Nalezení vhodných přísad pro výrobu vysoce kvalitního betonu se stane mnohem snazší, protože vědci zjistili, že odpadní uhlíkový popel je ideální surovinou.

Se zbývajícím konkrétním materiálem pro stavbu mostů a budov je schopnost využívat odpadní produkt z uhelných elektráren pro posílení a trvanlivost struktur, což je oboustranně výhodná situace. V současné době končí na skládkách každý rok desítky milionů tun popela.

Uhelná elektrárna.

Jak vám řekne každý stavební dělník, správně připravit beton není jen o smíchání surovin dohromady. Beton je tvořen „agregátem“ jemného prášku a hrubých horninových částic, které se spojují s minerálním lepidlem nebo „cementovou matricí“ a s vodou.

Odpad z popela.

U vysoce kvalitního betonu je důležité, aby se cement důkladně promíchal s vodou a aby byl proces sušení nebo vytvrzování rovnoměrný. Veškerý beton musí vyschnout současně.

Jak vysvětluje Yaghoob Farnam, Ph.D., odborný asistent na Vysoké škole inženýrské v Drexelu a vedoucí studie: „Toto je velmi důležitá součást procesu, protože pokud beton schne příliš rychle během sušení, může tvořit trhliny a další nedostatky, kvůli nedostatku vody. Tyto praskající smršťovací praskliny způsobují, že povrch je náchylný k agresivnímu pronikání tekutin, což způsobuje problémy s trvanlivostí betonu, jako je koroze, poškození solí nebo poškození zmrazením a rozmrazením.

To znamená, že stavební dělníci často musí počkat, až bude počasí a vlhkost vhodné pro výrobu betonu. Kromě toho musí používat celou řadu technik, aby zajistili, že se beton vysuší rovnoměrně. Například nástřik betonu vodou, aby se zajistilo, že vnější povrch nevyschne před vnitřkem, ponoření betonu do vody, zakrytí betonu membránou, aby zůstal vlhký.

Tradiční způsob vytvrzování betonu.

Jak uvádí vědecký časopis Phys.org, „Všechny tyto strategie stojí čas, zdroje a jsou příliš složité, aby se v procesu vyskytly vady. Aby se tomuto zabránilo, vyvinuli vědci v posledním desetiletí koncept vnitřního vytvrzování, který používá porézně lehké kamenivo pro podporu procesu vytvrzování. Agregát může udržovat stálou hladinu vlhkosti uvnitř betonu, aby se mohl rovnoměrně vysušit zevnitř ven. “

To však vyžaduje použití prémiového agregátu. Jak zpráva vysvětluje, „Získání přesného množství vlhkosti uvnitř betonu je obtížné, protože prášek a agregáty tvoří pevnou cementovou matrici, kterou je obtížné proniknout, jakmile začne vysychat. Pokud vnější povrch betonu vyschne před vnitřním vytvrzením, může to mít za následek slabší strukturu. Výsledkem je, že dodavatelé mají v zásadě jednu šanci, aby vytvořili správný poměr tekutiny a pevné látky. Musí rychle a důkladně promíchat a nalít beton, než začne vysychat. “

Problém, který může být nyní vyřešen použitím uhelného popela jako účinného betonového kameniva.

"Řešení, na které jsme přišli zapojením recyklace tohoto odpadního produktu, uhelného popela, do porézního, lehkého kameniva s vynikajícími charakteristikami výkonu, kdy by bylo možné vyrobit beton za nižší cenu než současné přírodní a syntetické možnosti," říká Farnam. "Tento materiál a proces by prospěl nejen konkrétnímu odvětví zlepšením kvality jejich produktů, ale také by pomohl zabránit hromadění popela z uhlí na skládkách."

Výsledkem je zkrátka nová surovina zvaná „sférický porézní reaktivní agregát“ nebo-li SPoRA. Vyrábí se kombinací uhelného popela s chemikáliemi, které pomáhají spojovat agregát do malých kuliček, které se potom pečou několik minut při teplotě 1160 ° C. Tím se získá peleta, která dokáže držet téměř polovinu své hmotnosti ve vodě, což výrazně převyšuje schopnost tradičního kameniva zadržovat vodu.

Je důležité, že peleta také uvolňuje vodu rovnoměrně, což umožňuje rovnoměrné vytvrzení cementové směsi.

Přední a horní pohled na sintrovaný NV při 1160 ° C po dobu 4 minut a 8 minut (procento v levém horním rohu každého obrázku je koncentrace NaOH). Vzorované proužky vykazují 25,4 mm (1 palce).

"Když beton začíná vytvrzovat na vnější straně, agregátové pelety také uvolňují svou vlhkost, aby jí pomohly léčit také zevnitř ven," říká Mohammad Balapour. „Tento přístup může pomoci maximalizovat trvanlivost betonu. A proces výroby SPoRA je dostatečně jednoduchý na výrobu agregátů jakékoli velikosti a vodní kapacity, takže věříme, že by mohl být použit pro řadu aplikací ve stavebnictví. “

Přední a horní pohled na slinutý WP při 1160 ° C po dobu 4 minut a 8 minut (procento v levém horním rohu každého obrázku je koncentrace NaOH). Vzorované proužky vykazují 25,4 mm (1 palce).

Studie, nyní zveřejněná v časopise Cement and Concrete Composites, zdůrazňuje výhody použití těchto koulí a uvádí, že „SPoRA má tři hlavní rysy, díky nimž je lepší lehký agregát (LWA) ve srovnání s komerčními LWA: kulovitý tvar pro zvýšení zpracovatelnosti betonu, lepší sorpční vlastnosti pro absorpci a desorbování vody pro vnitřní vytvrzování a sklovitý povrch s krystalickou vnitřní strukturou pro zajištění povrchové reaktivity s cementovou matricí při zachování žádoucí vnitřní krystalické pevnosti. “

2-D projekce SPoRA slinované po dobu 4 min.

Jedná se o významný objev ve světě, který vyžaduje stále více od stavebních materiálů pro moderní architekturu spojenou s potřebou stavět větší a vyšší struktury, což ztěžuje konkrétní práci než kdykoli předtím.

2-D projekce SPoRA slinované po dobu 8 minut.

Díky použití odpadního produktu, který má zásadní ekologický dopad na regiony, které spalují uhlí na elektřinu, pomáhají vyrábět kvalitní beton a ještě je šetrnější k životnímu prostředí.

Farnam zdůrazňuje, že „vzít něco, co je odpadním produktem - s horami na skládkách - a přeměnit ho v užitečný produkt, je vynikajícím příkladem toho, jak věda může pomoci najít udržitelná řešení společenských výzev. To nejen pomůže chránit naše přirozené prostředí, ale také to pomůže zlepšit naše zastavěné prostředí. “


Fotografický kredit: ScienceDirect, Cer, Earthjustice, Civildigital a Keflatwork