Simpel kemi vil øge bæredygtigheden af ​​betonproduktion

Forskere ved Institut for Industrividenskab, en del af University of Tokyo, har udviklet en ny metode til fremstilling af beton uden cement. De har direkte bundet sandpartikler via en simpel reaktion i alkohol med en katalysator. Dette kan bidrage både til at reducere kulstofemissioner og til at opføre bygninger og strukturer i ørkenområder, selv på Månen eller Mars.

Beton består af to dele:tilslag (typisk lavet af sand og grus) og cement (ansvarlig for 8 % af den samlede globale CO2 ₂ emissioner). På trods af at der er en enorm mængde sand i verden, tilgængeligheden af ​​sand til betonproduktion er ret begrænset, fordi sandpartikler skal have en bestemt størrelsesfordeling for at give beton flydeevne.

"I beton, cement bruges til at binde sand og grus. Nogle forskere undersøger, hvordan mere cement kan erstattes med andre materialer, såsom flyveaske og højovnsslagge, at reducere CO ₂ emissioner, men denne tilgang er uholdbar, fordi udbuddet af disse materialer er faldende på grund af reduceret brug af termiske kraftsystemer og øget brug af elektrisk ovnstål, " forklarer Yuya Sakai, hovedforfatter. Derfor, en ny tilgang er nødvendig for at fremstille beton af uudtømmelige materialer med mindre miljøbelastning. "Forskere kan producere tetraalkoxysilan fra sand gennem en reaktion med alkohol og en katalysator ved at fjerne vand, som er et biprodukt af reaktionen. Vores idé var at forlade vandet for at flytte reaktionen frem og tilbage fra sand til tetraalkoxysilan, at binde sandpartiklerne med hinanden."

Forskerne placerede en kop lavet af kobberfolie i en reaktionsbeholder med sand og materialer, og systematisk varierede reaktionsbetingelserne, såsom mængden af ​​sand, alkohol, katalysator, og dehydreringsmiddel; opvarmningstemperaturen; og reaktionstiden. At finde den rigtige andel af sand og kemikalier var afgørende for at opnå et produkt med tilstrækkelig styrke.

"Vi fik tilstrækkeligt stærke produkter med, for eksempel, silica sand, glasperler, ørkensand, og simuleret månesand, " siger anden forfatter Ahmad Farahani. "Disse resultater kan fremme et skridt hen imod en grønnere og mere økonomisk byggeindustri overalt på Jorden. Vores teknik kræver ikke specifikke sandpartikler, der anvendes i konventionel konstruktion. Dette vil også hjælpe med at løse problemerne med klimaændringer og rumudvikling."

Derudover produktet har sandsynligvis en bedre holdbarhed end konventionel beton, fordi cementpasta, som er relativt svag over for kemiske angreb og udviser store volumenændringer på grund af temperatur og fugtighed, er ikke inkluderet i produktet.

Værket vil blive offentliggjort i Seisan Kenkyu , Vol. 75, 2021 som "Produktion af hærdet krop ved direkte binding af sandpartikler."