Nápady a objevy

1. června 2021

3D tištěná vlákna přimíchaná do zeminy mají potenciál zrychlit třeba i stavbu dálničních náspů

3D vlákna by mohla zrychlit výstavbu dálničních náspů. | Autor: Pixabay
Rychle postavit a co nejdříve využívat – takový je dnes ideální scénář, nejen když se mluví o stavbě dálnic. I kvapná práce ale musí odpovídat stavebním postupům, jinak může dojít až ke kolapsu. Stavaři z brněnské techniky momentálně pracují na materiálu, který by měl po přimíchání do zeminy zlepšit její vlastnosti a v ideálním případě umožnit rychlejší, ale pořád bezpečnou výstavbu.

„Když sypete písek na hromádku, vytvoříte kužel s určitým sklonem. S našimi vlákny by bylo možné dosáhnout strmějšího sklonu takového kužele. A stejně si to lze představit i u náspu, na kterém je v plánu například stavba silnice,“ vysvětluje na příkladu Pavel Koudela z Ústavu geotechniky Fakulty stavební VUT, který se mikrovyztužováním zabývá. S kolegy se snaží najít ideální podobu malých plastových vláken, která po přimíchání například do zeminy zlepší její parametry, například umožní stavět ve větším sklonu.

Vlákna z 3D tiskárny jsou sice větší než jiná běžně používaná, technici si je ale dokážou přizpůsobit podle potřeb. | Autor: Pavel Koudela
V současnosti se do zeminy a dalších směsí využívaných na stavbu valů přidává cement, či vápno. V laboratořích na VUT zkouší stavaři nahradit chemické příměsi vlákny vyrobenými na 3D tiskárnách. „Běžně se používají vlákna o něco silnější než lidský vlas. Taková výztuž se přidává třeba do betonových podlah. Jednoduše se zamíchají do betonu, směs se vylije a při zrání betonu tím zabraňují vzniku vlasových trhlin. My si tiskneme vlákna na 3D tiskárně s technologií FDM, což nás trochu limituje v tom, že jsou větší. Měří asi 20 milimetrů a v průřezu 0,5 mm na 1 mm. Vlákna jsou z plastu a na konci mají háček. Tím se zachytí do zeminy a síly, které na ni působí, se přenesou do vlákna. Kdyby tam háček nebyl, hladké vlákno zeminou projede bez efektu,“ vyzdvihuje novou myšlenku Koudela.

Vlákna jsou prozatím z plastu, v plánu je ale hledat ekologičtější řešení. | Autor: Pavel Koudela
I přesto, že některé testy prokázaly po přimíchání mikrovýztuže zvýšení pevnosti až o 150 %, Koudela stojí nohama na zemi a rovnou jmenuje několik oblastí, ve kterých chystají další zkoušky. Cílem jedné z nich je zjistit, jaký je ideální poměr výztuže a zeminy, další výzva může být v různých materiálech, ať už samotné zeminy, tak i vláken. Ta jsou z plastu a výzkumníci by rádi našli ekologičtější řešení: „U některých použití se ukazuje, že zpevněnou zeminu je potřeba mít především na začátku budování náspu. Pevnost se totiž časem zvyšuje. Zemina si sedne, zmenší se objem pórů, a pak už není potřeba, aby byla doplněna o plastová vlákna, která ji zpevňují. Nabízejí se tím pádem materiály, které se postupně v zemi rozloží. Dnes se využívá třeba kyselina polymléčná, ta se ale kompostuje při šedesáti stupních, kterých v zemi přirozeně nedosáhneme. Čeká nás proto nejspíš ještě spolupráce s chemiky.“

Další výzvou bude i zkouška na větším vzorku. “Na 300 gramů zeminy přidám 6 gramů vláken a vytvořím válcový vzorek 50 mm v průměru a 100 mm výšky. Na kubík zeminy to vychází asi 30 kilogramů vláken. Za den ale zvládnu vytisknout asi 25 gramů,” uzavírá Pavel Koudela s tím, že zatím neví o jiném výzkumu celosvětově, který by pracoval s podobným typem mikrovyztužování.

(tk)

Témata

Související články:
Student VUT zhodnotí efektivnost solárního vytápění v Himálaji
Jedno špatné rozhodnutí a favorit závodu končí, říká juniorský mistr světa v orientačním běhu Adam Chloupek
Cenu Arnošta Wiesnera získal projekt kulturního centra ve vodojemu na Žlutém kopci
Za originální řešení lávky přes Labe získal student VUT i cenu rektora
Doktorand z FAST VUT zkoumá trhliny v betonu a oceli. Za výzkum získal cenu Brno PhD Talent