Potencjał kompozytów na rynku budowlanym i infrastruktury stale rośnie

• Strona główna
• Artykuły
• Potencjał kompozytów na rynku budowlanym i infrastruktury stale rośnie

2019-11-22  / Autor: Jarosław Schabowski, Alumast

Już starożytni Egipcjanie wiedzieli, że z połączenia dwóch pozornie nietrwałych materiałów, jak glina i słoma, może powstać solidna konstrukcja. Obecnie inżynierowie i konstruktorzy prześcigają się w szukaniu coraz lepszych rozwiązań, a współczesne kompozyty wykorzystywane są w branży kosmicznej, lotnictwie czy motoryzacji.

Branża tworzyw sztucznych rozwija się w Polsce dynamicznie, szybciej niż wynosi średnia europejska. Według Głównego Urzędu Statystycznego, średnia stopa wzrostu rocznego w ciągu 10 lat wyniosła 8,4% i była o 60% wyższa od stopy wzrostu całego przetwórstwa przemysłowego i ponad dwukrotnie wyższa od średniego rocznego wzrostu PKB.

Natomiast światowa produkcja tworzyw sztucznych w 2018 roku szacowana była na 359 mln ton, a prognozy do roku 2023 wskazują na utrzymujący się wzrost na poziomie nieco powyżej 3%, przy czym dla tworzyw standardowych będzie on niższy niż dla tworzyw konstrukcyjnych (odpowiednio 3,3% i 4,3%).

PlasticsEurope podaje, że zapotrzebowanie na tworzywa ze strony przetwórców w Polsce znajduje się na poziomie 3,6 mln ton, a trzy największe segmenty zastosowań to opakowaniowy (32,9%), budowlany (25,5%) oraz motoryzacyjny (9,8%).

Tworzywa kompozytowe – materiały do zadań specjalnych

Ze względu na ogromną odporność mechaniczną, a także niezwykle lekką konstrukcję kompozyt doskonale nadaje się do budowy rozmaitych elementów: zaczynając od technologii stosowanych w branży kosmicznej, po budowę fragmentów samolotów, statków czy samochodów aż do zastosowań tam, gdzie istotne są wyniki – w sporcie, np. przy produkcji rowerów wyścigowych, nart, rakiet tenisowych, kiedy waga znacząco wpływa na osiągane przez sportowców wyniki, a poziom sprzętu nierzadko jest czynnikiem decydującym o zwycięstwie.

Materiały kompozytowe nie występują w środowisku naturalnym – są wytworem działalności człowieka i charakteryzują się wyjątkowymi właściwościami, nieporównywalnymi do materiałów naturalnych dostępnych w przyrodzie. Kompozyt jest zbudowany z co najmniej dwóch różnych składników (jednym z nich jest spoiwo) połączonych w celu uzyskania nowego „lepszego” materiału. Najszerzej stosowanymi spoiwami (matrycami) kompozytów są polimery: zarówno termoplastyczne, jak i termoutwardzalne.

Drugim składnikiem kompozytu są włókna wzmacniające, do których zaliczamy włókna naturalne (juta, sizal) oraz włókna sztuczne (szklane, poliamidowe, polipropylenowe, bazaltowe, węglowe, metalowe). Kompozyty polimerowe – stanowiące połączenie żywic poliestrowych, tkanin szklanych oraz mat szklanych w celu uzyskania materiału o wysokich parametrach wytrzymałościowych – znalazły wspaniałe zastosowanie w produkcji urządzeń infrastruktury drogowej, do której zalicza się m.in. stosowane powszechnie słupy oświetleniowe.

Zespoły konstruktorów i inżynierów prześcigają się w szukaniu i udoskonalaniu materiałów o coraz lepszych parametrach. Przykładem mogą być bolidy Formuły 1, wykonane w 85% z kompozytu, głównie włókna węglowego, który odpowiada zaledwie za 20% masy samochodu. Wiadomo powszechnie, że konstrukcja samochodów wyścigowych, a tym samym po prostu możliwości inwestycyjne poszczególnych teamów, jest obecnie głównym miernikiem sukcesu – rola kierowcy przechodzi na dalszy plan. Prawdziwy wyścig odbywa się w laboratoriach wielkich koncernów.

Kompozyt gwarancją bezpieczeństwa w inwestycjach drogowych

Potencjał inwestycji związanych z dostosowywaniem infrastruktury drogowej w Polsce do wymagań unijnych szacowany jest na 20 mld zł – tyle mają być warte kontrakty na budowę nowych dróg w Polsce w 2019  roku. Łączna wartość drogowych inwestycji (budowanych, jak i znajdujących się w fazie projektowania) to 58 mld zł (1426 km dróg).

Jednym z priorytetów związanych z nowymi inwestycjami, w ślad za unijnymi rozporządzeniami dotyczącymi wprowadzenia programu „Wizji Zero”, jest m.in. zwiększenie bezpieczeństwa biernego na drogach.

Nie bez powodu, według Europejskiej Rady Bezpieczeństwa Transportu (ETSC), polskie drogi należą do jednych z najbardziej niebezpiecznych w Unii Europejskiej.[4] Ginie na nich trzykrotnie więcej osób niż w Wielkiej Brytanii i Szwecji, gdzie w 1997 roku wprowadzono program rządowy ograniczający liczbę ofiar wypadków komunikacyjnych.

Poza zmianami prawnymi i edukacją kierowców największe różnice w podejściu do kwestii bezpieczeństwa dotyczą właśnie budowy i przebudowy infrastruktury drogowej – ewentualne kolizje drogowe mają być dla uczestników ruchu jak najmniej dotkliwe.

Z jednej strony materiały te charakteryzują się bardzo dużą sztywnością, podyktowaną koniecznością stawiania oporu dla sił statycznych i dynamicznych działających na konstrukcję słupów, z drugiej strony w przypadku zderzenia pojazdu z takimi obiektami dochodzi do niebezpiecznych przeciążeń prowadzących do obrażeń zagrażających zdrowiu i życiu kierowcy oraz pasażerów. Dlatego też wielkim wyzwaniem materiałowym i technologicznym jest zbudowanie takich konstrukcji, które spełniają parametry wytrzymałościowe i są jednocześnie bezpieczne w czasie zderzenia z nimi pojazdów. Konstrukcje wykonane z kompozytu polimerowego, takie jak słupy oświetleniowe, znaki drogowe czy bariery ochronne nie tylko nie stanowią zagrożenia dla uczestników ruchu, ale też minimalizują ryzyko wypadku. W efekcie zderzenia to nie pojazd ulega zniszczeniu, ale element kompozytowy, który całkowicie lub częściowo pochłania energię podczas kolizji. Natomiast kierowca i pasażerowie pozostają bezpieczni.

Kompozyt „wybacza” błędy kierowców

Rozwój motoryzacji i wzrost natężenia ruchu drogowego prowadzą do zwiększenia niebezpieczeństw na drodze. Jednymi z głównych przyczyn wypadków drogowych, poza groźnym zachowaniem uczestników ruchu drogowego, jest w Polsce niska jakość infrastruktury drogowej, jak chociażby niedostosowanie ich stanu technicznego do pełnionej funkcji. Istotne jest zatem kształtowanie dróg „wybaczających” błędy kierowcom i usuwanie z ich bezpośredniego otoczenia niebezpiecznych konstrukcji.

Kompozytowe słupy, które „składają się” w momencie kolizji, przyjmują na siebie energię pojazdu, amortyzując uderzenie. Dzięki temu samochód może się bezpiecznie zatrzymać, nie ryzykując kolejnego uderzenia. Słup zostaje zniszczony, ale kierowca nie doznaje urazu lub jest on o wiele mniejszy niż uraz w przypadku zderzenia ze słupem wykonanym z innego materiału. W efekcie końcowym także pojazd ulega niewielkiemu zniszczeniu. Kompozytowe słupy nie wymagają dodatkowej ochrony za pomocą drogowych barier ochronnych, która jest pożądana przy innych konstrukcjach nieposiadających cech biernego bezpieczeństwa. Jest to dodatkowa oszczędność dla zarządców dróg.

Kompozyt można również wykorzystać przy budowie bezpiecznych zakończeń barier ochronnych czy osłon energochłonnych. Stosowane powszechnie zakończenia są wyjątkowo niebezpieczne – przy kolizji z takim zakończeniem dochodzi do przecięcia samochodu lub jego przewrócenia. Ponadto zastąpienie stalowych rozwiązań kompozytem jest znacznie tańsze.

Materiał kompozytowy obniża koszt inwestycji

Inwestycja w nową, mniej groźną infrastrukturę drogową jest kluczowa nie tylko ze względu na ochronę ludzkiego życia, ale również na ograniczenie wydatków związanych z naprawą szkód, leczeniem ofiar wypadków czy interwencją służb mundurowych.

Co więcej, wykorzystanie konstrukcji kompozytowych przynosi znaczne oszczędności w dłuższej perspektywie: przede wszystkim jest to materiał charakteryzujący się długą żywotnością – urządzenia wytrzymują do 80 lat. Kompozyt jest odporny na czynniki zewnętrzne, a więc nie koroduje, nie odbarwia się i nie przewodzi prądu (co jest również istotne z perspektywy inwestycji kolejowych i bezpieczeństwa pasażerów). Słupy wykonane z kompozytu potrafią oprzeć się prędkości wiatru do 200 km/godz. Dzięki ultralekkości elementów i rozwiązań modułowych są łatwe w transporcie i montażu, co obniża koszt budowy drogi. Słup o wysokości 9 metrów waży zaledwie 59 kg (15 razy mniej niż betonowy i siedem razy mniej od stalowych odpowiedników). To zaś powoduje, że wystarczą tylko dwie osoby do jego montażu.

Korzyści z inwestycji w innowacyjne tworzywa kompozytowe są niewspółmierne: średni koszt instalacji słupów stalowych oświetleniowych na odcinku jednego kilometra wraz z montażem barier ochronnych sięga 200 tys. zł. Tymczasem koszt słupów kompozytowych na takim odcinku wynosi jedynie ok. 74 tys. zł. Stosując bezpieczne słupy kompozytowe, zyskuje się zatem prawie trzykrotną oszczędność na samym koszcie inwestycji. Nie ma również problemu z utylizacją elementów kompozytowych, ponieważ materiał zastosowany do produkcji może być w 100% poddany recyklingowi, a produkcja i wytwarzanie kompozytów zużywa mniej energii niż produkcja metali.

Jarosław Schabowski

Autor jest dyrektorem ds. BRD i rozwoju kompozytów w spółce Alumast, która jest producentem kompleksowych, innowacyjnych rozwiązań kompozytowych, m.in. dla branży energetycznej, drogowej, kolejowej, wodociągowej, budowlanej i HoReCa.

kompozytyAlumast