Forskere bruger kulaffald til at skabe bæredygtig beton

Washington State University-forskere har skabt et bæredygtigt alternativ til traditionel beton ved hjælp af kulflyveaske, et affaldsprodukt fra kulbaseret elproduktion.

Fremskridtet tackler to store miljøproblemer på én gang ved at gøre brug af affald fra kulproduktion og ved at reducere betonproduktionens miljøpåvirkning betydeligt.

Xianming Shi, lektor i WSU's Institut for Bygge- og Miljøteknik, og kandidatstuderende Gang Xu, har udviklet en stærk, slidstærk beton, der bruger flyveaske som bindemiddel og eliminerer brugen af ​​miljøintensiv cement. De rapporterer om deres arbejde i augustudgaven af ​​tidsskriftet, Brændstof .

Reducerer energibehovet, drivhusemissioner

Produktion af traditionel beton, som er lavet ved at kombinere cement med sand og grus, bidrager med mellem fem og otte procent af drivhusgasudledningen på verdensplan. Det er fordi cement, nøgleingrediensen i beton, kræver høje temperaturer og en enorm mængde energi at producere.

Flyveaske, det materiale, der er tilbage efter kulstøv er brændt, i mellemtiden er blevet et væsentligt affaldshåndteringsproblem i USA. Mere end 50 procent af flyveasken ender på lossepladser, hvor det nemt kan udvaskes i det nærliggende miljø.

Mens nogle forskere har brugt flyveaske i beton, de har ikke været i stand til at eliminere de intense opvarmningsmetoder, der traditionelt er nødvendige for at lave et stærkt materiale.

"Vores produktionsmetode kræver ikke opvarmning eller brug af cement, " sagde Xu.

Molekylær teknik

Dette arbejde er også vigtigt, fordi forskerne bruger materialer i nanostørrelse til at konstruere beton på molekylært niveau.

"For bæredygtigt at fremme byggebranchen, vi er nødt til at udnytte nanomaterialers 'bottom-up'-evne, " sagde Shi.

Holdet brugte grafenoxid, et nyligt opdaget nanomateriale, at manipulere flyveaskens reaktion med vand og forvandle den aktiverede flyveaske til et stærkt cementlignende materiale. Grafenoxidet omarrangerer atomer og molekyler i en opløsning af flyveaske og kemiske aktivatorer som natriumsilicat og calciumoxid. Processen skaber en calcium-aluminat-silikat-hydrat molekylekæde med stærkt bundne atomer, der danner et uorganisk polymernetværk, der er mere holdbart end (hydreret) cement.

Hjælper grundvandet, afbøder oversvømmelser

Holdet designede flyveaskebetonen til at være gennemsigtig, hvilket betyder, at vand kan passere gennem det for at genopbygge grundvandet og for at afbøde oversvømmelsespotentialet.

Forskere har demonstreret styrken og opførselen af ​​materialet i testplot på WSU-campus under en række belastnings- og temperaturforhold. De udfører stadig infiltrationstest og indsamler data ved hjælp af sensorer begravet under betonen. De håber til sidst at kommercialisere den patenterede teknologi.

"Efter yderligere test, vi vil gerne bygge nogle strukturer med denne beton for at tjene som et proof of concept, " sagde Xu.