Vulkanski pepel naredi beton "bolj okolju prijazen"

Zamenjava cementa s pepelom zmanjšuje porabo energije

Pepel iz vulkanskih izbruhov je primeren kot podnebju prijazen gradbeni material - če ga dodamo betonu kot nadomestilo za cement. © USGS
prebral

Po receptu Rimljanov: Beton bi lahko postal bolj stabilen in okolju prijazen z dodajanjem vulkanskega pepela. Zamenjava delov cementa z zemeljsko vulkansko kamnino zmanjšuje energetske potrebe in emisije CO2 za proizvodnjo gradbenih materialov za skoraj 20 odstotkov, ugotavljajo raziskovalci. Še ena prednost: nahajališča vulkanskega pepela so na številnih območjih sveta.

Beton in njegov glavni sestavni cement sta eden najpomembnejših gradbenih materialov človeštva. Kmalu se kateri koli drug material uporablja tako pogosto. Vendar ima cement slabost: če apnenec kuri ogromne količine ogljikovega dioksida (CO2), ne potrebuje tudi velike količine energije. Ocenjujejo, da je približno pet odstotkov svetovnih emisij CO2 mogoče pripisati samo proizvodnji cementa.

Raziskovalci po vsem svetu zato iščejo načine, kako narediti beton bolj okolju prijazen. Še posebej obetavna je zamenjava vsaj dela cementa z alternativnimi gradbenimi materiali. Na primer, zaradi primesi ogljikovih nanocevk lahko beton postane bolj stabilen, enakomerna pa tudi zdrobljeni plastični odpadki.

Rimljani recept v testu

Nasprotno pa so raziskovalci okoli Kunal Kupwade-Patil z Massachusetts Institute of Technology (MIT) svojo alternativo prepisali od Rimljanov. Že pred 2000 leti so starodavni gradbinci mešali svoj cement in beton z vulkanskim pepelom, da so povečali vzdržljivost in vodoodpornost svojih zgradb. Ali je rimski beton, vendar prinaša tudi svoje emisije CO2 in koristi porabe energije, prej ni bilo znano.

Vsebnost cementa v betonu zahteva velike količine energije za njegovo proizvodnjo. © tortoon / thinkstock

Da bi to ugotovili, so raziskovalci preizkusili različne konkretne recepte z vulkanskim pepelom. Pepel so zdrobili v različne drobne praške in v svojem betonu nadomestili med 30 in 50 odstotkov cementa. V stresnih testih so nato določili stabilnost gradbenega materiala in izračunali, koliko energije in CO2 "stane" proizvodnja. zaslon

Manjši odtis energije

Rezultat: vulkanski pepel je tako kot pri Rimljanih pozitivno vplival na stabilnost betona: čim bolj je bil pepel brušen, močnejši in trpežnejši je bil beton. Vendar se s fino stopnjo mletja povečuje tudi poraba energije med proizvodnjo. Toda tudi takrat zamenjava cementa z vulkanskim pepelom izboljša splošno energijsko bilanco betona.

V testu je energetski odtis padel za 16 odstotkov, ko je 40 odstotkov cementa nadomestilo fino mlet vulkanski pepel. "Proizvodnja cementa porabi veliko energije, ker zahteva visoke temperature in je večstopenjski postopek, " pojasnjuje Stephanie Chin iz MIT-a. "Vulkanski pepel pa nastaja tudi pri visoki vročini in visokem tlaku. Narava, tako rekoč, odvzame potrebne kemijske reakcije."

Vulkanski pepel v elektronskem mikroskopu USGS

Dobro deluje s celimi stanovanjskimi bloki

Kaj ti prihranki pomenijo na ravni celotnih stavb in stanovanjskih blokov, so raziskovalci raziskali na primeru soseske v Kuvajtu. Za 13 stanovanjskih stavb in 13 gospodarskih stavb so določili količino uporabljenega betona in izračunali energijsko bilanco zanjo. Nato so uporabili modelne izračune, da so preizkusili, kako bi se energija, potrebna za gradbeni material, spremenila, če bi do 50 odstotkov cementa zamenjali z zemeljskim vulkanskim pepelom.

Rezultat: Prihranki energije, določeni v laboratoriju, se lahko prenesejo tudi v realne razmere in velikost celotnih zgradb in sosesk. Po mnenju raziskovalcev bi bilo za 26 stavb potrebnih približno 16 odstotkov manj energije, če bi do vulkanskega pepela porabili do polovice cementa. Glede na to recept R mer pri gradnji prihrani veliko energije in s tem emisije CO2.

Poleg tega najdemo kamnite formacije iz starodavnega vulkanskega pepela v mnogih delih sveta - tako še vedno aktivni vulkani in kraji prvotnega vulkanskega delovanja. Ker se ta material do zdaj skoraj ne uporablja, bi bil obilen in sorazmerno poceni. (Journal of Cleaner Production, 2018; doi: 10.1016 / j.jclepro.2017.12.234)

(Massachusetts Institute of Technology, 12.02.2018 - NPO)