Průmysl zabývající se výrobou PC je třetí energeticky nejnáročnější hned po výrobě hliníku a oceli, kdy na výrobu jedné tuny cementu je zapotřebí přibližně 3,7 GJ energie. S výrobou cementu zároveň roste i produkce CO₂, kdy během výroby 1 tuny portlandského slínku vzniká celkem 1 tuna CO₂, z toho 0,55 t se uvolní při kalcinaci vápence a zbylých 0,4 t je způsobeno spalováním paliva. Emise oxidu uhličitého vytváří spolu s dalšími plyny skleníkový efekt, což s největší pravděpodobností vede ke změnám klimatu v důsledku globálního oteplování.

Vědecký tým na Chemické fakultě Vysokého učení technického se zabýval vývojem a následnou aplikací ekologického a ekonomicky nenáročného bezcementového betonu vyrobeného s využitím druhotných surovin jakými jsou cementářské odprašky, elektrárenské popílky a vysokopecní strusky. Nutno však dodat, že v dnešní době se již vysokopecní struska řadí mezi nedostatkové sekundární suroviny a má své využití v mnoha aplikacích.

Samotným principem vzniku tohoto netradičního kompozitu je proces alkalické aktivace, kdy reakce směsi vysokopecní strusky a elektrárenského popílku v silně zásaditém prostředí, vede k přechodu křemičité a hlinité složky do roztoku s následným vznikem pojivových fází CSH (CASH) gelu. Jako alkalické aktivátory jsou nejčastěji využívány roztoky hydroxidu sodného (draselného) a vodních skel. Vysoká cena alkalických aktivátorů limitující tyto materiály pro široké možnosti jeho využití byla vyřešena částečným nahrazením hydroxidu sodného pomocí cementářských odprašků. Díky výzkumné činnosti bylo ověřeno, že značný obsah alkálií a volného vápna z cementářských odprašků je možné využít pro alkalickou aktivaci, cementářské odprašky jsou v současnosti bez využití. Vzhledem k jejich ceně a reálné možnosti ekologického zpracování těchto materiálů se cementářské odprašky ukázaly jako výborný alkalický aktivátor pro aktivaci pucolánů.

Co jsou to pucolány?

Pucolány jsou přírodní nebo průmyslové látky křemičité, hlinito-křemičité nebo směsi těchto látek. Pucolány po smíchání s vodou samy netvrdnou. Jsou-li však jemně semlety, reagují v přítomnosti vody za normální teploty s rozpuštěným hydroxidem vápenatým za tvorby sloučenin vápenatých silikátů a vápenatých aluminátů, které jsou nositeli postupně narůstající pevnosti. Pucolány musí v podstatě obsahovat aktivní oxid křemičitý a oxid hlinitý. Obsah aktivního oxidu křemičitého musí být nejméně 25 % hmotnostních.

Složení alkalicky aktivovaného betonu, jenž byl úspěšně použit výzkumným týmem Fakulty chemické VUT v Brně, je ukázáno v následující tabulce, kde množství jednotlivých složek je uvedeno v kilogramech a přepočteno na objem 1 m³ betonu. Jako kamenivo byly využity 3 frakce z lomu Halámky; 0/4, 4/8, 8/16. V tabulce jsou rovněž doplněny přibližné ceny jednotlivých surovin, ze kterých lze snadno porovnat výslednou cenu betonu oproti běžnému komerčně vyráběnému betonu. Ceny kameniva a vody jsou pro oba druhy betonů stejné. Konečná cena vyvinutého betonu je tedy zhruba 1.400 Kč za 1 m³ (bez) DPH, což je dnes běžná cena konstrukčního betonu C8/10. Zároveň bylo jeho produkcí zpracováno i jisté množství sekundárních surovin (popílky, cementářské odprašky), proto lze tento beton označit i za ekologický. Výsledná záměs byla následně použita pro výrobu přechodové desky (viz. úvodní obrázek). Míchání betonu lze provádět ve standardním zařízení „betonárek“, kde byly veškeré poloprovozní experimenty prováděny.