Moda na eko - czyli nie wszystko złoto, co się świeci

W ostatnich latach coraz większą popularność zyskuje, poniekąd słusznie, ekologia. Ekologia staje się lekiem na całe zło tego świata, niezbędnym dodatkiem wszędzie, gdzie to konieczne (ale także i tam, gdzie zupełnie zbędne), lub gdzie szansa na spełnienie pewnych założeń jest naprawdę niewielka. Ta tendencja nie ominęła także i budownictwa, a wraz z nim i materiałów wiążących, czyli - cementu.

Hasło "eko" oznacza zwykle jedną z trzech głównych dróg reklamy:

• oba produkty są stare (ten podstawowy i ten dodawany), ale znaleziono dla jednego lub obu z nich nowe zastosowania
  
• jeden z produktów jest nowy, a jeden stary - w związku z tym uzyskano zupełnie nowe możliwości działania
  
• oba są nowe i oba z nich wchodzą na zupełnie nowe tereny niezagospodarowane przez produkty istniejące na rynku
  

W wypadku tutaj omawianym jest to ten pierwszy przypadek. Oba produkty, czyli cement jak i dodatek - związek chemiczny ditlenek (dwutlenek) tytanu (TiO₂), są znane od dawna. Ten drugi był znany do tej pory jako pigment i takąż rolę pełnił. Występowanie, sposób produkcji, możliwe błędy w produkcji i wiedza jak ich uniknąć - to wszystko było znane. Także to, jakie możliwości daje jako pigment, jak bardzo wybarwia, jaka jest jego stabilność chemiczna, czas trwałości itd.

Przebadano go jeszcze raz i odkryto, że wśród różnych ciekawych własności ma przynajmniej dwie, które jeśli nie zrewolucjonizują budownictwa, to przynajmniej pozwolą mu na duży skok do przodu. Są to:

• zdolność do rozkładu tlenków azotu oraz innych związków na mniej szkodliwe lub zupełnie nieszkodliwe pod wpływem promieniowania słonecznego, przy czym sam związek nie rozpada się, lecz pełni rolę niemal niezniszczalnego katalizatora
  
• zdolność do takiego zmniejszenia napięcia powierzchniowego brudu i nieczystości osadzających się na nim, że nawet niewielki deszcz spłukuje je bez problemu
  

Oznaczało to, że m.in. budownictwo może pełnić ważną rolę ekologiczną zmniejszając emisję groźnych gazów, oraz pomagając zachować w czystości elewacje lub konstrukcje betonowe ogranicza zużycie detergentów wykorzystywanych do ich czyszczenia (mającego miejsce w zależności od położenia co kilka czy kilkanaście lat).

Niestety rzeczywistość okazało się dużo bardziej skomplikowana, a owo "eko" dużo na wyrost. Zacznijmy od... końca.

Aby powierzchnia była nazwijmy to "samoczyszcząca", konieczny jest filtr (czyli po prostu cieniutka powłoka) z TiO₂ nałożona na materiał. W trakcie badań laboratoryjnych okazało się, że nie dość, że taki filtr musi być nałożony w stosunkowo wysokiej temperaturze, to musi być ona dość dokładnie określona - w tym wypadku ok. 400C - by ów filtr najlepiej spełniał swą rolę. Nałożenie takiego filtru na szkło (które temperaturę topnienia ma powyżej 1000C), czy cegły (tutaj wypalanie także w temperaturze ponad 800C) nie stanowi problemu - już prędzej powierzchnia materiału mogąca wpływać na zachowanie się takiego filtra w trakcie nakładania, lub związków chemicznych zawartych w takim produkcie.

Pytanie w kwestii cementu czy dokładniej betonu lub zapraw robionych na jego bazie pozostaje jedno - w jaki sposób nałożyć taki filtr w temperaturze tych kilkuset stopni, by jego powłoka stanowiła całość i spełniała swoją rolę? Pojedyncze elementy betonowe - już prędzej, ale nadal jest to żmudny i kosztowny proces, z którego w zasadzie wyłączone są zaprawy, bo jak sprawić...

Osobnym problemem jest fakt, że w "czystym" dwutlenku tytanu rozkład związków azotu i innych następuje pod wpływem promieniowania UV. Jest to o tyle istotne, że z racji ziemskiej atmosfery i położenia geograficznego ilość tego promieniowania docierającego na powierzchnię stanowi ok. 4%. Dodając do tego fakt, że kolejne ok. 4-5% to tzw. bliskie światłu widzialnemu UV to można bez problemu stwierdzić, że te zdolności są bardzo, bardzo mocno ograniczone. W części prac na ten temat można przeczytać, że wydajność wynosi ok. 10-15% tej, jaką osiąga TiO₂ w promieniowaniu UV. To nie jest dużo, to nawet bardzo mało.

Przynoszą powoli efekty trwające badania laboratoryjne mające zmienić te proporcje. Problemem są tylko owe modyfikacje i dodatki, które czasem sięgają nawet 20% czystej substancji. Są wśród nich m.in. metale szlachetne (złoto, srebro), czy związki na bazie siarki.

Cement z racji funkcji i roli, jaką pełni powinien mieć jak najmniej dodatków w swoim składzie, które są zamieniane za klinkier. Czym innym jest bowiem dodanie pyłu kwarcowego czy piasku kwarcowego już w czasie procesu wytwarzania betonu lub konkretnej zaprawy, a czym innym dodanie tych składników w procesie produkcji samego cementu. Oznacza to, że aby beton spełniał swoją rolę, będzie trzeba rozwinąć badania jak bardzo, kiedy i w jaki sposób związki dodawane do dwutlenku tytanu w celu zmiany jego właściwości w pożądanym dla nas kierunku (czyli aktywności w świetle widzialnym) wpłyną na wszystko to, co z takiego cementu jest wytwarzane.

Dodatkowo okazuje się, że związki TiO₂ pod wpływem modyfikacji tracą z upływem czasu swoje właściwości, a badania wskazują, że po 6 miesiącach spadają one do 1/5 początkowej wartości - to dużo, zwłaszcza, że białe cementy mają zwykle dość długi okres trwałości wynoszący zwykle dokładnie około pół roku.

Kolejnym problemem wynikającym tym razem z samego materiału, do jakiego jest lub ma być dodawany dwutlenek tytanu, jest jego ilość. Zasadniczo przyjmuje się, że maksymalna ilość pigmentu (lub związków niebiorących udziału w procesie wiązania) dodana do cementu w procesie betonowania lub wyrabiania zapraw nie może przekraczać zwykle 5%. Z racji tego, że białe cementy mają klasę (zwykle) 52,5 - ta ilość może wzrosnąć o dodatkowe 1-2%. Oznacza to, że ilość TiO₂ w cemencie nie może, lub inaczej - nie powinna, przekraczać 2% w stosunku do ilości cementu, aby można było dodać inne dodatki (np. pigmenty) mające za zadanie wpływać w ten czy inny sposób na mieszankę.

Działanie dwutlenku tytanu jest powierzchniowe - co oznacza, że cały TiO₂, który będzie znajdował się głębiej - nie bierze w tym żadnego udziału, czyli albo godzimy się z tym, że z tej niewielkiej ilości naprawdę przeważająca część nie bierze w niczym udziału, albo należy zastosować inny o wiele bardziej skomplikowany proces technologiczny, który będzie umożliwiał wykorzystanie cementu z tą substancją jedynie jako cieniutkiego lica... A to jest nie tylko bardzo trudne, ale i zgodnie ze sztuką budowlaną w wielu wypadkach niemożliwe. Sztuczny kamień czyli lastriko musi mieć minimalną grubość 2,5 cm, zaś minimalna grubość wierzchniej warstwy tynku renowacyjnego to 10 mm...

Pamiętając także o fakcie, że z tych nikłych procentów, w świetle widzialnym pracuje jedynie 10-15% cementu z TiO₂ oraz o tym, że najlepszą metodą nałożenia filtra jest nakładanie go w temperaturze około 400C - to symbol eko i wpływ na środowisko budynków z cementu czy tynków lub zapraw, gdzie go użyto, jest w zasadzie jeśli nie żaden, to na chwilę obecną pomijalny.

W obecnych warunkach dodatek TiO₂ nie sprawi, że będzie to eko cement, ani eko technologia, ani nawet przysłowiowe złoto. Jest to tylko informacja, że gdzieś daleko, na końcu bardzo długiej drogi może być coś, co może okazać się przydatne w budownictwie i będzie to można zastosować z cementem bez najmniejszych obaw o jakość wyrobów zeń wytwarzanych. Oznacza to także to, że będą znane wszelkie możliwe ograniczenia, jakie TiO₂ ze sobą niesie.