Il calcestruzzo è il materiale artificiale più utilizzato, comunemente usato negli edifici, strade, ponti e impianti industriali. Ma la produzione del cemento Portland necessario per produrre calcestruzzo rappresenta il 5-8% di tutte le emissioni globali di gas serra. Esiste un cemento più ecologico noto come MOC (cemento di ossicloruro di magnesio), ma la sua scarsa resistenza all'acqua ne ha limitato l'uso, fino ad ora. Abbiamo sviluppato un MOC resistente all'acqua, un cemento "verde" che potrebbe fare molto per ridurre le emissioni del settore delle costruzioni e renderlo più sostenibile.

La produzione di una tonnellata di cemento convenzionale in Australia emette circa 0,82 tonnellate di anidride carbonica (CO ₂ ). Perché la maggior parte della CO ₂ viene rilasciato a seguito della reazione chimica che produce cemento, le emissioni non si riducono facilmente. In contrasto, Il MOC è una diversa forma di cemento a zero emissioni di carbonio.

Che cos'è esattamente il MOC?

MOC è prodotto mescolando due ingredienti principali, polvere di ossido di magnesio (MgO) e una soluzione concentrata di cloruro di magnesio (MgCl ₂ ). Questi sono sottoprodotti dell'estrazione del magnesio.

Molti paesi, tra cui Cina e Australia, avere molte risorse di magnesite, così come l'acqua di mare, da cui sia MgO che MgCl ₂ si potrebbe ottenere.

Per di più, MgO può assorbire CO ₂ dall'atmosfera. Questo rende MOC un vero green, cemento a zero emissioni di carbonio.

MOC ha anche molte proprietà del materiale superiori rispetto al cemento convenzionale.

La resistenza alla compressione (capacità di resistere alla compressione) è la proprietà del materiale più importante per i materiali da costruzione cementizi come il cemento. MOC ha una resistenza alla compressione molto più elevata rispetto al cemento convenzionale e questa forza impressionante può essere raggiunta molto velocemente. L'impostazione rapida del MOC e il guadagno di forza iniziale sono molto vantaggiosi per la costruzione.

Sebbene MOC abbia molti meriti, ha avuto fino ad ora una scarsa resistenza all'acqua. Il contatto prolungato con acqua o umidità ne degrada gravemente la resistenza. Questa debolezza critica ha limitato il suo utilizzo ad applicazioni per interni come piastrelle per pavimenti, pannelli decorativi, pannelli per isolamento acustico e termico.

Come si è sviluppata l'impermeabilità?

Un team di ricercatori, guidato da Yixia (Sarah) Zhang, ha lavorato per sviluppare un MOC resistente all'acqua dal 2017 (quando era all'UNSW Canberra).

Per migliorare la resistenza all'acqua, il team ha aggiunto sottoprodotti industriali come ceneri volanti e fumi di silice al MOC, così come additivi chimici.

La cenere volante è un sottoprodotto dell'industria del carbone:ce n'è in abbondanza in Australia. L'aggiunta di ceneri volanti ha notevolmente migliorato la resistenza all'acqua del MOC. La resistenza alla flessione (capacità di resistere alla flessione) è stata completamente conservata dopo l'immersione in acqua per 28 giorni.

Per mantenere ulteriormente la resistenza alla compressione sotto attacco dell'acqua, il team ha aggiunto fumi di silice. Il fumo di silice è un sottoprodotto della produzione di silicio metallico o leghe di ferrosilicio. Quando le ceneri volanti e i fumi di silice sono stati combinati con la pasta MOC (15% di ciascun additivo), la piena resistenza alla compressione è stata mantenuta in acqua per 28 giorni.

Sia la cenere volante che il fumo di silice hanno un effetto simile nel riempire la struttura dei pori in MOC, rendendo il cemento più denso. Le reazioni con la matrice MOC formano una fase gelatinosa, che contribuisce all'idrorepellenza. Le particelle finissime, ampia superficie e alta silice reattiva (SiO ₂ ) il contenuto di fumi di silice lo rendono un efficace legante noto come pozzolana. Ciò contribuisce a conferire al calcestruzzo elevata resistenza e durata.

Sebbene il MOC sviluppato finora avesse un'eccellente resistenza all'acqua a temperatura ambiente, si indeboliva velocemente quando veniva immerso in acqua tiepida. Il team ha lavorato per superare questo problema utilizzando additivi chimici inorganici e organici. L'aggiunta di acido fosforico e fosfati solubili ha notevolmente migliorato la resistenza all'acqua calda.

In tre anni, il team ha fatto un passo avanti nello sviluppo di MOC come cemento verde. La resistenza del calcestruzzo è valutata utilizzando megapascal (MPa). Il MOC ha raggiunto una resistenza alla compressione di 110 MPa e una resistenza alla flessione di 17 MPa. Questi valori sono alcune volte superiori a quelli del cemento convenzionale.

Il MOC può conservare completamente questi punti di forza dopo essere stato immerso in acqua per 28 giorni a temperatura ambiente. Anche in acqua calda (60˚C), il MOC può conservare fino al 90% della sua resistenza a compressione e flessione dopo 28 giorni. I valori rimangono rispettivamente fino a 100 MPa e 15 MPa, ancora molto maggiori rispetto al cemento convenzionale.

Il MOC sostituirà il cemento convenzionale?

Quindi il MOC potrebbe sostituire un giorno il cemento convenzionale? Sembra molto promettente. Sono necessarie ulteriori ricerche per dimostrare la praticabilità degli usi di questo cemento verde e ad alte prestazioni in, Per esempio, calcestruzzo.

Quando il calcestruzzo è il principale componente strutturale, deve essere utilizzato un rinforzo in acciaio. La corrosione dell'acciaio in MOC è un problema critico e un grosso ostacolo da superare. Il team di ricerca ha già iniziato a lavorare su questo problema.

Se questo problema può essere risolto, MOC può essere un punto di svolta per il settore delle costruzioni.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.