Novi materijal na bazi konoplje mogao bi da zameni čelik u armaturi
Čvrsta vlakna stabljike konoplje u kombinaciji sa smolom ili bioplastikom za formiranje šipki mogu bezbedno zameniti čeličnu armaturu u betonskim objektima.
Kada se prošlog juna u Surfsajdu na Floridi iznenada srušila kondominijumska zgrada od 12 spratova, jedan od razloga za to bio je skriven duboko u njenoj strukturi.
Unutar betonske osnove zgrade, zidova i podova nalazio se građevinski materijal koji je neophodan, ali isto tako podložan riziku: čelična armaturna šipka. Nakon urušavanja, istražitelji su otkrili da je materijal u velikoj meri korodirao – dovoljno da izazove da se ogromna zgrada jednostavno raspadne.
Čelična armaturna šipka, iliti armatura, ključni je deo načina na koji se grade zgrade poput navedenog stambenog tornja i kritična je za njihov strukturalni integritet.
Ali čelična armatura je takođe podložna vlazi koja se može provući kroz beton, uzrokujući uglavnom nevidljivu koroziju koja može dovesti do urušavanja konstrukcije gotovo bez upozorenja.
Pročitajte još na Gradnja.rs:
Potpuno prirodna alternativa
Tim istraživača na Politehničkom institutu Rensselaer (RPI) u SAD ima alternativu. Umesto da koriste čelik za ojačanje betona, oni su razvili kompozitni materijal za ojačanje napravljen od iznenađujuće jakih vlakana konoplje, piše Fast Company.
Njihova armatura koristi čvrsta vlakna stabljike konoplje u kombinaciji sa smolom ili bioplastikom za formiranje šipki koje mogu bezbedno zameniti čeličnu armaturu u betonskoj konstrukciji.
„Postoje neka prirodna vlakna koja imaju sličnu snagu kao čelik za istu težinu“, kaže Aleksandros Tsamis, profesor arhitekture na RPI. Sintetički materijali poput ugljeničnih vlakana i fiberglasa imaju takvu snagu, kao i konoplja.
U kombinaciji sa bioplastikom na biljnoj bazi, šipka od konoplje može biti potpuno prirodna alternativa čeličnoj armaturi. „Umesto da je vadite iz zemlje, vi je uzgajate“, kaže Tsamis.
Uz manje korozije, beton u zgradama i mostovima mogao bi da traje decenijama duže.
Obim potencijala ovog materijala je ogroman, jer se čelična armatura nalazi svuda, od trotoara do nebodera.
„Ona je sveprisutna u svakoj betonskoj strukturi. Samo ih pune armaturom“, kaže Den Valčik, profesor mašinstva na RPI. „I to su milioni, ako ne i milijarde dolara građevinskog materijala godišnje”.
Uklanjanje čelika iz betonske konstrukcije moglo bi eliminisati rizik od korozije koja je srušila zgradu na Floridi. Uz manje korozije, beton u zgradama i mostovima mogao bi da traje decenijama duže.
„Prelaskom sa čelika na kompozitna vlakna možete drastično smanjiti ugljenični otisak u građevinskoj industriji, jer produžavate vek trajanja konstrukcije“, kaže Tsamis.
Mašina kao dokaz koncepta
Konopljinu armaturu i mašine za njenu izradu razvijaju Tsamis i Valčik, zajedno sa studentom arhitekture Danijelom Koenom i studentom mašinstva Šarmadom Džošijem.
Tsamis izjednačava tehnologiju sa 3D štampanjem, za koje su potrebni i filament i mašina za njegovo formiranje. Filament za armaturu od konoplje je kombinacija ekstrahovanih vlakana konoplje umotanih u termoplastiku koja se zatim namotava u klupko nalik užetu.
Mašina, koju tim trenutno gradi kao dokaz ovog koncepta, je uređaj veličine automobila koji uvlači taj namotani materijal, zagreva ga i konsoliduje u očvrsle šipke.
Posebno postavljena matrica može formirati armaturu na osnovu potreba građevinskog projekta, čak je i savijati u složene oblike koje bi inače na licu mesta radili građevinski radnici.
Tsamis kaže da je mašina dizajnirana da radi na licu mesta tokom građevinskih projekata, omogućavajući da se armatura od konoplje pravi po potrebi.
Posebno postavljena matrica može formirati armaturu na osnovu potreba građevinskog projekta, čak je i savijati u složene oblike koje bi inače na licu mesta radili građevinski radnici.
Sam materijal nije posebno komplikovan za proizvodnju, kaže Tsamis, koji napominje da je projekat započet tokom pandemije kada su univerzitetske laboratorije bile zatvorene.
„Prvi eksperimenti koje smo uradili sa konsolidacijom desili su se na ringli rešoa“, kaže Tsamis. „I prvu užad smo pravili ručno. Naterao sam sina da povuče drugu stranu užeta koje sam pravio za svojim stolom. Dakle, počeci su bili prilično skromni u smislu tehnologije koju smo imali na raspolaganju“.
Neizvesna nabavka materijala
Ipak, neki izazovi ostaju. Valčik kaže da SAD zaostaju za drugim zemljama kada je u pitanju proizvodnja industrijske konoplje, koja je legalizovana tek 2018. Bioplastika je takođe relativno nova.
„Postoji mnogo neizvesnosti u vezi sa nabavkom ovih materijala“, kaže Valčik. „Ako bismo razvili ovu tehnologiju u naredne dve nedelje, ne bismo nužno imali lanac snabdevanja materijalom za to.“
Ali kada materijal jednog dana bude dostupan, Tsamis kaže da za građevinsku industriju ne bi bilo mnogo komplikovano da zameni čeličnu armaturu za materijal na bazi konoplje.
„Ljudi već znaju kako da rade sa tim. Tu su sve metode izgradnje i svo znanje“, kaže Tsamis.
Sa klimatskim promenama koje podstiču građevinsku industriju da se uhvati u koštac sa visokim ugljeničnim otiskom, smanjenje upotrebe jako zagađujućih materijala poput čelika će postajati sve važnije.
Istraživači kažu da je armatura od konoplje verovatno još nekoliko godina daleko od svakodnevne primere, ali već su u pregovorima sa nekoliko velikih građevinskih kompanija o tome kako bi ovaj materijal mogao da se integriše u nove projekte.
Valčik kaže da bi državno finansiranje pomoglo da se ubrza razvoj nove tehnologije, a Tsamis dodaje da bi partnerstvo sa industrijom, kao što su proizvođači užadi, moglo pomoći da se ona unapredi u proizvodni režim.
Sa klimatskim promenama koje podstiču građevinsku industriju da se uhvati u koštac sa visokim ugljeničnim otiskom, smanjenje upotrebe jako zagađujućih materijala poput čelika će postajati sve važnije.
Tsamis kaže da široka primena čini šipke od konoplje vrstom prirodnog materijala koji bi industrija mogla da usvoji kako bi smanjila svoj ogroman uticaj na okolinu.
„To će zahtevati veliki obim proizvodnje, tako da mislimo da ćemo naterati neke stvari u lancu snabdevanja da stanu na svoje mesto“, kaže on.
