Díj Mapei kutatásért

Mario Giacomo Levi

Padovában született 1878-ban, 1921-ben a Bolognai Egyetem Kémiai Technológia professzora lett. 1922-ben megalapította az Ipari Kémiai Főiskolát. 1946-ban az Olasz Kémiai Társaság lombardiai részlegének elnöke lett, majd 1950-ben Nemzeti Elnöke lett. 1954-ben halt meg.

A díjat még 2018-ban a MAPEFAST ULTRA® termékünk nyerte el, mely egy, a Mapei által a Padovai Egyetemmel (Észak-Olaszország) együttműködve kifejlesztett adalékszer.

A GŐZÉRLELÉSŰ BETON ALTERNATÍVÁJA

Az építési technológia olyan anyagokat igényel, amelyek egyre nagyobb teljesítményt, tartósságot és környezetvédelmi kompatibilitást nyújtanak. A beton gyártásához, amely a 13 milliárd m³/év előállításával a világon a legelterjedtebben használt anyag, ma már általánosan felhasználásra kerülnek adalékszerek a tulajdonságok módosítására és a kívánt teljesítmény-tulajdonságok elérése érdekében.

Előregyártott beton esetében a betonelemeket olyan gyártási technológia alkalmazásával állítják elő, amelyekben a beton érlelési és szilárdulási fázisait 50-70 °C hőmérsékleten gőzzel gyorsítják. 

Ezzel a módszerrel lehetőség van az elemek kizsaluzására már 12 óra múlva és ismételhető a gyártási ciklus.

Az érleléshez szükséges gőz előállítása azonban költséges mind a felhasznált energia, mind a technológia kialakítása, fenntartása szempontjából. Ezen kívül a gőz érlelésű elemeken a plasztikus fázis alatt a gőz által kiváltott feszültségek miatt mikrorepedések jelennek meg, amelyek csökkentik a beton mechanikai tulajdonságait és tartósságát.

A Padovai Egyetem tudományos támogatásával a Mapei kifejlesztett egy új adalékszert, a MAPEFAST ULTRA®-t, amely segít leküzdeni a gőzérlelés okozta problémákat.

Az adalékszer egy olyan víz-szuszpenzió, amely komplex hidratált szilikátokból álló nanorészecskéket tartalmaz, melyek jelentősen felgyorsítják a hidratációt és így a cement szilárdulását, gőzérlelés nélkül is.

A cement tömegére számított 2-5% MAPEFAST ULTRA®-val teljesen ki lehet váltani a gőzérlelést, és ugyanannyi idő alatt jobb mechanikai tulajdonságokkal és tartóssággal jellemezhető betonelemeket készülnek.

A gőzérlelési ciklus kiküszöbölésével 12-15%-kal csökkenthető az előregyártott betonelemek előállítása során a légkörbe kibocsátott CO₂mennyisége.

Miután a MAPEFAST ULTRA®-ban jelenlévő hidratált szilikát nanorészecskék belekerülnek a pépbe, a cement hidratációs fázisát katalizálják. Ezt a mechanizmust „mag katalízis” -nek hívjuk, ami csökkenti a kezdeti ún. „indukciós periódust”, ahol a hidratálási reakciók ténylegesen megakadályozhatók.

Ez a hatás egy másik hidratációs mechanizmussal társul, amely a heterogén nukleációtól a homogén nukleációig terjed, pozitív hatással van a hidratált cementpép mikrostruktúrájára. A létrejött termék áteresztő képessége lecsökken, így a víz és az agresszív anyagok behatolása redukálódik.

Az új termék szintézisének folyamata hidratált szilikátok kicsapása olyan oldatból, amely egy poliéter-karboxilát-alapú polimert tartalmaz, amely a nano méretű hidratált szilikátokat diszpergálja a kialakulásától kezdve (alulról felfelé történő szintézis).

A rézionok kalciummal kombinálva történő bevezetése jelentősen megnöveli a nanokristályok fajlagos felületét (250-400 m2/g), és ennek eredményeként rendkívül reaktívvá és hatékonnyá válnak.

Az új termék hatásmechanizmusát fejlett analitikai technikákkal, pl. a Synchrotron XRD-µ tomográfiával vizsgálták.

Az új termék névleges gyártási kapacitása a Mapei medgiliai gyárában (Milánó közelében) 10 000 liter/nap, ami a piaci keresletnek megfelelően tovább növelhető.

Jelenleg leginkább a Skandináv országokban forgalmazzák a terméket, ahol a beton mechanikai szilárdságának fejlődésében bekövetkezett késedelem a rideg hőmérsékleti viszonyok miatt kritikussá válhat, de más országok is nagy érdeklődést mutattak.

Az új termékre nemzetközi szabadalmat nyújtottak be (WO 2015/086453), amely már az Egyesült Államokban szabadalmat kapott (US 9617185).

Az új termék tudományos szempontjai számos tanulmány tárgyát képezték, és az eredményeket már közzétették a következő kiadványokban:

1. G. Artioli, L. Valentini, M.C. Dalconi, M. Parisatto, M. Voltolini, V. Russo and G. Ferrari, “Nano-maggal bevont magképződés képalkotása cementpépekben röntgendiffrakciós tomográfiával”, International Journal of Materials Research, 105, 628-631 oldal, 2014
2. L. Valentini, Favero, M., Dalconi, M.C., Russo, V., Ferrari, G, Artioli, G., “A kalcium-szilikát-hidratált nukleáció és növekedés kinetikai modellje a szuperfolyósítók jelenlétében”, Crystal Growth & Design, 16 (2), 646-654 oldal, 2016
3. L. Valentini, G. Ferrari, Russo, V., Stefancic, M., Serjun, V.Z., Artioli, G., “Nanokompozitok használata áteresztőképesség-csökkentő adalékként”, Journal of the American Ceramic Society, https//:doi. org/10.1111/jace.15548, 2018.

Amilcare Collina, Giorgio Ferrari.Mapei SpA Kutatás & Fejlesztés