Odzyskujemy papier z makulatury i szkło z butelek. A dlaczego nie kruszywo i cement ze starego betonu?

Trwa szósta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 17 maja w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 54 prac nadesłanych przez uczelnie oraz instytuty.

Dziennik Gazeta Prawna

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi 22 maja podczas kongresu Impact,19 w Krakowie. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora.

Nie ma drugiego materiału – poza stalą – który tak bardzo kojarzyłby się z nowoczesnym budownictwem jak beton. Chociaż wynaleziony w starożytności i używany przez Rzymian, to po rozpadzie Cesarstwa popadł w zapomnienie na półtora tysiąca lat, aby wrócić na dobre dopiero w XIX w. dzięki wymyśleniu cementu. Dziś bez betonu trudno wyobrazić sobie cuda architektury. Budowa najwyższego wieżowca świata – Burdż Chalifa (829 m) – nie byłaby możliwa bez wytrzymałej, ale schnącej dopiero po pewnym czasie jego odmiany, dzięki czemu można było wpompować ją na najwyższe piętra konstrukcji. Odporne na trzęsienia ziemi mosty w Japonii, jak leżąca na trasie łączącej wyspy Honsiu i Sikoku przeprawa Tatara (prawie półtora kilometra długości), powstały dzięki wynalezieniu ultramocnego betonu.

Co ciekawe, pomimo wszechobecności tego surowca jest on w niewielkim stopniu wykorzystywany ponownie. Tymczasem, zapewniają naukowcy z Politechniki Białostockiej (PB), beton z wyburzanych konstrukcji zasługuje na drugie życie. – To przecież mieszanka kruszywa i cementu. O niedoborach tego pierwszego słyszymy za każdym razem, kiedy jest u nas boom budowlany, zaś produkcja cementu wiąże się ze sporą emisją dwutlenku węgla. Jeśli więc wytwarzanie najpowszechniej stosowanego materiału budowlanego ma być tańsze i bardziej przyjazne dla środowiska, to powinniśmy odzyskiwać jego składowe do ponownego wykorzystania – tłumaczy dr inż. Katarzyna Kalinowska-Wichrowska z PB.

Tylko jak to zrobić, skoro przy jego produkcji zależy nam na tym, żeby te dwa składniki się ze sobą doskonale połączyły? Badacze z Białegostoku zaprojektowali urządzenie, które najpierw gruz betonowy rozdrabnia na mniejsze, ok. czterocentymetrowe kawałki. Te trafiają do pieca, w którym prażą się w temperaturze 650 st. C przez ok. 60 minut. To wystarczy, żeby oddzielić od siebie kruszywo i cement, czyli pokonać tak upragnioną w budownictwie więź. Gdyby spojrzeć na ten proces pod mikroskopem, zobaczylibyśmy, jak cofa się proces hydratacji – czyli związki wody i wapnia, nadające spójność masie betonowej, rozpadają się, wracając do pierwotnej postaci. W efekcie całego procesu otrzymujemy kruszywo pod postacią niewielkich ziaren – właściwie od razu nadaje się ono do ponownego użycia, zaś cement należy dodatkowo zemleć – i wtedy można go również użyć do produkcji betonu.

Dokładne rozdzielenie od siebie dwóch składowych jest bardzo ważne z punktu widzenia ich wartości użytkowej. Jeśli bowiem odzyskane kruszywo będzie zbyt zanieczyszczone cementem, wpłynie to na właściwości betonu, do produkcji którego zostanie wykorzystane. Będzie on chłonął wodę, skutkiem czego trzeba jej będzie dodać więcej do mieszanki. – A woda to kluczowy składnik: dodamy jej za dużo, to beton będzie za słaby, za mało – nie zwiąże. Oczywiście kruszywo odzyskane dzięki naszej metodzie nie jest idealnie czyste, ale z naszych badań wynika, że niewielkie pozostałości cementu nawet korzystnie wpływają na właściwości betonu – mówi prof. Michał Bołtryk z PB.

Na razie naukowcom udało się potwierdzić skuteczność procesu w laboratorium, gdzie poszczególne etapy recyklingu są wykonywane przez różne urządzenia. Marzy im się jednak budowa jednej maszyny, która najpierw kruszyłaby gruz, potem go wypiekała, a obróbkę termiczną wspomagała mechaniczną. Na to jednak oczywiście potrzebne są pieniądze – budowę takiej linii technologicznej mógłby wspomóc partner biznesowy. Wszak dostawców kruszywa na naszym rynku nie brakuje.

Uczeni z Białegostoku nie ukrywają, że nie są pierwszymi, którzy zaczęli zastanawiać się na recyklingiem betonu. – Od lat pochylają się nad tym koledzy z Zachodu, którzy jednak zawsze widzieli w tym sposób na awaryjny uzysk kruszywa, a nie równoprawną metodę jego pozyskiwania. Ale tamtejsi naukowcy skupiali się najczęściej na obróbce chemicznej, poddając rozdrobniony gruz m.in. kąpielom w kwasach lub obróbce mechanicznej, krusząc go nawet kilkakrotnie w kruszarkach. To jednak zostawia nas z odpadami. Naszym celem był 100-procentowy odzysk – tłumaczy dr inż. Edyta Pawluczuk z PB.