Основу бетонных смесей в большинстве стран составляет портландцемент — вяжущее вещество на основе силикатов. Обычно при производстве в него добавляют небольшое количество летучей золы, содержащей кремний и алюминий. Ее получают при сжигании угля на электростанциях. Как сообщает New Atlas, в некоторых случаях частицы золы собирают и направляют на переработку, но чаще всего ее отправляют на свалку. Считается, что добавление золы в цемент делает производство более экологичным, хотя угольной пыли отводится лишь 5-20% от общего состава смеси.
Группе инженеров из Университета Райса удалось увеличить этот показатель до 100%. Полученное ими вяжущее вещество не содержит цемент, но при этом позволяет создавать прочный и износоустойчивый бетон.
Ученые пытались заменить портландцемент золой и раньше, но для этого им приходилось добавлять в состав большое количество дорогостоящего активатора на основе натрия. В результате такой метод приносил экологии больше вреда, чем пользы. К тому же полученная смесь стоила дороже обычного цемента.
Для разработки оптимальной технологии производства инженеры применили метод Тагучи и машинную оптимизацию. Это позволило им рассчитать идеальный «рецепт» смеси.
В ходе экспериментов авторы исследования получили вещество, которое на 85% состоит из золы и на 10% — из наносиликата и оксида кальция. Долю активатора на основе натрия при этом свели всего к 5%.
Полученное вещество по структурным и механическим свойствам не уступает цементу, но требует меньше сложностей при производстве и его не нужно подвергать воздействию высоких температур. Эксперимент показал, что спустя семь дней после формовки бетон на основе искусственного цемента обладал той же прочностью, что и обычный бетон.
Ученые планируют оценить свойства материала спустя какое-то время, чтобы проверить его качество и прочность. Они также собираются применить похожую методику для превращения в цемент других промышленных отходов, включая доменный шлак и рисовую шелуху.
Стремление свести к минимуму выбросы CO2 и наладить более экологичные промышленные методы приводит к новым технологическим прорывам. Так, недавно в Швеции начали тестировать систему выплавки стали без эмиссии углекислого газа. В процессе производства ископаемое топливо заменяют водородом, в результате фабрики выбрасывают в атмосферу только водяной пар.
