Na Zavodu za gradbeništvo že dlje razvijajo napredne, do okolja prijazne gradbene materiale, ki temeljijo na odpadnih in sekundarnih materialih mineralnega porekla. Do zdaj so že razvili in tudi v pilotnih projektih uporabili tlakovce, strešnike, fasadne plošče, umetne materiale in tudi izolacijske materiale.
Nove materiale, njihove lastnosti, možnosti uporabe in širšo dostopnost sta nam predstavili dr. Vilma Ducman, vodja laboratorija za cemente, malte in keramiko, hkrati je tudi vodja skupine na ZAG, ki izvaja raziskave na področju alkalijsko aktiviranih materialov, ter dr. Majda Pavlin, ki v omenjenem laboratoriju preverja okoljsko sprejemljivost proizvodov, razvitih z alkalijsko aktivacijo.
Strokovnjaki ZAG so bili v okviru številnih razvojno-raziskovalnih projektov aktivno vključeni v razvoj, optimizacijo in validacijo različnih pilotnih produktov, ki temeljijo na postopkih alkalijske aktivacije raznolikih mineralnih surovin.
Novi materiali iz odpadnih in sekundarnih surovin
Pri tem je ključno, da za razvoj novih produktov uporabljajo mineralne odpadke, ki nastajajo pri rušenju objektov (na primer kamena in steklena volna), ali pa so to odpadki in stranski produkti pri industrijski proizvodnji materialov in surovin. V tem primeru so to predvsem pepeli in žlindre.
Razvoj novih materialov in kompozitov temelji na alkalijsko aktivirani reakciji. V primerjavi s komercialno dostopnimi gradbenimi proizvodi alkalijsko aktivirani materiali praviloma dosegajo primerljive mehanske in trajnostne lastnosti, v določenih primerih pa jih celo presegajo, pravita sogovornici.
Toplotna izolacija s primerljivimi lastnostmi
Alkalijsko aktivirani izolacijski materiali so po besedah strokovnjakinj, primerljivi s klasičnimi izolacijami, kot so kamena in steklena volna, EPS in XPS. Približajo se po izolacijskih lastnostih, na drugi strani pa imajo višjo mehansko trdnost, kar zmanjša tveganje za poškodbe ob udarcih ali mehanskih obremenitvah. Izstopajo tudi po negorljivosti oziroma obstojnost tudi do znatno povišanih temperatur (nad 800 °C).
Alkalijsko aktivirane izolacije so primerne za zelo široko uporabo, a kot poudarjata sogovornici, je bistveno, da so izolacijski paneli načrtovani glede na namen uporabe, kar se odraža v prilagojeni sestavi materiala in izbranem proizvodnem postopku. Poleg mehanskih in toplotnih lastnosti je treba upoštevati tudi druge ključne parametre, kot so paroprepustnost, vpijanje vode in trajnost, ki morajo biti skladni z veljavnimi standardi za sorodne izdelke na trgu, če želijo zagotoviti konkurenčnost inovativnih rešitev.
Bistvena nadgradnja pen, ki so jih razvili na ZAG, je izdelava kompozita s penami in lahkimi agregati, kar prinaša naslednje prednosti: dodatno nižanje gostote in s tem izboljšanje izolativnih lastnosti, manjši skrčki in posledično manj razpok ter boljše mehanske lastnosti. Za te kompozite so pridobili tudi slovenski patent.
Končne lastnosti materiala so namreč odvisne od vrste in sestave vhodnih surovin, predvsem mineralnih odpadkov, kot so elektrofilterski pepeli, različne vrste žlinder, papirniški mulj, odpadno steklo, mineralna volna in podobno, ter od izbranega postopka priprave mešanice in pogojev nege.
Silicijev in aluminijev oksid ter penilci
Mineralne surovine, primerne za alkalijsko aktivacijo, morajo vsebovati čim večji delež amorfnega silicijevega in aluminijevega oksida, ki sta ključna za potek alkalijsko-aktivacijske reakcije. Nekateri materiali, na primer mineralna volna in odpadno steklo, so bogati predvsem z amorfnim silicijem, medtem ko druge surovine, kot je metakaolin, vsebujejo tudi znatne količine amorfnega aluminija.
Pomembno vlogo v reakcijskem sistemu ima tudi kalcij; zlasti kalcijevo bogate žlindre, kot je plavžna žlindra, lahko izkazujejo zelo hitro reaktivnost. Za sprožitev in potek reakcije alkalijske aktivacije je nujen (močno) alkalen medij, najpogosteje v obliki raztopin natrijevega hidroksida in/ali natrijevega silikata (vodnega stekla).
Zahtevnejša proizvodnja
Pri razvoju izolacijskih panelov, temelječih na alkalijsko aktiviranih materialih, je proizvodni postopek nekoliko zahtevnejši, saj je poleg reakcije alkalijske aktivacije treba natančno nadzorovati proces penjenja. "Upoštevati je treba, da v sistem vnašamo heterogene mineralne odpadke, pri katerih v reakcijo praviloma vstopi le amorfni del materiala, pa še ta ne nujno v celoti".
Pri tem je ključno kontrolirano penjenje, saj lahko pretirano tvorjenje por vodi v degradacijo mehanskih lastnosti materiala. Z ustreznim postopkom in optimizirano recepturo mešanice je mogoče doseči zelo nizko toplotno prevodnost, ki je lahko v primerjavi z nekaterimi obstoječimi materiali, na primer porobetonom, celo nižja ob hkratnem ohranjanju primerljivih mehanskih lastnosti.
Na trgu jih še ni
Produkti, ki so jih razvili na ZAG, trgu za širšo uporabo še niso dostopni. Kot povesta sogovornici, industrijskih proizvodnih obratov za alkalijsko aktivirane materiale še ni. Glavni razlog je dejstvo, da se na ravni EU še vzpostavlja ustrezni regulativni in standardizacijski okvir, ki bo omogočil njihovo širšo uvedbo na trg.
Pričakujeta, da se bodo evropske politike še izraziteje usmerile v povečano izrabo sekundarnih in odpadnih materialov, zlasti mineralnih odpadkov, ki so z vidika alkalijske aktivacije izjemno primerna surovina.
In cena?
Kaj pa cena, bodo ti napredni materiali cenovno dostopni? Natančnih izračunov proizvodnih stroškov še niso izvedli, so pa pripravili približne ocene, iz katerih izhaja, da bi bila cena izdelkov primerljiva ali morda nekoliko višja od komercialno dostopnih alternativ. "Višja cena je predvsem posledica dejstva, da so obstoječe proizvodne linije pri standardnih materialih že dobro vzpostavljene in optimizirane, medtem ko se proizvodni postopki, pilotni obrati in optimizacija linij pri alkalijsko aktiviranih materialih še vzpostavljajo".
Poleg tega proizvodnja v trenutni fazi zahteva delno ročno delo, kar podaljšuje čas priprave in povečuje človeški vložek, to pa dodatno vpliva na stroške. Ob predpostavki, da se bo tehnologija v prihodnosti razširila, in proizvodni postopki optimizirali, sogovornici pričakujeta, da se bo tudi konkurenčnost povečala, kar bo dolgoročno pripomoglo k znižanju stroškov in boljši cenovni dostopnosti teh materialov.
katarina.n.mal@styria-media.si
Najprej SKOK in potem HOP .