Co zrobić, aby beton nie pękał? Nadzieją dla rynku budowlanego są badania prowadzone w Zachodniopomorskim Uniwersytecie Technologicznym dotyczące technologii inteligentnej pielęgnacji wewnętrznej kompozytów cementowych.
To jeden z projektów wyłonionych w ostatniej edycji konkursu LIDER. Na jego realizację Narodowe Centrum Badań i Rozwoju przeznaczyło 1,5 mln zł. Autor – dr Adam Zieliński z Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska ZUT – pracuje wraz z zespołem nad pionierską technologią inteligentnej pielęgnacji wewnętrznej niskoskurczowych kompozytów cementowych o obniżonym śladzie węglowym.
Obecnie wygląda to tak, że budując dom, układamy mieszankę betonową jako posadzkę w naszym przyszłym salonie. Cement wiąże, beton twardnieje, i jeżeli jest źle pielęgnowany lub nie ma zbrojenia, to pęka. Ograniczenie zjawiska skurczu prowadzi do rozwoju naprężeń. Powstają tzw. naprężenia wymuszone, które po przekroczeniu wytrzymałości betonu na rozciąganie, powodują liczne zarysowania, pęknięcia, a w konsekwencji utratę trwałości, estetyki oraz tego czym posadzka jest wykończona – tłumaczy dr Zieliński.
Dla unikniecia takiej sytuacji w budownictwie od wielu lat stosowane są metody profilaktyczne, m.in. zraszanie betonu wodą. Problem rozwiązują jednak tylko doraźnie.
Wyobraźmy sobie kałużę na gruncie, która powstaje w trakcie deszczu. Po ustaniu opadu kałuża wysycha i robi się błoto. Wilgotność błota spada z powodu dyfuzji pary wodnej i wyrównywania jej wartości z wilgotnością otoczenia. Co następuje? Błoto pęka. Tak samo dzieje się z naszą posadzką, jeśli np. przerwiemy podlewanie na weekend, a beton jeszcze nie będzie miał wystarczającej wytrzymałości. Ta tradycyjna metoda wymaga oddelegowanego pracownika, który stale kontroluje stan betonu – tłumaczy dr Adam Zieliński.
Jego projekt to efekt połączenia teorii z praktyką inżynierską. W pierwszym etapie, za pomocą czujników, mapowania cyfrowego i modelowania numerycznego, sprawdzi, kiedy dochodzi do pękania tradycyjnego betonu posadzkowego i jakie towarzyszą temu zjawisku parametry fizykochemiczne.
Mając wiedzę, jak nasz materiał zachowuje się w czasie oraz jaki wpływ mają warunki otoczenia, zaprojektujemy kompleksy pielęgnacyjne – szczepionki, które zapewnią indywidualny i bezpieczny przebieg odkształceń skurczowych w całym etapie jego dojrzewania. Optymalna ilość aplikowanej szczepionki już na etapie mieszania betonu, zapewni niezmienioną konsystencję i wytrzymałość, a zarazem pozwoli zredukować skurcz i ślad węglowy z zachowaniem konkurencyjnej ceny – tłumaczy badacz ZUT.
Jako że jednego produktu nie da się zastosować do wszystkich rodzajów betonu, powstanie kilka rodzajów szczepionek. Projekt obejmie najnowsze trendy w technologii betonu, tj. problematykę skurczu mieszanek betonowych w technologii druku 3D oraz kontrolę rozwoju odkształceń skurczowych w kompozytach nowej generacji na spoiwach siarczanoglinowych i wysokobelitowych.
Dla każdego rodzaju betonu zostanie zaprojektowany specjalny kompleks pielęgnacyjny, w skład którego mogą wejść zupełnie inne materiały. Nasze szczepionki będą spełniać to samo zadanie, czyli minimalizować podatność betonu na pękanie w całym etapie jego dojrzewania. O beton należy się odpowiednio zatroszczyć – przekonuje dr Zieliński i zapowiada rewolucję na runku budowlanym.
Kompleks pielęgnacyjny jego autorstwa już niebawem może pojawić się w marketach. Zainteresowanie pomysłem wyraziło kilka polskich i zagranicznych przedsiębiorstw. W celu stworzenia prototypu rozbudowane zostanie laboratorium odkształceń skurczowych i podatności na pękanie. Technologia ma powstać w ciągu 3 lat.
LIDER jest programem skierowanym do doktorantów, nauczycieli akademickich nie posiadających stopnia doktora oraz doktorów, w tym habilitowanych, którzy uzyskali ten stopień naukowy nie wcześniej niż w ciągu ostatnich 7 lat. Jego celem jest poszerzenie kompetencji młodych naukowców w samodzielnym planowaniu prac badawczych oraz zarządzaniu własnym zespołem, podczas realizacji projektów, których wyniki mogą mieć zastosowanie praktyczne i posiadają potencjał wdrożeniowy. W XIII edycji finansowanie otrzymało w sumie 49 projektów na łączną kwotę 71,3 mln zł. LIDER jest najdłużej trwającym programem w ofercie NCBR. Od 2009 roku odbyło się już trzynaście konkursów, w wyniku których wyłoniono blisko 550 młodych naukowców. Przyznano im ponad 660 mln zł na autorskie projekty badawcze.
Mateusz Lipka, źródło: ZUT