Gør som romerne:Kraftværksbeton styrker med tiden

Et sjældent mineral, der har gjort det muligt for romerske betonhavebarrierer at overleve i mere end 2, 000 år er fundet i de tykke betonvægge på et nedlagt atomkraftværk i Japan. Dannelsen af ​​aluminiumholdig tobermorit øgede styrken af ​​væggene mere end tre gange deres designstyrke, Nagoya University forskere og kolleger rapporterer i tidsskriftet Materialer og design . Fundet kan hjælpe forskere med at udvikle stærkere og mere miljøvenlig beton.

"Vi fandt ud af, at cementhydrater og klippedannende mineraler reagerede på en måde svarende til, hvad der sker i romersk beton, øger styrken af ​​kernekraftværkets vægge betydeligt, " siger Nagoya Universitys miljøingeniør Ippei Maruyama.

Forskning har vist, at romersk beton brugt til konstruktion af havbarrierer har formået at overleve i mere end to årtusinder, fordi havvand opløser vulkansk aske i blandingen, fører til dannelsen af ​​aluminiumholdig tobermorit. Da aluminiumholdig tobermorit er en krystal, det gør betonen mere kemisk stabil og stærkere. Det er meget vanskeligt at inkorporere aluminiumholdig tobermorit direkte i moderne beton. Forskere har genereret mineralet i laboratoriet, men det kræver meget høje temperaturer over 70°C. På den anden side, laboratorieforsøg har vist, at varme miljøer er skadelige for betonstyrken, hvilket har ført til regler, der begrænser dets anvendelse til temperaturer under 65°C.

Maruyama og hans kolleger fandt ud af, at tobermorit af aluminium blev dannet i en atomreaktors betonvægge, når temperaturer på 40-55°C blev holdt i 16,5 år.

Prøverne blev taget fra Hamaoka Nuclear Power Plant i Japan, som fungerede fra 1976 til 2009.

Dybdeanalyser viste, at reaktorens meget tykke vægge var i stand til at holde på fugten. Mineraler, der bruges til at få betonen til at reagere i nærværelse af dette vand, øget tilgængelighed af silicium- og aluminiumioner og væggens alkaliindhold. Dette førte i sidste ende til dannelsen af ​​aluminiumholdig tobermorit.

"Vores forståelse af beton er baseret på kortsigtede eksperimenter udført i laboratorieskalaer, " siger Maruyama. "Men ægte betonkonstruktioner giver os mere indsigt til langsigtet brug."

Maruyama og hans kolleger søger efter måder at gøre beton mere holdbart og miljøvenligt. Cement, der bruges i betonfremstilling, producerer næsten 10 % af menneskeskabte kuldioxidemissioner, så holdet søger at producere mere miljøvenlige blandinger, der stadig opfylder standardiserede krav til stærke betonkonstruktioner.

Studiet, "Langtidsbrug af moderne Portland cementbeton:Påvirkningen af ​​Al-tobermorite-dannelse, " blev offentliggjort online i tidsskriftet Materialer &Design den 5. november, 2020.