Ekologiczne rozwiązania materiałowe na potrzeby zrównoważonego budownictwa
Beton, którego produkcja sięga 25 miliardów ton rocznie, bez wątpienia należy do najczęściej wykorzystywanych materiałów budowlanych. To z kolei oznacza, że skala produkcji składników betonu – kruszywa i cementu – jest równie ogromna. „Produkcja i transport tych materiałów wiąże się z emisją dużej ilości CO2”, wyjaśnia Nikola Tošić, stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie” z Politechniki Katalońskiej oraz twórca projektu GREEN-FRC. „W rzeczywistości produkcja samego cementu odpowiada za około 7 % ogółu antropogenicznych emisji CO2”. Ponadto wydobycie i produkcja kruszywa przyczyniają się do degradacji systemów rzecznych i górskich oraz są źródłem odpadów i zanieczyszczenia gleb. Wobec tego zaczęto przykładać większą wagę do wykorzystania bardziej zrównoważonych materiałów. „Na tym polu dokonuje się ciągły postęp”, mówi Tošić. „Jednak na ten moment upowszechnianie się nowych rozwiązań w tym sektorze i zwiększanie ich skali stanowi kluczowe wąskie gardło. Branża budowlana cechuje się dużym rozdrobnieniem, a wymogi dotyczące bezpieczeństwa są rygorystyczne, co nie dziwi, zważywszy, że w grę wchodzi ludzkie życie”.
Beton nowej generacji
Celem projektu GREEN-FRC było zmierzenie się z powyższymi wyzwaniami poprzez opracowanie nowatorskiego rodzaju betonu z maksymalnie dużą liczbą składników nietradycyjnych. „Naszym zamiarem było wyprodukowanie betonu zbrojonego włóknami z materiałów pochodzących z recyklingu i odpadów na potrzeby zrównoważonych projektów budowy infrastruktury miejskiej”, dodaje Tošić. Na początku zespół badał różne składy betonu zawierającego zrównoważone kruszywa, spoiwa i materiały zbrojeniowe. Wśród wykorzystanych materiałów znalazł się kruszony beton, kalcynowany cement glinowy oraz pochodzące z recyklingu włókna makrosyntetyczne. „Ta część projektu miała charakter doświadczalny”, wyjaśnia Tošić. „Podzieliliśmy różne rodzaje betonu na partie, oznaczyliśmy ich właściwości w postaci świeżej i utwardzonej, a następnie przetestowaliśmy pełnoskalowe elementy strukturalne, takie jak belki, aby ustalić ich nośność i zachowanie w różnych warunkach obciążenia”. Jednym z celów badania, które zostało przeprowadzone dzięki wsparciu ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie” było opracowanie metod modelowania i przewidywania właściwości nowego betonu. „Dokonaliśmy tego budując bazy danych wyników doświadczalnych oraz wykorzystując na przykład algorytmy uczenia maszynowego. Chcieliśmy w ten sposób ustalić zależności pomiędzy materiałem wyjściowym (właściwościami składników) a materiałem końcowym (właściwościami betonu)”, dodaje Tošić. Badacze przeprowadzili ponadto symulacje numeryczne, aby móc sprawdzić, co dzieje się „w środku” poszczególnych materiałów. Umożliwiło im to dokonanie wirtualnych pomiarów pewnych zachowań, których nie udało się zmierzyć doświadczalnie.
Odblokowanie wąskich gardeł
Tošić uważa, że projekt pozwolił na skuteczne wykazanie, że nowe rodzaje betonu wyprodukowanego z alternatywnych składników i materiałów zbrojeniowych cechują się odpowiednią wytrzymałością i mogą być dostosowywane do różnych zastosowań konstrukcyjnych. „Wykazaliśmy na przykład, że włókna makrosyntetyczne, takie jak polipropylen, mogą służyć za włókna zbrojeniowe również w warunkach długotrwałych obciążeń”, przekonuje badacz. „To wcale nie było dla nas takie oczywiste przed rozpoczęciem testów. Wskazaliśmy również, jak należałoby zmienić kodeksy projektowe, aby uwzględniały nowe materiały”. Prace nad zmianą kodeksów projektowych stanowią ważny krok w kierunku wdrożenia nowych regulacji. W tym kontekście projekt mógłby znacząco przyczynić się do odblokowania wąskich gardeł od dawna hamujących rozwój branży budowlanej.
Zrównoważone środowisko zabudowane
„Dysponujemy niezbędną wiedzą specjalistyczną”, zauważa Tošić. „Musimy tylko zacząć współpracować w celu wdrożenia nowych rozwiązań w życie”. W międzyczasie zespół projektu aktywnie współpracuje z przedstawicielami branży w celu przekazania wiedzy producentom włókien zbrojeniowych i prętów polimerowych wzmacnianych włóknami oraz firm rozbiórkowych. „W czasie trwania projektu nawiązaliśmy współpracę z wieloma podmiotami”, mówi Tošić. „Mamy nadzieję, że w perspektywie długoterminowej nasz projekt przyczyni się do powstania sieci współpracujących uniwersytetów, instytutów i przedsiębiorstw skupionych wokół jednego celu, jakim jest ciągła poprawa jakości betonu wykorzystywanego do tworzenia środowiska zabudowanego, w którym wszyscy żyjemy”.
Słowa kluczowe
GREEN-FRC, beton, budynek, budownictwo, cement, CO2, emisje, zanieczyszczenie, zrównoważony
