У MIT пояснили, як вуглекислий газ змінює структуру цементу
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) за допомогою лазерної візуалізації змогли вперше в реальному часі зафіксувати швидкі хімічні реакції всередині свіжого цементу, який впорскували діоксид вуглецю.
Протягом багатьох років будівельні компанії закачували вуглекислий газ у бетон для уловлювання шкідливих викидів та покращення характеристик матеріалу, однак точний механізм цього процесу залишався невідомим.
Нове дослідження виявило тимчасовий хімічний процес, що істотно змінює характер затвердіння та підвищує ранню міцність матеріалу на стиск у середньому на 13%.
Для безперервного моніторингу зразків цементу протягом першої доби його твердіння вчені застосували романську конфокальну мікроскопію. Цей метод дозволяє ідентифікувати речовини за допомогою лазерного світла, оскільки кожна хімічна сполука залишає спектральний слід. За словами доцента Адміра Масіча, раніше дослідження спиралися на теорію, тому що реакції відбувалися дуже швидко. Тепер учені побачили, що на початковому етапі CO2 захоплює кальцій, що виділяється при розчиненні цементу. Це уповільнює звичайну гідратацію, дозволяючи розчиненим силікатам поширитися за матеріалом та утворити взаємопов’язану мережу силікагелю.
Цей гель існує недовго: після повної мінералізації вуглекислого газу за кілька годин стандартна гідратація відновлюється. Утворюється гідроксид кальцію, який реагує із силікатною сіткою, створюючи гідрат силікату кальцію (CSH) – з’єднання, що відповідає за міцність. Головна відмінність нового методу у тому, що CSH формується рівномірно з усього обсягу матеріалу, а чи не групується навколо окремих частинок цементу. Аспірант Марцін Хайдучек підтвердив, що раптове зникнення силікагелю було відмінною рисою кожного зразка, що тестується.
Випробування показали, що додавання діоксиду вуглецю в кількості всього 1% від загальної маси цементу забезпечує внутрішню однорідну структуру і вищу міцність вже через 24 години. У той же час дослідження спростувало думку, що на міцність впливають частки карбонату кальцію – вони виявилися «пасивними спостерігачами».
Результати роботи, опубліковані в журналі Американського керамічного товариства, дають інженерам чіткий план дій щодо створення міцніших та екологічніших будівельних матеріалів з низьким вуглецевим слідом, хоча автори і попереджають про важливість точного дозування CO2.
