Savaime atsinaujinantis betonas: technologijos, pranašumai ir taikymas Lietuvoje

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? Kaip pastebi Kauno technologijos universiteto Statybos ir architektūros fakulteto (KTU SAF) docentas dr. Algirdas Augonis, toks betonas jau keletą metų sėkmingai naudojamas ir statybose Lietuvoje.

Kas yra savaime atsinaujinantis betonas?

Pradėkime nuo tikslaus termino. 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 fantastišką idėją betono plyšių užtaisymui panaudoti ypatingai retas bakterijas, kurios sugeba išgyventi šarminėje aplinkoje. Tokios bakterijos maistą perdirba į kalcio karbonatą, kuris ir užtaiso plyšį. Paaiškėjo, kad bakterijų sporos betone ilgai neišgyvena, kadangi betonas traukiasi ir jos žūsta. Ši problema buvo išspręsta sporas kartu su maistu uždarant į mikrokapsules, kurių dėka betone užtaisomi net iki 1 mm pločio plyšiai.

Rinkoje įsitvirtino kita savaime atsinaujinančio betono gamybos koncepcija - kristalinių priedų naudojimas. Tereikia į paprastą kokybišką betoną įdėti apie 1 procentą (nuo cemento masės) šių mineralinių miltelių ir betonas pats savaime gebės užtaisyti iki 0,4 mm pločio plyšius.

Kristaliniai priedai ir jų poveikis

Kristaliniai priedai atlieka svarbų vaidmenį: jie reaguoja su cemento kietėjimo metu išskiriamais produktais, formuodami stabilias kristalų struktūras, kurios užpildo mikroįtrūkius iki 0,4-0,5 mm. Priedai užsitaiso visu gaminio tūriu, sumažina kapiliarų poringumą, ženkliai pagerina vandens nepraleidimą ir atsparumą šalčiui. Esminis pranašumas - galima atsisakyti dalies išorinės hidroizoliacijos, kas spartina įrengimą ir sumažina išlaidas.

Svarbu, kad šiam betonui būtina pastovi drėgmė ar sąlytis su vandeniu - tai skatina spartesnį atsinaujinimo procesą. Kristaliniai priedai padeda užveri plyšius ir, įvertinus tyrimus Lietuvoje, jų atsparumas šalčiui siekia iki 12-15 užšaldymo-ir-atšildymo ciklų pagal LST 1428-17:2016 standartą. Tai reiškia, kad toks betonas yra tinkamas Lietuvos sąlygoms, kurių metų ciklų skaičius yra apie 9-15.

Bakterijos kaip savaime atsinaujančio betono alternatyva

Tačiau kitas įdomus kelias - bakterijų panaudojimas. Ure tipo bakterijos gali išgyventi didelio šarmingumo aplinkoje ir perdirbti maistą į kalcio karbonatą, kuris užpildo plyšius. Bakterijų sporos gali išgyventi 50 metų ar daugiau, tačiau įmaišius į betoną jos išgyvena tik keletą mėnesių dabartinėmis sąlygomis. Todėl kapsuliavimas arba kitas būdas izoliuoti jų kontaktą su betonu yra būtinas. Laminavimas su silicio gelio ar želatinos kapsulėmis leidžia bakterijoms veikti tik įvykus plyšio atsivėrimui, kai vanduo pasiekia kapsules.

Naudojant bakterijas, jų maistas - karbamidas arba organinės rūgštys (pavyzdžiui, kalcio laktozė). Pasirodo, kapsuliavimas labai pabrangina galutinį produktą, todėl ieškoma alternatyvų - sporas ir maistą izoliuoti silicio gelio ar poliuretano/želatinoje. Bakterijų sporos gali išgyventi, bet jos reikalauja specialios aplinkos sąlygų, kad veikimas būtų efektyvus.

Kristaliniai priedai vs bakterijos: praktiniai pastebėjimai

Kitas kelias į savaime atsinaujinantį betoną - kristaliniai priedai, kurių sudėtyje dažnai yra amorfinis SiO2 ir kiti junginiai. Jie inicijuoja pucolaninę reakciją ir kitus mechanizmus, kurie užpildo plyšius. Šie priedai sukelia karbonizaciją ir kitus procesus, kurie užpildo mikroįtrūkius. Dėl to betono plyšiai užsidaro ir dar labiau pagerėja atsparumas vandeniui ir šalčiui. Taip pat priedai sumažina vandens įgėrį ir pagerina atsparumą chemijoms.

• Kristaliniai priedai gali visiškai užverti plyšius iki 0,4-0,5 mm visu tūriu.
• Šiems priedams nereikia didelių išlaidų, todėl ekonominio naudingumo lygis yra palankus.
• Pagrindinis taupymo aspektas - sumažinta išorės hidroizoliacijos poreikio dalis.

Ką apie savaime atsinaujinantį betoną sako Lietuvos praktika?

Lietuvoje savaime atsinaujinantis betonas jau aktyviai naudojamas. Kaip tiksliai - kristaliniai priedai plačiai taikomi, ir pastebima jų plitimo tendencija. Kada tik įmanoma, statybininkai atsisako tradicinės hidroizoliacijos, o plyšiai užpildomi per trumpą laiką. Paimti pavyzdžiai: Kauno autobusų stotis - pastato dalis, kurio per parą aplankoma daug žmonių; stoties plotas apie 13 tūkst. kv. m., vertė apie 9 mln. eurų, statybos truko apie 1,5 metų. Šie projektai įrodo praktinį kristalinių priedų pritaikymą dideliems objektams.

Kita reikšminga nuoroda - Palangos gyvenamųjų namų pamatai, kurie suspėja įrodyti pritaikymo galimybes. Tačiau svarbu pažymėti - esminė problema yra teisės aktų trūkumas: nėra aiškaus normatyvo efektyvumą nustatančių metodikų, todėl teisinės atsakomybės klausimai gali kilti ginčų metu. Todėl bendradarbiavimas su pasaulio mokslininkais ir platus tyrimų tinklas Lietuvoje yra būtinas siekiant išgryninti metodikas ir sukurti norminę bazę.

Kaip veikia tyrimai ir praktika Lietuvoje?

Šiuo metu mes bendradarbiaujame su stambiomis kompanijomis, kurios gamina ir tobulina kristalinius priedus. Savo laboratorijose tiriame šių priedų efektyvumą įvairioms betono savybėms, nustatome plyšių užtaisymo greitį ir maksimalų plyšio plotį, o taip pat tobuliname metodikas savaime atsinaujinančiam betonui tirti. Eksperimentai rodo, kad plyšio užsiveržimo atsparumas šalčiui gali būti iki 12-15 užšaldymo ir atšildymo ciklų, o plyšiai gali užsiverti per apie vieną savaitę po poveikio drėgmei. Savaiminis plyšių užsivėrimas ir žymus vandens nepralaidumo padidėjimas iki 30 procentų rodo didelį potencialą praktikoje.

Be techninių aspektų svarbu ir tai, kad vietose, kur aktyvus kontaktas su vandeniu, galima naudoti šį betono tipą siekiant ilgesnio tarnavimo laiko bei mažesnių priežiūros išlaidų. Pagal tyrimus, kristaliniai priedai suteikia atsparumą šalčiui, kuris atitinka Lietuvos klimato sąlygas. Tačiau projektų sąlygos turi būti įvertintos individualiai, atsižvelgiant į aplinkos veiksnius ir konstrukcijos apkrovas.

Savaime atsinaujinančio betono pritaikymo pavyzdžiai ir techniniai aspektai

STACHEMENT 2598LT priedas pagerina betono plastifikaciją ir stiprėjimą net esant žemoms temperatūroms. Priedai atrodo kaip: 0,2-1,2 kg priedo 100 kg cemento, laikymo reikalavimai, laikyti atvėsusioje ir gerai vėdinamoje vietoje. Sika ViscoCrete priedas leidžia sumažinti užmaišymo vandens kiekį iki 40 %, leidžia gauti skystus, savaime išsiliejančius mišinius, kurie nesiliejasi į paviršius. Kitas - priedai, kurie leidžia gauti takų, savaime susitankinantį betoną be išsisluoksniavimo ir vandens atskyrimo paviršiuje. Didžiausias dėmesys skiriamas jų naudojimo sąlygoms: netinkama naudoti vibrotankinimą. Paprastai šie mišiniai turi būti naudojami su nuosavu svoriu, o jų tekėjimas primena natūralų procesą.

Be praktinių pavyzdžių įdomu paminėti, kad priedų poveikis priklauso nuo fizikinių ir cheminių reiškinių, vykstančių vienu metu. Pramoniniai naudojimo nurodymai priklauso nuo LST EN 206-1 standartų, todėl būtina atlikti preliminarius laboratorinius bandymus prieš pramoninį naudojimą. Produktai nėra toksiški, tačiau gali būti kenksmingi sveikatai, todėl laikytis saugos reikalavimų labai svarbu.

Apžvalga apie naudotojus ir ateitį Lietuvoje

Ateities perspektyvos atrodo geros: savaime atsinaujinantis betonas gali tapti įprastu sprendimu visose konstrukcijose, kurios turi sąlytį su drėgme ir vandeniu. Norint užtikrinti kokybę ir teisėtumą, būtina plėtoti normatyvinę bazę, toliau tyrinėti ir įtraukti daugiau projektų į praktiką, plėtoti priežiūros ir tikrinimo sistemas. Lietuvos rinka jau dabar demonstruoja augimą ir entuziazmą šiuo klausimu, o mokslininkų komandos dirba su didelėmis įmonėmis, kurios tiekia kristalinius priedus ir tobulina jų formulės.

Nauda ekonominiu aspektu - galima sumažinti hidroizoliacijos išlaidas ir trumpinti statybos laiką dėl mažiau pastatų veiksmų papildomo hidroizoliavimo, o atsparumas vandeniui ir drėgmei didina konstrukcijų ilgaamžiškumą.

tags: #savaime #susitankinantis #betonas