“Beton” z piasku bez cementu

Typowy beton powstaje z mie­sza­niny kru­szywa (zwy­kle skła­da­ją­cego się z pia­sku i żwiru) oraz cementu. Pro­duk­cja cementu odpo­wiada aż za 8 proc. glo­balnej emi­sji CO2 i ma istotny wpływ na glo­balne ocie­ple­nie. Choć ilość pia­sku na świe­cie jest ogromna, w wielu miej­scach nie ma on wła­ści­wej jako­ści. Pia­sek pustynny ma na przy­kład ziarna zbyt zaokrą­glone, pod­czas gdy pożą­dana jest szorst­kość, dzięki któ­rej poszcze­gólne ziarna mogą się o sie­bie opie­rać. Dla­tego na budowy w pustyn­nym Dubaju spro­wa­dza się pia­sek aż z Austra­lii. Od jako­ści kru­szywa i cementu zależy, czy powstały beton nadaję się tylko do naj­mniej wyma­ga­ją­cych zasto­so­wań, czy na bun­kry i fun­da­menty wyso­ko­ściow­ców.

Nau­kowcy z Insty­tutu Nauk Prze­my­sło­wych (IIS) Uni­wer­sy­tetu Tokij­skiego opra­co­wali nową metodę wytwa­rza­nia betonu bez cementu. Czą­steczki pia­sku są bez­po­śred­nio wią­zane poprzez pro­stą reak­cję w alko­holu z kata­li­za­to­rem. Może to pomóc zarówno w ogra­ni­cze­niu emi­sji dwu­tlenku węgla, jak pozwo­lić na budowę budyn­ków i innych kon­struk­cji w regio­nach pustyn­nych, a nawet na Księ­życu czy Mar­sie.

„W beto­nie cement jest uży­wany do wią­za­nia pia­sku i żwiru. Niek­tó­rzy naukowcy badają, w jaki spo­sób można zastą­pić wię­cej cementu innymi mate­ria­łami, takimi jak popiół lotny i żużel wiel­ko­pie­cowy, aby zmniej­szyć emi­sje CO2, ale podaż tych mate­ria­łów maleje ze względu na mniej­sze wyko­rzy­sta­nie elek­trowni węglo­wych i zwięk­szony udział stali otrzy­my­wa­nej z pie­ców elek­trycz­nych – wyja­śnia Yuya Sakai, główny autor. – Dla­tego potrzebne jest nowe podej­ście do pro­duk­cji betonu z nie­wy­czer­pa­nych zaso­bów mate­ria­łów mniej obcią­ża­ją­cych dla śro­do­wi­ska”.

Z pia­sku można wytwa­rzać tetra-alkok­sy­si­lan poprzez reak­cję z alko­ho­lem i kata­li­za­to­rem usu­wa­jąc wodę, która jest pro­duk­tem ubocz­nym reak­cji. Pomy­słem naukow­ców z Tokio było pozo­sta­wie­nie wody w celu zwią­za­nia czą­stek pia­sku ze sobą.

Nau­kowcy umie­ścili kubek wyko­nany z folii mie­dzia­nej w naczy­niu reak­cyj­nym z pia­skiem i pozo­sta­łymi mate­ria­łami i sys­te­ma­tycz­nie zmie­niali para­me­try takie jak ilość pia­sku, alko­holu, kata­li­za­tora i środka odwad­nia­ją­cego, tem­pe­ra­tura ogrze­wa­nia oraz czas reak­cji. Odpo­wied­nia pro­por­cja pia­sku i che­mi­ka­liów była klu­czowa dla uzy­ska­nia pro­duktu o wystar­cza­ją­cej wytrzy­ma­ło­ści.

„Uzy­ska­li­śmy wystar­cza­jąco mocne mate­riały, wyko­rzy­stu­jąc na przy­kład pia­sek krze­mion­kowy, szklane kora­liki, pia­sek pustynny i symu­lo­wany pia­sek księ­ży­cowy – powie­dział drugi autor, Ahmad Fara­hani. – Te odkry­cia mogą pro­mo­wać ruch w kie­runku bar­dziej eko­lo­gicz­nego i eko­no­micz­nego prze­my­słu budow­la­nego na całej Ziemi. Nasza tech­nika nie wymaga spe­cjal­nych czą­stek pia­sku sto­so­wa­nych w budow­nic­twie kon­wen­cjo­nal­nym. Pomoże to rów­nież w roz­wią­za­niu pro­ble­mów zwią­za­nych ze zmia­nami kli­ma­tycz­nymi i zago­spo­da­ro­wa­niem prze­strzeni kosmicz­nej”.

Mate­riał praw­do­po­dob­nie będzie miał lep­szą trwa­łość niż zwy­kły beton, ponie­waż nie zawiera cementu, który jest sto­sun­kowo podatny na agre­sywne czyn­niki che­miczne i wyka­zuje duże zmiany obję­to­ści z powodu tem­pe­ra­tury i wil­got­no­ści.

Źró­dło: naukaw­pol­sce. pap. pl