Specialistai sutaria – betono irimas pažeistose konstrukcijų vietose ar įtrūkiuose vyksta greičiau, nes į jas patenka drėgmės iš aplinkos. Palyginti su kitomis pastato konstrukcijomis, užtvankose, rezervuaruose, požeminėse aikštelėse ar betoninėse grindyse, drėgmės kiekis svyruoja labiau, o vandens garų difuzija betone dažnai sukelia įvairių eksploatacijos problemų. Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkų siūloma išeitis – savaime atsinaujinantis betonas.
Į pagalbą – bakterijos
Ernestas Ivanauskas.
Anot KTU Statybos ir architektūros fakulteto Statybinių medžiagų ir konstrukcijų tyrimų centro direktoriaus dr. Ernesto Ivanausko, drėgmės skverbimosi kinetika pastato, pavyzdžiui, pirmo aukšto grindyse yra kintamas reiškinys ir labai priklauso nuo aplinkos temperatūros. Tokiose konstrukcijose veikia statybinė, gruntinė, higroskopinė, kondensacinė ir eksploatacinė drėgmė. Drėgmės kinetika betone priklauso nuo žaliavų sudėties, susiformavusios struktūros (porų tipo, dydžio, jų pasiskirstymo ir atsirandančių plyšių pobūdžio), taip pat nuo eksploatacinės aplinkos.
Siekiant pašalinti pažeidimus ir pagerinti gaminių savybes, racionalu panaudoti naujos kartos savaime atsinaujinantį betoną (angl. self-healing concrete). Šis betonas iš esmės gali būti gaminamas dviem būdais: į betono mišinį įmaišant specialiose kapsulėse užsandarintų bakterijų arba panaudojant specialius kristalinius priedus.
Kalnų uolienose rastos Urea tipo bakterijos gali išgyventi didelio šarmingumo aplinkoje ir perdirbti maistą į kalcio karbonatą. Jų sporos gali išgyventi 50 ir daugiau metų, tačiau, jų įmaišius į betoną, šiam hidratuojantis ir traukiantis, išgyvena vos keletą mėnesių. Naudojant bakterijas, jas būtina kapsuliuoti ar kitais būdais pašalinti pastovų kontaktą su betone esančia šarmine aplinka. Tokiu būdu jų veikimas skatinamas tik tada, kai konstrukcijoje atsiveria plyšių.
Bakterijoms būtinas maistas – karbamidas arba organinės rūgštys (pavyzdžiui, kalcio laktozė). Efektyviausias šio tipo mechanizmo poveikis, kai bakterijų maistas yra kalcio laktatas (nesusidaro papildomai amoniako), bet dar papildomai išsiskiria CO2, kuris gali reaguoti su kalcio hidroksidu.
Atsivėrus betoninės konstrukcijos plyšiui, kapsulės perskeliamos, o veikiant vandeniui, kalcio laktatas tirpsta, bakterijos pradeda daugintis ir gaminti kalcio karbonatą, kuris užpildo plyšį net iki 1 milimetro. Kadangi kapsuliavimas labai pabrangina produktą, bandoma bakterijų sporas ir maistą izoliuoti silicio gelyje ir poliuretane ar želatinoje. Kapsuliavimas šiuo metu statyboje dar per brangus ir masiškai nėra taikomas.
Kitas būdas pagaminti savaime atsinaujinantį betoną – panaudoti specialius kristalinius priedus. Tai priedai, savo sudėtyje dažniausiai turintys amorfinį SiO2 ir kitus cheminius junginius, kurie geba inicijuoti vadinamąją pucolaninę reakciją ir kitus mechanizmus (pavyzdžiui, karbonizaciją), veikiančius plyšių užsivėrimą. Taip pat šiam procesui skatinti gali būti naudojami įvairūs plėtrūs junginiai, itin absorbciniai polimerai SAP, mineraliniai ir polimeriniai priedai.
Šie specialūs priedai, reaguodami su cemento kietėjimo metu išskiriamais produktais, sudaro stabilius kristalus, kurie panaikina konstrukcijoje esamus mikroįtrūkius iki 0,4–0,5 mm visu gaminio tūriu ir, kas svarbiausia, savaime „užsitaiso“. Kristalinis priedas, užpildydamas arba suskaitydamas kapiliarus, geba iki minimumo sumažinti konstrukcijos vandens įgėrį, gerokai padidinti nelaidumą vandeniui, atsparumą šalčiui. Betono konstrukcija, tikėtina, taps atsparesnė cheminiams aplinkos poveikiams, t. y. ji bus visapusiškai ilgaamžiškesnė.
Plyšių užsivėrimas naudojant savaime atsinaujinantį betoną.
Taupo laiką ir sąnaudas
Savaime atsinaujinantį betoną mokslininkas rekomenduoja naudoti visose betoninėse konstrukcijose, kurios turės sąlytį su gausia drėgme, o dar geriau, jei galimas tiesioginis kontaktas su stovinčiu ar tekančiu vandeniu. Esminis šio betono panaudojimo pranašumas – taupomas konstrukcijos įrengimo statybos proceso laikas, nes yra galimybė visiškai atsisakyti įrengiamos konstrukcijos išorinės hidroizoliacijos (purškiamosios, teptinės ar prilydomosios). Kitas aspektas, šis betonas nereikalauja hidroizoliacijos atnaujinimo, nes nelaidumas vandeniui užtikrinamas praktiškai visą konstrukcijos gyvavimo ciklą.
Šiam betonui, anot E. Ivanausko, netgi būtina pastovi drėgmė ar sąlytis su vandeniu, nes tai skatina spartesnį atsinaujinimo procesą. Kitaip tariant, jei nebūtų drėgmės, šis betonas negalėtų užverti savyje atsiradusių plyšių. Šiuo metu vykdant tyrimus KTU Statybinių medžiagų ir konstrukcijų tyrimų centre nustatyta, kad, panaudojus kristalinius priedus, plyšį užveriančių junginių atsparumas šalčiui yra iki 12–15 užšaldymo ir atšildymo ciklų pagal LST 1428-17:2016 standartą. Tai reiškia, kad šis betonas yra tinkamas eksploatuoti Lietuvos sąlygomis, kur šių ciklų skaičius ir yra apie 9–15 per metus. Svarbu ir tai, kad pažeidus užsivėrusį plyšį jis vėl apytiksliai per vieną savaitę kontaktuodamas su drėgme geba užsiverti ir šį procesą kartoti 12–15 atsparumo šalčiui ciklų. Vadinasi, tai besikartojantis ir ilgaamžis rodiklis.
Savaiminis plyšių užsivėrimas ir žymus konstrukcijos nelaidumo vandeniui padidinimas iki 30 proc. nesudaro sąlygų patekti aplinkoje esančiai drėgmei į gelžbetoninės konstrukcijos vidų, žymiai sumažinama armatūros korozijos tikimybė, sumažinamas vandenyje tirpių junginių išsiplovimas, kas gerokai prailgina visos konstrukcijos ilgaamžiškumą.
Dėl savaiminio plyšių užsivėrimo ir padidinto nelaidumo vandeniui šis betonas padeda išvengti arba smarkiai sumažina ne tik armatūros, bet ir praktiškai visų tipų betono korozijų.
Kauno autobusų stotis. Vienas naujausių projektų Lietuvoje, kuriame buvo naudojami kristaliniai priedai. Per parą Kauno autobusų stotyje apsilanko per 10 tūkst. žmonių, atvyksta vidutiniškai 700 tarpmiestinių ir tarptautinių autobusų. Bendras stoties pastato plotas 13 tūkst. kv. m. Stoties projekto vertė – 9 mln. eurų, statybos truko apie 1,5 metų. Požeminėje aikštelėje telpa 187 automobiliai.
Savaime atsinaujinantis betonas naudotinas:
• požeminių konstrukcijų hidroizoliacijai: vanduo, veikiamas hidrostatinio slėgio, gali skverbtis per betoną, o tai gali sukelti armatūros koroziją, kalcio hidroksido išplovimą ir konstrukcijų laikomosios galios sumažėjimą;
• konstrukcijoms, kurias gali veikti agresyvi aplinka: sulfatai – dėl gruntinio ar jūros vandens; chloridai – dėl jūros vandens; sandėliai, automobilių stovėjimo aikštelės, šalitilčiai ir kitos betoninės konstrukcijos – dėl kelio druskų poveikio; šarminė betono korozija;
• konstrukcijoms, kurias būtų sudėtinga remontuoti (sunkus priėjimas, konstrukcijos po vandeniu arba grunte.
Daugiabučių gyvenamojo namo pamatai Palangoje, Žiogų g. 6: čia betonavimo darbams buvo naudojami kristaliniai priedai, taip pat ir betonuojant visas balkonų plokštes.
Užsienio šalyse – nebe naujiena
Singapūro pajūrio ruože „Pakrantės teatro“ vaidinimų ir pramogų centro projekto dalyviai žinojo, kad požeminės pamatinės konstrukcijos bus veikiamos didelio hidrostatinio spaudimo ir agresyvių jūros vandens druskų. Pirmajame projekto etape statybai automobilių stovėjimo aikštelei hidroizoliuoti buvo naudojamos membranų sistemos, kurios vėliau reikalavo nuolatinio remonto ir perdengimų. Todėl antrajame etape po teatru statytai didžiulei stovėjimo aikštelei (beveik 20 tūkst. kub. m betono) hidroizoliuoti buvo parinkta kristalinė hidroizoliacija. Hidroizoliacinio priedo panaudojimas pakoregavo statybos darbų grafikus, pagreitindamas jų pabaigą trimis mėnesiais.
26 aukštų „Willis Limited“ pastatas Londone stovi pačiame miesto centre. Dėl didelio hidrostatinio slėgio betoniniai pastato pamato plokštei (2 tūkst. kub. m betono) buvo panaudotas kristalinis priedas. Taip pat šis priedas buvo naudojamas 21 pastato lifto šachtų hidroizoliavimui. Siekiant sutaupyti pinigų, pamato plokštė buvo padalyta į dvi dalis ir tik apatiniame betono sluoksnyje naudotas hidroizoliacinis priedas. Kruopščiai suplanavus darbus, visa plokštė išlieta be pertraukų. Taip pamatinės plokštės hidroizoliaciją pavyko įrengti itin pigiai, greitai ir patikimai.
„Tis“ bankas Stambule, Turkijoje, yra pastatų kompleksas, turintis tris bokštus (vienas 52 aukštų, kiti du po 36). Auditorijai, galerijai ir kelių aukštų automobilių stovėjimo aikštelėms buvo naudojami kristaliniai priedai pamatinių sienų, plokščių, grindų gaisrinio ir geriamojo vandens rezervuarų hidroizoliavimui.
Projektas Ilinojaus gatvėje 409 ir 499, San Franciske: 6 aukštų pastatas su 10 metrų gylyje esančiomis pamatinėmis konstrukcijomis. Pastatas yra visai šalia įlankos, veikiamas aukšto gruntinio vandens lygio, kintančio priklausomai nuo potvynių. Požeminėje pastato dalyje buvo betonuojama didelio storio pamato plokštė (daugiau nei 8 tūkst. kub. m betono), tada torkretavimo būdu įrengtas išorinės pamatinės sienos (apie 1500 kub. m betono), ant kurių pakabintos požeminės automobilių stovėjimo aikštelės denginio plokštės. Visoms antžeminės konstrukcijos buvo naudojamos kristalinis priedas.
Išskirtinį našumą padeda pasiekti dvejopa technologija: kristalinius junginius suformuojančios medžiagos sukuria milijonus nanokristalų, kurie neleidžia pratekėti vandeniui ir visiškai užpildo betono kapiliarų poras. Atsižvelgiant į produktą, šie nanokristalai papildomai užtikrina dar didesnį saugumą.
• Dvejopa technologija turi ir dar vieną pranašumą: paprastai nebereikia jokių kitų apsaugos nuo vandens priemonių.
• Padengia plieninius sutvirtinimus ir taip juos apsaugo.
• Užtikrina gerą slankumą.
• Sumažina w/c vertę ir nuolat mažina vandens skvarbos gylį, menkindamas kapiliarų porų struktūrą.
Straipsnis paskelbtas žurnale „SA.lt“ (Statyba. Architektūra) | 2018 lapkritis.
