Na výzkum interakcí různých organických látek v bezcementových alkalicky aktivovaných materiálech se zaměřili Vlastimil Bílek a Lukáš Kalina z Ústavu chemie materiálů Fakulty chemické VUT. Spolu s týmem odborníků zkoumali, proč běžné organické přísady v této alternativě portlandského cementu nefungují, a čím je nahradit. Poznatky by měly do budoucna napomoct většímu zájmu o tento materiál a jeho častějšímu využití, ačkoliv masivnějšímu používání zatím brání i evropská legislativa.
Alkalicky aktivovanými materiály se na Ústavu chemie materiálů Fakulty chemické VUT dlouhodobě zabývají, a to díky národním i mezinárodním projektům základního i aplikovaného výzkumu. „Většinou je to vnímáno jako alternativa k materiálům na bázi portlandského cementu, zejména pro aplikace vyžadující vysokou chemickou odolnost nebo odolnost vůči vysokým teplotám. Dále mezi hlavní výhody patří, že alkalicky aktivované materiály jsou více ekologické a udržitelné při výrobě. Zejména proto, že se vyrábí z průmyslových odpadů a sekundárních produktů. Takže neplýtváme přírodními zdroji, například vápencem. Ten je hlavní surovinou pro výrobu cementu, a navíc při ní jeho rozkladem vzniká oxid uhličitý,” vyjmenovává benefity Vlastimil Bílek.
Jedním ze zásadních problémů těchto materiálů ale je, že v nich nefungují běžné organické přísady, které se používají v tradičních betonech. „Běžné přísady, například superplastifikátory, kterých i malá dávka beton výrazně ztekutí, jsou totiž designovány pro klasický cement. Díky nim můžeme přidat méně vody a získat větší pevnost i trvanlivost. Z betonu se tak dají stavět i složité masivní konstrukce, jako mrakodrapy nebo mosty. U alkalicky aktivovaných materiálů ale tyto plastifikátory obvykle nefungují. My jsme chtěli více proniknout do toho, které látky fungují, které ne, a proč,” vysvětluje Lukáš Kalina, co bylo cílem jejich tříletého projektu pod záštitou Grantové agentury České republiky.
Odborníci se soustředili primárně na pochopení chování organických přísad s jejich pojivem | Autor: Jan Prokopius
Multioborový tým výzkumníků, ve kterém byli i odborníci z Ústavu fyzikální a spotřební chemie FCH VUT či z Fakulty stavební VUT, se tedy soustředil primárně na pochopení chování organických přísad s jejich pojivem. „Prokázali jsme, že stěžejní jsou tři základní aspekty fungování a nefungování přísad. Jejich chemická stabilita, rozpustnost v aktivačním roztoku a adsorpce na povrch prekurzoru. Zjistili jsme například to, že když budeme aktivovat strusku hydroxidem sodným, tak nám velice dobře funguje určitý typ plastifikátoru. V momentu, kdy se ale v aktivačním roztoku objeví byť jen malinkaté množství křemičitanových iontů, tak najednou plastifikátor přestává úplně fungovat,” popisuje Vlastimil Bílek. I tento poznatek byl součástí článků, které nedávno otiskly prestižní časopisy Cement and Concrete Research a Construction and Building Materials.
Lepší porozumění chování alkalicky aktivovaných materiálů pomůže podle Vlastimila Bílka a Lukáše Kaliny jejich větší konkurenceschopnosti. „Pokud chceme s alkalicky aktivovanými materiály konkurovat běžným betonům na bázi portlandského cementu, musíme najít vhodné přísady, které by zásadně měnily charakteristiky tohoto netradičního typu betonu,” podotýká Kalina.
Tým z FCH VUT chce své poznatky postupně převést do praxe a do výroby | Autor: Jan Prokopius
Podle Vlastimila Bílka už ale existují ve světě zajímavé aplikace. „Například v australském Brisbane je z alkalicky aktivované strusky a popílku postavena letištní dráha. U nás je zatím komerční použití daleko menší,” říká s tím, že hojnějšímu využití brání především evropská legislativa. B„etonářské normy totiž nepočítají s úplnou absencí portlandského cementu jako pojiva,” dodává. Opatrní jsou podle něj i architekti a projektanti, kteří mají k cementu větší důvěru. „Na standardizaci a testování už se ale pracuje celosvětově,” upozorňuje Bílek.
Oni sami plánují ve výzkumu a případné aplikaci také pokračovat. „Do určité míry už na tento projekt navazujeme dalším, řešeným primárně na Fakultě stavební VUT. Oslovila nás také jedna firma, která by se s námi chtěla podílet na výrobě dílců z alkalicky aktivovaných materiálů. Zatím nechci být úplně konkrétní, ale vypadá to slibně,” říká Lukáš Kalina s tím, že větší průmyslová výroba je i jejich konečný cíl. „Můžeme si tady něco zkoumat a testovat v laboratoři, ale pokud se to nedostane do praxe, tak je smysl poloviční,” podotýká na závěr Vlastimil Bílek.