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.