Bardziej zrównoważone budownictwo morskie dzięki betonom recepturowym nowej generacji
Użycie wytrzymałych i trwałych materiałów pozwoli zapobiec szybkiemu pogarszaniu się stanu infrastruktury przybrzeżnej, której coroczne naprawy kosztują miliardy euro. Ponadto, mając na uwadze troskę o klimat, materiały te powinny być zrównoważone, przy ich produkcji powinna powstawać minimalna ilość odpadów, a cena pozostać konkurencyjna. Beton ultrawysokowartościowy i o bardzo wysokiej wytrzymałości (ang. Ultra High Performance/Ultra High Durability Concrete, UHPC/UHDC) spełnia te kryteria, dlatego jest coraz częściej stosowany w przemyśle. „Problem polega na tym, że często wybiera się gotowe mieszanki dostępne w sprzedaży, a lokalne materiały nie są brane pod uwagę, mimo że ich użycie byłoby korzystniejsze w kontekście zrównoważonego rozwoju”, mówi Liberato Ferrara, koordynator finansowanego ze środków UE projektu ReSHEALience. Konsorcjum projektu zatwierdziło metodologię, która umożliwiła inżynierom ulepszenie projektów infrastrukturalnych poprzez zapewnienie dostępu do godnych zaufania i odtwarzalnych receptur UHPC/UHDC. Opracowano również metodologię projektowania opartą na trwałości, aby móc przewidywać długoterminową wydajność.
Budować lepiej, na dłużej, za mniej
Badacze z projektu ReSHEALience koncentrowali się na konstrukcjach znajdujących się w środowiskach morskich i podawanych działaniu agresywnych substancji chemicznych, ze względu na wymagające warunki pracy oraz możliwość tworzenia przełomowych rozwiązań. W ramach projektu eksperymentowano z różnymi betonami recepturowymi, a w niektórych recepturach jako spoiwo wykorzystano mielony granulowany żużel wielkopiecowy w celu zmniejszenia śladu węglowego. Betony recepturowe opracowane w ramach projektu wzmocniono włóknami, dzięki czemu zwiększono wytrzymałość konstrukcji. Szczególne zainteresowanie wzbudziły właściwości samoregeneracyjne materiałów, które były efektem synergii domieszek krystalicznych i nanomateriałów, w tym nanowłókien z tlenku glinu i nanokryształów celulozowych. Materiały zbadano pod kątem wytrzymałości na agresywne czynniki takie jak chlorki oraz kwasy. W badaniach wykorzystano modelowanie wielofizyczne, które umożliwiło zespołowi określenie właściwości mechanicznych oraz chemicznych mikrostruktur w ich recepturach. Biorąc pod uwagę niedostatek dostępnych danych wejściowych dla tej rozwijającej się dziedziny, w modelu wykorzystano sztuczną inteligencję opartą na logice rozmytej, aby przekształcić surowe dane w potrzebne informacje. Po opracowaniu receptur dla wybranych budowli uruchomiono sześć projektów pilotażowych. Dwa z nich obejmowały wzmocnienie UHDC basenów geotermalnych położonych we Włoszech. Elementy tych budowli wchodzą w kontakt z wodą i błotem, więc działają na nie czynniki mechaniczne i kwaśne środowisko. Trzeci pilotaż przeprowadzono w Hiszpanii na tratwie o powierzchni 540 m2 z akwakulturą omułków, na której powstawały mikropęknięcia, co umożliwiło ocenę właściwości samonaprawiających materiałów. Czwarty projekt, również realizowany w Hiszpanii, dotyczył makiety pływającej platformy z turbiną wiatrową wykonanej z UHDC i zaprojektowanej tak, aby wytrzymać uderzenia fal i działanie chloru. W piątym pilotażu natomiast, prowadzonym u wybrzeży Irlandii, skupiono się na serii prefabrykowanych pływających platform z tkaniny węglowej, zaprojektowanych do użytkowania w niskich temperaturach. W ramach ostatniego z projektów odrestaurowano uszkodzoną wieżę ciśnień na Malcie przy użyciu technologii UHDC.
Innowacje w konserwacji budynków
Wszystkie badania pilotażowe wykazały, że materiały dobrze się sprawdzają w rzeczywistych warunkach, ale Ferrara jest szczególnie dumny z tego ostatniego. „Zbudowana w pierwszej połowie XX wieku maltańska betonowa wieża ciśnień ma solidną konstrukcję, ale przez lata była wystawiona na działanie powietrza nasyconego chlorkami oraz korazję. Udało nam się ją odrestaurować zgodnie z oryginalnym projektem i ochronić dziedzictwo kultury przemysłowej”, mówi badacz. Wieża ciśnień ma obecnie status zabytku narodowego klasy 1., a w 2021 roku za jej renowację wykonawcy otrzymali wyróżnienie specjalne w konkursie architektonicznym MASP (Malta Architectural and Spatial Planning).
Promowanie holistycznego podejścia
Niektóre konstrukcje, które powstały w ramach projektu ReSHEALience są użytkowane komercyjnie, ale jeśli UHDC ma stać się rewolucyjnym materiałem, równie ważne jest dzielenie się wiedzą. „Składy naszych mieszanek na beton recepturowy są ogólnodostępne, a w każde badanie pilotażowe zaangażowane były uniwersytety. Tam, gdzie było to możliwe, oferowaliśmy możliwości szkoleniowe”, komentuje Ferrara. „Przyszłość powinna być oparta na holistycznym myśleniu oraz łączeniu zasad projektowania, budowania i recyklingu od samego początku. Dzięki temu można rewolucjonizować niektóre zawody”. Zespół współpracuje obecnie z członkami konsorcjum, aby promować tę filozofię i umożliwić taką transformację.
Słowa kluczowe
ReSHEALience, beton, infrastruktura, chlor, kwas, morski, budownictwo, trwałość, materiały samonaprawiające się, zrównoważony rozwój, przybrzeżne
