BETOANE BIORECEPTIVE destinate pentru crearea de anvelopante verzi

O solutie bioreceptiva este reprezentata de acel material ce permite dezvoltarea continutului biologic (de tip biofilm) pe suprafata sa, fara a afecta in niciun fel proprietatile suportului. Teoretic, daca un beton bioreceptiv ar putea fi integrat intr-o fatada a cladirii, aceasta ar putea duce la crearea de structuri verzi, pentru a caror functionare nu ar mai fi necesare sisteme tehnice suplimentare de intretinere. In ultima perioada, cercetatorii au propus produse promitatoare din categoria respectiva, in prezent eforturile fiind directionate spre dezvoltarea conceptului definit, prin utilizarea amestecului deja obtinut pentru a crea un prototip de panou de fatada din beton bioreceptiv care sa poata directiona cresterea biologica, folosind materiale disponibile la momentul actual pe piata materialelor de constructii. Provocarea consta in combinarea inteligenta a materialului cu un beton non-bioreceptiv (pe baza de UHPC), intr-un proces de turnare in doua etape. 

 

Pe suportul respectiv a fost dezvoltat un biofilm, rezultatele initiale aratand ca acoperirea completa a partilor bioreceptive ale panoului poate fi realizata in termen de doua saptamani, in conditiile in care dezvoltarea stratului biologica poate fi directionata. O problema care nu a fost complet solutionata este cea a supravietuirii organismelor in mediul astfel creat. Prin urmare, la momentul actual conceptul fatadelor bioreceptive arata promitator, insa se impun investigatii suplimentare care sa vizeze, printre altele, aspecte ecologice, de compozitie a materialelor, precum si diverse efecte economice si climatice. Urbanizarea accelerata si diminuarea asociata a suprafetelor inverzite, in combinatie cu impactul dramatic al incalzirii globale, au ca principal si imediat efect degradarea biodiversitatii, insotita de un stres termic accentuat si o poluare sporita a aerului – fenomene ce justifica preocuparile expertilor in ceea ce priveste pentru sanatatea fizica si mentala, ecologica si publica. In demersul de a imbunatati calitatea mediului urban, in ultimii ani utilizarea acoperisurilor si fatadelor verzi a devenit o practica frecventa. Aceasta tendinta s-a dovedit a exercita un efect pozitiv in demersurile de reducere a temperaturii la suprafata cladirilor, de captarea a agentilor aerieni de poluare, de crestere a biodiversitatii si de sechestrare a carbonului. In acelasi timp insa trebuie luat in calcul faptul ca acoperisurile si fatadele verzi presupun costuri suplimentare atat in executie, cat si in intretinere, in acelasi timp punand presiuni structurale suplimentare cladirilor de care sunt atasate. Astfel, noua tipologie a anvelopei verzi a cladirilor, bazata pe principiul bioreceptivitatii, a gasit un teren fertil de implementare si a avut un ecou incontestabil atat in randul arhitectilor, cat si al beneficiarilor. Termenul de bioreceptivitate a fost definit de inventatorul sau ca „aptitudinea unui material de a fi colonizat de unul sau mai multe grupuri de organisme vii, fara a suferi neaparat vreun proces de biodeteriorare”. Concret, daca un asemenea material cu o bioreceptivitate ridicata ar fi aplicat pe o suprafata a cladirii, s-ar obtine o suprafata verde mai mult sau mai putin viabila. Organismele biologice ce se dezvolta pe respectivele suporturi si care au fost definite ca biofilme, constau din bacterii, alge, ciuperci, licheni si muschi. Ele pot supravietui, teoretic, in aproape toate conditiile naturale de mediu, cu conditia ca substratul pe care se dezvolta sa fie adecvat. In mod similar fatadelor verzi clasice, acestea pot afecta temperatura suprafetei cladirii, pot „digera” chimic o serie poluanti aerieni si pot sechestra carbonul prin precipitatii de calcit. Toate procesele mentionate anterior nu necesita sisteme tehnice suplimentare sau operatiuni de intretinere, deschizand, astfel, posibilitatea de crearii de sisteme verzi de anvelopare pentru cladiri, obtinute la cu costuri reduse si avand energie incorporata. 

 

Principala provocare in crearea fatadelor din beton bioreceptiv consta chiar in materialul de baza. Pornind de la observatiile existente in literatura de specialitate, principalele cerinte pentru cresterea biologica par a fi un substrat cu un potential de hidrogen (pH) mai mic de 10, o rugozitate suficienta a suprafetei pentru a proteja biofilmul de influentele mediului, o capacitate mare de absorbtie a apei si retinerea a acesteia in substrat, respectiv o prezenta a nutrientilor, in special a fosforului. Teoretic, toate respectivele cerinte pot fi indeplinite folosind materiale si metode obisnuite de executie, in final constituindu-se in baza unui amestec de beton bioreceptiv, care poate fi utilizat pe scara larga in constructia fatadele cladirilor. In cercetarile anterioare realizate de o serie de autori reputati, principiile ecologice fundamentale referitoare la colonizarea substraturilor pietroase de catre biofilme au exploatate la maximum pentru a dezvolta si testa mai multe amestecuri de beton bioreceptiv. In urma eforturilor depuse, s-a ajuns la formularea unui amestec de beton care s-a dovedit a avea caracteristicile necesare de bioreceptivitate la un nivel optim. Cimentul de zgura de furnal a fost utilizat pentru scaderea pH-ului betonului (desi nu s-a demonstrat ca este obligatorie o valoare mai mica de 10), s-a folosit, de asemenea, argila expandata zdrobita (CEC) si un factor ridicat de ciment in apa (WCF), in combinatie cu un continut global de ciment util pentru a imbunatati porozitatea si, prin urmare, absorbtia de apa a betonului. La toate acestea s-a adaugat cenusa osoasa, pentru a conferi continutul obligatoriu de fosfor pentru supravietuirea biofilmului. In urma demersurilor descrise anterior s-a otinut un substrat bioreceptiv adecvat, care insa s-a dovedit a avea nevoie de dezvoltare suplimentara pentru a fi utilizat pe fatada cladirii. In forma actuala de dezvoltare, cresterea biofilmului constituie inca un proces necontrolat, care are loc pe intreaga suprafata a substratului – fapt ce nu este intotdeauna dezirabil. O alta problema intampinata este aceea ca, pe fondul porozitatii sale ridicate, amestecul prezinta o rezistenta redusa la compresiune si manifesta o susceptibilitate crescuta de deteriorare la procesele succesive de inghet-dezghet. In plus, inclinatia exagerata spre carbonatare, desi este pozitiva din punct de vedere biologic, reduce pH-ul betonului, eliminand stratul de protectie pasiv care este, de obicei, prezent in jurul armaturii de otel, sporind astfel riscul de  coroziune. Din motivele enuntate anterior, amestecul de beton bioreceptiv descris anterior nu este recomandat in aplicatii structurale sau critice. Ca atare, aplicabilitatea sa se reduce la utilizarea pentru crearea panourilor de placare  a fatadelor, unde fenomenul de crestere biologica poate fi controlat. Diferenta fata de aplicatiile structurale rezida in decuplarea elementelor exterioare ale fatadei de structura portanta, eliminandu-se astfel  una dintre constrangerile betonului bioreceptiv si permitandu-se o mai mare flexibilitate in proiectare. 

 

Cea mai simpla modalitate de a directiona cresterea biologica este aceea de a asigura ca anumite parti ale panoului sa fie favorabile dezvoltarii biologice si ca altele sa nu permita instalarea fenomenului respectiv. Pe parcursul cercetarilor care au fost realizate in perioada anterioara s-a constatat faptul ca substratul de beton bioreceptiv are nevoie de o capacitate mare de absorbtie a apei, trebuie sa furnizeze substante nutritive si sa protejeze biofilmul de factorii de stres din mediul inconjurator. S-a mai demonstrat, totodata, ca atunci cand aceste conditii sunt indeplinite, betonul devine intr-adevar bioreceptiv, in timp ce un substrat de beton care nu indeplineste aceste criterii prezinta o crestere biologica foarte mica sau chiar nula. Prin urmare, urmatoarea problema care se pune este aceea a obtinerii unor conditii optime pentru bioreceptivitate doar in anumite zone ale panoului, in acelasi timp creand conditii opuse pentru alte parti ale acestuia. Dupa cum se stie, lumina are un rol esential in procesele de fotosinteza. Prin urmare, schimbarea conditiilor de iluminare de pe suprafata betonului ar putea parea, la prima vedere, o modalitate relativ simpla de a atinge conditii diferite pentru microorganisme, influentand astfel bioreceptivitatea. Teoretic, s-ar putea crea, de exemplu, o parte bioreceptiva a panoului care este expusa la soare si care are, concomitent, rolul de umbrire a partii non-bioreceptive a panoului, limitand, astfel, cresterea din cauza lipsei de radiatii fotosintetic active din lumina soarelui (acea parte a spectrul solar utilizat pentru procesul respectiv - PAR). In realitate insa lumina nu este niciodata factorul care sa opreasca procesele de crestere biologica. Din observatiile curente s-a constatat, de exemplu, faptul ca microorganismele care au aparut in plin soare in zona tropicala, sub niveluri de radiatii PAR de 2.000 μmol/ mp*s, au fost gasite si in pragurile pesterilor unde nivelurile PAR erau mai mici de 0,4 μmol/mp*s. Ca atare, pare putin probabil ca restrictionarea accesului microorganismelor la lumina prin umbrirea anumitor parti ale panoului sa exercite un impact semnificativ asupra bioreceptivitatii acestor zone. Urmatoarea optiune posibila a fost prohibirea accesului nutrientilor in anumite parti ale panoului. In natura, azotul si fosforul sunt adesea factori limitativi pentru cresterea biologica, limitand in special dezvoltarea biofilmelor pe materiale pietroase. Este asadar posibil ca limitarea accesului la acesti nutrienti sa limiteze sever cresterea biologica. Cu toate acestea, in timp ce restrictionarea substantelor nutritive care sunt disponibile in substrat in anumite parti ale panoului este posibila pana la un punct, este probabil ca aceasta sa nu fie suficienta pentru a crea o limitarea necesara a cresterii, din cauza faptului ca nu poate fi complet controlat continutul aerului. Organismele heterotrofe din biofilm (care folosesc molecule organice ca substante nutritive) sunt dependente in mare masura de substantele nutritive disponibile pe suprafata betonului si de particulele organice atmosferice, deoarece nu pot extrage substante nutritive anorganice din aer. De aceea, scaderea disponibilitatii substantelor nutritive organice care sunt prezente la suprafata ar trebui sa le inhibe sever cresterea. Cu alte cuvinte, substratul nu ar trebui sa contina substante nutritive, dar, de asemenea, ar fi necesar sa existe putin sau deloc material organic din aerul din vecinatatea sa, avand in vedere aportul masiv de nutrienti al acestuia. Obiectivul respectiv poate fi atins prin crearea unei suprafete netede, cu cat mai putine puncte de ancorare. Un avantaj suplimentar este dat de faptul ca acesta reduce concomitent si refugiile pentru microorganisme. Din pacate, solutia respectiva este aplicabila doar organismelor heterotrofe, ce reprezinta doar o parte din biofilmul total. Microorganismele autotrofe, cum ar fi algele si cianobacteriile, nu au nevoie de material organic ca aport nutritiv si pot obtine, in schimb, majoritatea nutrientilor din aer. Dintre cele doua elemente identificate anterior - azotul si fosforul - azotul nu constituie, de obicei, un factor limitativ, datorita capacitatii mai multor organisme din cadrul biofilmelor de a fixa molecula respectiva din aer. Aceasta inseamna ca fosforul reprezinta elementul care este, de regula, disponibil in cantitate limitata, deoarece nu exista sub forma de aerosol. Restrictionarea cantitatii de fosfor in substrat poate, prin urmare, opri cresterea pana la un anumit punct. Cu toate acestea, cercetarile anterioare au aratat ca, desi neadaugarea fosforului la substrat poate incetini dezvoltarea biologica, aceasta are loc totusi. Celelalte elemente de care au nevoie aceste organisme autotrofe - carbon, hidrogen, azot, oxigen si sulf - sunt usor disponibile in aer si, prin urmare, nu pot fi limitate la suprafata substratului. 

 

Ca atare, limitarea accesului la nutrienti va trebui combinata cu alte masuri inhibitorii. Cea mai promitatoare dintre acestea este restrictionarea accesului la apa. Deoarece toate organismele din structura biofilmului au nevoie de apa, aplicarea unei asemenea metode intr-o parte a panoului ar putea limita sever cresterea in zona respectiva. Cercetatorii au propus de altfel ca apa sa fie principalul element diferentelor dintre diferitele amestecuri de beton bioreceptiv. Limitarea acestui acces este, de asemenea, relativ simpla. Daca porozitatea este mentinuta la o cota foarte scazuta, nu numai ca absorbtia totala de apa a betonului este redusa, dar si miscarea apei la suprafata este, de asemenea, mai putin prezenta. Totodata, daca o suprafata nu este tratata cu un agent de intarziere, transportul de apa in substrat este la randul sau sever redus, restrictionand in continuare accesul la apa. Prin urmare, o solutie viabila ar presupune utilizarea unei combinatii intre o textura neteda a suprafetei si un beton cu porozitate redusa, cu un continut adecvat de fosfor. Toate elementele respective  ar putea face o parte a panoului neospitaliera pentru cresterea biologica. Precizarile anterioare au fost coroborate cu cercetari realizate in anii precedenti, in care s-a constatat ca probele de referinta, cu porozitate redusa si fara continut de fosfor, au prezentat o crestere biologica foarte mica sau nula, mai ales atunci cand nu a fost utilizat niciun agent de intarziere. Daca un astfel de tip de beton este apoi combinat intr-un panou in care cealalta parte foloseste un material avand caracteristici bioreceptive puternice, ar trebui sa fie posibila cresterea directa si realizarea unei acoperiri partiale cu biofilm a panoului.