Метод оценки усадки бетона польского ученого признан стандартом в США

Wynalazek polskiego naukowca robi furorę w USA Targi górnictwa przyszłości • Nowy rozdział dla sektora wydobywczego - Metoda PST (Plastic-Sleeve Test) opracowana na ZUT w Szczecinie pozwala precyzyjnie mierzyć odkształcenia skurczowe kompozytów cementowych, w tym betonu nowej generacji. - Po dwuletniej weryfikacji amerykańskich uczelni metoda została zatwierdzona przez AASHTO, a jej standardy są stosowane także w projektach w Europie i przez GDDKiA. - Test „foliowego rękawa” ma być tańszy od innych rozwiązań i pomaga oceniać pielęgnację betonu oraz ryzyko mikrozarysowań w mieszankach o wysokiej wytrzymałości. Patent z ZUT zyskał uznanie w USA Metoda PST, której nazwa to Plastic-Sleeve Test, została opracowana na Wydziale Budownictwa i Inżynierii Środowiska Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie. Jej nazwa nawiązuje do charakterystycznego elementu badania – cienkiego rękawa foliowego, w którym umieszczana jest badana mieszanka cementowa. Metoda pozwala mierzyć odkształcenia skurczowe zaczynów cementowych, zapraw i betonów, a jej twórcą i autorem opatentowanego rozwiązania jest dr hab. inż. Adam Zieliński, prof. ZUT. W środę „test foliowego rękawa” został zaprezentowany PAP w uczelnianym Laboratorium Odkształceń Skurczowych i Podatności na Pękanie. - Metoda PST dotyczy pomiaru odkształceń skurczowych wszystkich kompozytów cementowych. Jest kompleksowa i uniwersalna - podkreślił naukowiec. Wyjaśnił, że dzięki wykorzystaniu metody PST można opracować trwalsze, bardziej odporne na pękanie kompozyty cementowe, stosowane np. przy budowie dróg, mostów czy wieżowców. Wynalazkiem Zielińskiego zainteresowały się amerykańskie uczelnie oraz stowarzyszenia budowlane. Weryfikacja poprawności pomiarowej metody PST, jej niezawodności i powtarzalności oraz dostosowanie do standardów amerykańskich trwały dwa lata. W ubiegłym tygodniu została ona opublikowana przez AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), organizację wyznaczającą w Stanach Zjednoczonych normy do projektowania i budowy autostrad, mostów, dróg i innych obiektów transportowych, jako AASHTO Test Standard, o nazwie AASHTO T 426M/T 426-26. Standardy AASHTO stosowane są nie tylko w USA, ale także w Kanadzie, Ameryce Łacińskiej, jak również przy projektach realizowanych w Europie. Z norm AASHTO korzysta też GDDKiA - wyjaśnił Zieliński. PST rozdziela dwa rodzaje skurczu betonu Dr hab. inż. Adam Zieliński, prof. ZUT zaprezentował w laboratorium krok po kroku, jak w foliowym rękawie umieszcza mieszankę betonową, stabilizuje próbkę w tymczasowej formie podporowej, a następnie umieszcza w dylatometrze, czyli urządzeniu do pomiaru zmian długości (objętości) próbki materiałowej w czasie. Próbka jest unieruchomiona na jednym końcu, natomiast na drugim końcu zainstalowany jest czujnik przemieszczeń, który automatycznie rejestruje jej zmiany długości np. co 5 minut, i przekazuje dane do analizy. - Dużą zaletą metody PST jest możliwość dostosowania warunków badania, m.in. poprzez dobór średnicy próbki oraz sposobu prowadzenia pomiaru. Dzięki temu możemy badać również kompozyty cementowe nowej generacji, w tym betony wysokowartościowe, które mogą charakteryzować się znacznym skurczem autogenicznym. Tego rodzaju betony znajdują zastosowanie m.in. w wymagających konstrukcjach inżynierskich, w tym w budynkach wysokościowych, czyli drapaczach chmur - wyjaśnił Zieliński. Metoda PST umożliwia jednoczesne, a zarazem rozdzielne monitorowanie skurczu autogenicznego i skurczu wywołanego wysychaniem, co pozwala na precyzyjną ocenę wpływu różnych czynników, takich jak rodzaj spoiwa, domieszek chemicznych, kruszywa, włókien czy zawartość wody, na przebieg i kinetykę odkształceń skurczowych. Precyzyjniej badają skurcz betonu Zieliński, po wielomiesięcznych badaniach, zaproponował trzy średnice próbek: 25 mm, 40 mm i 65 mm, przy zachowaniu stałej długości wynoszącej 30 cm. Polietylenowy rękaw pozwala uformować badaną mieszankę, tworząc próbkę w kształcenia walca i skutecznie ograniczyć jej wymianę wilgoci z otoczeniem. Szczelne zamknięcie materiału w rękawie foliowym umożliwia pomiar skurczu autogenicznego, czyli odkształceń skurczowych zachodzących bez wymiany wilgoci z otoczeniem. Zaletą szczecińskiej patentu jest również możliwość łatwego usunięcia rękawa foliowego z próbki, np. po trzech czy siedmiu dniach. Od tego momentu materiał może swobodnie wysychać, co pozwala mierzyć skurcz całkowity, będący efektem łącznego oddziaływania skurczu autogenicznego i skurczu spowodowanego wysychaniem. - Rozcinamy nożykiem rękaw foliowy i po jego zdjęciu rozpoczynamy proces równomiernego, radialnego wysychania z powierzchni bocznej próbki - opisał Zieliński. Natomiast dokładność pomiaru skurczu autogenicznego jest szczególnym wyzwaniem przy wysokowartościowych kompozytach cementowych, do których można zaliczyć beton o wysokiej wytrzymałości na ściskanie, sięgającej nawet 160 MPa (megapaskali). Zawierają one stosunkowo mało wody, przez co mogą być szczególnie podatne na skurcz autogeniczny i powstawanie mikrozarysowań strukturalnych, które z czasem mogą wpływać na trwałość konstrukcji. Obecnie stosowane metody, w USA i Europie, nie dają możliwości pełnej rejestracji odkształceń autogenicznych i w wyniku wysychania z wykorzystaniem jednej metody badawczej . Ta metoda jest jedyną, która pozwala w sposób niezaburzony badać cały proces odkształceń skurczowych - zaznaczył Zieliński. PST oceniona i standaryzowana w USA Ponadto metoda PST jest tańsza od innych testów badawczych dotyczących odkształceń skurczowych. Zieliński wyjaśnił, że plastikowy rękaw kosztuje ok. 10 centów, natomiast rurka karbowana z tworzywa sztucznego stosowana przy podobnych badaniach to koszt 10 dolarów. Zastosowanie metody PST pozwala również ocenić skuteczność zabiegów pielęgnacyjnych betonu (np. zraszanie wodą, przykrywanie matami lub folią), a wyniki badań laboratoryjnych można wdrożyć do praktyki inżynierskiej m.in. do optymalnego zaprojektowania i wykonania dylatacji posadzek, nawierzchni drogowych czy płyt lotniskowych. Szczeciński naukowiec zaznaczył, że metoda PST została opublikowana w artykułach naukowych również pod nazwą Polish Shrinkage Test (Polski Test Skurczu), a proces jej standaryzacji w USA trwał od 2024 r. Został przeprowadzony we współpracy z naukowcami Auburn University oraz University of Texas w Austin. Badania były finansowane ze środków ZUT, NCBiR a później również z amerykańskich grantów naukowych.