Innowacyjne wyroby drobnowymiarowe na bazie spoiwa geopolimerowego

Wykonanie prac badawczych w zakresie opracowania innowacyjnych drobnowymiarowych wyrobów betonowo-geopolimerowych wykonanych w technologii wibroprasowania było jednym z zadań zespołu badawczego pod kierownictwem prof. dr hab. inż. Michała Bołtryka z Katedry Budownictwa i Inżynierii Drogowej.

Zespół badawczy w składzie: prof. dr hab. inż. Michał Bołtryk, dr inż. Natalia Stankiewicz, dr inż. Jakub Popławski oraz mgr Wioleta Rutkowska prowadził badania nad innowacyjnymi drobnowymiarowymi wyrobami betonowo-geoplimerowymi w ramach Działania 2.3: Proinnowacyjne usługi dla przedsiębiorstw, 2.3.2. Bony na innowacje dla MŚP współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu operacyjnego Inteligentny Rozwój.

Dwuwarstwowa kostka brukowa, w której część konstrukcyjna wykonana jest z betonu zwykłego, natomiast warstwa fakturowa z betonu geopolimerowego, stanowi innowacyjne podejście do wibroprasowanych wyrobów betonowych. Oprócz bardzo dobrych właściwości mechanicznych dużą zaletą takiego wyrobu jest aspekt ekologiczny, gdzie poprzez zastosowanie geopolimeru na bazie popiołów lotnych, ograniczone zostaje zużycie cementu. Do produkcji wspomnianych elementów dwuwarstwowych zostają również wykorzystane materiały odpadowe, stanowiące produkty uboczne spalania węgla. Warstwa fakturowa wykonana z materiału o podwyższonych właściwościach trwałościowych w pełni zabezpiecza część konstrukcyjną kostki brukowej przed działaniem agresywnego środowiska zewnętrznego. Dzięki temu warstwa dolna może być wykonana z  niższej klasy betonu niż jest to wymagane normowo, co dodatkowo ogranicza zużycie cementu przy produkcji kostki betonowo-geopolimerowej. Dodatkowo innowacyjnym podejściem jest połączenie ze sobą dwóch różnych materiałów (geopolimeru oraz betonu zwykłego) z zastosowaniem wibroprasowania, co do tej pory nie było w wystarczający sposób zbadane czy stosowane.

Zespół badawczy opracował innowacyjne wyroby drobnowymiarowe na podstawie wcześniej prowadzonych badań w zakresie cienkich warstw ochronnych z betonów specjalnych względem konstrukcji betonowych i żelbetowych, a w szczególności Patentu: Sposób zapewnienia trwałości konstrukcjom betonowym oraz mieszanka betonowa w warstwie ochronnej. Polska PL 230045 B1 (autorstwa Michał Bołtryk, Edyta Pawluczuk, Natalia Stankiewicz).

Zaprojektowany element dwuwarstwowy charakteryzuje się dużą odpornością mechaniczną. Uzyskana średnia wytrzymałość na rozłupywanie przekracza wymagania normy PN-EN 1338 o 30%. Uzyskany wynik badania ścieralności spełnił wymagania najwyższej klasy odporności na ścieranie normy PN-EN 1338. Wyniki badań nasiąkliwości oraz mrozoodporności pozwoliły zaklasyfikować element dwuwarstwowy do najwyższej klasy odporności na warunki atmosferyczne.

Wysokie parametry trwałościowe oraz mechaniczne pozwalają zaproponować rozwój technologii elementów dwuwarstwowych z warstwą ochronną z geopolimeru, co spowoduje oszczędności ekonomiczne poprzez zmniejszenie zużycia spoiwa cementowego oraz redukcji kosztów eksploatacji w wyniku wydłużenia okresu użytkowania nawierzchni wykonanej z takich elementów w porównaniu do nawierzchni wykonanej z tradycyjnej kostki betonowej.
 

Tab. 1. Parametry mechaniczne i trwałościowe kostki betonowo-geopolimerowej

Drobnowymiarowe wyroby betonowo-geopolimerowe
	Wymiary	200x100x80, 100x100x80 mm
	Przeznaczenie	Wykonanie nawierzchni o podwyższonej trwałości
	Grubość warstwy geopolimerowej	20 mm
	Parametry wpływające na użyteczność produktu
	Ścieralność (ΔV)	ΔV=14000 mm3/5000 mm2 (klasa 4 odporności na ścieranie PN-EN 1338)
	Wytrzymałość na rozciąganie przy rozłupywaniu (T)	Tśr=4,7 Tn=3,9 F=547 N/mm (wymagania PN-EN 1338 spełnione)
	Odporności na warunki atmosferyczne
	Nasiąkliwość (Wa)	Wa=4,7%
	Mrozoodporność (L)	Lśr=0,6 kg/m2, Ln=1,2kg/m2 (klasa 3 odporności na warunki atmosferyczne PN-EN 1338)

W ramach dalszych prac nad wyrobami betonowo-geopolimerowymi zespół badawczy prowadził również prace B+R dotyczące opracowania technologii produkcji wibroprasowanych wyrobów drogowych z warstwą fakturową z zaprawy geopolimerowej na zamówienie jednego z producentów drobnowymiarowych wyrobów betonowych.

Do opracowania innowacyjnej dwuwarstwowej kostki brukowej wykorzystano laboratoria Katedry Budownictwa i Inżynierii Drogowej wyposażone w aparaturę badawczą, która umożliwia badania kompozytów betonowych oraz wyrobów budowlanych, a zwłaszcza stanowiska badawcze do wibrowania z wibroprasowaniem oraz zmodyfikowaną maszynę wibroprasującą do wykonania wyrobów dwuwarstwowych.

Jesteśmy gotowi dalej rozwijać z Państwem technologie wyrobów geopolimerowych i sposobów ochrony wyrobów budowlanych. W toku dalszych badań chcielibyśmy połączyć Państwa wiedzę wynikającą z pracy w przemyśle oraz nasze dotychczasowe doświadczenia laboratoryjne i półprzemysłowe. Uważamy, że wyroby betonowo-geopolimerowe będą w stanie zwiększyć konkurencyjność Państwa przedsiębiorstw i krajowej branży budowlanej. Temat spoiw geopolimerowych, z racji swoich walorów ekologicznych, wpisuje się w cele określane w programach ramowych grantów krajowych i międzynarodowych, m.in. w programach dofinansowania badań rozwojowych Komisji Europejskiej.

Zapraszamy do współpracy.

Kontakt:

dr inż. Natalia Stankiewicz, n.stankiewicz@pb.edu.pl