Blog

Kam skirtas ypač didelio stiprumo betonas?

KTU nuotr.

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? Atsakymą žino Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkai, sukūrę net 8 kartus stipresnį betoną nei įprastas.

Technologijos ir galimybės

Lietuvos statybų rinkoje dirbantiems specialistams stiprusis betonas dar nėra labai žinomas. Tačiau vartus į naujų statybinių medžiagų kūrimą šiandien vis plačiau atveria optimaliau naudojamos vietinės statybinės medžiagos ir naujosios technologijos.

KTU mokslininkų teigimu, tobulinti statybų pramonėje naudojamas medžiagas skatina tiek eksploatacinės priežastys, tiek vis sudėtingiau įgyvendinami architektūriniai sprendimai.

Per pastaruosius kelis dešimtmečius statybinių medžiagų rinkoje įvyko gerokai didesnis proveržis nei per maždaug 150 metų, kai buvo išrastas cementas.

Jokia naujiena, kad įprastas betonas vis dar populiariausia statybų pramonėje naudojama medžiaga, kurio gniuždymo stipris siekia apie 30 MPa. Ypač stipraus betono gniuždymo stipris yra didesnis nei 100 MPa.

KTU mokslininkai padarė stulbinamą atradimą – laboratorinėmis sąlygomis pagamino betoną, kurio minėtas parametras gali siekti 250 MPa arba net 8,3 karto daugiau nei įprasto.

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. Be to, aukščiausios klasės betonui pagaminti būtina ir speciali technologinė įranga, kurios daugelis Lietuvos įmonių įsigyti dar nėra pajėgios.

KTU nuotr.

KTU nuotr.

Receptą atrado netikėtai

KTU Statybos ir architektūros fakulteto (SAF) Statybinių medžiagų katedros specialistai, atsižvelgę į šią problemą, pabandė sukurti tokią betono mišinio sudėtį, su kuria būtų galima ir be pačios moderniausios įrangos pagaminti ypač stiprų betoną, turintį pakankamai gerų savybių.

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. Maža to, mokslininkai jau turi idėjų, kaip šią statybinę medžiagą dar labiau sustiprinti, nekeičiant technologinės įrangos.

Teigiama, kad ypač stiprus betonas išsiskiria ne tik savo mechaninėmis, bet ir ilgaamžiškumo savybėmis. Kaipgi Lietuvos mokslininkams pavyko sukurti šią unikalią statybinę medžiagą?

Tyrėjai prisipažįsta, kad naująją UHPC formulę išrado visai netikėtai. Tai esą nebuvo konkrečiai planuoti, bet išties labai laukti kelerių metų tyrimų rezultatai.

„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. Vitoldas Vaitkevičius.

Išskirtinės medžiagos savybės

Dr. Vitoldas Vaitkevičius.

Dr. Vitoldas Vaitkevičius.

Anot mokslininko, palyginti su įprastu betonu, UHPC turi aukščiausią atsparumą lenkimui, gniuždymui, smulkinimui, o tankesnė mikrostruktūra ir ilgaamžiškumas (ilgesnis eksploatavimo laikas) leidžia šiam betonui tapti išties universalia statybine medžiaga.

Pagal KTU ypač stipraus betono formulę naudojamos vietinių atsargų medžiagos ir perdirbti stiklo milteliai. Kai mišinys sukietėja, naujasis betonas pasižymi neįtikėtinai tankia struktūra, atsparia vandeniui, chlorui ir tam tikroms kitoms cheminėms medžiagoms.

„Be to, mūsų galutinis produktas ir lengvesnis, ir pigesnis“, – pabrėžė KTU mokslo darbuotojas V. Vaitkevičius.

Ši ypač stipri statybinė medžiaga kitaip dar vadinama 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, t. y. plienines sijas pakeičiant į sijas, pagamintas iš UFPC.

Skirtingai nei kai kurie metalai, UHPC atsparus korozijai, todėl jis gali tapti plieninių ašinių sijų arba sijų, kurios dar išlaikytų ir didelį svorį, pamaina. Ši medžiaga gali būti iki 1000 kartų atsparesnė šalčio poveikiui, todėl yra kur kas artimesnė granitui ar bazalto uolienai nei įprastam betonui.

Iš ypač stipraus betono gali būti gaminami, pavyzdžiui, staklių, stalviršių paviršiai, paprasčiau įgyvendinami liaunų konstrukcijų sprendimai architektūroje, dizaino ir netgi baldų gamybos srityje.

Panaudotas pirmą kartą

KTU sukurtas ypač stiprus betonas pirmą kartą buvo panaudotas 3-iosios saugumo klasės seifo, atsparaus vandeniui ir ugniai, gamybai. Jo sienelių storis siekia vos 42 mm pločio.

Pasak mokslininko V. Vaitkevičiaus, naujojo betono savybės ir metalinės konstrukcijos leido dar labiau paploninti seifo sieneles, galutinis produktas tapo ir lengvesnis, ir pigesnis: „Mes laimėjome 3 milimetrus, kurie pasirodė esą gana reikšmingi.“

Architektūriniuose sprendimuose tai reiškia, kad įvairių konstrukcijų – kolonų, perdangos plokščių, sijų ir kitų elementų – matmenys taip pat galėtų būti sumažinti. Pavyzdžiui, jei iš įprastinio betono pagamintos kolonos skersmuo siekia 48 cm, ją gaminant iš ypač stipraus betono pakaktų ir 6 cm skersmens, kad būtų išlaikyta ta pati apkrova.

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 medžiagų. Esą mišinys pagamintas iš smulkių, ne didesnių nei 600 mikrometrai, miltelių ir cheminio reaktyvumo mišinio, tad UHPC yra kompaktiškas su mažomis poromis, kurios nesusijungia tarpusavyje.

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. Vadinasi, kitos sudėtinės medžiagos turi būti importuojamos iš skirtingų regionų ar net šalių, todėl statybinė medžiaga gerokai pabrangsta.

KTU nuotr.

KTU nuotr.

Lietuvoje – dvigubai pigiau

Šiuo metu žinomos UHPC alternatyvos pasaulyje, palyginti su lietuvišku betonu, kainuoja gerokai daugiau. Tiesa, Lietuvoje šios statybinės medžiagos kaina taip pat didoka ir tai viena pagrindinių priežasčių, kodėl ypač stiprus betonas pas mus vis dar retenybė.

Palyginimui: jei įprastinio C30/37 klasės betono, priklausomai nuo jo sudėties, kaina būtų iki 60 Eur už kv. metrą, ypač stipraus betono mišinio – keliskart didesnė. Pavyzdžiui, mažiausia tokios medžiagos kaina JAV – per 500 Eur, Vokietijoje – apie 600 Eur už kvadratinį metrą.

Teigiama, kad KTU SAF mokslininkų sukurto betono mišinys kainuoja gerokai pigiau. Kokį būdą rado KTU mokslininkai, kad šio ypač stipraus betono gamyba būtų ne tokia brangi?

„Jis gali būti gaminamas iš vietinių žaliavų be sudėtingos technologinės įrangos. Šios priežastys ir lemia pigesnę išskirtinio betono gamybą, – pažymėjo profesorius dr. V. Vaitkevičius. – Mūsų ypač stipraus betono kubinio metro rinkos kaina gali siekti apie 200–250 eurų. Tai reiškia, kad ji yra iki dviejų kartų mažesnė nei šiuo metu egzistuojančių konkurentų siūlomų produktų kaina.

Įmonės „Minshape“ rankų darbo namų aksesuarai iš betono.

Įmonės „Minshape“ rankų darbo namų aksesuarai iš betono.

Statyba, architektūra, menas

Taigi, remiantis KTU mokslininkų duomenimis, pagrindinis ypač stipraus betono pranašumas – galimybė statyti liaunas, bet stiprias konstrukcijas.

Už tai, regis, labiausiai turėtų būti dėkingi architektai ir statybų srities atstovai. Būtent jiems ši unikali statybinė medžiaga suteikia galimybę kurti išskirtinius architektūrinius sprendimus.

Tačiau, pasirodo, dėl unikalių UHPC savybių šią Lietuvos mokslininkų sukurtą medžiagą jau spėjo pamėgti ir dizaineriai.

Dėl naujos statybinės medžiagos formulės KTU tyrėjai sutiko pakonsultuoti įmonę, siūlančią vienetinius rankų darbo namų aksesuarus ir verslo dovanas iš betono.

Straipsnis paskelbtas žurnale „SA.lt“ (Statyba. Architektūra) | 2018 lapkritis.

Parašykite komentarą

Atsiliepimų nėra.