Een zeldzaam mineraal dat ervoor heeft gezorgd dat Romeinse betonnen zeebarrières meer dan 2 jaar hebben kunnen overleven. 000 jaar is gevonden in de dikke betonnen muren van een ontmantelde kerncentrale in Japan. De vorming van aluminiumhoudend tobermoriet verhoogde de sterkte van de muren met meer dan drie keer hun ontwerpsterkte, Onderzoekers en collega's van Nagoya University rapporteren in het tijdschrift Materialen en ontwerp . De bevinding kan wetenschappers helpen om sterker en milieuvriendelijker beton te ontwikkelen.

"We ontdekten dat cementhydraten en gesteentevormende mineralen op een manier reageerden die vergelijkbaar is met wat er gebeurt in Romeins beton, de sterkte van de muren van de kerncentrale aanzienlijk vergroten, ", zegt milieu-ingenieur Ippei Maruyama van de Nagoya University.

Onderzoek heeft aangetoond dat Romeins beton dat wordt gebruikt bij de constructie van zeeweringen, meer dan twee millennia heeft kunnen overleven omdat zeewater vulkanische as in het mengsel oplost, wat leidt tot de vorming van aluminiumhoudend tobermoriet. Aangezien aluminiumhoudend tobermoriet een kristal is, het maakt het beton chemisch stabieler en sterker. Het is erg moeilijk om aluminiumhoudende tobermoriet rechtstreeks in het hedendaagse beton te verwerken. Wetenschappers hebben het mineraal in het laboratorium gegenereerd, maar het vereist zeer hoge temperaturen boven 70°C. Anderzijds, laboratoriumexperimenten hebben aangetoond dat warme omgevingen schadelijk zijn voor de betonsterkte, wat heeft geleid tot voorschriften die het gebruik ervan beperken tot temperaturen onder 65°C.

Maruyama en zijn collega's ontdekten dat aluminiumhoudende tobermoriet zich vormde in de betonnen muren van een kernreactor wanneer temperaturen van 40-55 ° C gedurende 16,5 jaar werden gehandhaafd.

De monsters zijn genomen uit de Hamaoka-kerncentrale in Japan, die actief was van 1976 tot 2009.

Uit diepgaande analyses bleek dat de zeer dikke wanden van de reactor vocht konden vasthouden. Mineralen die gebruikt zijn om het beton te laten reageren in aanwezigheid van dit water, toenemende beschikbaarheid van silicium- en aluminiumionen en het alkaligehalte van de wand. Dit leidde uiteindelijk tot de vorming van aluminiumhoudend tobermoriet.

"Ons begrip van beton is gebaseerd op kortetermijnexperimenten die op laboratoriumschaal zijn uitgevoerd, " zegt Maruyama. "Maar echte betonconstructies geven ons meer inzichten voor langdurig gebruik."

Maruyama en zijn collega's zoeken naar manieren om beton duurzamer en milieuvriendelijker te maken. Cement dat wordt gebruikt in de betonproductie, produceert bijna 10% van de door de mens veroorzaakte kooldioxide-emissies, daarom is het team op zoek naar meer milieuvriendelijke mengsels die nog steeds voldoen aan de gestandaardiseerde vereisten voor sterke betonconstructies.

De studie, "Langdurig gebruik van modern Portland-cementbeton:de impact van de vorming van Al-tobermoriet, " werd online gepubliceerd in het tijdschrift Materialen &Ontwerp op 5 november, 2020.