Drogi mogą być trwalsze, a ich budowa szybsza i tańsza. Polscy naukowcy mają na to pomysł
Aż trudno uwierzyć, że dobrze znany materiał, jakim jest pianobeton, może zrewolucjonizować budowę dróg w naszym kraju. A to za sprawą modyfikacji tego materiału, którą zaproponował zespół naukowców z Instytutu Techniki Budowlanej (ITB). O badaniach nad pianobetonem i jego możliwościach rozmawiamy z dr inż. Martą Kadelą z Zakładu Ekspertyz Konstrukcji, Geotechniki i Budownictwa ITB, która jest kierownikiem tego projektu badawczego.
Pianobeton – materiał dobrze już znany, od lat stosowany w budownictwie, pozornie zwyczajny. Skąd nowe zainteresowanie tym materiałem?
Analiza układu nawierzchnia – podłoże gruntowe to moja pasja. W układzie tym bardzo ważna jest warstwa pośrednicząca w przekazywaniu obciążeń na podłoże gruntowe. Pianobeton był używany do tej pory właściwie jako warstwa wypełniająca, np. przy budowie rurociągów. Kilka lat temu brałam udział w zebraniu, w którym uczestniczył również jeden z producentów pianobetonu i maszyn do jego produkcji, szukając pomysłu na nowe możliwości zastosowania tego materiału. Zainteresowałyśmy się jego wykładem z ówczesną moją promotor. Było to w 2011 roku. Zrobiłyśmy wstępne badania materiału, przeliczone analizami numerycznymi i w ten właśnie sposób zrodził się pomysł na projekt badawczy „Wzmocnienie słabego podłoża poprzez zastosowanie warstwy z pianobetonu w kontakcie z podłożem gruntowym". Projekt wystartował w 2014.
Czy pianobeton badany przez Panią to ten sam materiał znany z lat 60., czyli tradycyjna zaprawa cementowa z dodatkiem środka pianotwórczego, czy może już nowocześniejszy, poddany modyfikacjom na przestrzeni lat?
Dzisiejszy pianobeton jest oczywiście zmodyfikowany. Zaczyn cementowy wzbogacony jest o przemysłowe środki pianotwórcze podawane pod wysokim ciśnieniem, dzięki którym w jego strukturze tworzą się bąbelki powietrza. Choć trudno może to sobie wyobrazić, pierwszym środkiem pianotwórczym była zwierzęca krew. Stosowało się również elementy aluminiowe, które po usunięciu z zaprawy pozostawiały wolne przestrzenie z powietrzem. Pomysłów było wiele. Pianobetony tak naprawdę dzielą się na dwie grupy. Pianobetony, w których środek pianotwórczy jest pochodzenia proteinowego, organicznego oraz te, w których „bąbelki” generowane są ze środków syntetycznych. Materiał pochodzenia nieorganicznego jest dużo lepszej jakości. Chociaż, aby ten materiał mógł mieć zastosowanie konstrukcyjne, musieliśmy przeprowadzić serie prób i badań, aż do uzyskania właściwego składu i parametrów dla odpowiedniej gęstości. Dokładnie wiemy, jakie parametry musi spełnić pianobeton do konkretnych zastosowań. Badamy nie tylko wytrzymałość pianobetonu, ale również nasiąkliwość, mrozoodporność, przewodność cieplną.
To materiał lekki, samopoziomujący. Co ważne, jest bardzo wygodny w zastosowaniu, nie wymaga żadnego zagęszczania, wibrowania, a więc dodatkowych urządzeń i pracy. Wręcz przeciwnie, zagęszczanie powoduje, że bąbelki ulatniają się, przez co traci porowatość, a z nią swoje właściwości. Pianobeton jest też materiałem dość tanim w produkcji, jak i technologii zastosowania. To główne jego atuty.
Czy rzeczywiście pianobeton, oczywiście odpowiednio „skompilowany" może zrewolucjonizować polskie drogi, ich budowę?
Owszem, ponieważ za pośrednictwem warstwy z pianobetonu możliwe jest odpowiednie rozłożenie obciążenia na podłożu, które traktowane jest jako nienośne i jego przejęcie z górnych warstw. Najdroższy etap inwestycji, jaką jest budowa drogi, to wzmocnienie podłoża gruntowego. W tym momencie, dzięki pianobetonowi, zmniejszamy koszty tego etapu, np. na rzecz użycia dużo lepszej jakości materiału nawierzchniowego. Budowa dróg może być zatem tańsza, a same drogi trwalsze, bez ubytków i spękań. Sama budowa może przebiegać szybciej.
Obecnie kończę budowę poligonu doświadczalnego, ze specyficznym, słabym podłożem, który pozwoli mi ostatecznie zweryfikować moje badania laboratoryjne i komputerowe za pomocą specjalistycznych analiz numerycznych, ale wszystko wskazuje na to, że ta weryfikacja przejdzie pomyślnie. Zbudowaliśmy m.in. drogę modelową z zastosowaniem pianobetonu, naszpikowaną różnego rodzaju czujnikami. Ta droga jest normalnie użytkowana. Badania prowadzimy zarówno przy ruchu samochodów osobowych, jak i różnego typu samochodów ciężarowych, przy różnym obciążeniu.
Czy tylko w Polsce trwają badania nad zastosowaniem pianobetonu do budowy dróg, może gdzieś jest już stosowany?
Pianobeton jako warstwę podbudowy pod drogi stosują już Chińczycy, ale wykorzystywany jest on tylko przy poszerzaniu dróg. Nie udostępniają oni jednak danych technicznych swojego pianobetonu. Ciekawy projekt z zastosowania pianobetonu realizowany jest równolegle w Malezji, gdzie grunty są wyjątkowo nawodnione. Malezyjczycy opublikowali już swoje wyniki badań i są porównywalne z naszymi, także wielce prawdopodobne jest, że to właśnie pianobeton rozwiąże ich problemy infrastrukturalne.
Czy są już pierwsze firmy budowlane zainteresowane produkcją i stosowaniem pianobetonu wypracowanego przez Panią?
Muszę powiedzieć, że tak. Są firmy, które czekają na nasze wytyczne i będą ruszać z produkcją pianobetonu, a następnie budową dróg. Musimy tylko zakończyć ostateczne badania i obserwacje poligonowe. Od trzech lat okontrolujemy działanie warunków atmosferycznych na pianobeton i muszę przyznać, że nic się z nim nie dzieję. Materiał badany jest także w komorze zmęczeniowej, która przyspiesza cykle starzeniowe w środowisku imitującym nasze rzeczywiste warunki klimatyczne. Przykładowo, trzy miesiące w takiej komorze jest równoznaczne z upływem pięciu lat. Pianobeton nie jest odporny jedynie na obciążenie punktowe, ale w przypadku badanego zastosowania, właściwość ta nie ma większego znaczenia. Mogę jeszcze dodać, że upatrujemy też w pianobetonie sposób na utylizację niektórych odpadów. Mieszamy go np. z lotnym popiołem, butelkami PET i badamy wytrzymałość materiału. Może coś z tego będzie.
Pani pianobeton będzie rekomendowany do budowy dróg, głównie szybkiego ruchu, również autostrad. Czy przewiduje Pani jeszcze inne zastosowanie dla tego materiału?
Pianobeton z pewnością może być stosowany w budownictwie pod każdego typu konstrukcje warstwowe, np. pod stacje benzynowe, MOP-y, także posadzki hal przemysłowych, w których najprawdopodobniej, z racji dobrej przewodności cieplnej, pozwoli wyeliminować styropian. Mamy jeszcze w zanadrzu kilka pomysłów, ale nie chciałabym zdradzać szczegółów. Jeśli okażą się trafione, będziemy patentować.
