Gli ingegneri della Rice University hanno sviluppato un legante composito composto principalmente da ceneri volanti, un sottoprodotto delle centrali elettriche a carbone, che può sostituire il cemento Portland nel calcestruzzo.

Il materiale è non cementato e rispettoso dell'ambiente, secondo lo scienziato dei materiali di riso Rouzbeh Shahsavari, che lo ha sviluppato con lo studente laureato Sung Hoon Hwang.

Il legante per ceneri volanti non richiede la lavorazione ad alta temperatura del cemento Portland, tuttavia i test hanno dimostrato che ha la stessa resistenza alla compressione dopo sette giorni di polimerizzazione. Richiede anche solo una piccola frazione delle sostanze chimiche di attivazione a base di sodio utilizzate per indurire il cemento Portland.

I risultati sono riportati nel Journal of the American Ceramic Society .

Ogni anno nel mondo vengono prodotti più di 20 miliardi di tonnellate di calcestruzzo in un processo produttivo che contribuisce dal 5 al 10 percento dell'anidride carbonica alle emissioni globali, superati solo dai trasporti e dall'energia come i maggiori produttori di gas serra.

I produttori usano spesso una piccola quantità di ceneri volanti ricche di silicio e alluminio come supplemento al cemento Portland nel calcestruzzo. "L'industria in genere mescola dal 5 al 20 percento di ceneri volanti nel cemento per renderlo verde, ma una parte significativa dell'impasto è ancora cemento, " disse Shahsavari, un assistente professore di ingegneria civile e ambientale e di scienza dei materiali e nanoingegneria.

I precedenti tentativi di sostituire completamente il cemento Portland con un composto di ceneri volanti richiedevano grandi quantità di costosi attivatori a base di sodio che annullano i benefici ambientali, Egli ha detto. "E alla fine era più costoso del cemento, " Egli ha detto.

I ricercatori hanno utilizzato l'analisi Taguchi, un metodo statistico sviluppato per restringere il grande spazio delle fasi - tutti i possibili stati - di una composizione chimica, seguita da ottimizzazione computazionale per identificare le migliori strategie di miscelazione.

Ciò ha notevolmente migliorato le qualità strutturali e meccaniche dei compositi sintetizzati, Shahsavari ha detto, e ha portato a un equilibrio ottimale di ceneri volanti ricche di calcio, nanosilice e ossido di calcio con meno del 5% di un attivatore a base di sodio.

"La maggior parte dei lavori passati si è concentrata sulla cosiddetta cenere volante di tipo F, che deriva dalla combustione di antracite o carboni bituminosi nelle centrali elettriche e ha un basso contenuto di calcio, " Shahsavari ha detto. "Ma a livello globale, ci sono fonti significative di carbone di qualità inferiore come la lignite oi carboni sub-bituminosi. Bruciandoli si ottiene un alto contenuto di calcio, o tipo C, cenere volante, che è stato più difficile da attivare.

"Il nostro lavoro fornisce un percorso praticabile per l'attivazione efficiente ed economica di questo tipo di ceneri volanti ad alto contenuto di calcio, aprendo la strada alla produzione ecologicamente responsabile del calcestruzzo. Il lavoro futuro valuterà proprietà come il comportamento a lungo termine, restringimento e durata."

Shahsavari ha suggerito che la stessa strategia potrebbe essere utilizzata per trasformare altri rifiuti industriali, come loppa d'altoforno e lolla di riso, in materiali cementizi ecocompatibili senza l'uso di cemento.