NAZIV:
J1-3026 Sintranje glinenih materialov s stiskanjem pri hidrotermalnih pogojih
OPIS:
Minerali gline so nastali s kemičnim preperevanjem silikatnih kamnin in se zbirali v usedlinah. Sedimentne kamnine so se nato skozi milijone let oblikovale s procesi cementiranja kot del diageneze in kompaktiranja usedlin. Po drugi strani pa človeški izdelki nastanejo in se utrdijo v nekaj dneh. Vendar pa energetske potrebe in emisije CO2 povezane s proizvodnjo povzročajo globalno segrevanje. Učinkovita raba energije in surovin v vseh fazah je ključnega pomena za razogljičenje gradbenega sektorja. Glineni sedimenti, ki se uporabljajo za proizvodnjo opeke, so bogat, a vendar končen vir surovin. Žgana glinena opeka je eden najstarejših gradbenih materialov proizvedenih za gradbene namene in ima zaradi svoje trdnosti in trajnosti prednost pred drugimi materiali. Znatno znižanje ogljičnega odtisa žgane glinene opeke bi bil pomemben korak k trajni vzdržnosti gradbenega sektorja. Tak izjemen dosežek bi lahko bil osnovan na principu hladnega sintranja (ang. cold sintering process – CSP), novega koncepta sintranja keramičnih materialov, ki omogoča sintranje pri nizkih temperaturah (temperature do 300°C) in zmernem tlaku (<500 MPa). V nasprotju z raziskavami hladnega sintranja v literaturi, osredotočenimi na sintetične fazno čiste materiale, se v projektu CSP4clays osredotočamo na mineral gline, ki je prisoten v naravi, z uporabnimi mehanskimi lastnostmi. Cilj projekta CSP4clays je razkriti uporabnost CSP postopka na glinah in razširiti znanje o principu hladnega sintranja. Projekt bo odkril mehanizme hladnega sintranja med zgoščevanjem izbranih glinenih materialov, za katere predvidevamo kompleksne fazne transformacije. Projekt je prvi poskus nizkotemperaturnega sintranja za izdelavo gradbenih elementov na osnovi glin ki bo omogočil velike in izredno pomembne koristi za okolje. Na podlagi temeljitega pregleda literature in strokovnega znanja članov projektne skupine smo oblikovali štiri glavne cilje: 1. raziskati CSP princip in osnovne mehanizme na čistih glinenih mineralih kaolinita, ilita in brezvodnega metakaolina, 2. razkriti vlogo fizikalno in kemijsko vezane vode v plastni strukturi glin, določiti način izločanja vode iz strukture gline in slediti razvoju mikrostrukture vzorca med CSP procesom, 3. ovrednotiti uporabnost CSP principa za procesiranje naravne gline, ki se uporablja v proizvodnji glinene opeke, ter 4. primerjati lastnosti hladno sintranih vzorcev s konvencionalno sintranimi vzorci in literaturnimi podatki o geološkem kompaktiranju glinenih sedimentov. Za oceno uporabnosti principa CSP na glinah se bodo raziskave najprej osredotočile na čiste glinene minerale in vlogo fizično in kemično vezane vode, tudi s hladnim sintranjem brezvodnega kaolinita (metakaolin). Inkontruentno raztapljanje glinenega minerala, ki zavira CSP proces, bomo kompenzirali s prilagoditvijo sestave in pH-ja tekoče faze. Karakterizacija bo osredotočena na spremembe na mejah med zrni, povezane z masnim transportom med procesom sintranja v hladnem, kar zagotavlja ustrezne mehanske lastnosti. Naslednji cilj je uporabiti CSP princip na naravne glini, ki se uporablja v proizvodnji glinene opeke. Kot pri običajni obdelavi predvidevamo, da bo mehanske lastnosti zagotavljala glinena snov, ki se med CSP procesom lahko amorfizira in ponovno kristalizira. Upoštevali bomo več možnosti za izboljšanje sintranja naravne gline z več kot 50% drugih faz, vključno z možnostjo uporabe alkalnih aktivatorjev. Reakcije, ki se pojavijo v hidrotermalnih pogojih CSP, bomo primerjali s kompleksnim vedenjem glinenih mineralov med običajnim žganjem. Poleg tega bomo lastnosti hladno sintranih vzorcev primerjali z literarnimi podatki o kompaktiranju siliciklastičnih usedlin s podobno vsebnostjo gline.
TRAJANJE:
2021/10/01 - 2024/09/30
FINANCIRANJE:
Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije
VEČ:
