Beton is het meest gebruikte door de mens gemaakte materiaal, vaak gebruikt in gebouwen, wegen, bruggen en industriële installaties. Maar het produceren van het Portland-cement dat nodig is om beton te maken, is goed voor 5-8% van alle wereldwijde uitstoot van broeikasgassen. Er is een milieuvriendelijker cement bekend als MOC (magnesiumoxychloridecement), maar de slechte waterbestendigheid heeft het gebruik ervan tot nu toe beperkt. We hebben een waterbestendige MOC ontwikkeld, een "groen" cement dat een grote bijdrage kan leveren aan het verminderen van de uitstoot van de bouwsector en het duurzamer maken.

De productie van een ton conventioneel cement in Australië stoot ongeveer 0,82 ton koolstofdioxide (CO ₂ ). Omdat de meeste CO ₂ komt vrij als gevolg van de chemische reactie die cement produceert, emissies zijn niet gemakkelijk te verminderen. In tegenstelling tot, MOC is een andere vorm van cement die CO2-neutraal is.

Wat is MOC precies?

MOC wordt geproduceerd door twee hoofdingrediënten te mengen, magnesiumoxide (MgO) poeder en een geconcentreerde oplossing van magnesiumchloride (MgCl ₂ ). Dit zijn bijproducten van de magnesiumwinning.

Veel landen, waaronder China en Australië, voldoende magnesietbronnen hebben, evenals zeewater, waaruit zowel MgO als MgCl ₂ zou kunnen krijgen.

Verder, MgO kan CO . opnemen ₂ uit de atmosfeer. Dit maakt MOC een echt groene, koolstofneutraal cement.

MOC heeft ook veel superieure materiaaleigenschappen in vergelijking met conventioneel cement.

Druksterkte (vermogen om druk te weerstaan) is de belangrijkste materiaaleigenschap voor cementachtige bouwmaterialen zoals cement. MOC heeft een veel hogere druksterkte dan conventioneel cement en deze indrukwekkende sterkte kan zeer snel worden bereikt. De snelle instelling van MOC en vroege krachttoename zijn zeer voordelig voor de constructie.

Hoewel MOC veel verdiensten heeft, het heeft tot nu toe een slechte waterbestendigheid gehad. Langdurig contact met water of vocht tast de sterkte ernstig aan. Deze kritieke zwakte heeft het gebruik ervan beperkt tot binnentoepassingen zoals vloertegels, decoratie panelen, geluids- en thermische isolatieplaten.

Hoe is de waterbestendigheid ontwikkeld?

Een team van onderzoekers, geleid door Yixia (Sarah) Zhang, werkt sinds 2017 aan de ontwikkeling van een waterbestendige MOC (toen ze bij UNSW Canberra was).

Om de waterbestendigheid te verbeteren, het team voegde industriële bijproducten zoals vliegas en silicadamp toe aan de MOC, evenals chemische toevoegingen.

Vliegas is een bijproduct van de kolenindustrie - er zijn er genoeg in Australië. Het toevoegen van vliegas verbeterde de waterbestendigheid van MOC aanzienlijk. Buigsterkte (vermogen om buiging te weerstaan) bleef volledig behouden na 28 dagen onderdompelen in water.

Om de druksterkte onder wateraantasting verder te behouden, het team voegde silicadamp toe. Silicadamp is een bijproduct van de productie van siliciummetaal of ferrosiliciumlegeringen. Wanneer vliegas en silicadamp werden gecombineerd met MOC-pasta (15% van elk additief), volledige druksterkte werd 28 dagen in water behouden.

Zowel de vliegas als de silicadamp hebben een vergelijkbaar effect van het vullen van de poriestructuur in MOC, waardoor het cement dichter wordt. De reacties met de MOC-matrix vormen een gelachtige fase, wat bijdraagt ​​aan de waterafstotendheid. De extreem fijne deeltjes, groot oppervlak en hoog reactief silica (SiO ₂ ) gehalte aan silicadamp maakt het een effectieve bindende stof die bekend staat als een pozzolaan. Dit helpt het beton een hoge sterkte en duurzaamheid te geven.

Hoewel de tot dusver ontwikkelde MOC uitstekend bestand was tegen water bij kamertemperatuur, het verzwakte snel wanneer het in warm water werd geweekt. Het team probeerde dit te verhelpen door anorganische en organische chemische additieven te gebruiken. Door fosforzuur en oplosbare fosfaten toe te voegen, werd de weerstand tegen warm water aanzienlijk verbeterd.

Ruim drie jaar, het team heeft een doorbraak bereikt in de ontwikkeling van MOC als groen cement. De sterkte van beton wordt beoordeeld met behulp van megapascals (MPa). De MOC bereikte een druksterkte van 110 MPa en een buigsterkte van 17 MPa. Deze waarden zijn enkele malen groter dan die van conventioneel cement.

De MOC kan deze sterke punten volledig behouden na 28 dagen onderdompeling in water bij kamertemperatuur. Zelfs in heet water (60˚C), de MOC kan na 28 dagen tot 90% van zijn druk- en buigsterkte behouden. De waarden blijven zo hoog als respectievelijk 100 MPa en 15 MPa - nog steeds veel hoger dan voor conventioneel cement.

Zal MOC conventioneel cement vervangen?

Dus zou MOC ooit conventioneel cement kunnen vervangen? Het lijkt veelbelovend. Er is meer onderzoek nodig om de bruikbaarheid van het gebruik van dit groene en hoogwaardige cement in, bijvoorbeeld, beton.

Wanneer beton de belangrijkste structurele component is, stalen wapening moet worden gebruikt. Corrosie van staal in MOC is een kritieke kwestie en een grote hindernis om te nemen. Het onderzoeksteam is hier al mee aan de slag gegaan.

Als dit probleem kan worden opgelost, MOC kan een game-changer zijn voor de bouwsector.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.