Cementfri flyveaskebinder gør beton grøn

Ingeniører fra Rice University har udviklet et sammensat bindemiddel, der primært er fremstillet af flyveaske, et biprodukt fra kulfyrede kraftværker, der kan erstatte Portland cement i beton.

Materialet er cementfrit og miljøvenligt, ifølge Rice materialforsker Rouzbeh Shahsavari, der udviklede det med kandidatstuderende Sung Hoon Hwang.

Flyveaskebinder kræver ikke behandling ved høj temperatur af Portland cement, alligevel viste test, at den har den samme trykstyrke efter syv dages hærdning. Det kræver også kun en lille brøkdel af de natriumbaserede aktiveringskemikalier, der bruges til at hærde Portlandcement.

Resultaterne er rapporteret i Journal of the American Ceramic Society .

Mere end 20 milliarder tons beton produceres hvert år rundt om i verden i en fremstillingsproces, der bidrager med 5 til 10 procent af kuldioxid til globale emissioner, kun overgået af transport og energi som de største producenter af drivhusgassen.

Producenter bruger ofte en lille mængde silicium- og aluminiumrig flyveaske som supplement til Portland cement i beton. "Industrien blander typisk 5 til 20 procent flyveaske i cement for at gøre den grøn, men en betydelig del af blandingen er stadig cement, "sagde Shahsavari, en adjunkt i civil- og miljøteknik og i materialevidenskab og nanoengineering.

Tidligere forsøg på helt at erstatte Portland cement med en flyveaskeforbindelse krævede store mængder dyre natriumbaserede aktivatorer, der negerer miljøfordelene, han sagde. "Og i sidste ende var det dyrere end cement, " han sagde.

Forskerne brugte Taguchi -analyse, en statistisk metode udviklet til at indsnævre det store faserum - alle mulige tilstande - for en kemisk sammensætning, efterfulgt af beregningsoptimering for at identificere de bedste blandingsstrategier.

Dette forbedrede i høj grad de strukturelle og mekaniske kvaliteter af de syntetiserede kompositter, Shahsavari sagde, og førte til en optimal balance mellem calciumrig flyveaske, nanosilica og calciumoxid med mindre end 5 procent af en natriumbaseret aktivator.

"Et flertal af tidligere værker fokuserede på såkaldt type F flyveaske, som stammer fra afbrænding af antracit eller bituminøse kul i kraftværker og har et lavt calciumindhold, "Sagde Shahsavari." Men globalt set der er betydelige kilder til lavere kul, såsom brunkul eller subbituminøse kul. Forbrænding af dem resulterer i højt calciumindhold, eller type C, flyveaske, som har været sværere at aktivere.

"Vores arbejde giver en levedygtig vej til effektiv og omkostningseffektiv aktivering af denne type høj-calcium flyveaske, baner vejen for den miljømæssigt ansvarlige fremstilling af beton. Fremtidens arbejde vil vurdere egenskaber som langsigtet adfærd, svind og holdbarhed. "

Shahsavari foreslog, at den samme strategi kunne bruges til at vende andet industriaffald, såsom højovnsslagge og risskaller, i miljøvenlige cementholdige materialer uden brug af cement.