Pomiar wpływu betonu na środowisko na przestrzeni całego cyklu życia
Uczestnicy realizowanego przez Heriot-Watt University (HWU) w Edynburgu projektu CLIMATCON, na czele z głównym badaczem – stypendystą programu Marie Curie Xiao-Hui Wangiem – sprawdzili, jak zbrojone belki betonowe ulegają karbonatyzacji pod obciążeniem. Wyniki uzyskane dla „ekologicznego” betonu domieszkowanego produktami ubocznymi procesów przemysłowych – popiołem lotnym lub mielonym granulowanym żużlem wielkopiecowym – porównano z wynikami dla zwykłego betonu na bazie cementu portlandzkiego. Przemysł betoniarski ma ogromny wpływ na środowisko naturalne, będąc źródłem około 5% globalnej emisji CO2 powstającego głównie w procesie kalcynacji podczas produkcji cementu. Ekologiczne betony, dostępne już od pewnego czasu, zyskują coraz większą popularność jako środki pozwalające ograniczyć emisję dwutlenku węgla. Tuż po powstaniu zbrojona konstrukcja betonowa zaczyna powoli pochłaniać CO2 z atmosfery w procesie nazywanym karbonatyzacją. Jednak mimo że karbonatyzacja częściowo równoważy emisje CO2 powstałego podczas produkcji, to zmniejsza też zasadowość betonu, przez co zalana w betonie stal jest bardziej podatna na korozję. Wcześniejsze oznaki korozji Ekologiczny beton ulega karbonatyzacji szybciej niż tradycyjny. „Używając ekologicznego betonu, można zmniejszyć emisję dwutlenku węgla, jednak szybkość karbonatyzacji jest większa, przez co stal zaczyna korodować o wiele wcześniej” – mówi Dimitri Val, kierownik projektu i profesor HWU zajmujący się badaniami nad infrastrukturą, bezpieczeństwem i niezawodnością. „To z kolei wiąże się z koniecznością napraw, co zwiększa koszty i powoduje dodatkową emisję”. Zespół CLIMATCON chciał znaleźć sposób na określenie stopnia zrównoważenia różnych gatunków betonu na środowisko poprzez ocenę wpływu na środowisko i kosztów w całym cyklu życia konstrukcji. Takie podejście jest znacznie lepsze niż poprzednie metody, które niemal w ogóle nie uwzględniały skutków pogarszania się stanu betonu. Wykonane z sześciu różnych gatunków betonu belki testowe zostały umieszczone w specjalnej komorze i poddane przyspieszonej karbonatyzacji trwającej 120 lub 240 dni. „Powszechnie wiadomo, że szybkość karbonatyzacji jest większa, jeśli beton jest obciążony, dlatego też wywarliśmy odpowiednie obciążenia na belki testowe w komorze” – opisuje prof. Val. Zaskakujące wyniki Pomiar szybkości karbonatyzacji dał zaskakujące rezultaty. „W przypadku betonu ekologicznego obciążenie o wiele silniej oddziaływało na szybkość karbonatyzacji niż w przypadku zwykłego betonu, i szybkość ta okazała się o wiele większa, niż oczekiwaliśmy” – wyjaśnia prof. Val. Może to mieć ogromny wpływ na parametry betonu ekologicznego w rzeczywistych konstrukcjach, jednak konieczne są dalsze badania, które pozwolą odkryć przyczyny tego zjawiska. „Musimy dowiedzieć się, jakie procesy zachodzą na poziomie materiałów” – twierdzi prof. Val. W tym celu zespół stworzył model numeryczny zdolny do przewidywania szybkości karbonatyzacji betonu i ilości pochłanianego CO2 z uwzględnieniem czynników, takich jak obciążenie, pęknięcia, temperatura i wilgotność. W efekcie powstała nowa metoda probabilistyczna do oceny parametrów podlegających karbonatyzacji konstrukcji ze zbrojonego betonu w ciągu całego cyklu życia tych konstrukcji. Metoda ta uwzględnia pogarszanie się stanu betonu i wynikającą z niego konieczność przeprowadzania napraw, a także pozwala przewidywać powiązane emisje CO2 oraz stopień ich zrównoważenia poprzez karbonatyzację. „Dzięki niej – pierwszej łączącej koszty i wpływ na środowisko i uwzględniającej niepewności – inżynierowie budownictwa, producenci betonu oraz osoby odpowiedzialne za tworzenie norm budowlanych będą mogli w oceniać stopień zrównoważenia konstrukcji betonowych w bardziej racjonalny sposób” – podsumowuje prof. Val.
Słowa kluczowe
CLIMATCON, konstrukcje betonowe, ekologiczny beton, cement portlandzki, karbonatyzacja, emisja CO2, zrównoważony, ocena wpływu
