Cement gjord med vulkanisk ask kan göra städer starkare och grönare

Anonim

Cement gjord med vulkanisk ask kan göra städer starkare och grönare

material

Nick Lavars

7 februari 2018

MIT-forskare säger att vulkanisk aska har ett antal fördelar som en ingrediens i cementtillverkningsreceptet (Kredit: Ammmit / Depositphotos)

Det är ett av bokstavliga byggstenar av modern civilisation, och spelar något ironiskt en viktig roll i ett av sina största hotande hot. Att producera cement är en enorm energiintensiv process som står för cirka fem procent av de globala koldioxidutsläppen, så forskare söker ständigt efter grönare sätt att göra saker. Nu har ett team från MIT funnit att pulveriserande vulkanisk aska och lägga till blandningen inte bara kan göra processen mer miljövänlig, utan också de resulterande strukturerna starkare.

Inkorporering av bestrålade plastflaskor och anpassning av kalciumnivåer är bara ett par sätt som MIT-forskare har sett att förbättra cementproduktionen tidigare. Den här gången har de vänt sig till vulkanisk aska, som de säger har ett antal fördelar som en ingrediens i cementtillverkningen. Det är mycket rikligt runt både aktiva och inaktiva vulkaner, vi har inte någon verklig användning för det och när det är reducerat till pulver har det praktiska naturegenskaper när det gäller bindning med vatten och andra material för att skapa cementliknande pastor .

"Cementproduktionen tar mycket energi på grund av att det finns höga temperaturer, och det är en flerstegs process", säger Stephanie Chin från MIT: s civil- och miljötekniska institution. "Det är den främsta motivationen för att försöka hitta ett alternativ. Vulkanaska bildas under hög värme och högt tryck, och naturen gör alla de kemiska reaktionerna för oss."

Vid utforskning av potentialen i denna nya tillsats började ett lag ledt av Chin och studie medförfattare Kunal Kupwade-Patil att poring över befintliga data om vad som kallas "förkroppsligad energi" av olika industriella processer i samband med produktionen av cement. Det här hänvisar till den totala energin som används för att göra saker som krossa sten, härda cement eller göra betong.

Med hjälp av denna data beräknade teamet den totala förkroppsligade energin för cementrecept som innehåller olika proportioner av vulkanisk aska, från 10 till 50. Sedan tog de till laboratoriet för att producera några prover.

Forskarna fann att substitutionen av 50 procent av den traditionella cementen med vulkanisk aska ner till en partikelstorlek på 17 mikrometer reducerade den förkroppsliga energin hos den resulterande betongen med 16 procent, fastän detta hindrade materialets totala styrka. Att minska asken ner till en partikelstorlek på cirka sex mikrometer ökade kraften kraftigt genom att skapa mer ytarea för vattnet och cementet att binda samman.

De såg sedan på att tillämpa denna kunskap på den verkliga världen och vända sig till ett kvarter i Kuwait bestående av 13 bostadsområden och 14 kommersiella byggnader gjorda av traditionell Portlandcement. De använde dronor att flyga över strukturerna, samla in bilder och mätningar och kombinerade det med data från de lokala myndigheterna för att beräkna stadsdelens belägna energi.

På grundval av deras tidigare arbete beräknade forskarna sedan hur den förkroppsligade energin skulle kunna förändras, var strukturerna framställda med olika proportioner av vulkanisk aska, något som är mycket rikligt i Mellanöstern. Trettio procent var det antal de bosatte sig på som den optimala mängden, som de säger skulle kraftigt minska den förkroppsligade energin, men ge fortfarande den nödvändiga styrkan.

"Det vi har upptäckt är att betong kan tillverkas med naturliga tillsatser med önskade egenskaper och minskad förkroppsligad energi, som kan översättas till betydande energibesparingar när du skapar ett grannskap eller en stad", säger Oral Buyukozturk, en professor i MIT: s institution för civil- och miljöteknik (CEE).

Skönheten i detta tillvägagångssätt ligger i dess flexibilitet. Ingenjörer kan finjustera receptet, ändra hur mycket volcanisk aska som används beroende på uppgiften till hands.

"Du kan anpassa det här, " Buyukozturk förklarar. "Om det är för ett trafikblock, till exempel där du kanske inte behöver så mycket styrka som för en höghus. Så du kan producera dessa saker med mycket mindre energi. Det är enormt om du tänker på mängden betong som används över hela världen. "

Lagets forskning publicerades i Journal of Cleaner Production.

Källa: MIT

MIT-forskare säger att vulkanisk aska har ett antal fördelar som en ingrediens i cementtillverkningsreceptet (Kredit: Ammmit / Depositphotos)