Autor: Leoš Kopecký

Materiálové inženýrství zažívá už několik desetiletí neuvěřitelný rozvoj. Díky novým technologiím se užitné vlastnosti materiálů mohou rozvíjet i docela překvapivými směry. Jedním takovým příkladem je dálkově ovládaný kompozitní stavební materiál s autonomním vyhříváním, který brání vytváření námrazy v zimním období. Pomůže tak zvýšení bezpečnosti silničních a dálničních mostů, letišť, autobusových zastávek a dalších frekventovaných míst.

„Správu bude zajišťovat autonomní systém s možností vzdáleného přístupu. Díky online monitoringu teploty konstrukce, zohlednění aktuální předpovědi počasí a teplotních výkyvů, dokážeme minimalizovat dobu ohřevu a maximalizovat energetickou efektivitu procesu,“ vysvětlil profesor Rostislav Drochytka z Fakulty stavební (VUT v Brně). Podstatným rozdílem oproti doposud využívaným metodám ohřevu materiálu proti vytváření náledí – zejména topné spirále umístěné v konstrukci – je především fakt, že k ohřevu dochází rovnoměrně a rychleji v celém objemu materiálu. Ohřev je současně i spolehlivější a méně náchylný k poruše. O některých detailech výzkumného projektu si s řešitelem Pavlem Dohnálkem povídal redaktor TA ČR Leoš Kopecký.

Pane doktore, v textu projektu se píše: „Díky online monitoringu teploty konstrukce, zohlednění předpovědi počasí a teplotních výkyvů, bude dosaženo značné úspory energie na výhřev.“ Ale na první pohled ten projekt působí dojmem, že použití vašeho materiálu bude pro provoz spíše energeticky náročné, než že přinese úspory. Můžete to vysvětlit?

Hlavním mechanismem úspor energií je prediktivnost toho systému. Je připojen na internet prostřednictvím sítě 5G a získává tak přístup k potřebným datům. Třeba v případě, že bude suchý mráz, kdy se náledí nebude tvořit, se systém nezapne, přestože teplota bude pod bodem mrazu. Současně díky předpovědi počasí bude systém vědět dopředu, že má mrholit nebo sněžit a bude moci povrch předehřát. Bezdrátové připojení a další nové technologie umožňují dálkové ovládání a usnadňují energetickou optimalizaci.

Ze zprávy projektu vyplývá základní složení kompozitu, kterým je především cement, popílek, křemičitý písek, grafit atd. Mimo jiné se zde řadí i ocelové drátky. Proč ty drátky? 

Původním záměrem bylo, že drátky sehrají úlohu rozptýlené výztuže. Vychází to z filozofie kompozitů – tedy spojením materiálů s různými vlastnostmi dosahujeme nových vlastností materiálů. Vyzkoušeli jsme je, ale nakonec jsme je nepoužili, nebyly potřeba.

Jedním z výsledků výzkumu je konečná receptura. Jak se tvoří vlastně taková receptura kompozitu? Co ve vašem případě sehrálo hlavní roli? Intuice, náhoda, zkušenost?

Vycházíme z týmových zkušeností. Naše firma BETOSAN funguje 30 let a všechny naše výrobky jsme vyvíjeli ve vlastních laboratořích. Nějakých posledních 10–15 let ten vývoj realizujeme ve spolupráci s VUT v Brně, takže to know ‑how je samozřejmě i na straně VUT, a to se týká nejen receptur, ale hlavně zkoušení a přístrojového vybavení. Pochopitelně všichni studujeme odbornou literaturu. Takže na začátku je nějaký návrh složení, který se pak zkouškami upřesňuje. Klasický výzkum a vývoj. Někdy se předpoklady potvrdí, někdy ale také ne. Občas nás potká i příjemné překvapení a tu cestu pak rozvíjíme a zkoušíme dál. Je to postupný a dlouhodobý proces. Samozřejmě využití odpadních surovin do kompozitu je nesmírně žádoucí a potřebné, protože nejen zlevňuje výrobu, ale i přispívá k principům udržitelnosti.

Jak bude vypadat použití kompozitu v reálné situaci třeba na stavbě? V rámci napájení, elektrod a podobně? 

Směs je podobná běžné betonové směsi a i tak se s ní bude pracovat. Elektrody, které mají za cíl přivádět proud pro vytápění, jsou měděné a budou vzdáleny 50 cm od sebe. Je to vlastně běžně používaný zemnící pásek s průřezem 15 × 0,3 mm a budou napojeny na řídící jednotky. Řídící systém vytváří na Fakultě elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně. Počítač, který je naprogramovaný tak, že sbírá data jak ze sítě, tak i z materiálu, vyhodnocuje a automaticky řídí průběh ohřevu plochy.

Několikrát v našem rozhovoru zazněl termín „odpadní materiály.“ Jakou hrají roli? 

O dosažení úspor použitím odpadních nebo druhotných materiálů se dnes snaží snad všechny firmy, a to nejen proto, že třeba portlandský cement je jako pojivo drahý. Jsou tu i náklady vyvolané emisními povolenkami, obecným zdražováním a dalšími vlivy. Takže využití popílku, strusky a mnohých dalších odpadních surovin je běžné. Je to téma, kterému se Fakulta stavební VUT v Brně věnuje dlouhodobě a s pomocí týmu kolem profesora Drochytky se snažíme uplatňovat nové zkušenosti při využívání druhotných surovin stále více. Má to dopad ekonomický i environmentální.

 

Medailonek – Ing. Pavel Dohnálek Ph.D.

Ing. Pavel Dohnálek Ph.D. působí ve firmě BETOSAN, s. r. o. na pozici technického ředitele. Specializuje se mimo jiné na výzkum a vývoj nových materiálů pro výrobu a prodej firmou BETOSAN, s. r. o. Ve výzkumu a vývoji spolupracuje s předními českými výzkumnými pracovišti, jako je Centrum AdMas, Fakulta stavební, VUT Brno, dále s Technickou univerzitou v Liberci, Ústavem fyzikální chemie J. Heyrovského, Akademie věd ČR nebo Ústavem anorganické chemie. Za dobu svého působení v BETOSAN, s. r. o. byl hlavním řešitelem několika výzkumně ‑vývojových projektů v programech MPO Tandem, MPO Tip a TA ČR ALFA. Dále se ve své praxi zabývá zejména aplikacemi kompozitních materiálů na bázi uhlíkových vláken pro zesilování stavebních konstrukcí.

 

Zdroj foto: Ing. Jindřich Melichar, Ph.D. z FAST VUT v Brně