Новая формула цемента вдвое уменьшит выбросы CO2 и увеличит прочность

Цемент наиболее часто используемый в мире строительный материал, и одним из ведущих участников глобального потепления. 10-я часть выбросов промышленных парниковых газов генерируется при его производстве. Новое исследование предполагает, каким образом эти выбросы можно снизить более чем наполовину — и сделает его более прочным.

Такие выводы были сделаны после самого подробного молекулярного анализа сложной структуры бетона, который представляет собой смесь песка, гравия, воды и цемента.

Цемент производится путем соединения богатых кальцием материалов, как правило, известняка, с богатых кремнием материалов — обычно глины, что при обработке высоких температуратур в 1500 градусов по Цельсию дает твердую массу под названием «клинкер». Декарбонизации известняка, и нагревание цемента дают большую часть выброса парниковых газов.

Новый анализ показывает, что уменьшение соотношения кальция к силикату может не только сократить эти выбросы, но и увеличить прочность бетона.

В современном строительстве использование бетона оценивается в три раза больше, чем стали.

В обычных цементах соотношение кальция к кремнезему может варьироваться от примерно 1,2 до 2,2, с коэфициентом 1,7 принятым в качестве стандарта. Но раньше никто детально не сравнивал молекулярную структуру. Исследователи из MIT построили базу данных всех этих химических составов, установив, что оптимальное соотношение должно составлять около 1,5. Это по их мнению «удвоит сопротивление цемента, и увеличит его устойчивость к трещинам» при этом сокращение выбросов углерода можно сократить до 60 процентов.

В дополнение к общим улучшениям механической прочности этот материал будет более стекловидный и менее кристаллический, что «может уменьшить остаточные напряжения в материале и сделает его более переломоустойчивым».

Эта работа является кульминацией 5 лет исследований совместной группы из Массачусетского технологического института и CNRS.

Как считают сами исследователи новая формула может представлять особый интерес для нефтяной и газовой промышленности, где цемент вокруг обсадных труб имеет решающее значение для предотвращения утечки и прорывов.

Пока работа осталась на молекулярном уровне анализа, дальше дело за экспериментальным строительством в инженерном масштабе, постройке инфраструктуры, жилья и других целей.