Niepalny, mrozoodporny i mocny jak skała: polski geopolimer podbije rynek budowlany

Niegroźny mu ogień ani mróz, jest ekstremalnie wytrzymały i bezpieczny dla środowiska. Geopolimer stworzony na Politechnice Krakowskiej przez zespół kierowany przez prof. Janusza Mikułę posłuży do produkcji super-odpornych materiałów budowlanych, które mają szansę zrewolucjonizować światowy rynek.

Geopolimer z Politechniki Krakowskiej powstał na bazie tufu, czyli kamienia wulkanicznego z Filipowic i ma szereg zalet, które dają mu przewagę nad wszystkimi powszechnie stosowanymi materiałami budowlanymi, z betonem na czele. O jego wyjątkowości w dużej mierze decyduje stosunek krzemu do aluminium wynoszący 5:6, podczas gdy w standardowych geopolimerach na bazie metakaolinu czy popiołu lotnego to 2:3.

Materiał ma bardzo wysoką wytrzymałość termiczną, nawet do 1000°C i jest odporny na siarczyste mrozy sięgające minus 50 stopni. Nie poddaje się szkodliwemu działaniu kwasów, chlorków oraz siarczanów i jest wręcz ekstremalnie odporny na ścieranie, a co za tym idzie na rozmaite uszkodzenia mechaniczne. Do wspomnianych cech dodać trzeba również odporność na korozję, która charakteryzuje wszystkie polimery tego typu, co ma ogromne znaczenie w kontekście budownictwa.

Geopolimer na bazie tufu poddany działaniu ekstremalnie wysokiej temperatury zachowuje się zupełnie inaczej niż inne substancje tego typu – mówi prof. Janusz Mikuła. – Gdy temperatura rośnie, jego wytrzymałość wzrasta, zamiast maleć. Na uwagę zasługuje również jego wytrzymałość na ścieranie. Podczas gdy na zwykłych geopolimerach skutki ścierania są widoczne po około 20 minutach, nasz pozostał nienaruszony po 3 dniach, nie licząc nadanego mu połysku.

Bazą geopolimeru stworzonego na Politechnice Krakowskiej jest tuf wulkaniczny, czyli skała występująca w okolicy podkrakowskich Filipowic, która ze względu na charakterystyczny wygląd jest nazywana filipowickim marmurem. Kamień już wcześniej był stosowany budownictwie – w Krakowie wciąż znajdują się wzniesione z niego budynki.

Jego największą wadą był jednak brak odporności na wodę, co również zostało rozwiązane po przekształceniu go w polimer. Zrobiono go najpierw poddając kamień działaniu bardzo wysokiej temperatury, a następnie mieląc na pył, z którego sporządzono alkaliczny roztwór wzbogacony między innymi wodorotlenkami sodu i potasu. Proporcje dodatków to autorski pomysł naukowców.

Do zalet geopolimeru dołącza również ekologiczność. Jego produkcja jest znacznie bezpieczniejsza dla środowiska niż wytwarzanie betonu czy cementu i powoduje wydzielanie nawet do 8 razy mniej dwutlenku węgla niż zwykły cement.

Tufowy geopolimer ma bardzo wszechstronne zastosowanie. Poza cegłami, blokami i płytami stosowanymi do budowy, może służyć również do produkcji materiałów izolacyjnych i ognioodpornych, ozdobnych i wyjątkowo trwałych sztukaterii, a także powłok, które naniesione na beton, ceramikę, stal czy drewno wytworzą na ich powierzchni wytrzymałe pokrycie o unikalnych właściwościach.

Po naniesieniu takiej powłoki na przykład na ścianę, na jej powierzchni utworzy się cienka warstwa kamienia o właściwościach geopolimeru, która, jeśli nadamy jej odpowiednią porowatość, jest zdolna do regulacji poziomu wilgotności i pochłaniania zapachów. Po wzbogaceniu go barwnikami ceramicznymi, geopolimer przyjmuje dowolny kolor, więc może zastąpić zwykłą farbę – mówi prof. Mikuła

Naukowcy wykonali polimer na bazie tufu z Filipowic, który jak na razie nie może być przeznaczony do produkcji masowej. Kamieniołom, z którego pochodzi jest nieczynny, ale złoża tufu można sprowadzać z innych krajów. Profesor Mikuła przekonuje również, że tuf w razie potrzeby można zastąpić materiałem, którego w Polsce mamy pod dostatkiem, czyli pyłami dymnicowymi, będącymi produktem ubocznym procesu spalania węgla.

Tuf z Filipowic jest sennym surowcem i mam nadzieję, że dzięki naszemu pomysłowi uda się wypromować jego szersze wykorzystanie – mówi prof. Mikuła. Pyły dymnicowe są znacznie lepiej dostępne i również wykazują świetne właściwości, a geopolimery na ich bazie charakteryzują się porównywalnymi parametrami między innymi pod kątem odporności na ściskanie oraz bardzo wysoką temperaturę.

Tufowy geopolimer na razie został zgłoszony do ochrony patentowej, co otworzy drogę do jego komercjalizacji. Może ona nastąpić szybko, ponieważ jeden z międzynarodowych koncernów budowlanych wyraził chęć rozpoczęcia produkcji.