Polska metoda badania betonu została znormalizowana w USA. Sukces naukowca z ZUT
O, czyli American Association of State Highway and Transportation Officials, tworzy standardy wykorzystywane m.in. przy projektowaniu oraz realizacji infrastruktury transportowej w Stanach Zjednoczonych.
Włączenie rozwiązania opracowanego w Szczecinie do tego systemu jest więc czymś znacznie więcej niż publikacją kolejnego artykułu naukowego. Metoda przeszła drogę od laboratorium i patentu do praktycznego standardu badawczego.
– Metoda PST dotyczy pomiaru odkształceń wszystkich kompozytów cementowych. Jest kompleksowa, uniwersalna – powiedział Adam Zieliński podczas prezentacji rozwiązania.
Dlaczego beton w ogóle trzeba badać pod kątem skurczu?
Beton nie zachowuje przez całe swoje życie identycznych wymiarów. Już w trakcie dojrzewania zachodzą w nim procesy chemiczne i fizyczne powodujące zmniejszanie objętości materiału.
Naukowcy wyróżniają między innymi skurcz autogeniczny oraz skurcz spowodowany wysychaniem. Pierwszy związany jest przede wszystkim z procesami zachodzącymi wewnątrz materiału podczas hydratacji cementu. Drugi pojawia się wskutek utraty wilgoci do otoczenia.
W zwykłym betonie zjawiska te mogą być stosunkowo łatwe do kontrolowania. Sytuacja staje się bardziej wymagająca przy nowoczesnych betonach wysokiej wytrzymałości, w których stosuje się niewiele wody w stosunku do ilości spoiwa.
W takich materiałach skurcz autogeniczny może być szczególnie intensywny. Jeśli element konstrukcyjny nie ma możliwości swobodnego odkształcenia, mogą pojawić się naprężenia rozciągające, a następnie mikropęknięcia. Z czasem mogą one wpływać na trwałość konstrukcji, a w obecności chlorków ułatwiać rozwój korozji zbrojenia.
Dlatego precyzyjny pomiar zmian zachodzących w betonie już od początku jego dojrzewania może dostarczyć inżynierom informacji potrzebnych do poprawiania receptur.
Pomysł jest zaskakująco prosty: beton trafia do foliowego rękawa
Jednym z najciekawszych elementów wynalazku jest jego prostota.
Próbka świeżej mieszanki cementowej umieszczana jest w elastycznym rękawie wykonanym z polietylenu LDPE. W ten sposób powstaje cylindryczna próbka, której zmiany długości mogą być bardzo dokładnie mierzone za pomocą czujników.
Rękaw ogranicza wymianę wilgoci z otoczeniem, dzięki czemu możliwe jest obserwowanie skurczu autogenicznego. Następnie folię można usunąć i na tej samej próbce kontynuować pomiary związane ze skurczem podczas wysychania.
I właśnie tutaj znajduje się jedna z największych przewag rozwiązania.
W publikacji naukowej Adama Zielińskiego i Antona Schindlera wskazano, że dotychczasowe znormalizowane metody nie pozwalały na mierzenie obu podstawowych rodzajów skurczu na próbce o tej samej geometrii i wykonanej z tego samego materiału. PST umożliwia natomiast uchwycenie zarówno zmian autogenicznych, jak i związanych z wysychaniem, a dzięki temu również skurczu całkowitego.
W zależności od badanego materiału stosowane mogą być próbki o średnicy 25, 40 lub 65 mm. Ich długość wynosi 300 mm. Dobór średnicy pozwala dostosować badanie między innymi do wielkości kruszywa oraz właściwości konkretnego kompozytu.
Pomiar może zaczynać się niemal od początku życia betonu
Istotną cechą metody PST jest możliwość rozpoczęcia obserwacji bardzo wcześnie.
Według ZUT deformacje mogą być rejestrowane już po zaformowaniu próbki, a później mierzone automatycznie w zadanych odstępach czasu przez co najmniej 28 dni. W uczelnianym laboratorium zastosowano cyfrowe czujniki umożliwiające bardzo precyzyjne śledzenie zmian długości.
To ważne szczególnie w przypadku betonów nowej generacji.
Badania opublikowane w czasopiśmie „Materials and Structures” wskazują, że metody rozpoczynające pomiar dopiero później mogą nie rejestrować części skurczu autogenicznego występującego na wczesnym etapie dojrzewania. PST pozwala ograniczyć ten problem.
Metoda może być stosowana nie tylko do betonu, ale również do zaczynów i zapraw. Pozwala analizować wpływ m.in. rodzaju cementu i innych spoiw, ilości wody, kruszywa, włókien czy domieszek chemicznych.
Dzięki temu badacz może zmieniać konkretny element receptury i obserwować, jak wpływa on na późniejsze odkształcenia.
Tańsze badanie może pomóc tworzyć trwalsze konstrukcje
Zaletą rozwiązania może być również koszt.
Adam Zieliński wskazywał podczas prezentacji, że foliowy rękaw stosowany w PST kosztuje około 10 centów, podczas gdy wykorzystywana w podobnych pomiarach specjalistyczna rurka z tworzywa może kosztować około 10 dolarów.
Oczywiście samo laboratorium nadal potrzebuje aparatury pomiarowej, stabilnego stanowiska oraz odpowiednich warunków. Różnica pokazuje jednak, że podstawowa forma próbki nie musi być kosztowna.
PST pozwala również badać skuteczność metod pielęgnacji betonu. Można dzięki temu sprawdzić, jak na skurcz wpływa zraszanie wodą, osłanianie powierzchni czy zastosowanie materiałów zapewniających tzw. pielęgnację wewnętrzną.
W praktyce takie informacje mogą pomóc ustalać właściwy rozstaw dylatacji w nawierzchniach drogowych, płytach lotniskowych i posadzkach przemysłowych.
Celem nie jest więc samo zmierzenie, o ile milimetra zmniejszyła się próbka. Wyniki mają pozwalać projektantom i technologom dobierać skład betonu tak, aby ograniczyć ryzyko powstawania zarysowań.
Od polskiego patentu do projektu finansowanego w Teksasie
Droga wynalazku do amerykańskiej normy trwała kilka lat.
Metodę zgłoszono do ochrony patentowej w 2019 roku. Polski patent PL244502 został opublikowany w lutym 2024 roku. Jeszcze wcześniej, w 2021 roku, rozwiązaniem zainteresowała się firma Astra Technologia Betonu, która podpisała pięcioletnią umowę licencyjną dotyczącą korzystania z wynalazku.
Przełomem dla międzynarodowego rozwoju rozwiązania okazał się wyjazd Adama Zielińskiego na Auburn University w 2022 roku. Rok później metoda została przedstawiona podczas wydarzenia poświęconego skurczowi betonu organizowanego przez amerykańską Federal Highway Administration w Waszyngtonie. Zainteresowali się nią m.in. przedstawiciele Texas Department of Transportation.
W 2024 roku ZUT, Auburn University i University of Texas at Austin rozpoczęły wspólny projekt Evaluation of Plastic Sleeve Shrinkage Test Method. Z informacji uczelni wynika, że projekt finansowany przez Texas Department of Transportation miał wartość 500 tys. dolarów.
To podczas tych badań przeprowadzono międzylaboratoryjną walidację PST i dostosowano procedurę do amerykańskich wymagań. 15 października 2025 roku projekt standardu zaakceptował komitet AASHTO, a 31 lipca 2026 roku norma została oficjalnie opublikowana.
Amerykanie nadal rozwijają polskie rozwiązanie
Publikacja standardu nie oznacza zakończenia współpracy.
Od marca 2026 roku ZUT, Auburn University oraz University of Texas at Austin realizują kolejny dwuletni projekt finansowany przez Texas Department of Transportation. Badania mają rozwijać PST m.in. pod względem aparatury, procedur pielęgnacyjnych oraz testów materiałowych.
Metoda została też zaprezentowana podczas prestiżowych wydarzeń branżowych.
30 marca 2026 roku wyniki współpracy amerykańsko-polskiego zespołu przedstawiono na konwencji American Concrete Institute w Chicago. Referat dotyczący nowej metody zdobył pierwsze miejsce w sesji Research in Progress.
Kilka miesięcy później Adam Zieliński prezentował PST podczas międzynarodowej inicjatywy ACI „24 Hours of Concrete Knowledge”, reprezentując polskie środowisko naukowe.
Wcześniej za rozwój, opatentowanie i wdrożenie metody naukowiec otrzymał również Zachodniopomorskiego Nobla 2024 w dziedzinie nauk technicznych.
Polski wynalazek może pracować na trwałość dróg i mostów
Najważniejszą częścią tej historii nie jest jednak sam fakt pojawienia się polskiego nazwiska w amerykańskim dokumencie.
Beton pozostaje jednym z najważniejszych materiałów konstrukcyjnych na świecie. Zmniejszenie podatności na pękanie oznacza potencjalnie dłuższą eksploatację konstrukcji, rzadsze naprawy i lepsze wykorzystanie materiałów.
Metoda ze Szczecina może dostarczać dokładniejszych danych potrzebnych właśnie na etapie projektowania mieszanek.
Szczególnie interesujące są zastosowania w betonach wysokiej wytrzymałości wykorzystywanych m.in. w wysokich budynkach i zaawansowanych konstrukcjach infrastrukturalnych. W tego typu materiałach skurcz autogeniczny może mieć znacznie większe znaczenie niż w konwencjonalnym betonie.
PST nie jest więc nowym rodzajem cementu ani dodatkiem, który sam zapobiega pękaniu. Jest narzędziem pozwalającym znacznie dokładniej zobaczyć, co dzieje się z materiałem podczas dojrzewania.
Dopiero na podstawie tych informacji można optymalizować recepturę, pielęgnację czy sposób wykonania konstrukcji.
I właśnie dlatego opublikowanie AASHTO T 426M/T 426-26 jest dla zespołu ze Szczecina tak ważnym osiągnięciem. Metoda, która zaczynała jako polski projekt badawczy, przeszła niezależne testy na dwóch amerykańskich uczelniach i została włączona do systemu normalizacyjnego jednego z największych rynków infrastrukturalnych świata.
To bardzo konkretny przykład sytuacji, w której polskie badania naukowe wychodzą poza laboratorium i znajdują zastosowanie w międzynarodowej inżynierii.
Źródła
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie – oficjalny komunikat o publikacji standardu AASHTO T 426M/T 426-26 i historii rozwoju PST:
ZUT – Metoda PST znormalizowana w Stanach Zjednoczonych
„Materials and Structures” / Springer Nature – recenzowana publikacja naukowa Adama Zielińskiego i Antona Schindlera opisująca zasadę działania oraz wyniki metody:https://www.rzecznik.zut.edu.pl/aktualnosci/article/metoda-badawcza-dr-hab-inz-adama-zielinskiego-prof-zut-znormalizowana-w-stanach-zjednoczonych.html?utm_source=chatgpt.com
Materials and Structures – Measurement of autogenous and drying shrinkage with the plastic-sleeve test method
ZUT – informacje o patencie, wdrożeniach oraz projekcie finansowanym przez Texas Department of Transportation:
ZUT – Zachodniopomorski Nobel dla Adama Zielińskiego
Infoludek / PAP – materiał bazowy i opis prezentacji metody w Laboratorium Odkształceń Skurczowych ZUT:
Infoludek – Metoda Adama Zielińskiego zatwierdzona w USA
