Vulkāniskie pelni padara betonu "zaļāku"

Cementa aizstāšana ar pelniem samazina enerģijas patēriņu

Pelni, kas radušies vulkānu izvirdumu dēļ, ir piemēroti kā videi draudzīgs būvmateriāls, ja tos pievieno betonam kā cementa aizstājēju. © USGS
lasīt skaļi

Pēc romiešu receptes: Betons varētu kļūt stabilāks un videi draudzīgāks, pievienojot vulkāniskos pelnus. Cementa daļu aizstāšana ar grunts vulkāniskajiem iežiem samazina enerģijas prasības un CO2 izmešus būvmateriālu ražošanā par gandrīz 20 procentiem, noteikuši pētnieki. Vēl viena priekšrocība: vulkānisko pelnu atradnes ir sastopamas daudzās pasaules vietās.

Betons un tā galvenā sastāvdaļa - cements ir viens no vissvarīgākajiem cilvēces celtniecības materiāliem. Diez vai tik bieži tiek izmantots cits materiāls. Bet cementam ir mīnuss: sadedzinot kaļķakmeni milzīgā daudzumā oglekļa dioksīda (CO2), tas prasa arī lielu enerģijas daudzumu. Tiek lēsts, ka apmēram pieci procenti no pasaules CO2 izmešiem ir saistīti tikai ar cementa ražošanu.

Tāpēc pētnieki visā pasaulē meklē veidus, kā padarīt betonu videi draudzīgāku. Īpaši daudzsološa ir vismaz daļas cementa nomaiņa ar alternatīviem celtniecības materiāliem. Piemēram, oglekļa nanocauruļu piejaukums var padarīt betonu stabilāku, un pat alternatīva ir pat sasmalcināti plastmasas atkritumi.

Romiešu recepte testā

Turpretī pētnieki ap Kunalu Kupwade-Patil no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) ir iekopējuši savu alternatīvu no romiešiem. Jau pirms 2000 gadiem senie celtnieki samaisīja cementu un betonu ar vulkāniskiem pelniem, lai palielinātu ēku izturību un ūdensizturību. Tas, vai romiešu betons ietekmē arī CO2 izmešus un enerģijas patēriņa ieguvumus, iepriekš nebija zināms.

Cementa saturam betonā ir nepieciešami lieli enerģijas daudzumi. © bruņurupucis / domas

Lai to uzzinātu, pētnieki ir pārbaudījuši dažādas konkrētas receptes ar vulkāniskiem pelniem. Viņi sasmalcināja pelnus dažādiem smalkiem pulveriem un aizstāja no 30 līdz 50 procentiem cementa savā betonā. Stresa testos viņi pēc tam noteica būvmateriāla stabilitāti un aprēķināja, cik daudz enerģijas un CO2 "maksā" ražošana. displejs

Mazāks enerģijas patēriņš

Rezultāts: tāpat kā romiešiem, vulkāniskie pelni pozitīvi ietekmēja betona stabilitāti: jo smalkāk pelni tika samalti, jo stiprāks un izturīgāks bija betons. Tomēr ar smalkāku slīpēšanas pakāpi palielinās arī enerģijas patēriņš ražošanas laikā. Bet pat tad, aizstājot cementu ar vulkāniskiem pelniem, uzlabojas betona kopējais enerģijas bilance.

Testā enerģijas nospiedums samazinājās par 16 procentiem, kad 40 procentus cementa nomainīja smalki samalti vulkāniskie pelni. "Cementa ražošana patērē daudz enerģijas, jo tai nepieciešama augsta temperatūra, un tas ir daudzpakāpju process, " skaidro Stephanie Chin no MIT. "Tomēr vulkāniskie pelni veidojas pat karstā un augsta spiediena apstākļos. Daba, tā sakot, no mums ved nepieciešamās ķīmiskās reakcijas."

Vulkāniskie pelni elektronu mikroskopā USGS

Labi darbojas ar veseliem daudzdzīvokļu namiem

Ko šie ietaupījumi nozīmē visu ēku un daudzdzīvokļu māju līmenī, pētnieki ir izpētījuši, izmantojot Kuveitas apkaimes piemēru. 13 dzīvojamām ēkām un 13 tirdzniecības ēkām viņi noteica izmantotā betona daudzumu un aprēķināja tam enerģijas bilanci. Tad viņi izmantoja modeļa aprēķinus, lai pārbaudītu, kā mainītos celtniecības materiālam nepieciešamā enerģija, ja līdz 50 procentiem cementa tiktu aizstāti ar zemes vulkāniskajiem pelniem.

Rezultāts: Laboratorijā noteikto enerģijas ietaupījumu var pārnest arī uz reāliem apstākļiem un visu ēku un mikrorajonu lielumu. Pēc pētnieku domām, 26 ēkām būtu bijis nepieciešams apmēram par 16 procentiem mazāk enerģijas, ja līdz vulkāniskā pelna izlietošanai būtu izmantota līdz puse no cementa. Saskaņā ar to R mer recepte ietaupa daudz enerģijas un tādējādi arī CO2 izmešus būvniecības laikā.

Turklāt daudzās pasaules daļās ir sastopami akmeņu veidojumi no senajiem vulkāniskajiem pelniem - gan joprojām aktīvajiem vulkāniem, gan arī pirmatnējo vulkānisko aktivitāšu vietām. Tā kā šo materiālu līdz šim gandrīz neizmanto, tas būtu bagātīgs un salīdzinoši lēts. (Journal of Cleaner Production, 2018; doi: 10.1016 / j.jclepro.2017.12.234)

(Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts, 12.02.2018. - NPO)