Летучая зола вместо цемента для экологичного бетона

Исследователи предполагают, что эту же стратегию можно использовать для превращения других промышленных отходов, таких как доменный шлак и рисовая шелуха, в экологически чистые цементирующие материалы

Инженеры разработали композитное связующее, сделанное преимущественно из летучей золы - побочного продукта угольных электростанций, - которое способно заменить портландцемент в бетоне. По их словам, полученный материал экологически безвреден.

Технология получения связующего из летучей золы не требует высокотемпературной обработки, как при производстве портландцемента, однако, испытания показали, что оно имеет такую же прочность на сжатие после семи дней отверждения, для чего в его составе присутствует небольшая доля активных химических веществ на основе натрия.

Подробные характеристики композита можно найти в Journal of the American Ceramic Society [1].

Ежегодно в мире производится более 20 миллиардов тонн бетона, что служит причиной глобальных выбросов углекислого газа в размере от 5 до 10 процентов общего количества. Больший объем парниковых газов исходит только от транспорта и энергетического сектора мировой экономики.

Производители часто используют небольшое количество летучей золы с высоким содержанием кремния и алюминия в качестве добавки к портландцементу. «Однако, значительная часть связующей смеси для бетона, все еще остается обычным цементом».

Предыдущие попытки полностью заменить портландцемент составом на основе летучей золы требовали большого количества дорогих активаторов на основе натрия, которые сводили на нет экологические выгоды.

В процессе разработки исследователи использовали анализ Тагучи (Taguchi), статистический метод, разработанный для сужения всех возможных вариантов состояний химического состава с последующей оптимизацией вычислений для определения лучшей технологии смешивания.

Это значительно улучшило структурные и механические свойства синтезированных композитов и привело к получению оптимального баланса смеси, богатой летучей золой, с нанокремнезёмом, оксидом кальция и с менее чем 5 процентами активатора на основе натрия для стимулирования развития прочности на ранней стадии отверждения бетона.

«Большинство прошлых исследований было посвящено так называемой летучей золе типа F, которая образуется при сжигании антрацита или битумных углей на электростанциях и имеет низкое содержание кальция». «Но во всем мире есть значительные источники угля более низкого качества, такие как лигнит или полубитуминозные угли. Их сжигание приводит к образованию летучей золы типа C с высоким содержанием кальция, которую сложнее активировать».

«Настоящее исследование открывает путь для эффективной и рентабельной активации этого типа золы с высоким содержанием кальция, предоставляя возможность производить экологически чистый бетон».

Исследователи предполагают, что эту же стратегию можно использовать для превращения других промышленных отходов, таких как доменный шлак и рисовая шелуха, в экологически чистые цементирующие материалы.

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1111/jace.15873

Источник: Rice University