So koja se koristi za posipanje puteva u velikim količinama svake zime kako bi se sprečilo klizanje i obezbedila sigurna vožnja, polako degradira beton od kojih su ti putevi napravljeni. Inženjeri su već neko vreme upoznati sa tim da kalcijum hlorid (so) koji se obično koristi za odmrzavanje, reaguje sa kalcijum hidroksidom u betonu i formira hemijski nusproizvod koji uzrokuje pukotine u putevima i njihovo propadanje. Građevinski inženjer sa Drexel University radi na novoj recepturi za beton, koristeći odbačene proizvode iz peći, koji mogu da se usprotive sili hemijske erozije.
Više od 900.000 tona soli za odleđivanje se iskoristi svake zime samo u Pensilvaniji. Dok jake zime svake godine na severoistoku vrše pritisak na putare da puteve drže čistim i odmrznutim, to sa sobom nosi i posledice koje se ogledaju kroz hiljade kilometara oštećenih puteva koje je potrebno svake godine zakrpiti i popraviti.
Yaghoob Farnam, doktor, profesor asistent na Drexel's College of Engineering i direktor Advanced and Sustainable Infrastructure Materials Research Group, rešenje za ovaj problem traži u novom receptu za beton. Farnam je stvorio metodu za korišćenje pepela, šljake i silikatne prašine (ostaci iz peći na ugalj i procesa topljenja) u novi beton koji je izdržljiviji jer ne reaguje na so za puteve. On je nedavno objavio svoja otkrića u časopisu „Cement and Concrete Composites“.
„Mnoga preduzeća zadužena za putnu infrastrukturu i bezbednost u saobraćaju su smanjili količinu kalcijum hlorida koji se koristi za otapanje snega i leda, iako je vrlo efikasan - jer je utvrđeno da je vrlo destruktivan", rekao je Farnam. „Ovo istraživanje pokazuje da pomoću alternativnih cementnih materijala koji ulaze u sastav betona, on može da izbegne destruktivne hemijske reakcije i bude u dodiru sa kalcijum hloridom bez smetnji."
Oglas
Slika. Ispitivanje betona (foto: Drexel University, preuzeto sa www.sciencedaily.com)
Cilj Farnamovog rada je da se napravi betonska mešavina jaka kao ona koje se trenutno koristi za izgradnju puteva i da sadrži manje kalcijum hidroksida - sastojak koji reaguje sa solju kojom se posipaju putevi, i formira jedinjenje pod nazivom kalcijum oksihlorid. Ovo hemikalija ima tendenciju da se širi kada se formira, i kada se ta reakcija dogodi u porama cementa može doći do degradacije i pucanja. Farnamovo istraživanje ga je dovelo do zaključka da se ovi „dopunski cementni materijali" mogu dodati u mešavinu i tako dobiti bolji rezultati kada dođe u kontakt sa kalcijum hloridom koji se nalazi u soli za odleđivanje puteva.
„Postoji veliki pritisak da se koriste ovi nusproizvodi elektroprivrede jer zauzimaju prostor, a neki od njih mogu biti štetni i za okolinu", rekao je Farnam. „Smatrali smo da delove nusproizvoda kao što su pepeo, šljaka i silikatna prašina možemo iskoristiti za pravljenje betona koji će ujedno biti i izdržljiviji i jeftiniji, jer koristi reciklirane materijale".
Da bi testirali svoju teoriju, Farmanova laboratorija je napravila uzorak cementa koristeći različite količine pepela, silikatne prašine i šljake i uporedili ih sa uzorcima „običnog Portlandskog cementa" - najčešći tip koji se koristi za izgradnju puteva. Istraživanja su potvrdila njegovu hipotezu, naime da su se uzorci cementa koji sadrže više supstituta pokazali boljim, odnosno da porizvode manje kalcijum oksihlorida.
Ispitivanje uzroka običnog Portlandskog cementa uz pomoć akustične emislije, x-zraka i mikroskopa, dovelo je do saznanja da je odošlo do oštećenja nakon samo osam dana izloženosti jer se formirao kalcijum oksihlorid, dok uzorak sa odgovarajućom količinom pepela, silikatne prašine i šljake nije pokazao oštećenja u periodu testiranja.
Studija je takođe pokazala da više koncentracije kalcijum hlorida dovodi do proizvodnje veće količine kalcijum oksihlorida kada reaguje sa betonom. Dakle, teoretski, korišćenje nižih koncentracija kalcijum hlorida na putevima može pomoći i produžiti im trajanje, ali ih to čini manje efikasnim kada treba da se odmrznu putevi.
„Ono što dodatno zabrinjava je da se kalcijum oksihlorid može formirati čak i ako beton ne prolazi kroz ciklus zamrzavanja-odmrzavanja. To je hemijska reakcija koja se može dogoditi na sobnoj temperaturi, tako da se može odvijati kada su putevi unapred posuti solju iako se ne formira led na putevima. Pošto so ostaje na površini nakon snežne oluje, nastaviće da degradira put, tako da je od vitalne važnosti da se minimizuje ova reakcija u cilju očuvanja infrastrukture ", rekao je Farnam.
Farnamova laboratorija će nastaviti da traži načine za poboljšanje materijala koji se koriste za izgradnju infrastrukture. Oni trenutno sprovode postupak za stvaranje zaštitnog sloja na površini betona pomoću bakterije koja može da spreči formiranje kalcijum oksihlorida.
