

Beton: kevesebb széndioxid újrahasznosított adalékanyagokkal és GFRP-vel
A cement kiegészítő anyagok, geopolymerek és innovatív erősítő anyagok használata lehetővé teszi a szerkezeti teljesítmények növekedését és támogatja fenntarthatóságot
Az éghajlati normák az Európai Uniót arra kötelezték, hogy 2023-ig 55%-kal csökkentse az üvegházhatású gázok kibocsátását, és 2050-re az egész EU szén-dioxid-semlegessé váljon. Ezek a célkitűzések jogilag kötelező érvényűek: az egyes államok ténylegesen azon dolgoznak, hogy ezeket a célkitűzéseket a megadott időkereteken belül elérjék. Ez az átmenet egyben lehetőséget kínál az európai gazdasági és ipari rendszerek minden szinten történő átértékelésére is. E célok elérése érdekében az építőipart, és különösen a beton ágazatot radikálisan át kell alakítani. Ebben a forgatókönyvben a Cembureau (az Európai Cement Szövetség), az Amerikai Portland Cement Szövetséggel (American Portland Cement Association) és a Globális Cement és Beton Szövetséggel (Global Cement and Concrete Association) közösen feltérképezte azt az utat, amelyen a cementipar elérheti a klímasemlegességet 2050-re. A megközelítés a termelés minden fázisára kiterjed, a cementgyáraktól a szerkezetek teljes életciklusáig, a körkörös gazdaság elveinek megfelelően. A betongyártás a természetes adalékanyagokat helyettesítő újrahasznosított (építési vagy bontási tevékenységekből származó) vagy mesterséges (ipari hulladékból származó) adalékanyagok felhasználásával érdemben hozzájárulhat a körforgásos gazdaság fejlesztéséhez. Maga a beton is újrahasznosítható, majd új építkezésekhez újra felhasználható.

Forrás: Realtá Mapei International
Fenntartható alternatívák
A cementgyártás során alkalmazott cement kiegészítő anyagok (SCM) használatából származó előnyök jól ismertek: pernye, salak, mészkő, a szilikapor és a természetes puccolán mind konkrét módot kínálnak a cementgyártási folyamat szénlábnyomának csökkentésére.
A cement kiegészítő anyagainak használata világszerte jelentős szintet ért el, a csúcsértékek elérik a 75%-ot. Olaszországban bőven van lehetőség a beton szénlábnyomának csökkentésére, mivel mind a III., IV. és V. típusú cementeknek, mind a cement kiegészítő anyagoknak viszonylag alacsony a felhasználása a betongyártás során. A cement kiegészítő anyagok cementgyártás során történő felhasználását Olaszországban az UNI EN 197-1:2011 szabvány szabályozza, amely előírja az összetételt, a specifikációkat és a cementtípusok megfelelőségi kritériumait. A betongyártást az UNI EN 206:2021 és az UNI 11104:2016 szabványok szabályozzák.
Geopolimerek
A cement kiegészítő anyagokon kívül léteznek geopolimerek is, amelyek a portlandcementből készült hagyományos betonhoz képest alacsony környezeti hatásuknak köszönhetően ígéretes alternatívát jelentenek a fenntartható építési gyakorlatok számára. A geopolimerek vagy alkáli aktivált anyagok olyan anyagok, amelyek egy ún. prekurzor - jellemzően őrölt granulált kohósalak (GGBFS) vagy pernye (FA) - és egy lúgos aktivátor - jellemzően nátronlúg és nátrium-szilikát vízzel való keveréke - reakciójából keletkeznek. Ezek az űn. prekurzorok amorf alumínium-szilikátok, amelyek látens hidraulikus tulajdonsággal rendelkeznek, és csak erősen lúgos anyagok jelenlétében válnak reaktívvá.
A geopolimerek szilárdulásához vezető reakciók lassabbak, mint a portlandcement megszilárdulását szabályozó reakciók. Míg azonban a portlandcement 28 napos szilárdulási idő után közel a végszilárdságát éri el, a geopolimerek hosszabb ideig folytatják a reakciót, és mechanikai tulajdonságaik még 60 nap után is tovább növekedhetnek. Összetételük is eltérő: a geopolimerek mikroszerkezete sokkal tömöttebb, mint a cementkő szerkezete, és ez kiváló ellenállást biztosít az agresszív anyagokkal (szulfátok, kloridok, savak) szemben, ami különösen alkalmassá teszi őket a nagy terheléssel járó területeken (csatornarendszerek, ipari hulladékok és csapadékelvezető csatornák) használt előregyártott betonelemek gyártására.
A vasbeton új megközelítése
A hagyományos acélbetét (amely jelentős CO2-kibocsátással jár) innovatív anyagokkal, például szálerősítésű betonnal (FRC) és üvegszál-erősítésű polimerekkel (GFRP) való helyettesítése szintén lehetséges módja a betongyártási folyamat környezeti hatásainak csökkentésének. Az acélbetét és az FRP kombinációját alkalmazó hibrid szerkezetek a szerkezeti tervezés ezen új megközelítését példázzák. Ezek olyan megoldások, amelyek az acél szilárdságát és szívósságát az FRP jellemző korrózióállóságával és kis súlyával ötvözik. Ezek a hibridek nemcsak a szerkezeti teljesítményt javítják, hanem a fenntarthatóságot is elősegítik, mivel az ilyen szerkezetek kisebb hatást gyakorolnak a környezetre. Ráadásul az FRP anyagok korrózióállósága csökkenti a karbantartási igényt és meghosszabbítja a szerkezetek élettartamát, ezáltal még inkább növeli a fenntarthatóságot.
A Bresciai Egyetemen végzett kutatómunka
A Bresciai Egyetemmel együttműködésben végzett, Giovanni Plizzari professzor és Adriano Reggia professzor által vezetett kutatómunka tárgya a vasbeton gerendákon végzett ipari méretű vizsgálatok elvégzése volt, amelyek célja az alacsonyabb szén-dioxid-kibocsátású megoldások tesztelése és fejlesztése volt. A vizsgálatok elemezték a teherbírás és a terhelés alatti alakváltozás közötti kapcsolatot. Az elképzelés egyrészt a műszaki szabványoknak már megfelelő fenntartható megoldások előmozdítása volt, másrészt pedig a műszaki szabványok által még nem szabályozott új anyagok használatából származó előnyök tanulmányozása. Részletesebben kifejtve: vizsgálatokat végeztek hagyományos betonból és geopolimereket tartalmazó betonból készült gerendákon, amelyek hibrid betéteket (acélból, GFRP üvegszálakból, FRC polimer szálakból) tartalmaztak. A vizsgálatok célja a szerkezeti teljesítmény, például a merevség és a teherbírás felmérése volt. A kutatás emellett kritériumokat vezetett be az anyagok és szerkezeti teljesítményük értékelésére a tartósság és a környezeti hatások alapján.

4 pontos hajlítóvizsgálat
Alapanyagok
A vizsgálatokhoz a Crezza S.r.l. betongyártó háromféle betontípusát használták fel:
■ hagyományos referenciabeton (REF), CEM II cementtel a helyszínen öntött betonszerkezetekhez;
■ az olasz szabványoknak megfelelő fenntartható beton (ECO3): CEM IV (puccolán) cementtel, mesterséges és újrahasznosított adalékanyagokkal;
■ egy innovatív, geopolimereket tartalmazó betontípus (GEO), amely fontos technológiai újítás, mivel nátrium-hidroxid (vagy marónátron) helyett lúgos folyékony salak aktivátort (MAPECUBE GEO) használ, amely nem veszélyes és nem igényel hőkezeléssel történő szilárdságfejlesztést.
Továbbá, a hagyományos aktivátorokkal ellentétben a MAPECUBE GEO kompatibilis az összes polikarboxilát-éter (PCE) folyósító adalékszerrel. A MAPECUBE GEO-val tehát ugyanazokban a gyártóüzemekben és ugyanazokkal a módszerekkel lehet geopolimer alapú betont készíteni, mint a portlandcement alapú beton esetében. A vizsgálatokhoz használt adalékszereket illetően a Mapei által gyártott, előregyártott betonokhoz alkalmazható DYNAMON NRG 1012 folyósító adalékszert használták a referenciabeton (REF) és az ECO3 beton előállításához. A geopolimereket tartalmazó betonhoz DYNAMON CUBE 804 folyósító adalékszert adagoltak, amely segít fenntartani a jó bedolgozhatóságot, többek között a salakot tartalmazó keverékek esetében is. A felhasznált erősítő betétek hagyományos betonacél és makroszintetikus szálak (MAPEFIBRE ST42 PLUS) voltak. Az anyagok mechanikai tulajdonságait nyomószilárdsági vizsgálatokkal, szerkezeti teljesítményvizsgálatokkal és tartóssági jellemzéssel vizsgálták (1,2,3 ábrák). E vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy a hibrid megerősítési megoldások javítják a teherbírást, a működési terhelések alatti alakváltozás mértékét, miközben a hagyományos vasbetonszerkezetekhez képest a duktilitás kis mértékben csökken, amint az a 3. ábrán található grafikonokon is látható.

1. ábra –A különböző betonösszetételek szabad zsugorodása

2. ábra – A nyomás alatt levő víz behatolási mélysége

3. ábra - A gerendák szerkezeti reakciója
Fenntarthatósági értékelés
Az eredmények azt mutatták, hogy a hibrid megerősítéssel ellátott geopolimer beton használatával jelentősen csökkent az üvegházhatású gázok kibocsátása (GWP, globális felmelegedési potenciál). Ez a megoldás, amely körülbelül 150 kgCO2/m3 GWP-értéknek felel meg, a referenciabetonhoz képest mintegy kétharmados (66%-os) jelentős csökkenést eredményez. A hibrid megerősítéssel ellátott ECO3 beton használatával 44%-os GWP-csökkenést értek el. E GWP-csökkenés miatt a geopolimer beton a legjobb fenntarthatósági potenciállal rendelkező beton, amint azt a 4. ábra mutatja.

4. ábra – A beton fenntarthatósági potenciálja
Ha további kérdései vannak, keresse a Mapei betontechnológiai szaktanácsadóit, szívesen segítenek, akár a projekt helyszínén is!
Ez is érdekelheti:
A Duna új ékköve – a Kalocsa-Paks híd születése