Nano-modyfikowany beton z wodą morską o wydłużonej trwałości

Projekt NanoSeaCon miał na celu ocenę możliwości zastosowania wody morskiej (SW) zamiast wody słodkiej (FW) w betonie oraz identyfikację najwłaściwszych receptur spoiw cementowych do produkcji betonu z domieszką wody morskiej (SWC). Produkcja betonu zużywa ogromne ilości wody słodkiej i cementu, przyczyniając się do globalnego deficytu wody oraz emisji CO₂. Wykorzystanie wody morskiej w betonie mogłoby ograniczyć zużycie zasobów wody słodkiej, jednak obecność jonów chlorkowych w wodzie zarobowej może powodować korozję stali zatopionej w betonie i skracać jego trwałość użytkową. Zespół projektowy NanoSeaCon badał, jak stworzyć trwały i przyjazny środowisku beton poprzez zastosowanie wody morskiej zamiast słodkiej, a także częściowe zastąpienie cementu dodatkowymi materiałami cementującymi (SCM) – ubocznymi produktami przemysłowymi, które mogą ograniczyć ślad węglowy. Ponadto, opracowanie betonów SWC z udziałem nanocząstek może poprawić wytrzymałość i trwałość betonu.

Kierownik projektu (Sundar) badający rezystywność elektryczną betonu mieszanego z wodą morską (fot. archiwum prywatne) W ramach projektu betony SWC z dodatkiem SCM wykazały lepsze parametry wytrzymałościowe i trwałościowe w porównaniu z tradycyjnymi betonami CEM I przygotowanymi na wodzie słodkiej. Dodatek SCM, taki jak popiół lotny, granulowany żużel wielkopiecowy (GGBFS) czy metakaolin, zwiększał zdolność wiązania chlorków w uwodnionych fazach cementu, co prowadziło do zmniejszania ryzyka korozji stali w żelbecie. Co więcej, wcześniejszy przyrost wytrzymałości w mieszankach z wodą morską pozwalał na przyspieszenie tempa budowy dzięki szybszemu dojrzewaniu betonu, nawet w mieszankach z dużą zawartością SCM, które zazwyczaj wolniej rozwijają wytrzymałość.

Spośród analizowanych betonów najlepsze wyniki uzyskał SWC z 30% dodatkiem żużla i 15% metakaolinu – wykazał szybszy przyrost wytrzymałości, lepsze właściwości długotrwałe i większą trwałość. Badania oporności elektrycznej potwierdziły także wyższą zdolność wiązania chlorków w tym rodzaju betonu po 7 dniach dojrzewania. Dodatki nano-krzemionki i nano-aluminy dodatkowo poprawiły powyższe właściwości.

Dzięki grantowi POLONEZ BIS możliwe było opublikowanie wyników badań w czasopismach otwartego dostępu oraz ich prezentacja na ważnych międzynarodowych konferencjach dotyczących cementu i betonu. Ponadto, współpraca międzynarodowa nawiązana w ramach projektu zaowocowała wspólnymi publikacjami z zespołami z TU Berlin, laboratorium C5 w Portugalii oraz Uniwersytetu Yonsei w Korei. Rezultaty projektu stały się także podstawą do opracowania pomysłów na kolejny projekt dr inż. Rathnarajana w ramach konkursu SONATINA, który otwiera dalsze możliwości na samodzielne prowadzenie badań w tej dziedzinie i rozwijanie współpracy ukierunkowanej na przeniesienie wyników z laboratorium do praktyki inżynierskiej. Kierownik projektu (Sundar) i mentor (dr hab. inż. Paweł Sikora, prof. ZUT, Szczecin) dyskutują na temat wyników projektu (fot. archiwum prywatne)

Wpływ projektu jest widoczny m.in. w jego wkładzie do najnowszego raportu komitetu ACI (ACI 243) dotyczącego betonu bazującego na wodzie morskiej. Może to przyczynić się do opracowania nowych norm i specyfikacji, które ułatwią wykorzystanie wody morskiej w produkcji betonu w wybranych zastosowaniach specjalistycznych. Zastosowanie SCM oraz alternatywnych rodzajów zbrojenia w połączeniu z wodą morską może znacząco zwiększyć zrównoważenie budownictwa. Sukces projektu może również przynieść ulgę regionom świata dotkniętym ostrym deficytem wody, które równocześnie mają duże zapotrzebowanie na beton w związku z modernizacją infrastruktury.

Więcej informacji o projekcie oraz dostęp do publikacji znajduje się na stronie: www.nanoseacon.zut.edu.pl.