Инженеры разработали новый тип бетона, который оказался прочнее обычного и одновременно способен поглощать углекислый газ из окружающего воздуха. Результаты исследования опубликованы в журнале Carbon Research.
Разработку создали специалисты инженерного колледжа Мепко Шленк в Индии. Они искали способ сделать строительные материалы более экологичными и одновременно не ухудшить их основные свойства.
Для этого в бетон добавили два природных материала. Первый — цеолит, пористый минерал с большой площадью поверхности. Второй — бамбуковый биоуголь, богатый углеродом материал, также обладающий развитой пористой структурой. Благодаря этому оба вещества способны удерживать молекулы газа.
Исследователи приготовили несколько вариантов бетона марки М35, который применяется в инфраструктурных сооружениях с умеренной нагрузкой.
Часть мелкого заполнителя заменяли цеолитом — на 25 или 50%. Одновременно вместо части цемента добавляли бамбуковый биоуголь в концентрации 0,5, 1 или 1,5%.
Затем каждый вариант проверяли на прочность при сжатии и растяжении, водопоглощение и устойчивость к ударам. Главная задача заключалась в том, чтобы увеличить способность бетона поглощать углекислый газ, не сделав его слабее.
Лучшие результаты показала смесь, в которой 50% мелкого заполнителя заменили цеолитом, а 1% цемента — бамбуковым биоуглём.
Прочность такого бетона при сжатии достигла 38,49 мегапаскаля, что примерно на 7,5% выше показателя обычного бетона. Прочность при растяжении увеличилась ещё заметнее — на 15%, до 4,39 мегапаскаля.
Авторы связывают это с взаимодействием алюмосиликатной структуры цеолита и твёрдых частиц бамбукового биоугля. Вместе они формируют более плотную и прочную структуру материала.
Но главным отличием нового бетона оказалась способность поглощать углекислый газ.
Когда образцы поместили в специальную камеру для испытания карбонизации, бетон поглощал около 1,2 грамма углекислого газа в сутки. За семь дней газ проник в материал на глубину около 15 миллиметров.
По мнению исследователей, такой эффект обеспечивают микропоры цеолита и высокое содержание углерода в бамбуковом биоугле. В результате бетон может одновременно выполнять свою обычную строительную функцию и улавливать часть углекислого газа из окружающей среды.
Авторы считают, что подобные материалы в будущем могут использоваться при создании более экологичной инфраструктуры, особенно в районах с повышенной концентрацией углекислого газа.
Среди возможных применений исследователи называют бетонные дорожные покрытия, ограждения вдоль автомагистралей и канализационные трубопроводы. Такие конструкции могли бы выполнять свои обычные функции и одновременно поглощать часть углекислого газа из воздуха.
Однако пока речь идёт только о подтверждении самой идеи. Прежде чем новый бетон можно будет использовать в больших масштабах, необходимо провести дополнительные испытания.
Учёные хотят выяснить, насколько долго материал сможет сохранять прочность и способность поглощать углекислый газ. Кроме того, они планируют проверить другие виды биоугля, использовать смесь в различных марках бетона и строительных растворах, а также исследовать, может ли предварительное замачивание биоугля улучшить свойства материала.
Эти эксперименты должны показать, можно ли масштабировать технологию для коммерческого и промышленного применения. Если результаты подтвердятся, строительная отрасль может получить материал, который будет одновременно прочнее обычного бетона и способен частично компенсировать экологическое воздействие городской инфраструктуры.
