Co oznacza zrównoważone budowanie z użyciem betonu? Beton bardziej płynny

W 2012 roku, w momencie oddania tego 310-metrowego giganta do użytku będzie on drugim pod względem wysokości budynkiem w Europie. Podczas budowy stosowane są specjalnie dobrane domieszki do betonu firmy BASF. Dzięki nim można było na przykład przy wylewaniu fundamentów rozprowadzić 5,5 tys. metrów sześciennych betonu przy jednym nieprzerwanym wylaniu, co jest rekordem w historii brytyjskiego budownictwa.

– „Całe fundamenty zostały wylane przez jeden jedyny weekend” – wyjaśnia Brian Williams, Southern Regional Sales Manager w BASF Admixture Systems UK.

– „Bo przecież nie możemy sobie na to pozwolić, aby w centrum Londynu nasze pojazdy budowlane spowodowały długotrwały chaos komunikacyjny. Aby w tak krótkim czasie perfekcyjnie z wszystkich stron zalać betonem gęste zbrojenie, beton musi być szczególnie płynny. Tę płynność zapewnia specjalnie opracowana przez BASF domieszka do betonu Glenium® SKY.“ Dodatkową zaletą tej domieszki jest to, że beton bez problemów daje się pompować na wysokość 300 metrów.

Dużym wyzwaniem były także ogromne ilości betonu, z którego został wylany fundament. Podczas twardnienia betonu wzrasta bowiem jego temperatura – duża ilość betonu oznacza więc dużo ciepła. A im cieplejszy beton, tym szybciej twardnieje. Może to spowodować poważne problemy. Jeśli wcześniej wylane warstwy zbyt szybko stwardnieją, to następne warstwy nie będą z nimi prawidłowo związane. Beton staje się wtedy niehomogeniczny i niewystarczająco stabilny. Na budowie „The Shard” domieszka Pozzolith® zapobiegała zbyt szybkiemu stwardnieniu betonu i zapewniała w ten sposób wysoką, homogeniczną jakość betonu.

Wysoka jakość betonu wyraża się także w tym, że materiał ten wytrzymuje olbrzymi nacisk wywierany przez gigantycznej wysokości wieżę. Dzięki domieszce Glenium beton wytrzymuje ciśnienie odpowiadające ciężarowi samochodu małolitrażowego skupionemu na powierzchni dużego palca u nogi. Ta wysoka wytrzymałość betonu sprawia, że konstrukcja betonowa ma dłuższą żywotność i pozwala na zrównoważone użytkowanie budowli.  

Domieszka upłynniająca Glenium polepsza nie tylko właściwości budowlane betonu, ale także zwiększa jego przyjazny charakter dla środowiska. Beton ze względu na jego wielostronność jest najczęściej stosowanym materiałem budowlanym wyprodukowanym przez człowieka. Ma jednak poważną wadę - przyczynia się do emisji wielkich ilości szkodliwego dla klimatu dwutlenku węgla (CO2). Wynika to z tego, że beton w dużej części składa się z cementu. Ten z kolei zawiera klinkier cementowy, wypalany w temperaturze prawie 1.500 stopni Celsjusza, na produkcję którego potrzebne są olbrzymie ilości energii. Klinkier cementowy jest odpowiedzialny za około sześć do siedmiu procent globalnej emisji CO2.

Dzięki domieszce Glenium firmy BASF można zastąpić do 50 procent klinkieru cementowego innymi składnikami. Może to być przykładowo popiół lotny z elektrowni węglowych lub żużel wielkopiecowy, powstający przy produkcji stali i następnie utylizowany do wykorzystania w takim celu. Domieszki Glenium pozwalają zaoszczędzić do 60 procent CO2 emitowanego przy produkcji betonu .Już w 2008 roku domieszki BASF zredukowały emisję CO2 o 22 mln ton. Odpowiada to emisji miasta wielkości Berlina. Ponadto dzięki domieszkom Glenium oszczędza się energię, cenne surowce i miejsce na wysypiskach odpadów, które byłoby konieczne do składowania lotnego popiołu lub żużla wielkopiecowego.

W ten sposób Glenium przyczynia się znacząco do zmniejszenia emisji CO2 przy produkcji cementu. Przemysł cementowy zobowiązał się do tego w ogólnoświatowym porozumieniu branżowym. W USA i w Chinach na pierwszym planie stoi zmiana składu cementu na przykład poprzez wyższy udział procentowy surowców zastępujących klinkier cementowy. Europa koncentruje się bardziej na poprawie efektywności energetycznej przy produkcji normowanych cementów kompozytowych oraz na paliwach alternatywnych takich jak biomasa lub spalanie odpadów.

W Europie stosowanie surowców zastępczych zamiast cementu w ilościach przekraczających przyjęte normy dozwolone jest tylko pod warunkiem przedstawienia dowodu zdatności. W USA jest inaczej i tam BASF opracował koncepcję „Green Sense Concrete“ – w wolnym tłumaczeniu „koncepcję zielonego betonu“. Andreas Tselebidis, ekspert BASF w dziedzinie domieszek do betonu, jest przekonany do tej koncepcji: „Beton taki składa się częściowo z produktów recyklingu, takich jak lotne popioły i żużel wielkopiecowy oraz ze specjalnych domieszek, jak Glenium. Domieszki te sprawiają, że ten innowacyjny materiał budowlany jest zdecydowanie przyjaźniejszy dla środowiska niż zwykły beton.“
  

Jak pokazała analiza efektywności ekologicznej, przy produkcji Green Sense Concrete potrzeba o 30 procent mniej energii, emisja szkodliwego dla klimatu dwutlenku węgla jest niższa o 37 procent, a zużycie surowców o 35 procent mniejsze. Także zużycie ulega wyraźnej redukcji. Nowy materiał budowlany potrzebuje o pięć procent mniej wody, co odpowiada oszczędności 417 litrów wody, czyli mniej więcej trzy pełne wanny na jeden dom jednorodzinny. Ponadto Green Sense Concrete może być produkowany taniej. Jest to wkład BASF na rzecz zrównoważonego budownictwa.

Dalszym działaniem proekologicznym jest ustanowienie amerykańskiego certyfikatu „Green Building“, zwanego w skrócie LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) – jest to cieszący się renomą znak jakości, przyznawany za zrównoważone budownictwo i gospodarkę nieruchomościami. Przy przyznawaniu certyfikatu wyróżnia się sześć grup tematycznych: zanieczyszczenie środowiska spowodowane budową, zużycie wody, energii i zasobów naturalnych, komfort i jakość pomieszczeń. Za stosowanie BASF Green Sense Concrete można uzyskać punkty w wielu kategoriach.

Co to jest cement?

Główne składniki cementu to wapień i glina. Są one zmieszane z piaskiem kwarcowym i rudą żelaza, drobno zmielone i wysuszone. Następnie ta surowa mączka wypalana jest w temperaturze 1450 stopni Celsjusza – fachowcy nazywają tę operację spiekaniem. Mączka stapia się wtedy na okrągłe grudki o średnicy około trzech centymetrów, jest to tzw. klinkier cementowy. Składa się on ze związków chemicznych umożliwiających późniejsze stwardnienie cementu. Należą do nich krzemiany wapnia, gliniany wapnia i żelaziany wapnia. Na koniec wskutek zmielenia klinkieru cementowego z gipsem lub anhydrytem powstaje cement.

Co to jest beton?

Beton składa się przede wszystkim z cementu, wody oraz kruszywa skalnego (piasek, żwir i grys). Cement spełnia przy tym rolę kleju spajającego te składniki. Zmieszany z wodą twardnieje: powstają igiełki kryształów, które mocno się wzajemnie zazębiają i tworzą twardy kamień. Poprzez różnicowanie składu i dodatki można precyzyjnie wpływać na wybrane właściwości – ciężar, wytrzymałość, podatność na ścieranie i pękanie, odporność na korozję itp. Beton można bez problemów łączyć ze stalą oraz włóknami z tworzywa sztucznego lub szklanymi, co daje lepszą formowalność i lepszą wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu.

Jak działa nowoczesny fluidyfikator do betonu?

Nowoczesne fluidyfikatory takie jak Glenium produkowane są na bazie syntetycznych polimerów organicznych, takich jak polikarboksylaty (PCE). Cząsteczka PCE składa się z długiego łańcucha głównego i krótszych łańcuchów bocznych. Łańcuchy główne cząsteczek PCE są naładowane ujemnie. Gdy zostaną zmieszane ze świeżym betonem, odkładają się one na powierzchni cząstek zawartych w betonie. Łańcuchy boczne cząsteczek skierowane są na zewnątrz niczym kolce skorupki kasztana i nie pozwalają na zbliżenie do siebie cząstek betonu. Dzięki temu mogą się one łatwiej względem siebie przemieszczać i beton staje się bardziej płynny. Różnicując w domieszkach ilość łańcuchów głównych i bocznych można regulować różne właściwości betonu.