Filozofia pojęć technicznych (139): Cement


24-05-2019 20:56:01

Cudowna zatoka Puzzuoli leży nieopodal Neapolu i znana jest z tego, że szalony cesarz Kaligula kazał zatopić w niej setki okrętów, by przejechać się rydwanem po tak utworzonym pomoście. Ale dla nas ciekawsza jest inna historia: od tej nazwy pochodzi określenie: cement pucolanowy – mieszanina wapna, popiołu wulkanicznego i kawałków tufu – pierwszy cement, który zapewnił wielkość i trwałość rzymskim portom, dzięki czemu opanowano wszystkie wybrzeża Morza Śródziemnego. O tym było wiadomo od dawna, ale dopiero kilka lat temu naukowcy z University of California przebadali ten materiał szczegółowo. Wynik był sensacyjny.

Rzymianie budowali falochrony i nabrzeża zanurzając w wodzie drewniane formy wypełnione cementem i kawałkami kamieni. Pod wpływem wody morskiej  powstawał rzadki hydrotermalny minerał – Al-tobermoryt (związek glinu) mający bardzo silną strukturę krystaliczną. Dodatek aluminium i mniejsza ilość krzemu, niż we współczesnym cemencie, powodowały powstanie bardziej stabilnego spoiwa, dzięki czemu beton te przetrwał w wodzie ponad 2 tys. lat.  Formowanie bloków betonowych bezpośrednio w wodzie było genialnym pomysłem: wyobraźmy sobie, jak trudno byłoby tworzyć takie konstrukcje przy wykorzystaniu dużych bloków skalnych. Obecnie pucolanem określamy materiał krzemionkowy lub krzemionkowo-glinowy, który  reaguje chemicznie z wodorotlenkiem wapnia, tworząc spoiwa. Dla Rzymian pucolanem był popiół z Wezuwiusza, dziś stosujemy popioły lotne z gazów spalinowych z elektrowni, co jest działaniem ekologicznym. Niestety bardzo późno poszliśmy tą drogą.

Cement (to określenie pochodzi od francuskiej nazwy murarskiej zaprawy wapiennej) jest współcześnie produktem ciężkiego przemysłu, gdyż budownictwo ciągle bazuje na cemencie portlandzkim wynalezionym przez murarza Josepha Aspdina w 1824 r. Tak więc zwykły murarz jest autorem wynalazku najpopularniejszego materiału świata. Ma on szereg zalet – szybko wiąże, a beton na tym cemencie ma wysoką wytrzymałość. Normy podają pięć głównych rodzajów cementu budowlanego, ale jest ich znacznie więcej jeśli tylko chcemy rozszerzać zastosowania. Różne dodatki uwzględniają specyfikę każdego elementu, jaki chcemy uzyskać. Istnieją masy wiążące, których nic nie łączy z cementem klasycznym poza nazwą i zawartością nieorganicznych składników, np. cementy dentystyczne. Cement portlandzki ma też potężną wadę: główny składnik – klinkier powstaje przez wypalanie wapienia i glinokrzemianów w temperaturze 1450 st. C. Pozostałe składniki, w tym pucolany stanowią poniżej 5%. Do produkcji potrzeba więc ogromnych ilości energii, a wypalanie powoduje emisję 7% CO2 na świecie.

Polska należy do europejskich potentatów cementowych – roczne zużycie osiągnęło 18 mln t  i nadal rośnie, głównie wskutek działania 9 wielkich firm zagranicznych, które przejęły polskie cementownie. Rośnie też import, zwłaszcza ze wschodu, a eksport wynosi ok. 0,5 mln t. Modernizacje pozwoliły na obniżenie emisji tego przemysłu o 26%, a energii o 40% w ciągu 10 lat. Ale emisji nie da się ograniczyć poniżej 525 kg CO2  na tonę klinkieru. Z tego powodu w Europie Zachodniej cementownie się zamyka zastępując je importem m.in. z …Afryki.

W budownictwie niezbędne są, jak wiadomo, elementy konstrukcyjne, gdyż każda budowla musi mieć wytrzymały szkielet. Wszystkie materiały do tego, z wyjątkiem drewna są wysoce energochłonne i emisyjne w produkcji. Nawet gdybyśmy chcieli budować wyłącznie z kamienia naturalnego, to jego pozyskanie w kamieniołomach, transport i uformowanie wymaga ogromnych ilości energii, której wytwarzanie zanieczyszcza środowisko. Czy możliwy jest  materiał o takich właściwościach jak beton, stal czy cegła bez szkodliwych emisji i przy nieznacznym zużyciu energii? Wątpliwe, czy jakikolwiek zespół badawczy zadaje sobie poważnie to pytanie, gdyż budownictwo ciągle tkwi w XIX wiecznej wytwórczości. Ale będziemy musieli z tą epoką rozstać się ostatecznie.

Zygmunt Jazukiewicz

Komentuje Waldemar Rukść

16-17
Aktualny numer WSZYSTKIE
eNOT.pl - Portal Naczelnej Organizacji Technicznej | eNOT.pl