Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) за допомогою лазерної візуалізації змогли вперше в реальному часі зафіксувати швидкі хімічні реакції всередині свіжого цементу, в який впорскували диоксид вуглецю.
Протягом багатьох років будівельні компанії закачували вуглекислий газ у бетон задля уловлювання шкідливих викидів та покращення характеристик матеріалу, проте точний механізм цього процесу залишався невідомим.
Читайте також:
Бетон майбутнього. Вчені створили матеріал, що поглинає CO2 під час виробництва Нове дослідження виявило тимчасовий хімічний процес, який суттєво змінює характер затвердіння та підвищує ранню міцність матеріалу на стискання в середньому на 13%.
Для безперервного моніторингу зразків цементу протягом першої доби його твердіння науковці застосували раманівську конфокальну мікроскопію. Цей метод дозволяє ідентифікувати речовини за допомогою лазерного світла, оскільки кожна хімічна сполука залишає свій спектральний слід. За словами доцента Адміра Масіча, раніше дослідження опиралися на теорію, бо реакції відбувалися занадто швидко.
Тепер же вчені побачили, що на початковому етапі CO2 захоплює кальцій, який виділяється при розчиненні цементу. Це уповільнює звичайну гідратацію, дозволяючи розчиненим силікатам поширитися матеріалом і утворити взаємопов'язану мережу силікагелю.
Цей гель існує недовго: після повної мінералізації вуглекислого газу через кілька годин стандартна гідратація відновлюється. Утворюється гідроксид кальція, який реагує з силікатною сіткою, створюючи гідрат силікату кальцію (CSH) — сполуку, яка й відповідає за міцність. Головна відмінність нового методу полягає в тому, що CSH формується рівномірно по всьому об'єму матеріалу, а не групується навколо окремих частинок цементу. Аспірант Марцин Хайдучек підтвердив, що раптове зникнення силікагелю було характерною рисою кожного тестованого зразка.
Випробування показали, що додавання диоксиду вуглецю в кількості всього 1% від загальної маси цементу забезпечує однорідну внутрішню структуру та вищу міцність вже через 24 години. Водночас дослідження спростувало думку, що на міцність впливають частинки карбонату кальцію — вони виявилися «пасивними спостерігачами».
Результати роботи, опублікованів журналі Американського керамічного товариства, дають інженерам чіткий план дій для створення міцніших та екологічних будівельних матеріалів із низьким вуглецевим слідом, хоча автори й попереджають про важливість точного дозування CO2.
Читайте також:
Екологічно та естетично. У Британії пропонують робити бетон із морських мушель
