Beton, ki je sestavljen predvsem iz cementa, vode in agregatov, je najbolj uporabljan gradbeni material na svetu. Ta kompozit se pogosto nadgradi z jekleno ojačitvijo v močnejšo različico, imenovano armirani beton. V zadnjem stoletju se je jeklo izkazalo kot zelo učinkovit material za ojačitev betona, tako da se več kot 20 % od skoraj 2 milijard ton letno proizvedenega jekla uporablja prav za to.
Kljub svoji učinkovitosti ima jeklo številne slabosti. Najprej je tu teža. Kubični meter armiranega betona običajno vsebuje od 90 do 150 kg jekla; pri močno ojačanih konstrukcijah lahko ta vrednost doseže tudi 180 kg. Jeklo je tudi podvrženo koroziji, kar lahko sčasoma oslabi konstrukcijsko trdnost. Poleg tega ima jeklo velik okoljski odtis. Njegova proizvodnja – od rudarjenja in rafiniranja do oblikovanja, transporta in montaže – zahteva ogromne količine energije, kar pomembno prispeva k emisijam toplogrednih plinov.
Zaradi teh slabosti raziskovalci že leta razvijajo alternativne materiale za ojačitev, kot so polimeri, ojačani s steklenimi ali ogljikovimi vlakni.
Raziskovalci iz Sharjaha so se osredotočili na bolj dostopen, a manj verjeten material: polilaktično kislino (PLA), biorazgradljiv termoplast. Pri tem niso preučevali le materiala, temveč tudi obliko ojačitve. Cilindrične palice so standardna oblika tako za jeklo kot njegove alternative. Raziskovalci so želeli ugotoviti, kaj lahko ponudijo druge oblike.
Z uporabo 3D-tiskanja so izdelali ravne ploščate strukture ter valovite, nazobčane in trikotne vzorce, zasnovane za boljši oprijem betona in učinkovitejši prenos napetosti. Te oblike so primerjali s klasičnimi ravnimi PLA palicami. Rezultati so pokazali izrazito boljšo zmogljivost nekonvencionalnih oblik.
»Plošče prekašajo palice. Nosilci, ojačani s PLA ploščami, so dosegli do dvakrat večjo maksimalno nosilnost in absorbirali do petkrat več energije kot tisti z enostavnimi PLA palicami. Večja površina plošč omogoča bistveno močnejšo vez z betonom,« je pojasnil Muhammad Junaid. Študija, objavljena v reviji Construction and Building Materials, je pokazala tudi, da trikotne in valovite oblike bistveno izboljšajo sposobnost nosilcev za prenašanje napetosti po razpokah. »Te nazobčane oblike delujejo kot zobje, ki se zasidrajo v beton in preprečujejo zdrs,« je dodal Junaid.
Pri primerjavi PLA proti PLA so plošče in valovite ojačitve presegle klasične palice. V primerjavi z jeklom pa so se prav tako izkazale. Kombinacija oblik, ki tvori trikotne valovite plošče, se je pokazala kot najučinkovitejša. Beton, ojačan s takimi ploščami, je dosegel primerljivo duktilnost kot jekleni beton, upogibna trdnost pa je dosegla do 80 % vrednosti klasično armiranega nosilca.
Jeklo bo v gradbeništvu verjetno ostalo še dolgo, vendar študija kaže na obetavno alternativo za določene primere. PLA je biorazgradljiv, odporen proti koroziji, bistveno lažji in bolj trajnosten. Dodatna prednost je tudi prilagodljivost z uporabo 3D-tiskanja. Pomembno pa je poudariti, da je bila študija izvedena na manjših prototipih.
Vir: Alpha Galileo
