Betonas užima antrąją vietą tarp plačiausiai naudojamų medžiagų pasaulyje, populiarumu nusileisdamas tik vandeniui. Pagrindinė jo sudedamoji dalis yra portlandcementis. Jo gamyboje naudojamos natūralios medžiagos ir aukšta temperatūra kenkia aplinkai bei didina statybų pramonės paliekamą anglies pėdsaką.
Sparti urbanizacija ir dėl to didėjantis cemento poreikis skatina mokslininkus ieškoti tvaresnių statybos sprendimų. Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkai siūlo realistišką alternatyvą ugniai ir karščiui atsparioms statybinėms medžiagoms. Jų naujausias tyrimas rodo, kad kruopščiai atrinkti smulkūs užpildai – ypač korundas ir keramikos atliekos – leidžia iš atliekų pagamintam geopolimeriniam betonui išlikti stipriam net ir 800°C temperatūroje.
„Jei portlandcemenčio gamyba reikalauja aukštos temperatūros ir gamtinių išteklių, geopolimerinius rišiklius daugeliu atvejų galima pagaminti žemesnėje temperatūroje ir visiškai iš atliekų“, – sako Kauno technologijos universiteto (KTU) Statybos ir architektūros fakulteto mokslininkė profesorė Danutė Vaičiukynienė.
Geopolimerų rišikliai gali tapti ekologiškesne alternatyva statybose. Pakeitus mišinyje portlandcementį, galima gauti geopolimerų skiedinį arba betoną, kuris statybose gali pakeisti tradicines cementines medžiagas.
Atsparesnis karščiui nei tradicinis betonas
Prof. D. Vaičiukynienės mokslininkų grupė jau daugelį metų kuria ir analizuoja iš atliekų pagamintus geopolimerinius rišiklius. Naujausiame tyrime mokslininkai kaip bazines medžiagas naudojo keraminių plytų ir metakaolino atliekas bei penkis skirtingus smulkius užpildus – smėlį, granitą, bazaltą, keramines atliekas ir korundą. Rezultatai mokslininkus nustebino.
Esant 800°C temperatūrai geriausius rezultatus parodę bandiniai pasiekė 34,7 MPa ir 53,0 MPa stiprumą, ir beveik neįtrūko. Palyginti su jais, tradiciniai portlandcemenčio betonai esant panašioms temperatūroms įprastai susilpnėja ir supleišėja, todėl geopolimerai yra kur kas patikimesnis pasirinkimas, kuriant karščiui ir ugniai atsparias konstrukcijas.
„Pastatuose ir pramonės įmonėse yra zonų, kuriose betonas naudojamas tiesiogine prasme šalia ugnies – aplink kaminus, katilus, židinius, tunelius ar įrangą, kuri veikia ypač aukštoje temperatūroje. Tose vietose reikalingos medžiagos, kurios ne tik nedega, bet ir nepraranda savo pagrindinių savybių, tame tarpe ir stiprumo, aukštose temperatūrose, o būtent tam šie geopolimerų skiediniai puikiai tinka“, – aiškina prof. D. Vaičiukynienė.
Tipiniai ugniai atsparių statybinių medžiagų taikymo pavyzdžiai apima tunelių ir požeminės infrastruktūros apdailą, grindis, cokolines sienas bei apsaugines dangas šalia krosnių, katilų, kaminų ar cheminių reaktorių; jos naudojamos pasyviose priešgaisrinės apsaugos sistemose kaip šiluminis skydas, saugantis konstrukcijų vientisumą.
Šis KTU mokslininkų tyrimas yra vienas iš pirmųjų, kuriame sistemingai lyginami keli skirtingi smulkūs užpildai su tuo pačiu atliekų pagrindu sukurtu geopolimeriniu rišikliu, esant identiškam aukštos temperatūros poveikiui, ir aiškiai parodoma, kad korundo bei keraminių atliekų užpildai geriausiai išlaiko stiprumą po poveikio 800°C.
Toliau kaitinant tik stiprėja
Pasak KTU mokslininkės, medžiagos unikalumas glūdi ne tik jos cheminėje sudėtyje ir proporcijose, bet ir savybėse, kurios atsiskleidžia medžiagą daugybę kartų veikiant aukšta temperatūra. „Tęsiame savo sukurto betono savybių tyrimus ir jau matome, kad ciklinis veikimas aukšta temperatūra mūsų skiedinio nesilpnina – jis netgi tampa stipresnis“, – atskleidžia prof. D. Vaičiukynienė.
Be stiprumo ir ilgaamžiškumo, ji kaip vieną iš pagrindinių medžiagos privalumų išskiria jos ekologiškumą. Naujas geopolimerinis rišiklis pagamintas vien iš atliekų. Jo gamybai iš griovimo aikštelių buvo surinktos ir sumaltos keraminių plytų atliekos, o gamybai naudotas metakaolinas – tai kaolino atliekos iš Druskininkuose esančios gamyklos.
„Metakaolinas tapo puikia pradine medžiaga; jo nereikia nei smulkinti, nei rūšiuoti – tiesiog imk ir naudok“, – aiškina prof. D. Vaičiukynienė. Geopolimerinis rišiklis, skirtingai nuo portlandcemenčio, aktyvuojamas šarminiais tirpalais, nenaudojant pernelyg aukštų temperatūrų. Tai dar vienas aspektas, dėl kurio jis yra ekologiškesnis.
Turėdama chemijos mokslų išsilavinimą, prof. D. Vaičiukynienė jau daugelį metų atlieka tyrimus su atliekų pagrindu pagamintais geopolimeriniais rišikliais. Tarp jos projektuose naudotų atliekų buvo ir fosfogipsas, ir net nendrių stiebai. „Kai įmonė kreipiasi su užklausa dėl galimo jų atliekų panaudojimo, sunku iš karto sugalvoti, kur galėtume tas ar kitas medžiagas pritaikyti. Kartais atsakymas ateina po dvejų ar trejų metų nuolatinių eksperimentų“, – sako KTU mokslininkė.
Realiuose statybos projektuose naujos medžiagos naudojamos vangiai
Nors Europoje ir už jos ribų atliekama daug mokslinių tyrimų, kuriuose analizuojamos geopolimerinių rišiklių savybės, šios medžiagos statyboje beveik dar nenaudojamos – KTU tyrėja teigė kol kas žinanti tik apie atskirus statinius Ukrainoje. Ji mano, kad viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl geopolimerai dar nėra plačiai naudojami statyboje, yra aiškių ir standartizuotų statybinių normų šiai medžiagų grupei trūkumas.
„Be to, egzistuoja ir psichologinės bei ekonominės kliūtys: klinkerinių rišiklių pramonė turi įsitvirtinusią rinką ir, suprantama, nenori užleisti vietos naujai medžiagai, kuri galėtų kelti grėsmę jos pelnui, o betono gamintojai atsargiai žiūri į darbą su nepažįstama medžiaga, kuri gali nepateisinti lūkesčių ir sukelti teisinę bei finansinę riziką“, – sako prof. D. Vaičiukynienė.
Be to, ji mano, kad vis dar trūksta politinio ar reguliacinio spaudimo pereiti prie ekologiškesnių rišiklių, todėl be standartų ir paskatų įmonės neturi pakankamai priežasčių atsisakyti tradicinių cementinių medžiagų.
KTU mokslininkai toliau tiria ugniai ir karščiui atsparių geopolimerinių sistemų savybes įvairiomis sąlygomis, savo išradimui ketindami teikti Europos patento paraišką.
Aukščiau minimas tyrimas buvo publikuotas moksliniame žurnale „Nature Scientific Reports“ ir jį galima perskaityti čia.
About the Author
