Statybinių medžiagų naujovės yra nepaliaujama mūsų statybos pramonės realybė, kurioje vyrauja nenugalima technologijų pažanga ir žinios. Inovacijos ne visada yra naujų technologijų ar medžiagų kūrimas, bet ir tų, kurias jau turime, perdirbimas, plėtojimas ir eksperimentavimas su jomis. Architektūroje tai gali būti atliekų panaudojimas menišku būdu, pagrindinių statybinių medžiagų tobulesnis naudojimas, laikantis tvarumo taisyklės, arba jų naudojimas tiksliau ar išraiškingiau.
Nauja išmanioji statybinė medžiaga vadinama formą įsimenančiu plienu (angl. shape memory steel). Ši medžiaga gali būti naudojama naujoms ir esamoms betoninėms konstrukcijoms sutvirtinti. Šiandien betoninių konstrukcijų plieno armatūra dažniausiai įtempiama hidrauliškai. Tam reikalinga jėga ir hidrauliniai kėlikliai. Du dešimtmečius dirbę mokslininkai sukūrė alternatyvą - naujoji medžiaga kaitinant įtempiama automatiškai. Formuojant geležies pagrindu pagamintus lydinius, jie kaitinami susitraukia ir negrįžtamai įtempia betono konstrukciją. Hidraulinio įtempimo išvengiama, nes plienas, kaitinamas naudojant elektros srovę ar infraraudonuosius spindulius, tolygiai susitraukia per visą ilgį ir perduoda įtempį betonui.
Formą įsimenantis plienas galėtų būti naudojamas gaminant surenkamąsias betonines konstrukcijas ir detales, taip pat lenktas konstrukcijas. Mokslininkams pavyko sukurti išmanųjį metalą, kuris gali įsiminti ir atkurti kelias formas. Šie formą įsimenantys lydiniai tokioje pat temperatūroje yra vienodos formos, bet ją padidinus arba sumažinus, gali keisti formą. Skaidrus aliuminis dabar yra realybė ir gali būti pritaikytas realiame pasaulyje. Tai permatomas metalas, pagamintas iš elementinio aliuminio junginių. Skaidrus aliuminis taip pat žinomas kaip aliuminio oksinitridas, tai permatoma polikristalinė keramika, pagaminta iš azoto, deguonies ir aliuminio.
Keturis kartus kietesnis už lydytą silicio dioksido stiklą, 85 % kietesnis nei safyras ir 15 % kietesnis nei magnio aliuminato špinelis. Medžiaga išlieka kieta iki 1 200 °C, atspari korozijai ir radiacijos bei oksidacijos pažeidimams. Be to, maždaug tris kartus kietesnė už to paties storio plieną. Kupolai, vamzdžiai, permatomi langai, strypai ir plokštės gali būti pagaminti iš šios medžiagos, naudojant įprastus keramikos miltelių apdorojimo metodus.
Aliuminio putplastis yra medžiaga, turinti daug porų ar ertmių. Aliuminio putplasčio plokštės formuojamos įpurškiant oro į išlydytą aliuminį ir esant tam tikrai temperatūrai. Kai oro burbuliukai stabilizuojasi, susidaro putplasčio plokštės, kurios sukuria intriguojančius drumstumo, tekstūros, skaidrumo ir ryškumo modelius bei sluoksnius. Pagal gamybos procesą putplasčio plokštės gali būti suformuotos įvairaus tankio, formos ir matomumo. Tai kieta medžiaga. Metalinės putos naudojamos konstrukcijai standinti, nedidinant jos masės. Kaip ir kitos metalinės putos, aliuminio putplasčio yra itin patvarus ir lengvas, nedegus, lengvai perdirbamas pakartotinai, atsparus karščiui ir korozijai, laidus elektrai ir šilumai. Dizaino požiūriu aliuminio putplastis gali sudaryti sudėtingas geometrines formas ir suteikia originalų vaizdą. Šios garsą sugeriančios plokštės sukuria įdomius modelius interjere ir atlieka svarbų vaidmenį kuriant atspalvius ir šešėlius.
Sukurtas cementas, kuris gali sugerti šviesos energiją ir ją skleisti aplinkos šviesai užgesus. Norint gaminti šio tipo betoną, titano milteliai ir sulfido milteliai sumaišomi su dervomis. Ši technika leidžia suskaidyti medžiagų kristalizacijos savybes ir prasiskverbti šviesai. Energiją taupančios medžiagos gali būti taikomos architektūroje ir tikimasi, kad jos bus naudojamos vonios kambariuose, baseinuose, pastatų fasadų ir kelių bei automobilių stovėjimo aikštelių statybai. Tai taip pat galėtų būti naudojama kelio ženklų gamybai dėl šviesą skleidžiančių savybių. Tyrėjas teigė, kad pritaikymas yra labai įvairus, o naudingiausia būtų eismo saugumo ir kelio ženklų srityse, energetikos sektoriuje, pavyzdžiui, naftos platformose, ir visur, kur reikia apšviesti ar pažymėti erdves, kuriose nėra galimybės naudotis elektra, nes tam nereikia elektros paskirstymo sistemos ir jos įkraunamos tik šviesa.
Betonas yra populiariausia pasaulyje statybinė medžiaga, naudojama jau daugiau nei 2 tūkst. metų. Vienas betono trūkumas yra tas, kad, net būdamas labai stiprus, betonas galiausiai sutrūkinėja, o jei patenka vanduo, dėl plieno armatūros korozijos visa konstrukcija gali sugriūti. Bet mokslininkams pavyko sukurti „savaime užgyjantį“ betoną. Šis betonas ruošiamas taip pat kaip įprastas betonas, išskyrus tai, kad į mišinį dedama „gydomosios medžiagos“ - tai mažos bakterijos, kurios, susidūrusios su vandeniu, gamina kalkakmenį, o jis užpildo mikroplyšius ir pailgina betono eksploatavimo laiką. Tačiau „savaime užgyjantis“ betonas yra tik tyrimo etape. Jo taikymas pramonėje dar tebėra toli.
Dvimatė (2D) anglies atomų medžiaga, vadinama grafenu, yra stipresnė nei plienas ir ypač lanksti, jos atradėjams 2010 m. skirta Nobelio premija. Yra daug gerai žinomų anglies formų, panašių į grafitą, įskaitant grafeną. Neorganinės grafeno tipo 2D medžiagos vis labiau įgauna populiarumo pagreitį. Grafeno ir 2D medžiagų pritaikymo galimybės labai didelės. Jau išrasta už grafeną tvirtesnė naujos kartos 3D medžiaga. Paėmus smulkius grafeno dribsnius ir sulydžius į akytą struktūrą, gauta medžiaga yra tvirtesnė už grafeną. Anglis, atsižvelgiant į jos atomų išdėstymą, gali būti minkštas grafitas arba labai kietas deimantas. O anglies atomus išdėliojus ypač plonu sluoksniu, gaunamas tvirtas ir lengvas grafenas. Naujos struktūros 3D medžiaga, pagaminta iš 2D grafeno, yra apie dešimt kartų tvirtesnė už plieną, tačiau jos tankis sudaro vos dvidešimtąją dalį plieno tankio. Inžinieriai visame pasaulyje apsidžiaugtų tokia ypač lengva, bet kartu itin tvirta medžiaga. Didelio masto struktūriniai objektai, tokie kaip tiltai, galėtų būti statomi naudojant šią MIT mokslininkų sukurtą geometrinę struktūrą, kuri paverstų šiuos statinius tvirtesniais, palyginti su dabar naudojamomis formomis.
Pasaulyje yra apie 1 mlrd. rūkalių. Ant šaligatvių, aplink pastatus ir šiukšliadėžėse susikaupia didžiuliai kiekiai numestų cigarečių filtrų. Mokslininkai pasiūlė sprendimą - kaupti šias atliekas ir jas efektyviai naudoti plytų gamybai. Kaip siūloma, plytos medžiagoje turi būti naudojama apie 1 % filtrų, o tai lemtų tvaresnę, lengvesnę ir energiją taupančią statybinę medžiagą. Galima ir tradicines medžiagas naudoti naujoviškai, sprendžiant problemas ir padedant pastato naudotojams kontroliuoti į vidų patenkančią šilumą. Tuščiavidurės molio plytos yra puikus sprendimas. Neįprasta šios plytos forma padeda blokuoti saulės kaitrą ir leidžia pastatui kvėpuoti, per tuščiavidurę šerdį leidžiant cirkuliuoti orui. Ši konstrukcija prisideda prie pastato naudotojų šiluminio komforto ir padeda skleisti triukšmą iš pastato išorės.
Bet kurios betoninės konstrukcijos didžiausia problema - įtrūkimai. Kurie leidžia smelktis drėgmei, dėl kurios paspartėja korozija, pradeda rūdyti armatūra ir pastatai darosi vis nestabilesni. Mokslininkai ilgai suko galvas, kaip sukurti savaime atsinaujinantį betoną, kuris pats užtaisytų plyšius. Skamba neįtikėtinai? Kauno technologijos universiteto (KTU SAF) docentas dr. Algirdas Augonis aiškina, kad toks betonas jau keletą metų sėkmingai naudojamas ir Lietuvoje.„Savaime atsinaujinantis betonas dar neturi oficialaus visuotinai naudojamo termino Lietuvoje (angl. self-healing concrete). Šiuo metu šiam betonui dar nėra parengtos jokios normatyvinės bazės tiek mūsų šalyje, tiek Europos Sąjungoje.“ - „Kaip ši technologija veikia?“ - „Moksliniame lygyje yra daug būdų kaip pagaminti savaime atsinaujinantį betoną, bet šiuo metų statyboje naudojami tik du būdai: kristaliniai priedai ir bakterijos.“
2006 m. olandų mokslininkas Henkas Jonkersas su kolegomis pristatė ir įgyvendino idėją panaudoti ypatingai retas bakterijas plyšių užtaisymui. Tokios bakterijos maistą perdirba į kalcio karbonatą, kuris užtaiso plyšį. Kristaliniai priedai, į kokybišką betoną įdedami apie 1 procentas iš cemento masės, leidžia betono plyšiams užtaisyti iki 0,4 mm pločio. Lietuvoje savaime atsinaujinantis betonas jau aktyviai naudojamas, o plėtra tebėra tik pradinės stadijos. Šalis siekia aiškias metodikas ir normatyvinį pagrindą, kad galėtų tiksliai įvertinti efektyvumą ir užtikrinti kokybę.“
VILNIUS TECH Kelių tyrimo instituto atstovai pastebi voluojamojo betono (VB) technologijos pažangą. Per dieną dviem klojimo sąstatams nutiesiama apie 19 cm storio ir 300-500 metrų ilgio betono danga, o projektinį stiprį VB pasiekia po apie 7 parų. Pasak profesorio A. Vaitkaus, ši technologija užtikrina greitą darbų spartą ir atsparumą šalčiui bei druskų poveikiui, o panaudojimas ateityje galimas kituose keliuose bei gatvėse, kur nereikia itin aukšto eismo komforto lygio. Taip pat pabrėžiama, kad įvairūs moksliniai ir pramonės partnerystės projektai skatina vadovautis naujovėmis, kad statybas būtų galima vykdyti greičiau, pigiau ir tvariau.
Naujosios technologijos taip pat evoliucionuoja 3D spausdinimo srityje. 3D betono spausdinimo įranga leidžia kurti sudėtingas formas ir konstrukcijas, kurios tradiciniais metodais būtų labai sunkiai pasiekiamos. Tokiu būdu statybininkai gali netgi naudoti modularias, greitai surenkamas konstrukcijas ar netgi plėsti taikymą į kosminės erdvės projektus bei pažangias architektūrines formas.
Ekologiškas betonas ir lengvatiniai sprendimai tampa vis aktualesni. Eko betonas, pritaikant magnio sulfatus arba lakiuosius pelenus, sumažina CO2 išmetimą ir vandenį taupo, tuo pat metu išlaikant betonui būtiną stiprį. Taip pat mažinamas cemento naudojimas ir didinamas lengvas betonų klasėmis, įskaitant anglies pluošto priedus, siekiant dar lengvesnių ir atsparių konstrukcijų. Marso betonas, pritaikantis sieros pagalbą vietoje vandens, gali būti svarbus ateities kosminėms kolonijoms, nors Lietuvoje šio tipo sprendimai kol kas tėra tyrimai.
Tuomet pereikime prie praktinių Lietuvos kontekstų. Nemažai inovacijų integruojama Lietuvos statybose: savaime užgyjančio betono plėtra, voluojamojo betono technologijos demonstravimas karinių mobilumo projektuose, taip pat akcentuojamas kintančių statybos procesų valdymas bei efektyvumo didinimas. Kauno technologijos universiteto mokslininkų kurti įdėklai perdangų plokštėse sumažina betonoapykaita poreikį iki 40 procentų ir sumažina cemento sąnaudas. Įdėklai gali būti gaminami iš antrinių žaliavų - surinkto plastiko - ir užtikrina mažesnį apkrovimą bei geresnę plokštės laikymą. Taip pat išryškėja iniciatyvos dėl žiedinės ekonomikos: filtrų įtraukimas į plytų gamybą, tuščiavidurių plytų naudojimas energetiniams taupymams, bei taršos mažinimo priemonės statybos aikštelėse. Nors ši iniciatyva dar turi iššūkių - nėra jokios atitinkamos įmonės gaminant įdėklus Lietuvoje ir dar nėra aiškių skaičiavimo metodikų projektavimo etape - tai rodo spartų Lietuvos mokslininkų ir pramonės bendradarbiavimą ieškant realių, praktinių sprendimų.
Šiuolaikinis Simonos Vilniaus regiono kontekste pastebimas mokslo ir verslo partnerystės modelis: statybų įmonės įgyvendina projektus kartu su universitetų tyrėjais, siekiant greito įgyvendinimo, kokybės užtikrinimo ir tvarumo principų. Lietuvoje kuriami ir įgyvendinami projektai, kurių tikslas - sumažinti medžiagų kainą, pagerinti projektų atsparumą, o taip pat įtraukti naujas medžiagas į kasdienį naudojimą. Tokiu būdu sumaniosios statybos amžius itin aktyviai pristato inovacijas kaip įprastą dalį statybų proceso, o ne tik išskirtinį reiškinį.
Įdomiausios kryptys ir jų taikymo pavyzdžiai
- 3D betono spausdinimas: kuria permatomasis, tiksli ir greita konstrukcijų gamyba, mažina sąnaudas ir atliekų kiekį.
- Lanksčiosios konstrukcijos ir lankstūs produktų gamybos procesai: konvejerys, skaitmeninės gamybos metodai ir modularūs sprendimai.
- Permatomas betonas: skaidrus sluoksnis su smulkiagrūdžiu betonu, leidžiantis šviesai prasiskverbti ir suteikiantis estetinių bei funkcinių sprendimų.
- Biologinis betonas: savaime užgydantys plyšiai, bakterijų kapsulių technologija ir kalcio karbonatų užpildai.
- Aliuminio putplastis ir skaidrus aliuminis: lengvas, didelių paviršių bei sudėtingų geometrinių formų technologinis sprendimas.
- Tuščiavidurės plytos su šilumos ir ventiliacijos efektais: sumažina saulės kaitrą, pagerina pastato mikroklimatą ir triukšmo sklaidą.
Praktiniai regioniniai pavyzdžiai
- Voluojamojo betono technologija panaudota Pabradės-Meškerinės kelio ruože šalia poligono, užtikrinant greitą darbų spartą ir atsparumą oro sąlygoms.
- Nauji įdėklai perdangoms, sumažinantys cemento ir betono kiekį bei leidžiantys didesnį laikymą, kartu mažinantys CO2 emisijas.
- Konkretūs projektai Lietuvos infrastruktūroje: A2, A1, 130 kelio rekonstrukcijos, tiltų atnaujinimai ir kt. - vis dažniau pritaikoma pažangi betono technologija.
Apibendrinimas pagal tendencijas
Naujos betono technologijos įneša lyderystės žingsnius į statybų sektorių: 3D spausdinimas, voluojamas betonas, ekologiški mišiniai, pluoštiniai papildai, savaime užgydantys betonai ir biomaterijų integracija keičia konstrukcijų patikimumą, ilgaamžiškumą ir energinį efektyvumą. Lietuvoje šios kryptys yra skatinamos tiek institucijų, tiek industrijos bei akademinės bendruomenės, siekiant sujungti mokslą su praktika ir užtikrinti tvarią, efektyvią infrastruktūrą ateities kartoms.
tags: #naujos #betono #technologijos