Onderzoekers van de Washington State University hebben een duurzaam alternatief voor traditioneel beton gecreëerd met behulp van kolenvliegas, een afvalproduct van elektriciteitsopwekking op basis van kolen.

Het voorschot pakt twee grote milieuproblemen tegelijk aan door gebruik te maken van afval uit de steenkoolproductie en door de milieu-impact van betonproductie aanzienlijk te verminderen.

Xianming-Shi, universitair hoofddocent bij de afdeling Civiele en Milieutechniek van de WSU, en afgestudeerde student Gang Xu, hebben een sterke, duurzaam beton dat vliegas als bindmiddel gebruikt en het gebruik van milieu-intensief cement elimineert. Ze rapporteren over hun werk in het augustusnummer van het tijdschrift, Brandstof .

Vermindert de vraag naar energie, uitstoot van broeikasgassen

Productie van traditioneel beton, die wordt gemaakt door cement te combineren met zand en grind, draagt ​​tussen de vijf en acht procent bij aan de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen. Dat komt omdat cement, het belangrijkste ingrediënt in beton, vereist hoge temperaturen en een enorme hoeveelheid energie om te produceren.

Vliegas, het materiaal dat overblijft nadat kolenstof is verbrand, ondertussen is het een belangrijk afvalbeheerprobleem geworden in de Verenigde Staten. Meer dan 50 procent van de vliegas komt op stortplaatsen terecht, waar het gemakkelijk kan uitspoelen naar de nabije omgeving.

Terwijl sommige onderzoekers vliegas in beton hebben gebruikt, ze zijn er niet in geslaagd de intense verwarmingsmethoden te elimineren die traditioneel nodig zijn om een ​​sterk materiaal te maken.

"Onze productiemethode vereist geen verwarming of het gebruik van cement, " zei Xu.

Moleculaire techniek

Dit werk is ook belangrijk omdat de onderzoekers materialen van nanoformaat gebruiken om beton op moleculair niveau te construeren.

"Om de bouwsector duurzaam vooruit te helpen, we moeten gebruikmaken van de 'bottom-up'-capaciteit van nanomaterialen, " zei Shi.

Het team gebruikte grafeenoxide, een recent ontdekt nanomateriaal, om de reactie van vliegas met water te manipuleren en de geactiveerde vliegas om te zetten in een sterk cementachtig materiaal. Het grafeenoxide herschikt atomen en moleculen in een oplossing van vliegas en chemische activatoren zoals natriumsilicaat en calciumoxide. Het proces creëert een calcium-aluminaat-silicaat-hydraat molecuulketen met sterk gebonden atomen die een anorganisch polymeernetwerk vormen dat duurzamer is dan (gehydrateerd) cement.

Helpt grondwater, vermindert overstromingen

Het team ontwierp het vliegasbeton om doorlatend te zijn, wat betekent dat er water doorheen kan om het grondwater aan te vullen en het overstromingspotentieel te verminderen.

Onderzoekers hebben de sterkte en het gedrag van het materiaal aangetoond in testpercelen op de WSU-campus onder verschillende belasting- en temperatuuromstandigheden. Ze voeren nog steeds infiltratietests uit en verzamelen gegevens met behulp van sensoren die onder het beton zijn begraven. Ze hopen uiteindelijk de gepatenteerde technologie te commercialiseren.

"Na verder testen, we zouden graag enkele constructies met dit beton willen bouwen om als proof of concept te dienen, " zei Xu.