Cement bez cementu aneb od popílku ke starověkému římskému betonu
Společné grantové projekty VŠCHT Praha (Ústav skla a keramiky, skupina anorganických pojiv), ČVUT v Praze (Fakulta stavební, katedra technologie staveb) a ČEZ Energetické produkty s.r.o, Hostivice vedly k vývoji hydraulického pojiva na bázi fluidního popílku, který vzniká jako vedlejší produkt při výrobě elektrické energie spalováním uhlí. Současně byly nalezeny souvislosti vedoucí až k starověkému římskému betonu. Toto nově vyvinuté pojivo, nesoucí pojmenování Sorfix neobsahuje cement a je v současné době ve stadiu zkušebních betonářských aplikací.
Pokládka betonových panelů z pojiva Sorfix, Elektrárna Prunéřov, 2019.
Stříkaný beton z pojiva Sorfix využitý při stavbě průzkumné štoly metra D v Praze, 2020.
Hydraulické pojivo Sorfix obsahuje po zatvrdnutí jako pojivovou fázi amorfní hydratovaný hlinitokřemičitan vápenatý (C-A-S-H fázi) na rozdíl od portlandského cementu, který obsahuje amorfní hydratovaný křemičitan vápenatý (C-S-H fáze), který téměř neobsahuje hliník. Hlavní krystalickou fází u hydraulického pojiva Sorfix je ettringit. Přestože je ettringit ve stavebnictví vnímán jako rizikový z důvodu objemové expanze, bylo prokázáno, že pojivo Sorfix je stabilní.
SEM snímky z elektronového mikroskopu zatvrdlé kaše z nově vyvinutého pojiva Sorfix; C-A-S-H fáze (vlevo), ettringit (vpravo).
Amorfní hydratovaný hlinitokřemičitan vápenatý (C-A-S-H fáze) byl nalezen v římském betonu jako pojivová fáze při amerických analýzách římských nadzemních a podmořských staveb v oblasti Středomoří. Toto zásadní nové zjištění v chemii cementu bylo publikováno v letech 2014-2017 v pracích dr. Marie Jackson a spol. (University of California, Lawrence Berkeley Labs.). Stáří zkoumaných vysoce zachovalých římských betonů bylo kolem 2000 let (pro srovnání beton z portlandského cementu je znám od 2. poloviny 19. století). Římský beton, na bázi hašeného vápna a rozemletých lávových hornin, se vyznačuje vysokou trvanlivostí, resp. odolností vůči působení agresivních prostředí, jakým je např. mořská voda.
Římská kanalizace (Cloaca maxima) 600 – 100 př. n. l. (vlevo); římské přístavní stavby - 2000 let v mořské vodě (vpravo). Fotografie římských staveb jsou z knihy „Building for eternity“ a z prací dr. M. Jackson.
Vyvinuté hydraulické pojivo Sorfix je složením hydratovaných produktů (přítomností amorfní C-A-S-H fáze) podobné římskému betonu. Podobnosti s římským betonem dále nasvědčují dosavadní výsledky v dlouhodobé odolnosti malt a betonů z tohoto pojiva (v horizontu až 6 let) vůči solným roztokům.
Lze předpokládat, že průnikem Al do struktury C-S-H fáze se zvýší trvanlivost betonů z portlandského cementu. Výroba portlandského cementu, který obsahuje po zatvrdnutí amorfní C-A-S-H fázi, není však zatím zvládnuta. Rovněž příprava samotné amorfní C-A-S-H fáze je v současné době možná jen náročnými laboratorními postupy.
Autor: Ing. Martina Šídlová, Ph.D. (martina.sidlova@vscht.cz)