Zaključci sa naučno-stručne konferencije: "Aktuelni trendovi u oblasti materijala i konstrukcija"

održane 10.05.2024. u Institutu IMS Beograd i 10.10.2024. na Građevinsko-arhitektonskom fakultetu u Nišu

Donošenjem Pravilnika o tehničkim zahtevima za beton svu odgovornost za stavljanje betona na tržište preuzima proizvođač betona, koji u deklaraciji o performansama navodi performanse betona u vezi sa njegovim bitnim karakteristikama i na taj način potvrđuje njegovu usaglašenost sa propisanim zahtevima. Pravilnik donosi dodatne zahteve za proizvođača u pitanju sprovođenja i dokumentovanosti kontrole proizvodnje, kao i izdavanja dokumenata (deklaracija o performansama, otpremnica, tehnička dokumentacija i sl.). Takođe, prilagođavanje zahtevima Pravilnika će, pored ulaganja u materijalne i ljudske resurse, zahtevati i određena prilagođavanja i promenu svesti proizvođača, u vezi proizvodnje i kontrole betona. S tim u vezi, očekuje se da će proizvođaču biti potrebna pomoć na području edukacije i pripremi dokumentacije fabričke kontrole proizvodnje. Povećanje obaveza i odgovornosti proizvođača betona u postupku ocenjivanja i verifikacije stalnosti performansi doneće značajna unapređenja u ovom sektoru građevinskih proizvoda, u smislu poboljšanja kvaliteta i većeg stepena bezbednosti betona koji se čine dostupnim na tržištu

Tehnologija 3D štampe betona poslednjih par godina je značajno napredovala kao odgovor na uvođenje digitalizacije i automatizacije procesa u građevinarstvu, kao i na arhitektonske zahteve za slobodnim formama koje su značajno podigle učešće cene oplate u ukupnoj ceni konstrukcije. Na bazi velikog broja istraživanja definisane su odgovarajuće metode ispitivanja svojstava 3 D štampanih betona u svežem i očvrslom stanju. Razvijeni su numerički modeli koji simuliraju proces štampe i služe za verifikaciju eksperimentalnog istraživanja. Mali je broj istraživanja na gotovim elementima i konstrukcijama, uglavnom je vršeno samo ispitivanje vertikalnim opterećenjem. Dalji napredak uslovljava rešavanje otvorenih pitanja poput standardizacije celog procesa od ispitivanja svojstava mešavine, projektovanja do izvođenja ovih konstrukcija, a posebno inkorporacija armature. Glavni nedostaci su velika količina cementa za spavljanje mešavina i činjenica da veličina samog štampača diktira i dimenzije objekta koji se može proizvesti. Praktična primena do sada usko je vezana za saradnju privrede sa naučnom zajednicom, u smislu da su pre svake veće praktične primene i mešavina i gotovih elementa vršena ispitivanja u laboratorikim uslovima.U Republici Srbiji praktična primena 3D štampanih betona nije naročito izražena, a na tražištu se mogu naći mešavine za 3D štampu proizvođača SIKA. ZA dalji razvoj ove tehnologije neophodna je veća zainteresovanost privrednih subjekata i početna ulaganja u opremu, tj. štampače. Generalno, tehnologija 3D štampe betona u svetskim okvirima je realnost, a sa otklanjanjem pomenutih nedostataka i rešavanjem izazova, primena u savremenom građevinarstvu će biti sve šira. U svakom slučaju, tehnologija 3D štampanih betona nije namenjena masovnoj izgradnji višespratnih objekata, već je treba prilagoditi prefabrikaciji i postizanju izazovnih arhitektonskih formi u konstruktivnim i nekonstruktivnim elementima

Betonski blokovi za zidanje izrađeni od lakog agregata i dodatkom otpadnih praškastih materijala kao delimične zamene cementa predstavljaju inovativne ekološke proizvode. Eksperimentalnim istraživanjem je utvrđeno da blokovi sa šupljinama ispunjenim termoizolacionim materijalom na bazi EPS, kod kojih su za spravljanje betona kao agregat korišćene tri vrste lakih agregata ili reciklirani drobljeni beton, a oko 50% cementa zamenjeno letećim pepelom ili biopepelom, imaju zadovoljavajuću čvrstoću na pritisak, pa se mogu koristiti za zidanje nosećih fasadnih zidova ili za fasadne zidove ispune u skeletnim konstrukcijama. Vrednost toplotne provodljivosti analiziranih blokova je takva da, bez dodatne termoizolacije, omogućava njihovu primenu u područjima sa blagom, vrlo umerenom klimom poput mediteranske, dok je u područjima sa hladnijom klimom, potreban dodatni sloj termoizolacije. Dimenzije bloka su usvojene tako da se postigne, u poređenju sa klasičnim blokovima za zidanje i opekom, veća brzina izvođenja radova, a zahvaljujući tome što manji broj blokova ide u 1m2 zida i što se uklapaju po principu perožljeb, smanjen je broj toplotnih odnosno hladnih mostova kroz koje se gubi toplota iz objekta. Površina blokova je glatka, čime se umanjuje potreba za dodatnim malterisanjem, već je moguća samo završna obrada površine zida. Na osnovu svih analiziranih parametara, blok D se može usvojiti kao ekološki najprihvatljivija vrsta. 

Unapređenje održive gradnje kroz upotrebu otpadnih materijala u poroznim betonima predstavlja dobar korak ka izgradnji urbanih područja adaptabilnih na kišne poplave. Integracija principa cirkularne ekonomije u urbano odvodnjavanje i urbanističke planove za dalji razvoj modernih gradova doprinosi smanjenju količine otpadnih materijala koji neiskorišćeni završavaju na deponijama i ujedno pruža efikasno rešenje za adaptaciju urbanih sredina na izmenjene klimatske uslove. Potencijal poroznih betona kao građevinskog materijala se ogleda u mogućnosti njegovog korišćenja za efikasno upravljanje površinskim oticajem na mestu njegovog nastanka i infiltraciju vode u zemljište, istovremeno smanjujući rizik od kišnih poplava u urbanim sredinama. Korišćenje otpadnih materijala kao dodatka poroznim betonima dodatno pojačava održivost ideje o primeni principa CE u urbanom odvodnjavanju pružajući alternativu tradicionalnim, resursno intenzivnim materijalima. Implementacija ove tehnologije zahteva multidisciplinarni pristup koji uključuje saradnju između nauke i industrije, inženjera, urbanista i lokalnih vlasti. Kroz usklađivanje propisa, podršku istraživanja i edukaciju, može se stvoriti okruženje koje podstiče inovacije u održivoj gradnji i doprinosi stvaranju gradova za buduće generacije. U tom smislu, unapređenje održive gradnje kroz upotrebu otpadnih materijala u poroznim betonima predstavlja korak napred ka ostvarenju ciljeva održivog razvoja, stvarajući urbane sredine koje su adaptabilne na izmenjene klimatske uslove, ali istovremeno i bezbedne sa aspekta zaštite životne sredine.

U cilju smanjenja količine otpada ponuđena su rešenja koja bi omogućila integraciju otpadnih i recikliranih materijala u nove proizvode pri čemu bi im se obezbedila nova upotrebna vrednost. Reciklirano staklo katodne cevi može uspešno koristiti za izradu završnog sloja betonskih blokova i pločica, jer pospešuje svojstva haabajućeg sloja ovih proizvoda, a sa druge strane doprinosi estetskoj vrednosti. Takođe, samougrađujući beton sa dodatkom recikliranog stakla od katodnih cevi može se smatrati pogodnim za izradu prefabrikovanih betonskih elemenata kao što su betonski ivičnjaci čiji poprečni presek ne prelazi 300 cm2. 

Primena otpadnog staklastog emajla u betonu, kao delimične zamene cementa, sa jedne strane doprinosi blagom smanjenju mehaničkih osobina, dok sa druge strane ne ugrožava trajnost betona. Fizičke i mehaničke osobine betona spravljenih sa otpadnim emajlomu iznosu do 20% se u velikoj meri ne razlikuju od etalon betona, a pre svega čvrstoća pri pritisku, kao najznačajnija karakteristika betona. Ispitivanjem uticaja parcijalne zamene cementa otpadnim staklastim emajlom u iznosu od 15% u odnosu na masu na karakteristike betonskih blokova za popločavanje, potvrđeno je da da se ovi blokovi bez ikakvih oganičenja mogu koristiti u praksi.

Geopolimeri su relativno nova vrsta materijala koji su razvijeni poslednjih decenica. U razvijenim zemljama se masovno primenjuju, dok su kod nas još uvek na nivou naučnih istraživanja, bez ozbiljnog učešća u praksi. Generalno, geopolimerni malteri i betoni mogu biti adekvatna zamena tradicionalnim cementnim kompozitima. Zamena dela elektrofilterskog pepela drugim industrijskim nusproizvodima ima pozitivan uticaj na pojedine karakteristike maltera i betona. Ipak, važnije od svih ispitanih karakteristika je ekološka strana geopolimera. Upotreba industrijskih nusproizvoda koji su osnova za spravljanje geopolimernih mešavina utiče na smanjenje lokalnog otpada. Takođe, implementacijom geopolimernih mešavina spravljenih na bazi elektrofilterskog pepela i sa dodatkom granulisane zgure iz visoke peći, konvertorske zgure, pepela iz drvne biomase, crvenog mulja i otpadnog stakla smanjiće se štetan uticaj na životnu sredinu i emisija CO2. Predmetni betoni su pokazali dobru otpornost na dejstvo sulfata i habanje, te bi se mogli koristiti kao betoni za spravljanje betonskih ploča, blokova, odvodnih kanala ili podzemnih delova objekata koji neće biti izloženi dejstvu niskih temperatura. Da bi se ova mogućnost i praktično potvrdila potrebno je najpre proširiti postojeće zakonske regulative i standarde kojima bi se definisala njihova upotreba. U cilju rešavanja ovog problema neophodno je sprovesti niz istotipnih ispitivanja kako bi se izvršila standardizacija geopolimernih kompozita.

Količina otpada (škarta) koji se generiše tokom proizvodnje keramičkih proizvoda u građevinskoj indistriji nije zanemarljiv i iznosi između 15-30% ukupne proizvodnje. Upotreba kermičkog praha, dobijenog mlevenjem keramičkog otpada, kao zamene za deo cement, ističe se kao posebno značajna sa aspekta težnje cementne industrije ka održivosti putem smanjenja proizvodnje klinkera primenom alternativnih materijala. Izvršeno je eksperimentalno istraživanje mogućnosti primene keramičkog praha, generisanog usitnjavanjem otpada iz keramičke industrije Vojvodine, kao potencijalnog SCM materijala u savremenim malterima za zidanje. Rezultati su pokazali da zamena cementa keramičkim prahom smanjuje obradljivost malterske mešavine, što je posledica oblika čestica keramičkog otpada nakon mehaničkog usitnjavanja i veće apsorpcione moći grube građevinske keramike. Sa povećanjem nivoa zamene cementa keramičkim prahom, povećana je kapilarna poroznost, što je rezultovalo većim kapilarnim upijanjem vode i nižim mehaničkim svojstvima maltera. Ipak, pojedini malteri su zadovoljili uslove za primenu u malterima za zidanje nosećih zidova (klasa koja odgovara prosečnoj čvrstoći pri pritisku maltera od 5MPa). Sa aspekta athezije i paropropusnosti maltera, pokazano je da zamena cementa keramičkim prahom nema veliki uticaj na analizirana svojstva maltera. Zamena dela cementa lokalno dostupnim otpadnim materijalima je, u ovom kontekstu zaštite životne sredine, vrlo poželjna. Analiza pokazuje da se zamenom dela cementa keramičkim otpadom mogu ostvariti značajne redukcije emisije CO2 (i do 40%). Generalni zaključak je da primena keramičkog praha u optimalnim količinama u proizvodnji maltera za zidanje ne samo da može pružiti važne ekološke prednosti, već može i poboljšati mehanička i svojstva trajnosti ovih kompozita.

Analiza uticaja proizvoda i procesa na životnu sredinu mora biti integrisana u različite vrste odluka u savremenoj industriji i zakonodavstvu. Kada se posmatraju uticaji građevinskih proizvoda i procesa na životnu sredinu, od vitalnog je značaja proučiti ih u formi životnog ciklusa proizvoda, kako bi se izbeglo pomeranje problema od jednog dela životnog ciklusa do drugog i/ili od jednog geografskog područja u drugo. Na ocenjivanje životnog ciklusa proizvoda i procesa (LCA) se direktno nadovezuju deklaracije proizvoda o zaštiti životne sredine (EPD) i otisak proizvoda na životnu sredinu (PEF) u skladu sa pravilima Evropske komisije, zatim ocenjivanje emisije CO2, kvantifikacija ugljeničnog otiska proizvoda (CFP) i izdavanje dozvola za emisiju gasova sa efektom staklene bašte (GHG). Aktuelne delatnosti i ažuriranja u vezi sa bazama podataka, obezbeđenje kvaliteta, doslednosti i usaglašenosti metoda doprinose čitavom spektru prethodno navedenih aktivnosti. Republika Srbija do 2026. godine treba da ima funkcionalan sistem za praćenje, izveštavanje i verifikaciju emisija gasova sa efektom staklene bašte kako bi mogla da ispoštuje svoje obaveze iz Pariskog sporazuma i pripremi se za primenu prekogranične takse na CO2 (eng. CBAM) koju od 2026.godine uvodi Evropska unija. Shodno navedenom, može se zaključiti da ocenjivanje uticaja građevinskih proizvoda i procesa na životnu sredinu povlači sa sobom neophodnost komunikacije između zainteresovanih strana (stejkholdera kao što su proizvođači, operateri EPD programa, LCA praktičari, donosioci odluka, itd.) i razvoj novih tela za sertifikaciju i verifikaciju dokumenata u cilju dekarbonizacije, zelene poizvodnje, manje emisije GHG gasova i održivosti u svim sektorima, a posebno u građevinskom sektoru.