Nazwano Panią „Pierwszą damą kompozytów polimerowych stosowanych w budownictwie”. Do czego właściwie odnosi się to określenie?
Moja pasja do kompozytów stosowanych w budownictwie narodziła się w 1995 roku na międzynarodowej konferencji AMCM poświęconej modelom obliczeniowym i nowym ideom w konstrukcjach betonowych i murowanych, gdzie spotkałam prof. Mo Ehsani ze Stanów Zjednoczonych, który w tym czasie był prekursorem w dziedzinie materiałów kompozytowych stosowanych do wzmocnień konstrukcji budowlanych. Pasja poznawcza oraz poszukiwanie nowych materiałów i technologii sprawiły, że zajęłam się na poważnie tą tematyką i rozwinęłam szerokie badania nad zastosowaniem kompozytów do wzmocnień konstrukcyjnych na skalę międzynarodową. Materiały te powstają w procesie tzw. pultruzji, która polega na ułożeniu podłużnych włókien strukturalnych w matrycy epoksydowej, a następnie ich utwardzeniu w postaci sztywnych, ale bardzo cienkich laminatów. W kompozytach polimerowych włókno węglowe, szklane, aramidowe czy też bazaltowe pełni funkcję konstrukcyjną, a lepiszcze stanowi osnowa żywicy epoksydowej.
Jakie właściwości mają kompozyty polimerowe?
Kompozyty polimerowe są 6-krotnie lżejsze od stali, a przy tym mają około 10-krotnie większą wytrzymałość na rozciąganie niż stal. Są zatem znacznie łatwiejsze w aplikacji wzmocnień konstrukcji budowlanych. Stosujemy je najczęściej w postaci laminatów lub wiotkich jednokierunkowych mat i tkanin montowanych na spodzie konstrukcji, która z uwagi na niedobór nośności na zginanie wymaga wzmocnienia, bądź na ścianie w przypodporowych strefach belek. Z jednej strony ich atutem jest ich sprężysto-liniowa charakterystyka wytrzymałościowa, gdyż po odciążeniu wracają do tej samej postaci (bez odkształceń plastycznych, jakie występują w wypadku stali), ale z drugiej strony sprawiają, że konstrukcja nimi wzmocniona staje się bardziej krucha. Taka właściwość kompozytów wymaga innego podejścia do projektowania konstrukcji budowlanych wzmocnionych tymi nowymi materiałami. Należy podkreślić, że chęć zastosowania kompozytów polimerowych w budownictwie wzięła się z potrzeby zwiększenia trwałości konstrukcji, gdyż kompozyty zwłaszcza na bazie włókien węglowych są całkowicie odporne na korozję. Materiały te są szczególnie skuteczne, gdy zostają wstępnie naprężone przed wzmocnieniem na zginanie, wtedy wprowadzamy w rozciąganej strefie konstrukcji dodatkowe naprężenia ściskające (jak w konstrukcji sprężonej) i jesteśmy nawet w stanie cofnąć stan jej wstępnego ugięcia i spowodować zamknięcie powstałych rys. Sztandarowym przykładem takiej aplikacji jest wzmocnienie mostu przez rzekę Pilsię w Szczercowskiej Wsi w ramach zrealizowanego wspólnie ze szwajcarskim ośrodkiem Empa w Zurichu projektu „TULCOEMPA”. Zastosowaliśmy na tym obiekcie szwajcarski patent wzmocnienia kablobetonowych belek WBS naprężonymi kompozytami z włókien węglowych bez żadnego kotwienia ich końców. W laboratorium Katedry Budownictwa Betonowego (KBB) pracujemy też na nowym materiałem kompozytowym - zbrojeniem niemetalicznym, które może zastąpić tradycyjnie stosowane zbrojenie stalowe, które jak powszechnie wiadomo ulega korozji zwłaszcza w szczególnie agresywnym chemicznie środowisku.
Dlaczego zajęła się Pani akurat betonem?
Przede wszystkim dlatego, że był i jest dla mnie inspiracją. Poza tym po angielsku beton to concrete, a ja jestem z natury osobą konkretną. Już na studiach inspirowały mnie zajęcia laboratoryjne, na których bardzo angażowałam się w wiązanie zbrojenia, betonowanie elementów, a na końcu ich badania niszczące. Sądzę, że na moje zamiłowanie do żelbetu złożyły się dwa czynniki: po pierwsze mentorzy nauki, a po drugie możliwości konstrukcyjne, jakie daje zbrojony beton. Pracownicy naukowo-badawczy KBB imponowali mi stylem pracy, dokładnością wykonania badań i rzetelnością ich raportowania. Moi pierwsi nauczyciele żelbetu mieli przy tym szeroką wiedzę teoretyczną, którą skutecznie wykorzystywali w zawodowej działalności praktycznej i którą chętnie dzielili się na zajęciach ze studentami. Po drugie, nasze projekty miały realny wymiar. Najpierw skrupulatnie ręcznie (podkreślam, bo to teraz rzadkość) wykonywaliśmy obliczenia elementów konstrukcji, później również ręcznie rapidografem na kalce je rysowaliśmy. Czułam już na studiach, że budownictwo to jest dobry wybór, choć na początku nic nie wskazywało, że w przyszłości wrócę na PŁ i zajmę miejsce obok moich wykładowców.
Choć nie zawsze widoczny "na pierwszy rzut oka", beton jest wszechobecny w przestrzeni miejskiej. Jak ważne są jego właściwości w odniesieniu do całej konstrukcji?
Oczywiście jest wiele odmian konstrukcji z betonu. Obok tradycyjnego żelbetu, możemy stosować beton ze zbrojeniem sprężających, które pozwala osiągnąć znacznie większe rozpiętości, a przy tym umożliwia stworzenie wielkowymiarowych przekryć strukturalnych . Ta cecha betonu, który jest w sumie materiałem kruchym i pracuje tylko na ściskanie, we współpracy ze zbrojeniem, jest również swoistym kompozytem. Pozwala to na tworzenie pięknych architektonicznie form. Dziś duży potencjał ma beton samozagęszczalny, polimerobeton oraz betony wysokowartościowe. To są odmiany betonu, które dają całkiem nowe możliwości. Nowością są betony transparentne, które przepuszczają światło, dając efektowne elementy architektoniczne (najczęściej stosowane w konstrukcjach przegród).
Łączy Pani w swojej pracy naukę z praktyką zawodową. Dodatkowo, m.in., pełniąc funkcję prodziekana, wydziałowego pełnomocnika ds. transferu technologii. Co jest najbardziej satysfakcjonujące?
Znów konkret. Moja aktywność na uczelni obejmuje rzeczywiście wiele płaszczyzn od badań, które mnie bardzo interesują. Przez współpracę z międzynarodowymi zespołami działalność inżynierską i współpracę z przedsiębiorstwami budowlanymi. Ważna jest dla mnie rola jako nauczyciela akademickiego, który stara się przekazywać swoją wiedzę studentom na partnerskich zasadach. To ważne, aby obudzić potencjał i zapał w młodych ludziach, którzy studiują w sumie niełatwy kierunek, a w przyszłości będą wykonywali bardzo odpowiedzialne zadania budowlane.
Zaangażowała się Pani w akcję „Dziewczyny na Politechniki”. Jakimi argumentami przekonuje Pani maturzystki, że uczelnia techniczna to dobry wybór?
Politechnika wiąże się z przedmiotami ścisłymi, które nade wszystko wymagają myślenia ze zrozumieniem. Pozwala ono na rozwój, bo kiedy się nie rozumie tematu, który się studiuje nie można sobie wyobrazić wielu teoretycznych zagadnień, któru musimy zastosować w praktyce inżynierskiej. Znajomość otaczającego świata budzi chęć jego zmian, poprawy, ulepszenia - to jest domena politechniki. Nauki ścisłe inspirują do poznania, odkrywania i praktycznego wdrażania pomysłów, które na co dzień rodzą się w naszych głowach. Studia na uczelniach technicznych dają też szansę na poznanie doświadczalne.
Na kampusie można spotkać Panią jeżdżącą rowerem, to sposób na relaks?
Sport to bardzo ważny element w moim życiu, pozwala się skutecznie zregenerować. Szczególnie lubię jogging, ponieważ jest wymagający, a jednocześnie inspirujący. Nie znoszę bieżni, tylko bieganie w terenie, gdzie w ruchu obserwuję otoczenie. Jeżdżę do pracy rowerem od ponad 15 lat. Początkowo byłam jedyna, budząc spore zdziwienie pracowników i studentów. Pozostałam jednak wierna moim zdrowym przyzwyczajeniom i konsekwentna. Dziś obserwuję, że stało się również dobrą praktyką wśród niektórych pracowników oraz wielu studentów przyjeżdżających „na dwóch kółkach”.
Warto być naukowcem, ponieważ ...
… można tworzyć, kreować przestrzeń, rozwiązywać problemy, zmieniać środowisko, kształtować otaczający świat. Takie szerokie możliwości daje właśnie budownictwo. Budowlańcy są bowiem twórcami efektownych, funkcjonalnych i odważnych konstrukcji, dodajmy przy tym, że przede wszystkim bezpiecznych. Nauki ścisłe stanowią nieograniczone źródło inspiracji.
Prof. Renata Kotynia jest prodziekanem ds. innowacji i współpracy z gospodarką Wydziału Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska PŁ, a także wydziałowym pełnomocnikiem ds. transferu technologii. Równolegle z prowadzeniem badań naukowych, wykonuje ekspertyzy budowalne, nie tracąc czynnego kontaktu z zawodem. Działa w wielu organizacjach zrzeszających specjalistów budownictwa, m.in., jest inicjatorką powstałej w 2007 roku w Polsce, The International Institute for FRP in Construction (IIFC). Badaczka otrzymała nagrodę „The IIFC Distinguished Young Researcher Award" dla „wyróżniających się w dziedzinie materiałów kompozytowych w budownictwie młodych naukowców”.
Przykładem współpracy prof. Renaty Kotyni w międzynarodowym zespole badawczym jest realizacja projektu TULCOEMPA. W jej ramach naukowcy z Politechniki Łódzkiej oraz szwajcarskiego laboratorium EMPA wyremonowali most pod Szczercowem, wykorzystując nowoczesne rozwiązania. O tej innowacyjnej inwestycji opowiada sama prof. Kotynia:
