Используя больше шлама и меньше шлака в своем рецепте, исследователи смогли создать материал, который прочнее даже современных улучшенных цементов и обладает высокой устойчивостью к коррозии под воздействием кислоты. Он может решить серьезную проблему, с которой сталкиваются канализационные трубы во всем мире.
Когда производители производят цемент для бетона, они могут добавлять в свою смесь материал, называемый молотым гранулированным доменным шлаком (GGBS). GGBS — это побочный продукт производства железа в доменных печах, состоящий из железной руды, кокса и известняка, которые были высушены и измельчены. Помимо прочего, добавление GGBS в цементную смесь делает ее прочнее и повышает ее проницаемость для определенных веществ.
Тем не менее, инженеры из Университета Южной Австралии (UniSA) посчитали, что могут сделать еще лучше, поэтому они обратились к шламу, который по сути является материалом, который оседает из воды, когда она проходит очистку на очистных сооружениях. В этом случае они сосредоточились на шламе на основе квасцов, который образуется, когда сульфат алюминия связывается с твердыми частицами и органическим материалом в процессе очистки воды.
Когда они заменили 20-40% шлака на обезвоженный шлам в цементной смеси, они обнаружили, что полученный материал имел прочность на сжатие более чем на 50% выше, чем цементы, в которых в качестве добавки использовался только GGBS. Не менее важно, что смесь была высокоустойчива к сероокисляющим бактериям, а также к кислотам.
Это важно, поскольку традиционные бетонные канализационные трубы, изготовленные из цемента, очень восприимчивы к разрушению кислотой и воздействию микробов. По словам исследователей, это приводит к счетам, близким к 70 миллиардам долларов в год, которые ложатся на плечи австралийских налогоплательщиков.
Экологическая победа
Помимо сокращения отходов, вызванных сломанными и корродированными канализационными трубами, использование нового цемента в бетонных смесях снижает его воздействие на окружающую среду, поскольку при его производстве используются отходы, образующиеся в отрасли очистки воды, и сокращаются выбросы парниковых газов.
«Осадок обычно вывозится на свалки, что не только сокращает площадь земель, доступных для других целей, но и наносит вред окружающей среде, создавая выбросы CO2 при транспортировке отходов», — сказал соавтор исследования и аспирант факультета гражданского строительства Университета Южной Австралии Вэйвэй Дуань.
Учитывая, что, по некоторым оценкам, в мире используется столько канализационных труб, что их хватило бы, чтобы несколько раз опоясать экватор, если новый материал попадет в канализационные системы в ближайшие годы, это может оказать существенное влияние на загрязнение.
«Это может продлить срок службы канализационных труб, сократить расходы на техническое обслуживание и способствовать повторному использованию побочных продуктов очистки воды, тем самым способствуя развитию экономики замкнутого цикла», — заключает профессор AniSA Ян Чжугэ, который был главным руководителем и ведущим исследователем проекта. «Строительная отрасль является одним из крупнейших в мире источников выбросов парниковых газов, поэтому, если мы сможем сократить потребность в цементе, мы поможем снизить выбросы углерода».
Исследователи говорят, что необходимо провести больше исследований, чтобы оценить долгосрочное реальное использование их нового материала в реальных канализационных линиях и выяснить, насколько масштабируемым является цемент. Если эти препятствия будут преодолены, новая смесь может присоединиться к другим улучшенным и более экологичным цементам, таким как круговой цемент, который использует старые строительные отходы; цемент, который использует морскую воду, электричество и углекислый газ для замены песка в смеси; и цемент, который производится с выбросами CO2 на 98% меньше, чем традиционные методы.
По оценкам, процесс производства бетона, в котором цемент является ключевым компонентом, ответственен за около 8% мировых выбросов CO2 в год, поэтому все, что может помочь его очистить, может внести значительный вклад в улучшение окружающей среды.
О новом цементе сообщалось в журнале «Журнал строительной инженерии» .
