Consolidarea și prezervarea monumentelor istorice utilizând materiale inovative pe bază de nano-hidroxid de calciu, ca atare sau dopat, proaspat sintetizat

01
Descriere proiect

Prezentul proiect are ca scop dezvoltarea de materiale inovatoare pe bază de nano-hidroxid de calciu (nanovar), cu proprietăți de autovindecare și curățare, potrivite pentru lucrările de consolidare și prezervare a monumentelor din piatră, a tencuielilor și suprafețelor arhitecturale. În acest scop, hidroxidul de calciu nanostructurat, obținut prin reciclarea cojilor de ouă în concordanță cu cererea de brevet număr A/00226/2019, va fi dopat cu Zn (II) și Ti (IV). Materialele rezultate pe bază de nanovar (Ca(OH)2/ZnO/TiO2) vor fi stabilizate în suspensii alcoolice, pentru evitarea carbonatării nanovarului. Proprietățile de consolidare, autovindecare și curățare (capacitatea de prezervare) a materialelor dezvoltate pe bază de nanovar vor fi evaluate pe modelele fizice (statui în miniatură), create special în acest scop. Astfel, modelele fizice vor fi deteriorate controlat prin diferite metode (cicluri de îngheț – dezgheț, expunerea la radiații UV, fisurare controlată) și ulterior vor fi tratate cu suspensii conținând materiale pe bază de nanovar (peliculizarea suprafețelor respectiv injecții în fisuri). Pentru evaluarea stării de prezervare a modelelor fizice se vor determina: porozitatea, capacitatea de absorbție a apei, rezistența la compresiune, rezistența la atac sulfatic înainte și după tratament, evaluarea macro și microstructurală a suprafețelor și a variațiilor de culoare. Pentru determinarea adâncimii de penetrare a suspensiilor alcoolice pe bază de nanovar, absorbția agentului de consolidare va fi evaluată folosind indicatori chimici. În plus, efectul de consolidare și prezervare a materialelor pe bază de nanovar va fi evaluat pe statui în miniatură expuse în mediul natural timp de 360 de zile.

Obiectivul proiectului

Obiectivul proiectului este de a dezvolta materiale pe bază de nano-Ca(OH)2 – obținut din deșeuri agro-industriale, cu proprietăți de auto-vindecare și curățare, proiectate pentru consolidarea și prezervarea monumentelor din piatră, tencuieli și suprafețe arhitecturale, demonstrând funcționalitatea acestora pe modele fizice (statui în miniatură) obținute în cadrul proiectului în acest scop. Mai mult decât atât, se va realiza o etapă suplimentară testelor de laborator, având în vedere că funcționalitatea acestor materiale noi trebuie să fie demonstrată și în condiții reale de mediu (de exemplu, expunerea la radiații solare, umiditate, temperatură, atac chimic și biochimic etc.), astfel încât acestea să îndeplinească parametrii necesari pentru a putea fi folosite în lucrările majore de consolidare și prezervare.

Plan de activități

Etapa I – Sinteza și caracterizarea
constituenților unitari din sistemul nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2

Activități incluse

Rezultate

A1.1. Documentare privind nanomaterialele disponibile și tehnicile utilizate în lucrările de consolidare și prezervare a monumentelor istorice (monumente din piatră, tencuieli și suprafețe arhitecturale).

A1.2. Sinteza constituenților unitari din sistemul nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2

A1.3. Caracterizare preliminară a constituenților unitari ai sistemului nanocompozit Ca(OH)2/ZnO/TiO2

A1.4. Dezvoltarea și actualizarea paginii web a proiectului

– studiu privind tehnicile disponibile utilizate în lucrările de consolidare și prezervare a monumentelor istorice din piatră, tencuieli și suprafețe arhitecturale;
– raport tehnico-științific privind metodele de sinteză utilizate pentru obținerea constituenților unitari ai sistemului nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2;
– raport tehnico-științific cu rezultate preliminare referitoare la caracteristicile fizico-chimice ale constituenților unitari ai sistemului nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2;
– pagină web.

Etapa II – Obținerea și validarea în laborator a suspensiilor stabile obținute pe bază de nano-Ca(OH)2 nedopat / dopat cu nano-ZnO și TiO2 în vederea evaluării proprietăților de auto-curățare și auto-vindecare

Activități incluse

Rezultate

A2.1. Caracterizare integrală a constituenților unitari ai sistemului nanocompozit Ca(OH)2/ZnO/TiO2

A2.2. Sinteza și caracterizarea sistemului nanocompozit Ca(OH)2/ZnO/TiO2

A2.3. Obținerea suspensiilor alcoolice stabile prin varierea concentrației de nano-Ca(OH)2 nedopat / dopat cu nano-ZnO și TiO2

A2.4. Obținerea modelelor fizice suport (statui miniaturale și probe cubice de mortar), utilizând materiale liante specifice monumentelor istorice

A2.5. Degradarea controlată a suprafețelor modelelor fizice prin cicluri repetate de îngheț-dezgheț și expunere la radiație UV și acoperirea prin spraiere cu suspensii stabile de nano-Ca(OH)2 pentru a evalua capacitatea de regenerare a suprafeței

A2.6. Fisurare controlată a modelelor fizice suport și injectarea cu suspensii stabile în micro-fisuri pentru a evalua proprietățile de auto-vindecare

A2.7. Determinarea adâncimii de penetrare / difuzie a nano-Ca(OH)2 prin măsurarea adâncimii de carbonatare

A2.8. Participare la curs de instruire pentru aplicațiile TOPAS Rietveld și Diffract.Eva

A2.9. Evaluarea proprietăților fizico-mecanice ale modelelor fizice suport înainte și după tratamentul cu nanomateriale pe bază de Ca(OH)2

A2.10. Analiza macro- și microstructurală a suprafețelor statuilor miniaturale tratate și netratate cu suspensii stabile pe bază de nano-Ca(OH)2

A2.11. Evaluarea stabilității culorii a statuilor miniaturale tratate cu suspensii stabile pe bază de nano-Ca(OH)2

A2.12. Diseminarea rezultatelor obținute

– raport tehnico-științific referitor la caracteristicile fizico-chimice ale materialelor din sistemul nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2 și capacitatea de auto-vindecare și auto-curățare a modelelor fizice tratate cu suspensiile stabile obținute;

– 2 tipuri de produse ecologice noi, cu aplicabilitate la consolidarea și prezervarea monumentelor din piatră, tencuieli și suprafețe arhitecturale;

– 1 cerere de brevet național;

– 2 tehnologii / proceduri îmbunătățite;

– publicarea a 3 lucrări științifice (ISI / BDI) în reviste naționale și internaționale;

– participarea la 2 evenimente științifice naționale și/sau internaționale, cum ar fi conferințe, seminarii și ateliere de specialitate, unde rezultatele vor fi prezentate atât sub formă de poster, cât și în prezentări orale;

– participarea la 1 curs de instruire pentru 2 cercetători științifici în aplicațiile TOPAS Rietveld și Diffract.Eva.

Etapa III – Validarea produselor
ecologice dezvoltate în condiții reale de mediu

Activități incluse

Rezultate

A3.1. Determinarea stării de conservare a statuilor miniaturale după expunerea la perioade lungi de timp în condiții naturale de mediu

A3.2. Diseminarea rezultatelor obținute

– raport tehnico-științific cu rezultatele evaluării stării de conservare a statuilor miniaturale după expunerea la perioade lungi de timp în condiții naturale de mediu;

– publicarea a 2 lucrări științifice (ISI / BDI) în reviste naționale și internaționale;

– participarea la 1 eveniment științific național și/sau internațional.

Rezultate estimate

Principalele rezultate obținute prin implementarea proiectului nanoCoM vor fi următoarele:

- 2 tipuri de produse ecologice noi, care pot fi utilizate în siguranță la consolidarea și prezervarea monumentelor din piatră, tencuieli și suprafețe arhitecturale;

- 1 cerere de brevet național privind materialele obținute pentru consolidarea și prezervarea monumentelor istorice din piatră, crescând astfel interesul pentru rezultatele proiectului, și facilitând o potențială colaborare dintre consorțiu și sectorul public;

- 2 tehnologii / proceduri îmbunătățite în mod semnificativ referitoare la determinarea grosimii optime a stratului de acoperire cu suspensii stabile pe bază de nano-Ca(OH)2 prin pulverizare și determinarea cantității optime de material necesară pentru a umple porii și microfisurile interne (prin injecții) pentru a demonstra proprietățile de auto-vindecare;

- publicarea a 5 lucrări științifice (ISI / BDI) în reviste naționale și internaționale;

- participarea la 3 evenimente științifice naționale și internaționale, cum ar fi conferințe, seminarii și ateliere de specialitate, unde rezultatele vor fi prezentate atât sub formă de poster, cât și în prezentări orale;

- participarea la 1 curs de instruire pentru 2 cercetători științifici în aplicațiile TOPAS Rietveld și Diffract.Eva;

- 1 pagină web a proiectului, care va conține informații despre obiectivele, activitățile și rezultatele proiectului.

Rezumatul etapelor

Rezumatul etapei I

În cadrul Etapei 1/2020 - Sinteza și caracterizarea constituenților unitari din sistemul nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2 a proiectului experimental demonstrativ nano-CoM au fost prevăzute 3 activități de cercetare fundamentală și dezvoltare experimentală și o activitate de diseminare pe scară largă a rezultatelor, ce au fost realizate complet și la timp, determinând atingerea obiectivelor prevăzute. Astfel, au fost identificate metodele de conservare şi prezervare a monumentelor istorice, materialele utilizate în lucrări, inclusiv diferitele tipuri de nanomateriale ce pot fi folosite. De asemenea, s-au sintetizat nano-Ca(OH)2 din coji de ouă, precum şi ZnO şi TiO2 din precursori chimici de puritate avansată, iar pulberile nanometrice obținute au fost caracterizate preliminar prin difracție de raze X (XRD), microscopie electronică de baleiaj (SEM) cuplată cu spectrometrie de raze X (EDS), precum și analiză termogravimetrică (ATD). Rezultatele obținute au indicat morfologia și dimensiunea adecvată a materialelor obținute făcându-le potrivite pentru utilizarea lor ulterioară în activitățile de prezervare și consolidare a monumentelor.

Rezumatul etapei II

În cadrul Etapei 2/2021 - Obținerea și validarea în laborator a suspensiilor stabile obținute pe bază de nano-Ca(OH)2 nedopat / dopat cu nano-ZnO și TiO2 în vederea evaluării proprietăților de auto-curățare și auto-vindecare a proiectului experimental demonstrativ nano-CoM au fost prevăzute mai multe activități de cercetare fundamentală și dezvoltare experimentală și o activitate de diseminare pe scară largă a rezultatelor, ce au fost realizate complet și la timp, determinând atingerea obiectivelor prevăzute.

Astfel, a fost realizată o caracterizare mai amplă fizico – chimică a constituenților unitari ai sistemului nano-Ca(OH)2, obținut din coji de ouă, ZnO şi TiO2 obținuți din precursori chimici de puritate avansată, prin difracție de raze X (XRD), microscopie electronică de baleiaj (SEM) cuplată cu spectrometrie de raze X (EDS), analiză termogravimetrică (ATD), fluorescență de raze X (XRF) și granulometrie laser. Ulterior acestei activități a fost descrisă sinteza și caracterizarea sistemului ternar nanocompozit Ca(OH)2/ZnO/TiO2, evidențiindu-se ampla activitate de cercetare realizată și etapele parcurse pentru atingerea rezultatelor preconizate. Au fost descrise noi tehnologii de obținere a materialelor destinate prezervării și conservării monumentelor istorice precum și procedee de obținere și de aplicare a unor mortare noi formulate din 15 părți în greutate amestec compus din cenușă zburătoare, ciment Portland și oxid de calciu, cu 10 părți în greutate amestec de perlit expandat, coaja de ou, oxid de calciu, oxid de zinc, dioxid de titan și trei ceramici colorate și 25 părți în greutate apă cu rășină acrilică. Au fost evaluate proprietățile fizico-mecanice ale modelelor fizice suport înainte și după tratamentul cu nanomateriale pe bază de Ca(OH)2 prin încercări mecanice la compresiune, demonstrându-se efectul pozitiv de consolidare a nanomaterialelor obținute în proiect. Analiza macro- și microstructurală a suprafețelor staturilor miniaturale tratate și netratate cu suspensii stabile pe bază de nano-Ca(OH)2 utilizând microscopia electronică de baleiaj a confirmat rezultatele testelor mecanice, evidențiind, după tratament, formarea unor suprafețe netede compacte datorită umplerii spațiul dintre granule cu noi compuși formați prin carbonatarea Ca(OH)2, efectul de vindecare fiind în acest caz foarte bine evidențiat. În cadrul activității de evaluare a stabilității culorii a probelor de mortar tratate cu suspensii stabile pe bază de nano-Ca(OH)2 au fost utilizați pigmenți anorganici obținuți din nămoluri de galvanizare, precum hidroxid cromic [Cr(OH)3], cromat de plumb (PbCrO4), cromat de bariu (BaCrO4) și hidroxid feric [Fe(OH)3]. Au fost realizate suspensii stabile alcoolice cu conținut de Ca(OH)2:TiO2:ZnO:pigment în raport masic de 2:2:2:1. Examinarea vizuală după cele 28 de zile de păstrare a probelor (epruvetele) cubice de mortar în atmosfera laboratorului a evidențiat buna stabilitate a culorilor prin lipsa eflorescențelor sau a stratului albicios de pe suprafață.

Rezultate obtinute in cadrul proiectului

Produse ecologice noi, cu aplicabilitate la consolidarea și prezervarea monumentelor din piatră, tencuieli și suprafețe arhitecturale precum: zincat de calciu, amestec ternar Ca(OH)2 – TiO2 – ZnO în suspensii alcoolice, mortar aditivat pentru finisaje ale monumentelor vechi, respectiv amestec Ca(OH)2 – TiO2 – ZnO – pigment anorganic;
Cerere de brevet de invenție nr.a 2020 00862, cu titlul: ”Compoziție de mortar aditivat pentru finisaje ale monumentelor vechi și procedeu de obținere și de aplicare”;
6 lucrări științifice (ISI / BDI) publicate în reviste naționale și internaționale;
Procedee de obtinere a materialelor cu aplicabilitate la consolidarea și prezervarea monumentelor din piatră, tencuieli și suprafețe arhitecturale precum: pprocedeu de obținere a unei compoziție de mortar aditivat pentru finisaje ale monumentelor vechi; procedeu de aplicare a unei compoziție de mortar aditivat pentru finisaje ale monumentelor vechi; procedeu de obținere zincat de calciu utilizat pentru conservarea monumentelor de calcar; procedeu de obținere amestec ternar Ca(OH)2 – TiO2 – ZnO utilizat la prezervarea monumentelor.
participarea la evenimente științifice naționale și/sau internaționale, unde rezultatele au fost prezentate sub formă de poster.

Consolidarea și prezervarea monumentelor istorice utilizând materiale inovative pe bază de nano-hidroxid de calciu, ca atare sau dopat, proaspat sintetizat

01 Descriere proiect

Plan de activități

Etapa I – Sinteza și caracterizarea constituenților unitari din sistemul nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2

Activități incluse

Rezultate

A1.1. Documentare privind nanomaterialele disponibile și tehnicile utilizate în lucrările de consolidare și prezervare a monumentelor istorice (monumente din piatră, tencuieli și suprafețe arhitecturale).

A1.2. Sinteza constituenților unitari din sistemul nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2

A1.3. Caracterizare preliminară a constituenților unitari ai sistemului nanocompozit Ca(OH)2/ZnO/TiO2

A1.4. Dezvoltarea și actualizarea paginii web a proiectului

Etapa II – Obținerea și validarea în laborator a suspensiilor stabile obținute pe bază de nano-Ca(OH)2 nedopat / dopat cu nano-ZnO și TiO2 în vederea evaluării proprietăților de auto-curățare și auto-vindecare

Activități incluse

Rezultate

A2.1. Caracterizare integrală a constituenților unitari ai sistemului nanocompozit Ca(OH)2/ZnO/TiO2

A2.2. Sinteza și caracterizarea sistemului nanocompozit Ca(OH)2/ZnO/TiO2

A2.3. Obținerea suspensiilor alcoolice stabile prin varierea concentrației de nano-Ca(OH)2 nedopat / dopat cu nano-ZnO și TiO2

A2.4. Obținerea modelelor fizice suport (statui miniaturale și probe cubice de mortar), utilizând materiale liante specifice monumentelor istorice

A2.5. Degradarea controlată a suprafețelor modelelor fizice prin cicluri repetate de îngheț-dezgheț și expunere la radiație UV și acoperirea prin spraiere cu suspensii stabile de nano-Ca(OH)2 pentru a evalua capacitatea de regenerare a suprafeței

A2.6. Fisurare controlată a modelelor fizice suport și injectarea cu suspensii stabile în micro-fisuri pentru a evalua proprietățile de auto-vindecare

A2.7. Determinarea adâncimii de penetrare / difuzie a nano-Ca(OH)2 prin măsurarea adâncimii de carbonatare

A2.8. Participare la curs de instruire pentru aplicațiile TOPAS Rietveld și Diffract.Eva

A2.9. Evaluarea proprietăților fizico-mecanice ale modelelor fizice suport înainte și după tratamentul cu nanomateriale pe bază de Ca(OH)2

A2.10. Analiza macro- și microstructurală a suprafețelor statuilor miniaturale tratate și netratate cu suspensii stabile pe bază de nano-Ca(OH)2

A2.11. Evaluarea stabilității culorii a statuilor miniaturale tratate cu suspensii stabile pe bază de nano-Ca(OH)2

A2.12. Diseminarea rezultatelor obținute

– raport tehnico-științific referitor la caracteristicile fizico-chimice ale materialelor din sistemul nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2 și capacitatea de auto-vindecare și auto-curățare a modelelor fizice tratate cu suspensiile stabile obținute;

– 2 tipuri de produse ecologice noi, cu aplicabilitate la consolidarea și prezervarea monumentelor din piatră, tencuieli și suprafețe arhitecturale;

– 1 cerere de brevet național;

– 2 tehnologii / proceduri îmbunătățite;

– publicarea a 3 lucrări științifice (ISI / BDI) în reviste naționale și internaționale;

– participarea la 2 evenimente științifice naționale și/sau internaționale, cum ar fi conferințe, seminarii și ateliere de specialitate, unde rezultatele vor fi prezentate atât sub formă de poster, cât și în prezentări orale;

– participarea la 1 curs de instruire pentru 2 cercetători științifici în aplicațiile TOPAS Rietveld și Diffract.Eva.

Etapa III – Validarea produselor ecologice dezvoltate în condiții reale de mediu

Activități incluse

Rezultate

A3.1. Determinarea stării de conservare a statuilor miniaturale după expunerea la perioade lungi de timp în condiții naturale de mediu

A3.2. Diseminarea rezultatelor obținute

– raport tehnico-științific cu rezultatele evaluării stării de conservare a statuilor miniaturale după expunerea la perioade lungi de timp în condiții naturale de mediu;

– publicarea a 2 lucrări științifice (ISI / BDI) în reviste naționale și internaționale;

– participarea la 1 eveniment științific național și/sau internațional.

Rezultate estimate

Rezumatul etapelor

Rezultate obtinute in cadrul proiectului

Conținut media

01
Descriere proiect

Etapa I – Sinteza și caracterizarea
constituenților unitari din sistemul nano-Ca(OH)2/ZnO/TiO2

Etapa III – Validarea produselor
ecologice dezvoltate în condiții reale de mediu