CP v2

Tag: Nuotekų dumblas

  • Betonas iš žmonių nuotekų? Mokslininkai atskleidė, kiek priedo pakanka geresniam tvirtumui

    Betonas iš žmonių nuotekų? Mokslininkai atskleidė, kiek priedo pakanka geresniam tvirtumui

    Indijoje Manipal University Jaipur tyrėjų komanda, vadovaujama inžinieriaus Raghuvesho Tivariego, pasiūlė netikėtą būdą sumažinti cemento kiekį betone: dalį jo pakeisti priedu iš nuotekų dumblo. Žaliava buvo paimta iš nuotekų valyklos Warangale ir apdorota taip, kad virstų anglingu, porėtu produktu.

    Dumblas buvo kaitinamas ribojant deguonies patekimą, taikant pirolizę, maždaug 350–450 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Po tokio apdorojimo gautas biokuras, vadinamas bianglimi, buvo sumaltas ir išsijotas, kad tiktų įmaišyti į cemento pagrindo mišinį.

    Mokslininkai išbandė tris sudėtis, kuriose bianglimi pakeista 5 proc., 10 proc. ir 15 proc. cemento. Matavimai parodė, kad jau 5 proc. priedas gali duoti apčiuopiamos naudos, o 91 dienos brandos laikotarpiu vidutinis gniuždymo stipris padidėjo apie 20 proc., lenkimo stipris – apie 36 proc.

    Dar geresnis rezultatas pasiektas su 10 proc. bianglies: po 91 dienos gniuždymo stiprio prieaugis siekė apie 21 proc., o lenkimo – iki 42 proc. Tačiau didinant kiekį iki 15 proc. pradėjo ryškėti neigiami požymiai: daugiau porų, mikroįtrūkimų ir silpniau susirišusių zonų, kurios ilgainiui gali mažinti ilgaamžiškumą.

    Tyrėjai aiškina, kad bianglies mikrostruktūra veikia kaip vandens kaupiklis: smulkios poros sulaiko drėgmę ir ją palaipsniui atiduoda kietėjimo metu. Dėl to cementinės reakcijos gali vykti tolygiau, o smulkios dalelės papildomai užpildo tuštumas, mažina poringumą ir vandens įgeriamumą.

    Tokie eksperimentai atitinka platesnę kryptį statybų sektoriuje: ieškoma mažesnio anglies pėdsako rišiklių ir būdų mažinti tradicinio klinkerio dalį, nes cementas yra vienas didžiausių pramoninių emisijų šaltinių. Nuotekų dumblo panaudojimas taip pat siejasi su žiedine ekonomika, kai atliekos paverčiamos žaliavomis.

    Vis dėlto iki praktinio naudojimo infrastruktūroje dar reikia papildomų bandymų. Mokslininkai pabrėžia būtinybę įvertinti atsparumą šalčiui, aukštai temperatūrai, druskingai aplinkai, taip pat ilgalaikį patvarumą ir tai, ar potencialiai pavojingi sunkieji metalai iš nuotekų dumblo lieka patikimai „užrakinti“ betono struktūroje.

  • Mokslininkai betoną stiprina žmogaus išmatomis: įdėjus dalį priedo jis tampa iki 42 proc. tvirtesnis

    Mokslininkai betoną stiprina žmogaus išmatomis: įdėjus dalį priedo jis tampa iki 42 proc. tvirtesnis

    Betonas yra vienas svarbiausių šiuolaikinės statybos pagrindų, tačiau jo gamyba turi didelę klimato kainą. Didžiausia problema – cementas: kalkakmenio deginimas ir kiti procesai išskiria daug anglies dioksido, todėl visame pasaulyje ieškoma pakaitalų, mažinančių taršą.

    Indijos Manipal University Jaipur tyrėjų komandai, vadovaujamai civilinės inžinerijos specialisto Raghuvesho Tiwari, pavyko pasiūlyti netikėtą kryptį. Jie betoną bandė modifikuoti bioanglimi, pagaminta iš fekalinio dumblo, kuris surenkamas ir apdorojamas nuotekų bei fekalinio dumblo tvarkymo įrenginiuose.

    Kaip gimsta bioanglis iš atliekų

    Tyrime naudotas fekalinis dumblas pirmiausia džiovinamas, o tuomet kaitinamas mažo deguonies kiekio sąlygomis. Toks procesas vadinamas pirolize, o jo rezultatas – anglinga, porėta medžiaga bioanglis, kuri vėliau sumalama ir persijojama iki smulkių miltelių.

    Šiais milteliais mokslininkai pakeitė dalį cemento įprastame betono mišinyje. Buvo išbandyti keli variantai, kai pakeičiama 5, 10 ir 15 proc. cemento, o po to mėginiai testuojami vertinant jų stiprį ir kitas savybes.

    Rezultatai: stiprėja ir ilgiau kietėdamas

    Geriausi bendri rezultatai dažniausiai fiksuoti tada, kai bioanglimi pakeičiama 5 proc. cemento. Tyrėjai nurodo, kad toks betonas ne tik buvo tvirtesnis, bet ir pasižymėjo mažesniu vandens įgeriamumu bei mažesniu porėtumu, o tai statyboje svarbu ilgaamžiškumui.

    Įdomiausia, kad betonas su priedu reikšmingai stiprėjo ir vėlesniu kietėjimo laikotarpiu. Po 91 dienos 5 proc. mišinyje vidutinis gniuždymo stiprio padidėjimas siekė apie 20 proc., o lenkimo stiprio – apie 36 proc.

    Dar didesnis lenkimo stiprio šuolis pastebėtas 10 proc. variante: tyrėjai skelbia iki 42 proc. augimą. Tiesa, didinant pakaitalo kiekį iki 15 proc., nors stiprėjimas kietėjant išliko, bendras stipris jau atsiliko nuo 5 ir 10 proc. mišinių.

    Kodėl tai veikia ir kokios rizikos

    Mokslininkai aiškina, kad bioanglis yra labai porėta, todėl betone gali veikti kaip mikroskopiniai vandens rezervuarai. Ji sugeria dalį vandens ir palaipsniui jį atiduoda, taip padėdama vykti hidratacijos reakcijoms, kurios lemia kietėjimą ir tvirtumą.

    Be to, bioanglis gali turėti chemiškai aktyvių komponentų, prisidedančių prie papildomų junginių susidarymo betono matricoje, o smulkios dalelės taip pat užpildo mikrotarpus. Taip pagerėja mišinio sandara ir sukibimas, tačiau per didelis kiekis gali didinti defektų bei porų riziką.

    Vis dėlto tyrėjai pabrėžia, kad iki praktinio pritaikymo dar yra kelias. Reikia įvertinti elgseną realiomis sąlygomis, pavyzdžiui, šaldymo ir atšildymo cikluose, esant druskingumui ar temperatūrų ekstremumams, taip pat ilgalaikį patvarumą.

    Dar vienas klausimas – galimi sunkieji metalai ar kiti teršalai, kurie gali kauptis nuotekų dumble. Teoriškai jų įterpimas į betoną galėtų „užrakinti“ dalį kenksmingų medžiagų, tačiau būtini bandymai, ar laikui bėgant jos neišsiplauna ir nekelia rizikos aplinkai.

    Tyrimas priimtas publikuoti žurnale Scientific Reports. Jei metodas pasitvirtintų platesniais tyrimais, tai galėtų tapti sprendimu, kuris vienu metu mažina atliekų problemą ir leidžia bent iš dalies mažinti cemento poreikį.