STRUKTURA BETONA IN NJEN VPLIV NA MEHANSKE LASTNOSTI IN OBSTOJNOST, Trzin, 28. maj 2025

Povzetki

Trajnostne inovacije v portlandskem cementu: priložnosti in izzivi

Tomaž Vuk, Andrej Ipavec, Sašo Seljak, Alpacem Cement, d.d., Anhovo

Globalna industrija betona in cementa doživlja preobrazbo v smeri trajnosti, ki jo spodbuja nujnost zmanjšanja emisij CO₂ in povečanje materialne učinkovitosti. Članek preučuje ključne napredke v tehnologiji portlandskega cementa, s poudarkom na strategijah zmanjševanja klinkerja, energetsko učinkovitem mletju in prilagojenih kemijskih dodatkih. Tehnična SWOT analiza ocenjuje izvedljivost inovativnih cementov, kot sta CEM II/C cement in LC³ (cement iz kalcinirane gline in apnenca). Članek se zaključi s konkretnimi priporočili za deležnike v industriji in vključuje študijo primera, ki prikazuje dejanski vpliv teh inovacij na odpornost proti kloridom.

Novi, funkcionalni vidiki inženirstva betonskih površin

Wioletta Jackiewicz-Rek, Tomasz Benedysiuk, Andrzej Garbacz, Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

Površinski inženiring je znanstveni in tehnološki pristop, povezan z načrtovanjem, izdelavo in uporabo površinskih plasti za izboljšanje lastnosti podlage, zlasti odpornosti proti koroziji in obrabi, pa tudi estetskih lastnosti. Uporablja se za številne konstrukcijske materiale, kot so kovinske zlitine, vključno z intermetali in nanomateriali. V tem članku je predstavljena uporaba površinskega inženiringa za ustvarjanje površinskih lastnosti na primeru sanacije betona in novih funkcionalnih lastnosti betonskih površin, tj. arhitekturnih in fotokatalitskih betonov.

Uporaba recikliranega peska in ekspanzijskih dodatkov za proizvodnjo trajnejših in trajnostnih materialov na osnovi cementa

Luc Courard, Urban and Environmental Engineering, GeMME Building Materials,
Liège, Belgium

Benoit Bissonnette, Université Laval, Département de génie civil et de génie des eaux, Québec (Québec), Canada

Razpoložljivost virov za gradbeno industrijo postaja vse bolj negotova, hkrati pa se povečuje količina gradbenih odpadkov in odpadkov iz rušenja objektov. Usklajevanje potreb in sekundarnih virov ter prispevanje k ponovni uporabi je koristen in spodbuden znanstveni izziv. Da bi omogočili resnično krožno gospodarstvo v gradbeništvu, je treba premagati pravne in regulativne ovire. Delo na lokalni ravni in razvoj ustrezne obdelave gradbenih odpadkov in odpadkov iz rušenja dajeta prednost predelavi in plemenitenju sekundarnih materialov za prefabrikate, 3D tiskani beton ali materiale za sanacijo. Vse težje je zagotoviti razpoložljivost kakovostnega peska za proizvodnjo betona. Recikliran betonski pesek je lahko ob ustrezni proizvodnji resna alternativa za malte in betone nizke do srednje zahtevnosti. Analizirane so tehnične lastnosti recikliranih peskov in podani predlogi za povečanje obsega dodajanja v malte. Hkrati so predlagane minimalne zahteve za uporabo recikliranega peska v 3D maltah. Osnovne lastnosti se primerjajo s klasičnimi materiali, analizira pa se tudi trajnost končnih izdelkov. Zdi se, da pospešeni proces karbonatizacije izboljša lastnosti recikliranih peskov (pred in/ali po proizvodnji betona). Ekspanzijski dodatki lahko pomagajo tudi pri obvladovanju različnih vrst krčenja, ki se lahko pri mešanicah z recikliranimi peski še poveča. Širša in bolj sistematična uporaba recikliranih materialov dolgoročno zahteva prilagojene predpise in specifikacije: to je pomembno za znatno zmanjšanje vpliva gradbeništva na okolje

Vpliv vrste karbonatnega agregata na obstojnost betonov javne
infrastrukture izpostavljene zmrzovanju in solem

Tilen Turk, Violeta Bokan Bosiljkov, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana

Obstojnost pospešeno staranih cementnih kompozitov z dolomitnim ali apnenčastim agregatom je bila sistematično preizkušena v primeru izpostavljenosti zmrzovanju in tajanju v prisotnosti soli. Spremembo mase in elastičnega modula smo merili po vsakih 5. ciklih zmrzovanja in tajanja, tlačno in upogibno trdnost po vsakih 10. ciklih, spremembo skupne poroznosti pa po 30. ciklih. Rezultati preiskav so pokazali, da so v splošnem vzorci izgubljali maso zaradi luščenja površine, zmanjšali sta se njihova tlačna in upogibna trdnost, poroznost pa se je povečala. Je pa bilo poslabšanje lastnosti različno veliko. Ugotovili smo, da stranski produkti alkalno-karbonatne reakcije (ACR) s kloridnimi ioni kemijsko ne reagirajo. Poleg tega se zdi, da je oblikovanje hidrotalcita med potekom ACR prednostna reakcija, pred karbonatizacijo faze AFm, in pozitivno vpliva na odpornost cementnih kompozitov z dolomitom, ki so izpostavljeni zmrzovanju in solem. Kemična analiza je pokazala nastanek monokarboaluminatne faze v cementnih kompozitih z apnenčevim agregatom, kar bi lahko pojasnilo njihovo slabšo odpornost proti zmrzovanju in tajanju v prisotnosti soli, v primerjavi z dolomitnimi kompoziti.

Održivi razvoj betonskih konstrukcija s upotrebom otpadnih pepela

Ivana Banjad Pečur, Nina Štirmer, Jelena Šantek Bajto, Ivana Carević,
Ivo Vićan, Marija Mendeš, Sveučilište u Zagrebu Građevinski fakultet, Hrvatska

Kontinuirani rast građevinske industrije sa sobom nosi povećane zahtjeve za energijom i sirovinama, veće emisije stakleničkih plinova te akumulaciju otpada, što zajedno čini važan faktor okolišnih pritisaka i degradacije prirodnih sustava. U kontekstu sve izraženijih okolišnih izazova, postaje nužno razvijati pristupe koji integriraju reciklirane građevinske komponente i alternativne sirovine, uz istovremeno povećanje resursne učinkovitosti. Kao odgovor, uvođenje alternativa s niskim udjelom ugljika, poput pepela iz termičke obrade otpada, dobilo je na značaju u industriji betona. Ovo istraživanje usmjereno je na uvođenje pepela drvne biomase i pepela nastalog termičkom obradom mulja iz uređaja za pročišćavanje otpadnih voda kao djelomične zamjene za prirodne agregate u betonu, s ciljem smanjenja ovisnosti i poticanja održivijih praksi nabave prirodnih sirovina. Prihvaćanjem načela kružne ekonomije, ova strategija ima za cilj ne samo smanjenje okolišnog zagađenja i emisije stakleničkih plinova, već i minimiziranje nastajanja otpada. Štoviše, uporaba alternativnih materijala potiče očuvanje resursa, podržava očuvanje ekosustava i potiče razvoj novih tržišta. Ispitivanja provedena u ovom istraživanju provedena su na svježem i očvrsnulom betonu proizvedenom pod industrijskim uvjetima kako bi se procijenio učinak nedovoljno iskorištenih pepela nastalih termičkom obradom kao djelomične zamjene za pijesak. Rezultati pokazuju potencijal alternativnih materijala da zadovolje zahtjeve za mehanička svojstva i trajnost predgotovljenih betonskih proizvoda, dok istovremeno podržavaju upravljanje industrijskim nusproizvodima i optimizaciju dugoročne dostupnosti materijala, što su ključni faktori za poboljšanje održivosti u betonskoj industriji.

Votle betonske plošče – izzivi trajnosti

Marina Škondrić, Ognjen Govedarica, Branislava Lekić, Aleksandar Savić, Vera Obradović, Dragica Jevtić, University of Belgrade, Faculty of Civil Engineering, Serbia

Vera Obradović, University of Belgrade, Innovation Center of Faculty of Technology and Metallurgy LTD., Belgrade, Serbia

Prepustne prometne površine se pogosto obravnavajo kot ena od rešitev za urbana območja, saj lahko izboljšajo infiltracijo padavinske vode in zmanjšajo učinek mestnega toplotnega otoka. V okviru predstavljene raziskave so bile preiskane votle betonske plošče kot ena od vrst prepustnih prometnih površin in možnost njihove uporabe v hladnem podnebju. Tri vrste mešanic (ena referenčna mešanica in dve betonski mešanici, ki vsebujeta elektrofiltrski pepel kot delni nadomestek cementa) so bile preiskane glede odpornosti proti zmrzovanju z in brez prisotnosti soli za tajanje. Vzorci so bili za vsak preskus razdeljeni v dve skupini, pri čemer je bilo v eni skupini dreniranje plošč dovoljeno, v drugi pa omejeno. Masa vzorcev in hitrost ultrazvočnih impulzov sta bili izmerjeni med cikli zamrzovanja in tajanja, upogibna in tlačna trdnost vzorcev pa sta bili izmerjeni po končanih preskusih. Rezultati so pokazali, da imajo preskušene votle betonske plošče dobro zmrzlinsko odpornost. Pri testiranju, ki je vključevalo nasičenje vzorcev s solno raztopino, so rezultati pokazali, da plošče ne prenesejo več kot 7 ciklov zamrzovanja in tajanja, če je drenaža omejena. Pri vzorcih, ki so se drenirali, se je upogibna trdnost v primerjavi z referenčnimi vzorci zmanjšala, vendar so bile vrednosti tlačne trdnosti podobne ali višje.

Vpliv kemičnih dodatkov in elektrofiltrskega pepela na vodotesnost in trajnostnost betona

Naser Kabashi, Enes Krasniqi, Milot Muhaxheri, Ylli Murati, Department of Civil Engineering, University of Prishtina, Pristina, Kosova

V tej študiji je predstavljena celostna ocena vpliva kristaliničnih kemijskih dodatkov in elektrofiltrskega pepela na mehanske lastnosti, trajnost in trajnostnost betona. Načrtovani sta bili dve eksperimentalni fazi. Prva faza se je osredotočila na povečanje trajnosti z uporabo kristaliničnih dodatkov za vodotesnost, pri čemer je bilo 36 vzorcev testiranih na tlačno trdnost, prepustnost in mikrostrukturo. Druga faza je vključevala 24 vzorcev betona v osmih različnih sestavah mešanic, ki so vsebovale spremenljivo vsebnost elektrofiltrskega pepela in zmanjšano količino cementa. Te mešanice so bile ocenjene glede trdnosti, prodora vode in vpliva na okolje z uporabo kazalnikov ocene življenjskega cikla (LCA), vključno s potencialom globalnega segrevanja (GWP) in kumulativnim povpraševanjem po energiji (CED). Rezultati prve faze so pokazali, da so kristalinični dodatki znatno izboljšali neprepustnost in mehansko trdnost. Mikroskopska analiza je potrdila gostejšo notranjo strukturo in učinek blokiranja por. V drugi fazi so mešanice z do 30% zamenjavo elektrofiltrskega pepela pokazale večjo trajnostnost ob omejenem zmanjšanju učinkovitosti. Predvsem MIX IV in MIX V sta zagotavljala najboljše razmerje med strukturno celovitostjo in okoljsko učinkovitostjo. MIX VIII je dosegel najnižji GWP in CED, vendar z manjšo tlačno trdnostjo. Ta dvojni pristop potrjuje, da je mogoče s kombinirano uporabo dodatkov za vodotesnost in optimiziranih dopolnilnih cementnih materialov doseči zmogljivostno usmerjeno in okoljsko ozaveščeno zasnovo betona.

Vpliv strukture betona in malte na korelacijo med dolgotrajnim cikličnim zmrzovanjem/taljenjem in mehanskimi lastnostmi

Jakob Šušteršič, Rok Ercegovič, Sandi Drolc, Teja Török Resnik, IRMA Inštitut za raziskavo materialov in aplikacije

V članku predstavljamo dva sklopa preiskav. V prvem sklopu podajamo in obravnavamo rezultate preiskav betonov z dobro zgoščeno in homogeno strukturo, v drugem pa rezultate preiskav cementno-apnenih malt z olajšano in porozno strukturo zaradi dodanega ekspandiranega vermikulita. Betone in malte smo preiskovali glede na tlačno trdnost in statični modul elastičnosti pri različnih starostih ter notranjo odpornost proti zmrzovanju/tajanju do 1000 ciklov. Vsi betoni in malte izkazujejo odpornost proti dolgotrajnemu cikličnemu zmrzovanju/tajanju. Pri tem pa dosegajo betoni visoke tlačne trdnosti in statične module elastičnosti, malte pa dosti manjše, odvisno od dodane količine ekspandiranega vermikulita.

Digitalni dvojček kot ključ za upravljanje betonarn in nadzorna točka za upravitelja

Tjaša Zupančič Hartner, Domen Šprajc, Rok Cajzek, GIC Gradnje d.o.o.

Matija Zupančič, Artrabel d.o.o.

Prispevek obravnava digitalni dvojček (DT) kot ključno orodje za upravljanje betonarn in kot osrednjo nadzorno točko za upravitelje. Digitalni dvojček omogoča celovit nadzor nad proizvodnimi, logističnimi, infrastrukturnimi in kadrovskimi procesi s pomočjo realno časovnih podatkov, analitike in 3D-modela objekta. Temelji na informacijskem modelu gradnje (BIM), ki povezuje geometrijske in procesne podatke z nadzornimi sistemi (SCADA, ERP, IoT), ter vključuje funkcionalnosti za spremljanje kakovosti, vzdrževanja, varnosti in skladnosti. Na primeru Betonarne Negonje 2.0 prispevek prikazuje, kako digitalni dvojček postane strateški upravljavski sistem – ne le za tehnično spremljanje proizvodnje, temveč tudi za podporo odločanju, optimizaciji virov in dolgoročno vodenje obrata. Predstavljena rešitev se umešča v širši kontekst Industrije 4.0 in potrjuje, da je za uspešno uvedbo digitalnega dvojčka ključna podpora vodstva in dobro sodelovanje interdisciplinarnih strokovnjakov, gradbeno-digitalnega ekosistema