Lo studente di ingegneria chimica Ka Fung Wong guarda il registro dati, che viene utilizzato per raccogliere dati da sensori sepolti sotto il terreno di prova in cemento. Credito:WSU
I ricercatori della Washington State University hanno creato un'alternativa sostenibile al calcestruzzo tradizionale utilizzando ceneri volanti di carbone, un prodotto di scarto della produzione di elettricità a base di carbone.
L'anticipo affronta contemporaneamente due grandi problemi ambientali utilizzando gli scarti della produzione di carbone e riducendo significativamente l'impatto ambientale della produzione di calcestruzzo.
Xianming Shi, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale della WSU, e lo studente laureato Gang Xu, hanno sviluppato un forte, calcestruzzo durevole che utilizza ceneri volanti come legante ed elimina l'uso di cemento ad alta intensità ambientale. Riferiscono sul loro lavoro nel numero di agosto della rivista, Carburante .
Riduce la domanda di energia, emissioni di gas serra
Produzione di calcestruzzo tradizionale, che si ottiene combinando cemento con sabbia e ghiaia, contribuisce tra il cinque e l'otto per cento delle emissioni di gas serra in tutto il mondo. Questo perché il cemento, l'ingrediente chiave del calcestruzzo, richiede alte temperature e un'enorme quantità di energia per produrre.
cenere volante, il materiale che rimane dopo la combustione della polvere di carbone, nel frattempo è diventato un problema significativo di gestione dei rifiuti negli Stati Uniti. Più del 50 percento delle ceneri volanti finisce nelle discariche, dove può facilmente infiltrarsi nell'ambiente circostante.
Mentre alcuni ricercatori hanno utilizzato la cenere volante nel calcestruzzo, non sono stati in grado di eliminare i metodi di riscaldamento intensi che sono tradizionalmente necessari per realizzare un materiale resistente.
"Il nostro metodo di produzione non richiede il riscaldamento o l'uso di alcun cemento, " disse Xu.
Ka Fung Wong, Studente di ingegneria chimica WSU, indica i sensori che sono sepolti sotto il terreno di prova in cemento. Credito:WSU
Ingegneria molecolare
Questo lavoro è significativo anche perché i ricercatori stanno utilizzando materiali di dimensioni nanometriche per progettare il calcestruzzo a livello molecolare.
"Per far progredire in modo sostenibile il settore delle costruzioni, dobbiamo utilizzare la capacità "dal basso verso l'alto" dei nanomateriali, " disse Shi.
Il team ha utilizzato l'ossido di grafene, un nanomateriale scoperto di recente, per manipolare la reazione della cenere volante con l'acqua e trasformare la cenere volante attivata in un forte materiale simile al cemento. L'ossido di grafene riorganizza atomi e molecole in una soluzione di ceneri volanti e attivatori chimici come il silicato di sodio e l'ossido di calcio. Il processo crea una catena di molecole di calcio-alluminato-silicato-idrato con atomi fortemente legati che formano una rete polimerica inorganica più durevole del cemento (idrato).
Aiuta le acque sotterranee, mitiga le inondazioni
Il team ha progettato il calcestruzzo di cenere volante per essere permeabile, il che significa che l'acqua può attraversarlo per ricostituire le acque sotterranee e mitigare il potenziale di inondazione.
I ricercatori hanno dimostrato la resistenza e il comportamento del materiale nei grafici di prova nel campus WSU in una varietà di condizioni di carico e temperatura. Stanno ancora conducendo test di infiltrazione e raccogliendo dati utilizzando sensori sepolti sotto il cemento. Alla fine sperano di commercializzare la tecnologia brevettata.
"Dopo ulteriori test, vorremmo costruire alcune strutture con questo cemento per servire come prova di concetto, " disse Xu.
