Zadanie, którego podjęła się w swojej pracy badawczej dr Katarzyna Zdanowicz, otrzymało finansowanie w I edycji konkursu Naukowy Grant Rektora. Naukowczyni z UWM chce wprowadzić zmiany w mieszance tworzącej beton lekki.

Nie taki lekki

Różnica w wadze między betonem lekkim a zwykłym może wynosić nawet 1600 kg/m3. Pierwszy z nich waży od 800 do 2000 kg, drugi od 2200 do 2600 kg/m3. Beton lekki to tylko umowna nazwa, bo trudno w ten sposób określić coś, co waży kilkaset kilogramów. Beton to mieszanka cementu, piasku, kruszywa, wody i plastyfikatorów lub innych dodatków. Beton lekki otrzymuje się wtedy, gdy w miejsce piasku i kruszywa zastosuje się kruszywo lekkie. Dość znanym typem kruszywa lekkiego jest keramzyt.

Dr Katarzyna Zdanowicz zainteresowała się jednak innym kruszywem – Certydem. Jak przypomina badaczka z Wydziału Geoinżynierii UWM, Certyd to kruszywo wytwarzane z popiołu powstającego ze spalania węgla kamiennego w Elektrociepłowni Białystok. Zdaniem dr Zdanowicz to kruszywo ma wiele zalet.

Certyd sposobem na efektywne sprężanie?

– Jest porowaty, lekki i wytrzymały na ściskanie, obojętny chemicznie oraz mrozoodporny i ognioodporny – wylicza zalety kruszywa naukowczyni.

Jak zaznacza, właściwością Certydu, która ją najbardziej zainteresowała, jest jego porowatość. Świadczy ona o tym, że może on wchłonąć dużo wody.

Jakie to ma znaczenie w produkcji betonu?

W betonie sprężanym chemicznie, czyli takim, do którego przy pomocy domieszek pęczniejących wprowadzamy dodatkowe siły, niezwykle istotna jest ilość wody. Każdy pewnie widział, że latem świeżo wylany beton w czasie schnięcia polewa się wodą. Robi się tak, aby nie popękał podczas wysychania i skurczu. Spękania osłabiają konstrukcje betonowe.

– Jeśli do wylania jakiejś konstrukcji betonowej sprężanej chemicznie – na przykład płyty stropowej – użyjemy betonu lekkiego z Certydem, to ten Certyd powoli będzie oddawać wodę betonowi, co pomoże osiągnąć stabilne pęcznienie betonu, a przez to jego sprężenie. Wytrzymałość takiego betonu będzie większa – wyjaśnia dr Zdanowicz. – Uzyskujemy zatem dwie korzyści: beton bardziej odporny na zarysowanie, a na dodatek lżejszy od tradycyjnego.

A skoro o stropach mowa, warto dodać, że są one zawsze zbrojone. Standardowo wykorzystuje się do tego celu stal zbrojeniową. Dodatkowo, jeśli pręty zbrojeniowe przed zabetonowaniem naciągnie się, to spowoduje to tzw. zjawisko sprężenia betonu, co jeszcze bardziej poprawi nośność elementów z betonu.

Włókno węglowe wzmacnia

Dr Zdanowicz podczas swego sześcioletniego pobytu na Uniwersytecie Leibniza w Hanowerze i Uniwersytecie Technicznym w Dreźnie zaczęła eksperymenty na kolejnym poziomie. Badała, co się dzieje z betonem sprężanym, gdy zamiast zbrojenia stalowego używa się zbrojenia z włókien węglowych.

– Włókno węglowe jest lekkie i cztery razy bardziej wytrzymałe niż stal. Użyte jako zbrojenie pozwala też zmniejszyć grubość konstrukcji betonowych. W ten sposób uzyskuje się dużą oszczędność betonu przy jednoczesnej poprawie parametrów konstrukcji – wyjaśnia naukowczyni.

W badaniach, na które dostała dofinasowanie w konkursie Naukowy Grant Rektora, pogłębia rozpoczęte w Niemczech prace. Używa w nich betonu z Certydem, który, jak wiemy,  jest lżejszy od tradycyjnego. W tym betonie umieszcza zbrojenie z włókien węglowych oraz, przy pomocy domieszek ekspansywnych, doprowadza do sprężenia betonu. Wszystkie te działania podejmuje, aby otrzymać konstrukcję jeszcze lżejszą i jeszcze bardziej odporną na zarysowanie.

– Zbrojenie z prętów stalowych można rozciągać w jednym kierunku. Zbrojenie z włókna węglowego ma natomiast postać siatki, a zatem podczas chemicznego sprężania rozciąga się w dwóch kierunkach. Jaki wpływ ma na to woda uwalniana stopniowo z Certydu? To właśnie badam – tłumaczy dr Zdanowicz.

Młoda naukowczyni już wie, czym zajmie się w przyszłości. Ponieważ zbrojenie z włókna węglowego można dowolnie kształtować, konstrukcje betonowe z jego udziałem nie muszą mieć kształtu belki czy słupa. Przed inżynierami budownictwa otwiera się świat nowych rozwiązań technologicznych. Zanim technologie te wejdą do praktyki, konieczne jest wsparcie naukowców, którzy swoimi badaniami i eksperymentami dokładnie sprawdzą właściwości nowych materiałów.

Lech Kryszałowicz

W marcowym wydaniu „Wiadomości Uniwersyteckich” na pierwszym planie są kobiety. Przedstawiamy więc inspirujące panie, które związane są lub były z Uniwersytetem Warmińsko-Mazurskim w Olsztynie. Naukowczynie i naukowców pytamy o wyzwania, z jakimi mierzą się kobiety, a także o ich rolę w zmieniającym się świecie. Wspólnie z rozmówcami zastanawiamy się nad pozycją kobietą na uczelniach, na rynku pracy i w relacjach prywatnych. Piszemy też o badaniach prowadzonych na Uniwersytecie, a dotyczących m.in. hipotezy wytrzymałościowej. Wiosenne wydanie „Wiadomości Uniwersyteckich” to także przegląd wydarzeń z życia uczelni i kampusu. Sporo uwagi poświęcamy więc m.in. trwającemu Roku Kopernika. Elektroniczne wydanie można pobrać ze strony internetowej UWM.