Ingenieurs van Rice University hebben een composietbindmiddel ontwikkeld dat voornamelijk is gemaakt van vliegas, een bijproduct van kolencentrales, dat Portlandcement in beton kan vervangen.

Het materiaal is cementloos en milieuvriendelijk, volgens rijstmateriaalwetenschapper Rouzbeh Shahsavari, die het ontwikkelde met afgestudeerde student Sung Hoon Hwang.

Vliegasbindmiddel vereist geen verwerking bij hoge temperatuur van Portland-cement, toch hebben tests aangetoond dat het na zeven dagen uitharden dezelfde druksterkte heeft. Het vereist ook slechts een kleine fractie van de op natrium gebaseerde activeringschemicaliën die worden gebruikt om Portlandcement uit te harden.

De resultaten worden gerapporteerd in de Tijdschrift van de American Ceramic Society .

Jaarlijks wordt over de hele wereld meer dan 20 miljard ton beton geproduceerd in een productieproces dat 5 tot 10 procent van de koolstofdioxide bijdraagt ​​aan de wereldwijde uitstoot, alleen overtroffen door transport en energie als de grootste producenten van het broeikasgas.

Fabrikanten gebruiken vaak een kleine hoeveelheid silicium- en aluminiumrijke vliegas als aanvulling op Portlandcement in beton. "De industrie mengt typisch 5 tot 20 procent vliegas in cement om het groen te maken, maar een aanzienlijk deel van het mengsel is nog steeds cement, " zei Shahsavari, een assistent-professor civiele en milieutechniek en materiaalkunde en nano-engineering.

Eerdere pogingen om Portlandcement volledig te vervangen door een vliegasverbinding vereisten grote hoeveelheden dure activatoren op natriumbasis die de milieuvoordelen tenietdoen, hij zei. "En uiteindelijk was het duurder dan cement, " hij zei.

De onderzoekers gebruikten Taguchi-analyse, een statistische methode die is ontwikkeld om de grote faseruimte - alle mogelijke toestanden - van een chemische samenstelling te verkleinen, gevolgd door computationele optimalisatie om de beste mengstrategieën te identificeren.

Dit verbeterde de structurele en mechanische eigenschappen van de gesynthetiseerde composieten aanzienlijk, Shahsavari zei, en leidde tot een optimale balans van calciumrijke vliegas, nanosilica en calciumoxide met minder dan 5 procent van een op natrium gebaseerde activator.

"Een meerderheid van eerdere werken was gericht op zogenaamde vliegas van het type F, die is afgeleid van het verbranden van antraciet of bitumineuze kolen in elektriciteitscentrales en heeft een laag calciumgehalte, " zei Shahsavari. "Maar wereldwijd, er zijn belangrijke bronnen van steenkool van lagere kwaliteit, zoals bruinkool of subbitumineuze kolen. Het verbranden ervan resulteert in een hoog calciumgehalte, of type C, vliegas, die moeilijker te activeren was.

"Ons werk biedt een levensvatbaar pad voor efficiënte en kosteneffectieve activering van dit type hoogcalciumvliegas, het pad effenen voor de milieuverantwoorde productie van beton. Toekomstig werk zal eigenschappen als langetermijngedrag, krimp en duurzaamheid."

Shahsavari suggereerde dat dezelfde strategie kan worden gebruikt om ander industrieel afval te verwerken, zoals hoogovenslakken en rijstschillen, in milieuvriendelijke cementgebonden materialen zonder het gebruik van cement.