Odhluční vlaky a bude ekologická. Chystáme stavbu unikátní protihlukové stěny z geopolymeru

Hlukové testy s geopolymery už běží. Ivo Záleský vyhodnocuje hodnoty hlukového útlumu jednotlivých vzorků.

Hluk z rušné dálnice nebo železničního koridoru odizolují mnohem lépe než klasický beton. Přitom jsou pevnější a lehčí. Na testech s geopolymery to dokazují budoucím projektantům a investorům vědci z naší fakulty strojní. Chtějí jít ale ještě dál. Chystají stavbu historicky první protihlukové stěny z geopolymerů podél železničního koridoru na území ČR a usilují o získání projektu ministerstva dopravy.

Laicky řečeno je geopolymer uměle vytvořený kompozit vzhledově blízký betonu. Odborněji jde o směs lupku (sedimentární hornina, jejíž hlavní složkou je minerální kaolin. Těží se u Nového Strašecí, pozn. redakce) a chemických urychlovačů na bázi hlinitokřemičitanových minerálů a alkalických roztoků. Při chemické reakci ztuhne do velmi pevné homogenní polymerní struktury.

Geopolymery vlastnostmi předčí beton

„Princip výroby geopolymerů je hodně podobný výrobě betonu. Vlastnostmi jej ale předčí. Například mnohem lépe tepelně izoluje a také tlumí hluk. My teď v rámci podaného projektu testujeme akustické vlastnosti geopolymerů s jednotlivými příměsemi. Zkoušíme, jak tlumí hluk geopolymer s konopím, korkem, kuličkami polystyrenu nebo skleněnými mikrokuličkami,“ uvedl Petr Louda, vedoucí katedry materiálů Fakulty strojní TUL (FS).

Katedra podala projekt Protihluková stěna na ministerstvo dopravy. Z materiálu, který bude mít po testech nejlepší fyzikálně-mechanické vlastnosti, nechají vědci postavit 150 metrů dlouhou protihlukovou stěnu podél vybraného železničního koridoru. „Potřebujeme necelý rok na to, abychom našli optimální směs. Pak bychom mohli začít stavět. Chceme investorům ukázat, že stavba protihlukových stěn z geopolymerů je cesta, jak snadněji dostávat stavební povolení, protože v intravilánech bude možné snížit hluk z dopravy. Velký problém bývá se souhlasy obcí, aby v jejich katastrech mohla vzniknout dopravní stavba. Důvodem bývá právě hluk,“ naznačil profesor Louda.

Probíhající hlukové testy zachycují snímky v galerii. Na jedné straně polykarbonátového tubusu je reproduktor připojený přes zesilovač k počítači s generátorem frekvencí. Na druhé straně je mikrofon rovněž propojený s počítačem. Mezi obě zařízení vědci vkládají vzorky geopolymerů s nejrůznějším plněním. Měří se nejprve hodnoty akustického útlumu v prázdném tubusu, posléze s geopolymerem. Cílem je docílit co největšího útlumu signálu v rámci daného materiálu.

Studentka z Turecka v laboratoři katedry materiálů připravuje geopolymerový vzorek pro hlukový test.

Testované geopolymery obsahují různé příměsi. Profesor Louda drží vzorek pro akustické testování.

Vzorek geopolymeru za chvíli projde testem v měřicím tubusu.

Profesor Petr Louda ukazuje technické konopí, které se rovněž přidává do testovaných geopolymerů.

Vědci znají frekvence brzdících vlaků

„Jde o měření správných frekvencí. Brzdící vlaky mají vyšší frekvence než projíždějící nákladní auta. Hodnoty frekvencí známe. Na základě našich měření jsme pak schopní doporučit vhodnost materiálu pro dané využití,“ doplnil profesor Louda.

Pro vyhodnocení experimentu se současně provádějí akustické testy na vzorcích betonu a vyhodnocují jeho vlastnosti zvukového útlumu. Beton je totiž nejrozšířenějším materiálem při stavbě protihlukových stěn.

Po akustických testech na TUL proběhne ještě certifikované měření v nasmlouvané laboratoři. Tam už budou zapotřebí výrazně větší vzorky.

Dobré výsledky zatím dává konopí

Zbudovaná geopolymerní protihluková stěna u železničního koridoru bude v reálu obsahovat příměsi, jejichž antihlukové vlastnosti testy vyhodnotí jako nejlepší. „Velmi dobré vlastnosti má zatím technické konopí. Většina vzorků s konopím má nejlepší útlum při 600 hertzích, kde dosahujeme 20 decibelů útlumu, což je velmi dobrý výsledek. Bude ale ještě potřeba udělat testy s kombinací materiálů, protože jedním materiálem neodfiltrujete tak široké pásmo frekvencí,“ nastínil dílčí výstup z měření Ivo Záleský z katedry materiálů FS.

Laboratoř katedry materiálů zároveň podrobuje geopolymery zkouškám mechanických vlastností. Vědci při nich simulují náraz auta do stěny. V reálu se v případě nárazu vozidlo nesmí probourat skrz bariéru. Materiál podstupuje testy v trhacím stroji a v Charpyho kladivu. Vědci na něm zkoušejí dynamickou stabilitu.

Netradiční stěnu vyztuží síť z pryskyřice

Ukázková geopolymerní stěna má být netradiční i tím, že nebude vyztužená obvyklou ocelovou armaturou. Bude použita lehká síť z pryskyřice s čedičovými mikrovlákny. „Na rozdíl od klasické svařované kari sítě z ocelových drátů nekoroduje, je také nesrovnatelně lehčí. Manipulaci s ní zvládne i jeden člověk. Na metry čtvereční ani nebude dražší. Na kilogram je sice její cena vyšší, ale kilogramů je v ní potřeba mnohonásobně méně,“ zmínil profesor Louda.

Katedra materiálu chce docílit také toho, aby byla konstrukce ukázkové protihlukové stěny rozebíratelná. Záchranné složky by se pak k nehodě mohly dostat i ze strany. „Dnes jsme s pěněným geopolymerem na čtvrtině hmotnosti betonu, geopolymer je přitom pevnější. Zatímco beton má pevnost v tlaku kolem čtyřiceti megapascalů, hodnoty geopolymeru jsou dvakrát vyšší,“ nastínil profesor Louda.

Výroba geopolymeru je také ekologičtější. Při produkci cementu uniká do ovzduší, na rozdíl od geopolymeru, značné množství oxidu uhličitého. Výroba geopolymeru tak nepřispívá ke skleníkovému efektu.

Velkou nevýhodou masovějšího rozšíření geopolymerů v reálném použití je jejich cena. Zatímco kilogram betonu stojí přibližně 0,1 € o kilogram polymeru vyjde na 1 €. „Cenou se betonu konkurovat nedá. Geopolymer má ale lepší mechanické a mnohé fyzikální vlastnosti. Nabízí se jeho použití ve specializovaných případech, kde bude zapotřebí lepších užitných vlastností,“ řekl Petr Louda.

Adam Pluhař