Pepeo dobijen tokom procesa sagorevanja uglja predstavlja nusproizvod elektrana na ugalj koji je manje ozloglašen u odnosu na njegove “kolege” koji se ispuštaju u vazduh. Desetine miliona tona pepela godišnje skladišti se na deponijama. Međutim, istraživači sa Univerziteta Drexel veruju da su pronašli kako da se ovaj nusprodukt upotrebi u svrhu korisnog, tačnije, za poboljšanje karakteristika betona u cilju da postane trajniji i da manje puca.
Ovo otkriće je nedavno objavljeno u časopisu “Cement and Concrete Composites”. Predstavlja metodu za pretvaranje pepela u poseban aditiv za beton koji pomaže u jačanju njegove unutrašnje strukture promovišući ujednačeni postupak očvršćavanje iznutra. Ovaj aditiv, tj. funkcionalni agregat visokih performansi bi mogao da skrati vreme potrebno betonu da očvrsne i poboljša njegovu izdržljivost smanjujući potencijal za stvaranje pukotina, tvrde istraživači.
Beton je napravljen od mešavine finog praha i krutih čestica kamena, nazvanih agregati, povezanih mineralnim vezivom pod nazivom "cementna matrica" (od cementa i vode). Agregati formiraju snažnu unutrašnju strukturu betona jer se cementna matrica stvrdnjava da bi spojila sastojke u procesu koji se zove očvršćavanje. Da bi beton dostigao svoju najveću trajnost, cement se mora tokom procesa očvršćavanja pomešati sa vodom, tako da se istovremeno i osuši i učvrsti.
"Ovo je vrlo važan deo postupka, jer ako se beton prebrzo osuši tokom očvršćavanja, zbog nedostatka vode može stvoriti pukotine i druge nedostatke. Te pukotine usled skupljanja uzrokuju da površina bude podložna agresivnom prodiranju tečnosti i nastajanju problema sa izdržljivošću kao što su korozija, oštećenje usled soli ili šteta od smrzavanja-odmrzavanja, rekao je Yaghoob Farnam, docent na Drexel's College of Engineering i glavni na istraživanju.
Oglas
Ilustracija (www.pixabay.com)
Da bi se obezbedilo ravnomerno očvršćavanje, postoje brojne stvari koje izvođači mogu da urade, uključujući stalno prskanje betona, oblaganje membranom da bi bio vlažan, potapanje u vodu ili stvaranje bazena vode na površini. Sve ovo oduzima vreme i resurse ali je i složeno pa se usled procesa mogu javiti nedostaci. Da bi se to sprečilo istraživači su u poslednjoj deceniji razvili interni koncept očvršćavanja koji koristi porozne lagane agregate. Agregat može da održava jednak nivo vlage u betonu kako bi se ravnomerno očvrsnuo iznutra.
- Upotreba veoma efikasnih laganih agregata može biti rešenje da se obezbedi dovoljno rezervoara vode unutar betona, jer je vremenom potrebna voda za očvršćavanje cementne matrice - rekao je Farnam.
Beton je jedan od najčešće korišćenih građevinskih materijala u svetu. To je materijal koji je korišćen za gradnju puteva, zgrada, mostova i mnogih drugih infrastrukturnih objekata zbog svoje izdržljivosti i relativno jednostavne primene. Međutim, nedostatak upotrebe betona je taj što zahteva određene atmosferske uslove kako bi se omogućilo pravilno mešanje i očvršćavanje - ni previše vruće, ni previše hladno, ni previše suvo.
Dobijanje tačne količine vlage u betonu je teško jer prah i agregati stvaraju čvrstu cementnu matricu u koju je teško da se prodre kada počne da se suši. Ako se spoljna strana betona osuši pre nego što unutrašnjost očvrsne, to može da rezultira slabijom strukturom. Kao rezultat toga, izvođači u osnovi imaju jednu šansu da dobiju odnos tečnosti i čvrstoće u pravoj meri, brzo i temeljno izmešaju i izliju beton pre nego što počne da se suši.
- Ovo je čest problem kod betona. Tokom procesa tzv. “sušenja betona” stvaraju se pukotine i smanjuje čvrstoća i izdržljivost betona - rekao je Mohammad Balapour, doktorand istraživač u Farnam's lab i vodeći autor rada.
Kako bi izvođači imali više slobode u procesu, Farnamov tim je u saradnji sa stručnim članovima sa fakulteta sa Drexel's Civil, Architectural, and Environmental Engineering Department razmotrio kako se funkcionalni lagani agregati mogu razviti iz pepela dobijenog od sagorevanja uglja i koristiti za beton.
Industrija betona ima ograničen pristup prirodnim ili sintetičkim laganim agregatima, zbog svoje zavisnosti od ograničenih izvora agregatnog materijala. Shodno tome je tim istraživača želeo da stvori agregat koji će imati optimalne karakteristike za mešanje, čvrstoću i poroznost, i pronaći način da se napravi od obilnog otpadnog materijala.
Dobijeno rešenje uključuje recikliranje pepela dobijenog sagorevanjem uglja, u porozan, lagan agregat sa izvrsnim karakteristikama koji bi se mogao proizvesti sa nižim troškovima u odnosu na postojeće prirodne i sintetičke varijante, rekao je Farnam. Ovaj materijal i postupak ne samo da bi koristio u industriji betona kroz poboljšanje kvaliteta proizvoda, već bi mogao da pomogne da se pepeo iskoristi za nešto korisno.
Osmišljen je materijal pod nazivom “sferični porozni reaktivni agregat“ - kraće SPoRA. Dobija se kombinovanjem pepela i hemikalija koje olakšavaju sinterovanje i spajanje agregata. Nakon toga se oblikuju u sitne kuglice (sfere) i potom peku na 1160 stepeni Celzijusa nekoliko minuta.
Krajnji proizvod je agregat peleta koji može da zadrži gotovo polovinu svoje težine u vodi, što je bolje od tradicionalnih laganih agregata, i što je najvažnije, tu vodu može redovno da pušta unutra u cementnu matricu kako bi se zacelio.
Ilustracija (www.pixabay.com)
U radu je navedeno da dve vrste SPoRA deluju bolje od nekih tradicionalnih laganih agregatnih materijala (škriljaca, gline i penastog stakla) u odnosu na oblik, poroznost, relativne težine i sposobnosti apsorpcije i oslobađanja vode. Sve su to ključni podaci koji se odnose na njegovu sposobnost da se integriše sa cementnom smešom i oslobodi vlagu u pravom trenutku i u pravom delu strukture tokom formiranja.
- Kako beton počinje da se "leči" izvan, tako i agregati peleta oslobađaju vlagu da bi se pomoglo izlečenje i iznutra - rekao je Balapour. - Ovaj pristup može pomoći u postizanju maksimalne izdržljivosti betona. Postupak izrade SPoRA je dovoljno jednostavan za proizvodnju agregata bilo koje veličine i kapaciteta vode, tako da verujemo da bi mogao biti korišćen za brojne primene u građevinskoj industriji.
Reciklaža otpadnog proizvoda poput pepela dobijenog iz sagorevanja uglja ne samo da smanjuje troškove izrade laganog agregata, već proizvođačima betona obezbeđuje i pristup njemu.
Farman je rekao da je uzimanje nečega što spada u otpad i pretvaranje u koristan proizvod odličan primer kako nauka može pomoći da se pronađu održiva rešenja za izazove sa kojima se susreće društvo. Kao i to da ne samo što pomaže u zaštiti naše prirodne okoline već i poboljšava izgrađeno okruženje.
