Naujausių dešimtmečių statybinių medžiagų kraštovaizdis patiria didžiausią proveržį per pastaruosius 25 metus. Viena iš šių naujovių - ypatingai stiprus betonas, laikomas Ultra-High Performance Concrete (UHPC). Lietuvos mokslininkai ir inžinieriai tiria jo galimybes, pritaikymą ir ekonominį efektyvumą, nors teisiniai bei standartų dokumentai dar neužtikrina visapusiško jo gamybos gamyklose reguliavimo.
„Pirmiausia reiktų susitarti, ką vadiname įprastu betonu“, - teigia Evaldas Šerelis. - Jei tai populiariausias statybos pramonėje betonas, jo gniuždymo stipris būtų apie 30 MPa. O ypatingai stipraus betono gniuždymo stipris virš 100 MPa, laboratorinėmis sąlygomis pasiektas iki 250 MPa, tad jis gali būti iki 8 kartų stipresnis už įprastinį betoną.“ Tačiau šiuo metu egzistuojančios gairės ne visada leidžia gaminti UHPC gamyklose be specialios įrangos, o esami standartai nepritaikyti tokioms savybėms įvertinti.
Kaip kuriamas ypatingai stiprus betonas ir kokios jo ypatingos savybės
KTU Statybinių medžiagų katedros specialistai sukūrė unikalų UHPC mišinio receptą, kuris galėtų pagaminti stiprų, gero ilgaamžiškumo betono mišinių, net nenaudojant modernios technologinės įrangos. Gamybos kompromisai lėmė šiek tiek sumažėjusį gniuždymo stiprį, tačiau numatomi tolimesni tobulinimai. „Mūsų ypatingo betono mišinys gali būti gaminamas iš vietinių žaliavų ir perdirbto malto stiklo atliekų“, - teigia KTU SAF mokslo darbuotojai. „Tai ne tik pigesnė, bet ir ekologiškai atsakingesnė alternatyva.“
Bandymai parodė, kad perdirbto stiklo milteliai stiprina betono savybes, o tai buvo netikėta naudai. UHPC formulę išrado visiškai netikėtai: „bandymai į betoninį mišinį įmaišyti specialiai paruošto smulkinto stiklo pranoko visus lūkesčius“, - prisimena KTU SAF vadovas profesorius Dr. Pagal.
UHPC savybės nėra vien mechaninės. Tyrėjai teigia, kad šis betonas pasižymi dideliu atsparumu šalčiui (galimai iki 1000 kartų didesnis nei įprasto betono), o mechaninės ir ilgaamžiškumo savybės artimesnės granito ar bazalto uolienoms. Palyginus su įprastiniu betonu, UHPC gali leisti kurti plonesnes konstrukcijas ir daugiau architektūrinių sprendimų.
Ekonominiai ir technologiniai aspektai
Vienas iš pagrindinių UHPC taikymo barjerų - kaina. Jei įprastinio betono kaina apie 60 Eur/m3, UHPC gali būti daug brangesnis. Tačiau Kauno technologijos universiteto mokslininkai teigia, kad jų sukurtas mišinys gali būti pigesnis nei kai kurios užsienio alternatyvos, nes naudoja vietines žaliavas ir nereikalauja brangios technologinės įrangos. „Mūsų UHPC kubinio metro kaina gali siekti apie 200-250 Eur“, - teigia Vaitkevičius ir Šerelis, pridurdami, kad galutinis atsipirkimas įvertinant ilgaamžiškumą ir mažesnį konstrukcijų storį gali būti reikšmingas.
Naujasis mišinių receptas naudoja malto stiklo atliekas, kurios pagerina savybes ir sumažina sąnaudas. UHPC gali būti taikomas ne tik tradicinėse konstrukcijose, bet ir specialioje įrangoje bei agresyviuose aplinkos sąlygose, kur atsparumas korozijai ir mechaninės savybės yra itin svarbios - pavyzdžiui, branduolinėse elektrinėse ar saugių konstrukcijų projektuose.
Taikymo sritys ir praktiniai pavyzdžiai
- Architektūriniai sprendimai: dėl didelio gniuždymo stiprio galima kurti plonesnes kolonas, skersmenis ir sijų profilius, o tai leidžia kurti įvairesnes plonasienes konstrukcijas.
- Seifai ir saugos konstrukcijos: UHPC pirma kartą Lietuvoje buvo panaudotas trečiosios saugumo klasės vandeniui ir ugniai atspario seifo gamybai. Žiūrima į Eurograde 3 klasės sienų storio optimizavimą - iki 42 mm.
- Inžinerinės ir hidrotechninės konstrukcijos: įrenginių korpusai, tarpus tarp vamzdžių užpildai, o taip pat renesansuose gali būti naudojamas plaukiojančiose konstrukcijose.
- Stogų konstrukcijos: TUHFIO naudojimas plokštiems stogams leidžia lengvai formuoti nuolydžius ir užtikrinti atsparumą šalčiams.
- Infrastruktūros renovacija: naudojama aplinkui oro uostų pakilimo ir nusileidimo takus, požeminius tinklus, taip pat plaukiojančias arba plokščias sistemas.
Lengvasis betonų pasaulis: papildomos alternatyvos UHPC kontekstui
Be UHPC Lietuvoje taikomos lengvojo betono technologijos. Lengvasis betonas pasižymi mažesniu tankiu (500-1800 kg/m3) ir gali būti įtrauktas į įvairias konstrukcijas - stogus, grindis, sienas, balkonų ir terasų dangas, hidroakvatorinius bei inžinerinius sprendimus. Autoklave ar putų putplasčių įtraukiant į betono mišinį, gaunama akytojo betono - tai lengvai montuojama, puikiai izoliuojanti.
Pagrindinės lengvojo betono savybės: šilumos izoliacija, garso slopinimas, kvėpuojantis pobūdis, atsparumas karščiui, bei galimybė formuoti įtemptas formas be didelių įrenginių. Papildomai, galima naudoti polistireno granules siekiant dar didesnės šilumos varžos. Ypač žinomos tokios medžiagos kaip Styronit SAP 550 arba akytasis betonai kaip AAC (autoklavinis akytasis betonas) ir pemzos bei keramzitinis betonas. Lengvasis betonas gali būti iki 10 kartų lengvesnis už įprastą betoną ir pasižymi puikiu izolaciniu efektu bei korozijos atsparumu.
Kinant įrangą, lengvasis betonas tampa naudingas ne tik lengvoms konstrukcijoms, bet ir renovacijoms, kur svarbu sumažinti svorį ir trumpinti laiką. Pavyzdžiui, inžinerinių statinių užpildai, tarpai tarp vamzdžių, plaukiančių konstrukcijų ar net stogo plokščių remonto projektai gali būti įgyvenami su lengvaisiais mišinių sprendimais.
Privalumai ir trūkumai: ką reikia žinoti projektuojant UHPC ir lengvąjį betoną
- Privalumai UHPC: labai didelis gniuždymo stipris, ilgaamžiškumas, galimybė kurti plonesnes konstrukcijas, atsparumas agresyvioms aplinkoms.
- Trūkumai UHPC: aukštesnė kaina ir reikalavimai technologinei įrangai bei specialios projektavimo patirties.
- Lengvasis betonų privalumai: žemesnis svoris, geros šilumos ir garso izoliacijos savybės, paprastesnis montavimas ir, kai kuriais atvejais, mažesnės eksploatavimo išlaidos.
- Lengvojo betono trūkumai: mažesnis atsparumas gniuždymui nei UHPC, todėl reikia atsargiai įvertinti statybos apkrovas ir dizaino sprendimus.
Technologiniai įspūdžiai ir ateities perspektyvos
Papildomos tyrimų kryptys apima optimizaciją naudojant vietines žaliavas ir perdirbimo priedus, siekiant sumažinti kainas ir didinti aplinkos tvarumą. UHPC diegimo skatinimas reikalauja tarptautinių ir nacionalinių reglamentų pažangos, kurių šiuo metu nėra. Tačiau praktinių pavyzdžių vis daugėja: tiltai, viaduktai, sienos plokštės, kolonų ir sijų konstrukcijos - vis dažniau naudojamos kaip pavyzdžiai, kad ši medžiaga laikui bėgant įgaus vis didesnį pasirodymą Lietuvoje.
