209, 15-18 mai 2024, Marrakech, Maroc


Lucrări publicate în reviste indexate WebofKnowledge (Clarivate Analytics):

Alexa-Stratulat S.M., Taranu G., Toma A.M., Olteanu I., Pastia C., Bunea G., Toma I.O., Effect of expanded perlite aggregates and temperature on the strength and dynamic elastic properties of cement mortar, ELSEVIER Construction and Building Materials, vol. 438, id. 137229, 2024, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137229

Contactați-ne


ionut-ovidiu.toma@academic.tuiasi.ro

Locația noastră

+40 232 278 683