Terwijl onderzoekers van Xi'an Jiaotong-Liverpool University hun onderzoek naar gekleurd architectonisch beton voltooiden, ze vonden een verrassend resultaat:groen gepigmenteerd cement had onzuiverheden die poreuze, slechte kwaliteit beton. In de tussentijd, rode en blauwe pigmenten hadden weinig effect.

Het onderzoek is uitgevoerd door Mehreen Heerah, afgestudeerd aan de afdeling Civiele Techniek van XJTLU, Dr. Graham Dawson van XJTLU's Department of Chemistry, en Isaac Galobardes van de Mohammed VI Polytechnische Universiteit.

Gepigmenteerd architectonisch beton wordt gebruikt als een visueel aantrekkelijk alternatief voor grijs beton, zoals in Ciutat de la Justícia in Barcelona, legt dr. Dawson uit. Naarmate de vraag naar gepigmenteerd architectonisch beton groeit, zo ook het belang van dit onderzoek.

Niet makkelijk om groen te zijn

"De kenmerken van rode en blauwe pigmenten die in het onderzoek werden gebruikt, zijn vastgesteld in de bestaande onderzoeksliteratuur. de kenmerken van het groene pigment waren niet gebruikelijk, ' zegt Dawson.

"De resultaten voor de rode en blauwe pigmenten lagen redelijk dicht bij onze verwachting, " zegt Heerah. "Aan de andere kant, het drastische effect van groen pigment op de eigenschappen van de mortel hadden we niet verwacht. In feite, we verwachtten een grotere toename in sterkte met het groene pigment in vergelijking met de andere twee."

Dat komt omdat groen pigment in producten gebaseerd is op chroomoxide, wat de sterkte van de mix verhoogt wanneer gehydrateerd.

Dus waarom werd groen beton onder de maat bevonden?

Het antwoord ligt in hoe het werd geproduceerd met schadelijke onzuiverheden, zegt dr. Dawson.

"Chemische producten worden gebruikt om pigmenten te produceren, " legt hij uit. "Soms, pigmenten presenteren eenvoudige chemische componenten en andere combinaties ervan om verschillende kleuren te verkrijgen."

De beledigende onzuiverheid die het groene beton verzwakte, was muscoviet; een mineraal dat wordt gebruikt om groen pigment te produceren voor ander industrieel gebruik. Wanneer gehydrateerd met cement, muscoviet genereerde aanzienlijke hoeveelheden van een component die overmatige poreusheid veroorzaakt, wat resulteert in een vermindering van sterkte en levensduur.

"Echter, andere studies hebben aangetoond dat er geen nadelig effect is bij het gebruik van groen pigment dat uitsluitend uit chroom (III) oxide bestaat, zonder muscoviet, "zegt Heera.

Mix het

De cementmonsters werden geproduceerd met drie verschillende pigmenten:blauw kobaltachtig aluminaat, groen chroomoxide en rood ijzeroxidepigment - op drie verschillende niveaus:1, 5 en 10%. De onderzoekers testten twee soorten cement om te begrijpen hoe deze hulpstoffen en bijproducten de eigenschappen van het resulterende beton beïnvloeden.

Het vierdelige experiment testte eerst waterabsorptie om de verandering in fysieke eigenschappen te evalueren, en bepaalden vervolgens de hydratatie-eigenschappen van de monsters.

Volgende, de kinetiek van hydratatie werd bestudeerd door de evolutie van de temperatuur van elk mengsel. Eindelijk, de onderzoekers onderzochten de buig- en druksterkte om het effect van pigment op mechanische sterkte te begrijpen.

Het onderzoek stelde vast dat de morfologie van hydratatieproducten en kinetiek gerelateerd was aan de druksterkte van de monsters.

De slechte prestatie van het groene pigment viel op vergeleken met de minimale effecten van rood en blauw.

Het onderzoek ontdekte ook dat de kobalthoudende aluminaatoxide (blauw) en ijzer (III) oxide (rode) pigmenten kunnen worden gebruikt met zowel Portland- als Portland-composietcement zonder de sterkte van het beton te verzwakken.

Minder impact

Onderzoekers verbeterden ook een bestaande vergelijking die werd gebruikt voor het schatten van de realtime druksterkte van de gepigmenteerde mortel, zegt Heera.

Dr. Galobardes legt uit dat "door deze vergelijking te gebruiken, de destructieve tests worden vermeden die worden gebruikt om de mechanische eigenschappen van beton te schatten.

"Dit elimineert verspilling en verlaagt de uitstoot van kooldioxide en de kosten die verband houden met de productie van de monsters die in de tests worden gebruikt."

Hoewel pigmenten zelf de door beton geproduceerde koolstofemissies niet verminderen, het onderzoek geeft aan dat ze veilig kunnen worden gebruikt met eco-cementen.

Cementmengsels zoals Portland Composite Cement, waaronder gemalen gegranuleerde hoogovenslak (GGBS) en vliegas zullen naar verwachting de komende jaren een lagere CO2-uitstoot bereiken.