POPbeton? je nový typ bezcementového betonu, kde je jako pojivo použit výhradně úletový popílek. Jelikož se pod stávajícím vžitým názvem popílkový beton skrývá cementový beton s příměsí popílku, byl tento nový typ betonu nazván právě POPbeton. POPbeton? má ambice stát se novým stavebním materiálem využívajícím některé další odpadní materiály jako je například struska, metakaolin, drobný skleněný opad nebo jako materiál sloužící k solidifikaci některých nebezpečných odpadních materiálů.
Program využití úletových popílků z velkých topenišť navazuje na program Ústavu skla a keramiky, který se zabývá již mnoho let výzkumem geopolymerní reakce. Cílem této spolupráce je aplikace získaných výsledků výzkumu do praktického užití ve stavební praxi. Celý program je zaměřen zejména na využití hnědouhelných popílků, kterých je v naší republice produkováno mnohonásobně více než popílků černouhelných.
Geopolymerní materiály představují alternativu k tradičnímu betonu. Přesněji jsou geopolymery uměle vyrobené (polymerní) anorganické materiály, které vznikají chemickou reakcí lupku s aktivačními složkami na bázi hlinito-křemičitanových minerálů a alkalických roztoků. Tato geopolymerní reakce, při které vznikají polymerní vazby Si-O-Al-O, probíhá v zásaditém prostředí za normální teploty a tlaku.
Vyrobíte-li geopolymery v laboratoři, proces má několik fází: sypká fáze lupku se plnívačními a aktivačními složkami, míchá se, pak nastává kapalná fáze a po určité době směs ztvrdne do konečné podoby. Geopolymerní materiály mají oproti tradičnímu betonu lepší izolační vlastnosti, vyšší tepelnou odolnost (odolají až 1000 °C) a lepší akustickou činnost, což je významné pro protihlukové bariéry a akustické izolace.
Praktické zkušenosti ukazují, že geopolymery mohou být doplněny různými plnivy, jako jsou polystyrenové kuličky, konopný odpad či čedičová vlákna, což umožňuje nejen lehčí, ale i zvládnutelnější výrobky pro tepelné izolace či protihlukovou ochranu. Přidání polystyrenových kuliček snižuje tepelnou vodivost až o desetinásobek a zároveň snižuje hmotnost kompozitů. Z hlediska pevnosti a odolnosti se využívají čedičová vlákna pro zvýšení pevnosti a odolnosti proti ohni.
Jednou z konkrétních aplikací je geopolymerový nástřik ocelových nosníků pro plynové zásobníky v Praze-Satalicích jako protipožární ochrana. Vrstva geopolymeru na ocelovém nosníku výrazně zvyšuje ohnivzdornost a tepelnou stabilitu, a prodlužuje dobu degradace základního materiálu. Vedle ocelových konstrukcí nachází geopolymerní materiály uplatnění i pro dřevostavby, kde prodlužují tepelnou stabilitu při požáru.
V rámci projektů Ministerstva vnitra ČR byly prováděny testy na lepší protipožární ochraně dřevostaveb a výsledky ukázaly, že geopolymer výrazně zvyšuje tepelnou stabilitu. Po nástřiku geopolymerovou vrstvou 2-3 cm na OSB desky došlo k prodloužení doby prohoření o cca 17 minut až na 100 minut, což poskytuje čas pro evakuaci. Paralelně se zkoumají kovové konstrukce a kombinace betonu s geopolymery pro efektivní „sendvič“ řešení v extrémních podmínkách.
Dalším významným směrem je vývoj geopolymerových forem a jejich využití v průmyslové výrobě. Geopolymerové formy vydrží déle než dřevěné a jsou levnější než kovové. Z hlediska akustiky se pracuje na zlepšení zvukové izolace; připravují se varianty geopolymerů pro vyšší absorpci hluku a pro zvukové bariéry kolem dopravních systémů.
Spolu s didaktickým a aplikačním výzkumem se zabýváme i testováním mechanických vlastností v laboratoři: zkoušky na Charpyho kladivu, vrubová houževnatost a porovnání výkonu geopolymérů s tradičním betonem. Zprávy o zakázkách ukazují, že geopolymery mohou nabídnout až desetkrát nižší součinitel prostupu tepla než beton, což zlepšuje tepelnou izolaci staveb.
Geopolymerní kompozity mohou v budoucnu velmi úzce spolupracovat s moderními technologiemi v mnoha odvětvích, včetně 3D tisku ve stavebnictví. V rámci praktických poznatků existuje i projekt s využitím roznášecích perliček (rokajlu) do geopolymerní směsi pro estetické i funkční efekty.
V oblasti přísad do betonu se často rozlišují přísady a příměsi. Přísady jsou chemické látky přidávané v malém množství pro úpravu zpracovatelnosti, doby tuhnutí a mrazuvzdornosti, zatímco příměsi představují minerální látky, které se přidávají ve větším množství a mohou částečně nahrazovat cement. Příklady zahrnují plastifikátory, zpomalovače, urychlovače či provzdušňovací přísady a dále popílek či strusku.
Mezi nejběžnějšími přísadami, které pomáhají řešit praskání betonu, jsou HPMC (hydroxypropylmethylcelulóza), HEMC (hydroxyethylcelulóza), PP vlákno a PCE (polykarboxylátový superplastifikátor). HPMC zadržuje vodu a zlepšuje zpracovatelnost, HEMC zajišťuje stabilní vlhkost i za vysokých teplot, PP vlákno zabraňuje šíření mikrotrhlin a zlepšuje tažnost, zatímco PCE umožňuje redukci obsahu vody a rychlé tuhnutí.
Výběr správné přísady závisí na podmínkách prostředí, cíleném výkonu a konkrétním typu betonu. Ke správnému rozhodnutí je potřeba zohlednit provozní podmínky, teploty, vlhkost a požadovanou trvanlivost. Díky kombinaci přísad a příměsí lze dosáhnout odolnosti proti mrazu, chemikáliím i extrémnímu zatížení a současně snížit ekologickou zátěž.
Geopolymerní a POPbetonové technologie tak představují perspektivní cestu k udržitelnější výstavbě s nižší uhlíkovou stopou a širším využitím odpadních materiálů.
