Beton żelowy - innowacyjna technologia dla budownictwa

"Idea była prosta: uzyskać porowaty materiał, który będzie miał dobre właściwości termoizolacyjne. W betonie komórkowym porowatość uzyskuje się poprzez napowietrzanie proszkiem aluminium, tutaj polega to na żelowaniu. Nikt na to nie wpadł wcześniej" - tak swój wynalazek przedstawił PAP dr inż. Jarosław Strzałkowski z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego.

Strzałkowski od 10 lat pracuje w katedrze fizyki budowli i materiałów budowlanych na wydziale budownictwa i inżynierii środowiska ZUT. Przy tworzeniu "swojej" mieszkanki cementowej wykorzystał zjawisko znane każdemu, kto przygotowywał kisiel. Powyżej temperatury żelowania (np. 60 stopni) zawiesina wody ze skrobią zamienia się w żel. Powstała w wyniku podgrzewania żelowa substancja stanowi szkielet, wokół którego wiąże spoiwo budowlane, jakim jest cement. Po stwardnieniu cementu powstaje jednorodny materiał o wysokiej porowatości nadającej dobre właściwości termoizolacyjne.

"Przygotowujemy zwykły zaczyn cementowy, czyli woda plus cement, i do niego dodaje się skrobię. Zimny zaczyn jest mieszany. Kiedy zawiesina jest jednorodna, zwiększa się temperaturę i zaczyna się żelowanie, czyli tworzy się żel skrobiowy, tak jak w kisielu" - wyjaśnia Strzałkowski.

Pokazując mikroskopowe zdjęcia, wyjaśnia, że wokół żelowej struktury tworzy się trwała struktura spoiwa cementowego albo np. gipsowego, dzięki czemu nowa technologia będzie mogła znaleźć zastosowanie nie tylko w produkcji bloczków betonowych, ale również płyt gipsowo-kartonowych.

Nowy materiał jest wytrzymały i ma wyjątkowe właściwości termoizolacyjne. "Typowa wytrzymałość betonu komórkowego to jest do 4-5 MPa (megapaskali), a mojego materiału prawie 10" - informuje dr Strzałkowski.

Podkreśla, że najistotniejsza jest relacja: wytrzymałość - przewodność cieplna. Im niższa, tym lepiej. Tym lepszym izolatorem jest dany materiał. A im wyższa wytrzymałość, tym wyższe konstrukcje można wznosić z betonowych bloczków.

Np. beton komórkowy 3 MPa ma przewodność cieplną ok. 0,14. Beton żelowy o podobnych właściwościach cieplnych będzie miał wytrzymałość 7 MPa.

Badania gęstości różnych rodzajów betonów także potwierdzają, że ten żelowy ma 60-70 procent lepszy współczynnik przewodzenia ciepła. "Wyniki są bardzo optymistyczne. Przy większej skali, większej liczbie próbek oczywiście wyniki mogą być nieco inne, ale już dziś wiemy, że różnice na korzyść betonu żelowego nie wynoszą kilka procent" - stwierdza Strzałkowski.

Na dalsze prace naukowo-badawcze otrzymał grant (ponad 365 tys. zł) w ramach 19. edycji konkursu Sonata Narodowego Centrum Nauki. Projekt "Kompleksowe badania struktury lekkich kompozytów cementowych o wysokiej porowatości - beton żelowy" zaplanowany jest na trzy lata. Będzie realizowany przez czteroosobowy zespół. W jego skład wchodzi m.in. dr inż. Agata Stolarska badać będzie m.in. odporność nowego materiału na działanie wody.

Naukowcy z ZUT mają nadzieję, że po badaniach podstawowych uda się przejść do badań stosowanych, nawiązać współpracę z firmami specjalizującymi się w produkcji betonów. Wdrożenie do masowej produkcji betonu żelowego będzie możliwe za kilka lat. Strzałkowski podkreśla, że nowy materiał jest dużo tańszy niż tzw. aerożele, którymi zajmował się w ramach pracy doktorskiej.

"Aerożele to bardzo dobre izolatory termiczne, dużo lepsze niż np. styropian, tylko że są bardzo drogie. Beton żelowy będzie tańszy, bo powstaje na bazie zwykłej skrobi. To może być skrobia ziemniaczana, kukurydziana" - wyjaśnia Strzałkowski.

Ze środków otrzymanych z NCN zamierza kupić m.in. mieszalnik z płaszczem grzewczym.

Projekt realizowany na ZUT poszerzy wiedzę naukową nt. lekkich kompozytów cementowych w inżynierii lądowej. Głównym zastosowaniem nowego materiału będą: bloczki, cegły i inne elementy prefabrykowane, np. nadproża.