Naukowcy z PW pracują nad ekologiczną zaprawą bezcementową

Właściwości osłonowe materiałów budowlanych obok właściwości termicznych mają coraz większe znaczenie w budownictwie. Powszechność antropogenicznego promieniowania jonizującego i niejonizującego jest znakiem współczesnego świata, opartego na nowoczesnych technologiach teleinformatycznych i jądrowych. Obecny trend będzie się dalej rozwijał, o czym świadczy chociażby wdrażanie technologii 5G, wizja energetyki rozproszonej opartej o małe reaktory jądrowe (SMR) i zaawansowane prace nad wykorzystaniem fuzji jądrowej (międzynarodowy projekt ITER, Tokamak HL-2N w Chinach), w których dostrzega się alternatywę dla energetyki opartej o źródła kopalne (węgiel, gaz).

Zainteresowanie kompozytami geopolimerowymi jako materiałem osłonowym przed promieniowaniem jonizującym oraz elektromagnetycznym stanowi nowy temat badawczy w ostatnim dziesięcioleciu. Aktywowane alkalicznie materiały (AAM) zalicza się do nowej grupy ekologicznych spoiw, charakteryzujących się amorficzną, nieorganiczną budową na bazie związków wapniowo-glinowo-krzemowych. Stanowią one alternatywę dla cementu portlandzkiego, którego produkcja stanowi ok. 6% światowej emisji dwutlenku węgla.

- Naszym celem jest opracowanie innowacyjnej zaprawy bezcementowej, która będzie wyróżniać się wytrzymałością na wysoką temperaturę oraz ulepszonymi właściwościami osłonowymi przed promieniowaniem jonizującym i elektromagnetycznym - mówi inicjator projektu „GeoShield” dr inż. Piotr Prochoń z Wydziału Inżynierii Lądowej PW. - Innowacyjność zaprawy będzie polegała m.in. na wykorzystaniu produktów odpadowych z procesów przemysłowych zamiast powszechnie używanego cementu. Obniży to ślad węglowy materiału i wpisze się w europejskie wytyczne dotyczące zrównoważonego rozwoju - wyjaśnia.

Rys. 1. W ramach projektu „GeoShield” zostaną przeprowadzone badania właściwości osłonowych projektowanego kompozytu we wzorcowych polach promieniowania w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku (uproszczony schemat badania)

Projektowana zaprawa GeoShield, poza wysoką odpornością termiczną i właściwościami osłonowymi, ma odznaczać się śladem węglowym niższym o co najmniej 30% niż jej cementowy odpowiednik. Parametry techniczne pozwolą na obniżenie kosztów produkcji osłon betonowych, a łatwość aplikacji umożliwi zastosowanie zaprawy w obiektach już wybudowanych, takich jak: gabinety RTG, centra badań jądrowych czy stacje nadawcze. Prace przyczynią się do rozwoju metod projektowania osłon na bazie materiałów aktywowanych alkalicznie.

Rys. 2. Przykładowa mikrostruktura materiałów aktywowanych alkalicznie

Oprócz dr. inż. Piotra Prochonia projekt będą realizować: dr inż. Maja Kępniak i dr inż. Kamil Załęgowski  z Wydziału Inżynierii Lądowej PW oraz mgr inż. Ewelina Górecka z Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych Oddział Ceramiki i Betonów w Warszawie. Planowane jest jeszcze zatrudnienie osoby specjalizującej się w metodach numerycznych oraz symulacjach Monte Carlo.

Projekt otrzymał dofinansowanie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach konkursu „Lider XI”. Będzie realizowany do lipca 2024 r.