Statybų pramonėje naudojamos vis tobulesnės medžiagos, kurios leidžia įgyvendinti kaskart sudėtingesnius architektūrinius sprendimus. Betonas - seniai naudojama statybinė medžiaga. Tačiau ką galėtume pasakyti apie ypač stiprų betoną - vieną iš naujų statybinių medžiagų?
Kas yra ypatingai stiprus betonas ir kaip į jį žiūrima pasaulyje
Jokia naujiena, kad įprastas betonas vis dar populiariausia statybos pramonėje naudojama medžiaga, kurio gniuždymo stipris siekia apie 30 MPa. Teigiama, kad terminas „ypač stiprus betonas“ (angl. „Ultra-high performance concrete“ (UHPC)) galbūt nėra visiškai tikslus. Jis vis dar neapibrėžtas ne tik Lietuvos, bet ir kitų Europos Sąjungos valstybių narių bei pasaulio šalių techniniuose, teisiniuose dokumentuose, reglamentuose ir projektavimo normose, be kurių ši išskirtinė statybinė medžiaga negali būti gaminama gamyklose.
Tiesa, teko paieškoti šiokių tokių kompromisų, kuriuos priėmus sensacingas betono mišinio gniuždymo stipris, išgautas laboratorijoje, sumažėjo. Tačiau šioje situacijoje vis tiek buvo pasiektos dvi didelės pergalės. Paaiškėjo, kad gamybos sąlygomis gali pavykti išgauti 130-150 MPa gniuždymo stiprio betoną. Teigiama, kad ypač stiprus betonas išsiskiria ne tik savo mechaninėmis, bet ir ilgaamžiškumo savybėmis. Tyrėjai prisipažįsta, kad naująją UHPC formulę išrado visai netikėtai. „Atlikdami įvairius tyrimus ar bandymus statybos ir architektūros srityje, mūsų specialistai nuolat stengiasi panaudoti perdirbtas medžiagas. Pabandymas į betoninį mišinį įmaišyti specialiai paruošto smulkinto stiklo pranoko visus lūkesčius. Maloniai nustebino faktas, kad betono gniuždymo stipris žymiai padidėjo“, - teigė KTU SAF Statybinių medžiagų katedros vedėjas profesorius dr.
KTU ypač stipraus betono formulėje naudojamos vietinių atsargų medžiagos ir perdirbti stiklo milteliai. „Be to, mūsų galutinis produktas ir lengvesnis, ir pigesnis“, - pabrėžė KTU mokslo darbuotojas. Vėliau teigiama, kad šis betonas vadinamas reaktyviu milteliniu betonu. Dėl savo unikalios struktūros ir išskirtinių savybių toks betonas gali būti naudojamas net ir „agresyvių“ sąlygų architektūroje bei įrenginiuose. Pavyzdžiui, jis gali pakeisti branduolinėse elektrinėse naudojamą armuotąjį plieną: UHPC atsparus korozijai, todėl gali tapti plieninių sijų pamaina.
UHPC taikymas Lietuvoje ir pirmieji praktiniai bandymai
KTU SAF tyrėjai žino ne vieną UHPC alternatyvą. Pavyzdžiui, Nacionalinė cemento importuotojų asociacija ją apibrėžia kaip portlandcemenčio mišinį (pagamintą iš kalkakmenio ir molio), silicio dioksido dervą, kvarco miltus, smulkaus silicio smėlį, vandenį ir pluoštus iš plieno arba organinių medžių. Tačiau, pasak KTU mokslininkų, alternatyvūs ypač stipraus betono mišiniai savo sudėtyje turi daug didesnį cemento kiekį ir ne visuomet gali būti pagaminami iš vietinių žaliavų. Šiuo metu žinomos UHPC alternatyvos pasaulyje, palyginti su lietuvišku betonu, kainuoja gerokai daugiau. Palyginimui: įprastinio C30/37 klasės betono kaina gali būti iki 60 Eur už kv. metrą, o UHPC mišinio - keliskart didesnė. Tačiau KTU SAF mokslininkų sukurto betono mišinio kaina gali būti žemesnė: apie 200-250 Eur už kubinį metrą, jis gali būti gaminamas iš vietinių žaliavų be sudėtingos technologinės įrangos.
Praėjus šių metų vasarai, KTU sukurtas ypač stiprus betonas buvo planuotas naudoti vandeniui ir ugniai atsparaus, trečiosios saugumo klasės seifo gamybai Lietuvoje įsikūrusiai įmonei „Seifuva“. Tai būtų pirmasis pasaulyje „Eurograde 3“ klasės seifas, kurio sienelių storis siektų vos 42 mm pločio. „Šio betono savybės bei metalinės durų konstrukcijos leidžia dar paploninti seifo sieneles“, - teigė mokslininkas. Be to, teigiama, kad UHPC gali leisti kurti itin plonasienius konstrukcijų elementus, pavyzdžiui, kolonas ar perdangos plokštes sumažinti jų matmenis.
Technologinės savybės ir medžiagos sudėtis
Įprastinio betono savybių įvertinimas neatitinka UHPC ypatybių, todėl jų negalima pilnai modeliuoti senais standartais. Šiame kontekste svarbu, kad UHPC formulė naudojama tik iš vietinių žaliavų ir perdirbto stiklo atliekų, o pluoštinės armatūros pasirinkimas gali būti plieno arba organinis. „Crackstop“ polipropileno mikrofibra sumažina betono trūkinėjimo riziką pirminėje stingimo stadijoje bei prailgina paviršiaus ir gaminių tarnavimo laiką. Galimi plaušelių ilgiai 3 mm, 6 mm, 12 mm, 18 mm ir 13/19 mm mišinyje. Crackstop įmaišomas į betoną, o jo paskirstymas užtikrinamas, kai į betoną įterpiama pluošto dalis tinkamo dydžio apvalkale.
Per pastaruosius 25 metus statybinių medžiagų rinkoje padaryta didesnė pažanga nei per 150 metų nuo cemento išrado. Nors naujų naudingųjų iškasenų nėra, optimalesnis žaliavų ir įrangos naudojimas atveria galimybes kurti modernias statybines medžiagas. Viena iš jų - ypatingai stiprus betonas. Pasak E. Šerelio, terminas „ypatingai stiprus betonas“ nėra formaliai apibrėžtas. Angliškas terminas „Ultra-high performance concrete“ neturi vieno oficialaus lietuviško vertimo.
Privalumai, iššūkiai ir ekonominės galimybės
„Pirmiausia reiktų susitarti, ką vadiname įprastu betonu. Jei tai betonas, kuris šiuo metu yra populiariausias statybos pramonėje, tai jo gniuždymo stipris būtų apie 30 MPa. Ypatingai stipraus betono gniuždymo stipris yra virš 100 MPa, o laboratorinėmis sąlygomis esame pagaminę iki 250 MPa, tad jis gali būti iki 8 kartų stipresnis už įprastinį betoną“, - paaiškino E. Šerelis. Esami įprastinio betono standartai ne visuomet adekvačiai įvertina UHPC savybes, todėl nėra tinkami, o dėl to būtina speciali technologinė įranga gamybai. Tačiau su KTU specialistų pagalba pavyko sukurti tokį UHPC mišinio receptą, kuris leistų pagaminti ypatingai stiprų betoną ir nenaudoti modernios įrangos. Deja, dėl kompromisų gniuždymo stipris šiek tiek sumažėjo, bet vis tiek išlieka įspūdingas.
Vienas iš pagrindinių UHPC privalumų - galimybė statyti stiprias, bet plonasienių konstrukcijų. Pavyzdžiui, įmanoma sumažinti kolonos ar perdangos plokščių matmenis ir sumažinti konstrukcijų svorį. Ši savybė atveria naujas architektūrines galimybes, kai reikia lengvesnių, bet tvirtesnių sprendimų. Taip pat pažymima, kad UHPC atsparumas šalčiui yra didesnis už įprastinio betono: kai kuriais atvejais gali būti iki 1000 kartų atsparesnis, o mechaninės ir ilgalaikės savybės artimesnės granito ar bazalto uolienoms.
Mažinimas kainos ir prieinamumas
Vienas iš svarbiausių kliūčių pločiuose - kaina. Įprastinio betono kaina (C30/37) gali būti apie 60 Eur/m3, o UHPC kaina - daug didesnė. Tačiau KTU mokslininkų pateikta sudėtis, į kurią įtraukti malto stiklo atliekos, leidžia pasiekti ženklų savybių pagerėjimą ir kainos sumažėjimą: pigiausias variantas - apie 200 Eur/m3. Tai reiškia, kad UHPC gali būti pritaikomas ir platesniam naudojimui, ne tik išskirtinėse erdvėse. Taip pat teigiama, kad galutinis produktas gali būti lengvesnis ir pigesnis, kai naudojamos vietinės žaliavos ir paprastesnė technologinė įranga.
Tačiau reali rinkos kaina gali svyruoti priklausomai nuo sudėties, šalies ir tiekėjų. Lietuvos kontekste UHPC taikymo galimybės jau svarstomos ir pradeda įgyti praktinį pagrindą, ypač ekstremalių aplinkų ar įvairių architektūrinių sprendimų srityse. Apžvelgiant mokslo ir praktikos duomenis, galima teigti, kad UHPC turi potencialą iš tiesų pakeisti tam tikras konstrukcijų architektūras.
Įdomūs faktai ir įvykiai
- UHPC pirmą kartą buvo panaudotas 3-osios saugumo klasės seife - vandeniui ir ugniai atspariam gaminiui.
- Gamybos metu galima pasiekti iki 8 kartų didesnį gniuždymo stiprį nei įprasto betono sudėtis.
- Galimi pluoštai: plieno arba organiniai, įskaitant polipropileno mikrofibrą „Crackstop“.
- Gamyba gali vykti su vietinėmis žaliavomis ir paprastesne įranga, kas mažina kainą.
Per pastaruosius 25 metus statybinių medžiagų rinkoje padaryta didesnė pažanga nei per 150 metų nuo cemento išradimo, o optimalesnis žaliavų ir įrangos panaudojimas atvėrė naujas galimybes kuriant modernias statybines medžiagas, įskaitant ypatingai stiprų betoną.
Geriausiai atitikti žodžiai ir termino klausimai
E. Šerelis pabrėžia, kad terminas „ypatingai stiprus betonas“ nėra formaliai apibrėžtas ir gali būti klaidinantis tarp specialistų. Angliškas terminas yra „Ultra-high performance concrete“, tačiau oficialaus lietuviško atitikmens nėra. Vis dėlto svarbiausia - suprasti skirtumus tarp įprasto betono gniuždymo stiprio ir UHPC, kuris gali viršyti 100 MPa, o laboratorinėmis sąlygomis pasiekti iki 250 MPa, ir būti iki aštuonių kartų stipresnis už įprastinį betoną.
Šiandienos mokslo ir praktikos derinimas rodo, kad UHPC gali atverti naujas architektūrines ir konstrukcines galimybes: nuo plonų sienų įrengimo iki didesnės atsparumo agresyvioms aplinkoms turinčiose srityse. Tačiau platesnei taikymui būtina aiški reguliavimo bazė, prieinama technologinė įranga ir ekonomiškai patrauklios tiekimo grandinės.